CHEMIE POTRAVIN - cvičení

ÚVOD & VODA

ZÁPOČET

Podmínka pro získání zápočtu = úspěšné zvládnutí testů…

TEST #1: Úvod, Voda, Minerální látky

TEST #2: Aminokyseliny, Peptidy, Bílkoviny a jejich reakce

TEST #3: Lipidy a jejich reakce

TEST #4: Sacharidy a jejich reakce

TEST #5: Vitaminy

2

ZÁPOČET

Počet otázek v testu: 10

Maximální počet bodů za otázku: 10

Maximální počet bodů za test: 100

Počet bodů pro úspěšné zvládnutí testu: ≥ 41

Možnost dvou oprav každého zápočtového testu…

3

ZKOUŠKA

Písemná a ústní část

Zkouškový test: 10 otázek (každá za 10 bodů)

Výsledek ≥ 41 → ÚSTNÍ ZKOUŠKA

Výsledek < 41 → OPAKOVANÝ POKUS

Pokud se jedná o třetí pokus, následuje ústní zkouška

bez ohledu na výsledek testu

4

ZKOUŠKA

„MOTIVAČNÍ PROGRAM“

Pokud student napíše všech 5 zápočtových testů nad

80 bodů, nemusí absolvovat písemnou část zkoušky a jde

přímo ke zkoušce ústní…

Pro splnění tohoto kritéria má student k dispozici 2 opravy

(celkem, ne pro každý test)

5

VODA

FÁZOVÝ DIAGRAM VODY

AKTIVITA VODY & SORPČNÍ IZOTERMY

TEPLOTA SKELNÉHO PŘECHODU

DISPERSNÍ SOUSTAVY

Křivka tání

solid

liquid

gas Sublimační křivka

Křivka

nasycených par

KRITICKÝ

BOD (374°C, 22 MPa)

TROJNÝ

BOD (0,01°C, 610,6 Pa)

FÁZOVÝ DIAGRAM T - p Zobrazení závislostí

stavových veličin

termodynamické soustavy

Mizí rozdíl mezi kapalinou a párou,

T>Tkrit nemůže látka existovat v

kapalném skupenství (plyn již nelze

stlačováním zkapalnit)

Mohou existovat všechna skupenství

současně

AKTIVITA VODY

Celkový obsah vody neurčuje odolnost potraviny vůči

mikroorganismům či rychlost kterou probíhají biochemické a

chemické reakce v potravině…

Důležitým faktorem je dostupnost vody, která souvisí s

interakcemi vody se složkami potraviny - sílou chemických a

fyzikálních vazeb vody na složky potravin, přítomností

rozpuštěných látek.

MÍROU DOSTUPNOSTI VODY V POTRAVINĚ JE

AKTIVITA VODY

aw (z angl. water availability)

7

AKTIVITA VODY

Aktivita je definována jako poměr parciálního tlaku vodní páry

nad potravinou ku parciálnímu tlaku vodní páry čisté vody za

určité teploty

Je-li potravina v rovnováze s okolním vzduchem je aktivita vody

stejná jako rovnovážná relativní vlhkost vzduchu (φ)

aw = pw

pw0

= φ

100

aw = <0;1>

φ = 0 – 100 %

8

= nw + ns

nw

nw – počet molů vody

ns – počet molů

rozpuštěných látek

AKTIVITA VODY

NÁCHYLNOSTI POTRAVINY VŮČI MIKROBIÁLNÍM ZMĚNÁM

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Aktivita vody (aw)

Rela

tivn

í ry

ch

los

t rů

stu

Množství vody dostupné pro

mikroorganismy…

PLÍSNĚ

KVASINKY

BAKTERIE

10

AKTIVITA VODY JE URČUJÍCÍM

FAKTOREM ÚDRŽNOSTI POTRAVINY…

AKTIVITA VODY

Aktivita vody při konstantním obsahu vody roste se

zvyšující se teplotou;

Při konstantní aktivitě vody – zvýšením teploty –

uvolňování vody.

(balené ovoce a zelenina – respirace – kondenzace vody;

balené maso – uvolňování vody)

AKTIVITA VODY JE URČUJÍCÍM FAKTOREM ÚDRŽNOSTI

POTRAVINY…

AKTIVITA VODY

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Aktivita vody (aw)

Rela

tivn

í ry

ch

los

t

RYCHLOST PRŮBĚHU REAKCÍ V POTRAVINÁCH

ENZYMOVÁ AKTIVITA

MAILLARDOVA REAKCE

AUTOOXIDACE LIPIDŮ

11

Množství vody dostupné

pro chemické reakce…

SORPČNÍ IZOTERMY

Sorpční izoterma dané potraviny vyjadřuje závislost obsahu vody

na její aktivitě

12

V potravinářství – izotermy BET (I – V) (Brunauer-Emmett-Teller)

Různý tvar sorpčních izoterem v závislosti na:

fyzikální mikro- a makrostruktuře

kvalitativním a kvantitativním chemickém

složení

distribuci chemických složek

Sorpční izotermy umožňují

jednoduše určit obsah vody v

potravině při kterém lze

minimalizovat vlivy negativně

působící na kvalitu potraviny

SORPČNÍ IZOTERMY

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

2

4

6

8

10

Aktivita vody (aw)

g v

od

y / g

su

šin

y

POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY

13

BET – typ I 50%

SORPČNÍ IZOTERMY

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

2

4

6

8

10

Aktivita vody (aw)

g v

od

y / g

su

šin

y

POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,1

0,2

0,3

0,4

25% 0,5

Aktivita vody (aw)

g v

od

y / g

su

šin

y

MO

NO

MO

LE

KU

LÁ

RN

Í ad

sorb

ce

VÍC

EV

RS

TV

Á

(PO

LYM

OL

EK

UL

ÁR

NÍ)

ad

sorb

ce

KA

PIL

ÁR

NÍ K

ON

DE

NZ

AC

E

13

BET – typ I

50%

12,5%

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

10

20

30

40

50

60

Aktivita vody (aw)

Ob

sah

vo

dy

(%)

SORPČNÍ IZOTERMY

Např. SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ

HYDROLYZÁT

Silně hygroskopický materiál …

Malá změna aw (resp. relativní

vlhkosti vzduchu) způsobí značný

nárůst obsahu vody v materiálu

Hygroskopický – udržující, pohlcující vlhkost

16

BET – typ III

POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

10

20

30

40

50

60

Aktivita vody (aw)

Ob

sah

vo

dy

(%)

SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ HYDROLYZÁT:

Silně hygroskopický materiál …

SORPČNÍ IZOTERMY

MLETÁ PRAŽENÁ KÁVA:

Méně hygroskopický materiál …

18

POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY

Při stejném obsahu vody mají potraviny jinou aktivitu v závislosti

na tom zda potravina vodu sorbuje nebo desorbuje = hystereze

SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze

0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Aktivita vody (aw)

g v

od

y / g

su

šin

y

DESORPČNÍ IZOTERMA

ABSORPČNÍ IZOTERMA

ABSORPCE - při stejném obsahu

vody je aktivita vody vyšší

DESORPCE – při stejném obsahu

vody je aktivita vody nižší

14

Nastává v oblasti, kde se

uplatňuje kapilární kondenzace

Hystereze je teoreticky termodynamická „nemožnost“,

neboť aw je stavová veličina, je funkcí tlaku a teploty, tudíž

její určité hodnotě by měla odpovídat pouze jedna

rovnovážná vlhkost

SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze

Důvody vzniklých rozdílů:

struktura kapilár a pórů, jež v důsledku nestejných

průřezů jinak přijímají a jinak uvolňují vlhkost

povrchová tenze, jež může způsobovat vyšší vlhkost při

desorpci

přítomnost rozpustných cukrů a solí ve vlhkém materiálu

SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze

Nastává, jestliže

vyprazdňování pórů

probíhá jinak než

jejich zaplňování

Z tvaru smyčky

usuzovat na rozměry

a tvar pórů

Důvody vzniklých rozdílů:

struktura kapilár a pórů, jež v důsledku nestejných

průřezů jinak přijímají a jinak uvolňují vlhkost povrchová tenze, jež může způsobovat vyšší vlhkost při

desorpci přítomnost rozpustných cukrů a solí ve vlhkém materiálu

Generátor izotermy, měřič aktivity

vody

Kapesní měřič aktivity vody

DISPERSNÍ SOUSTAVY

Potravinářská dispersní soustava =

dispersní prostředí (spojité) + dispersní podíl (nespojitý)

MONODISPERSNÍ – roztoky nízkomolekulárních látek (solí,

aminokyselin, monosacharidů, oligosacharidů; dispersní podíl jsou

látky velmi podobné velikosti;

POLYDISPERSNÍ – roztoky makromolekulárních látek, pro

charakterizaci se používá střední relativní molekulová hmotnost;

HOMOGENNÍ – dispersní prostředí a dispersní podíl tvoří jednu fázi;

HETEROGENNÍ – dispersní prostředí a dispersní podíl netvoří jednu

fázi, existuje fázové rozhraní;

DISPERSNÍ SOUSTAVY

ANALYTICKY DISPERSNÍ – velikost částic menší než 1 nm,

snadno difundují a pronikají membránami (dialyzují), intenzivní

tepelný pohyb a vysoký osmotický tlak; homogenní soustavy,

pravé roztoky;

KOLOIDNĚ DISPERSNÍ – velikost částic je 1 až 1000 nm, pomalá

difúze, částečná dialýza, vykonávají tepelný pohyb a vyvolávají

měřitelný osmotický tlak;

MICELÁRNÍ KOLOIDY – přechod mezi „analyticky

dispersní“ a „koloidně dispersní“ soustavou

LYOFILNÍ KOLOIDY – homogenní koloidní roztoky

LYOFOBNÍ KOLOIDY – heterogenní vícefázové d.s.

HRUBĚ DISPERSNÍ – velikost částic větší než 1000 nm, tepelný

pohyb jen do velikosti 4000 nm, nedifundují, nevyvolávají

osmotický tlak, vždy heterogenní

Disperzní Dispergované částice

prostředí plynné kapalné tuhé Typ disperze

Plyn ─ déšť, mlha kouř, prach hrubá

─ aerosol aerosol koloidní

Kapalina pěna emulze suspenze hrubá

pěna emulze lyosol (sol) koloidní

Pevná látka tuhá pěna inkluze tuhá směs hrubá

tuhá pěna tuhý sol koloidní

DISPERSNÍ SOUSTAVY

VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY

SOLY (LYOSOLY)

Disperse pevných látek (d. podíl) v kapalinách (d. prostředí)

Lyofobní soly – jen slabé interakce mezi dispersním

podílem a dispersním prostředím, heterogenní

Lyofilní soly - silné interakce mezi dispersním podílem a

dispersním prostředím, homogenní

Účinkem vody dochází k solvataci lyofilních solů a

vzniku hydrofilních solů

Běžnými hydrofilními soly jsou koloidní roztoky

(suspenze) bílkovin a polysacharidů ve vodě

VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY

GELY

Dvoufázové dispersní soustavy složené z dispersního prostření

(= gelotvorná, želírující látka) a dispersního podílu (= voda v síti

gelu);

Gely vznikají z dostatečně koncentrovaných solů změnou

teploty nebo přídavkem solí.

Gely proteinů (želatinový gel)

Gely polysacharidů, pektiny

VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY

EMULZE

Dispersní prostředí je kapalina, dispersní podíl je také kapalina

(nemísitelná)

Heterogenní dispersní soustavy, hydrofobní koloidy

Olej ve vodě, voda v oleji

Mikroemulze - částice 10-100 nm

Makroemulze – částice větší než 100 nm -

- potravinářsky významné

- koalescence – shlukování drobných kapek dispersního

podílu ve větší, rozdělení na dvě fáze, zpravidla nevratně

EMULGÁTORY – povrchově aktivní látky snižující povrchové

napětí na rozhraní fází, lipofilní část molekuly interaguje s

olejem, hydrofylní část s vodou stabilizace emulze

(např. fosfolipidy)

VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY

PĚNY

Dispersní prostředí je kapalina, dispersní podíl je plyn (CO2)

Charakteristická je pro ně pěnivost

Stabilita pěn je vyšší v přítomnosti pěnotvorných činidel

(povrchově aktivní látky; hydrofilní skupiny jsou

orientovány do vody, hydrofobní do vzduchu)

Disperse plynu – např. mechanicky – šleháním

Tuhá pěna – např. zahřátý našlehaný vaječný bílek nebo

chladem ztuhlá pěna - zmrzlina