Denaturacja białek oraz przemiany tłuszczów i węglowodanów jako

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAśANIA
SEMINARIUM
Temat: Denaturacja białek oraz przemiany tłuszczów i
węglowodanów jako typowe przemiany chemiczne i
biochemiczne zachodzące w Ŝywności mroŜonej
Katarzyna Asińska
SUChiK
1. Czynniki wpływające na trwałość i jakość przechowywanych produktów:
- Temperatura
śaden zamroŜony produkt przechowywany w odpowiednio niskiej temp.nie traci
gwałtownie swych naturalnych właściwości Wahania temperatury nie powinny
wynosić więcej niŜ ±1ºC
- Wilgotność względna i bezwzględna
W temperaturach zbliŜonych do 0°C wilgotność jest waŜnym elementem,
od którego zaleŜy przebieg wielu istotnych zmian w produktach,
między innymi dynamika procesów mikrobiologicznych
- Obieg powietrza
Ma zadanie pomocnicze – zapewnia równomierny rozkład temp. w obrębie
klimatyzowanego pomieszczenia
- Wentylacja i wymiana powietrza
moŜe być naturalna — przez otwieranie drzwi
sztuczna — za pomocą wentylatora wyciągowego
- Bezwonność powietrza
Substancje zapachowe oddziałują na smak przechowywanych razem produktów.
Powietrze w komorach oczyszcza się przez wymianę lub przez stosowanie filtrów
z węgla aktywowanego.
2. Zmiany cech produktów podczas zamraŜania i przechowywania:
ZMIANY CHEMICZNE:
- Denaturacja białek
- Utlenienie i hydroliza tłuszczów
- Zmiany węglowodanów
- Straty witamin
- Zmiany barwy walorów smakowo-zapachowych
ZMIANY BIOCHEMICZNE
- Zmiany enzymatyczne i mikrobiologiczne
ZMIANY FIZYCZNE
- Ubytki wagowe
- Rekrystalizacja
3. DENATURACJA BIAŁEK
Denaturacja białka polega ogólnie na takiej zmianie jego budowy przestrzennej,
która powoduje zanik aktywności biologicznej (tj. np. aktywności enzymu
białkowego). Czynniki wywołujące denaturację, powodują na ogół rozerwanie
słabych oddziaływań, utrzymujacych struktury wyŜszych rzędów (np. rozerwanie
mostków dwusiarczkowych, zniesienie oddziaływań wodorowych, itp.)
Wiele róŜnych substancji działa na białka denaturująco. Wśród nich są kwasy,
zasady, alkohol,stęŜone roztwory mocznika, temperatura.
W wiekszości wypadków denaturacja białek jest procesem nieodwracalnym
Procesom denaturacyjnym ulegają, w stanie zamroŜonym, białka mięsa, ryb i
drobiu.
Zmiany denaturacyjne wywołane działaniem niskich temperatur uzewnętrzniają się
przede wszystkim zmianami strukturalnymi tkanek.
Pierwszym widocznym przejawem denaturacji białek jest obniŜenie
zdolności wiązania wody.
Białka, które uległy denaturacji, o wiele łatwiej ulegają- oddziaływaniu enzymów
proteolitycznych, zarówno własnych — tkankowych, jak i enzymów drobnoustrojów,
ulegając hydrolitycznemu rozkładowi, tzw. degradacji.
Rozkład ten jest wielostopniowy i przebiega w duŜym uproszczeniu wg schematu:
białka -> albumozy i peptony -> polipeptydy —> aminokwasy.
Stosunkowo odporne na zmiany denaturacyjne są albuminy. W wielu przypadkach
mają one zdolność do powracania do pierwotnej struktury nawet po działaniu tak
drastycznymi czynnikami denaturującymi, jak przemieszczanie się i zamroŜenie wody
w strukturze tkankowej. Natomiast szczególnie mało odporne na zmiany mroŜeniowe
są lipoproteidy.
Denaturacja mroŜeniowa w mięśniach drobiu wywołuje podczas przechowywania
spadek rozpuszczalności fibrylarnych (włókienkowych) białek mięśniowych,
nieznaczne zmiany rozpuszczalności sarkoplazmy (globularne - kuliste) oraz
zmniejszenie się ilości wolnych grup sulfhydrylowych.
Szybkie zamraŜanie drobiu i przechowywanie w temperaturze — 28°C chroni go
przed istotnymi zmianami.
Na denaturację mroŜeniową mięśni ryb ma wpływ obecność nienasyconych
wolnych kwasów tłuszczowych.
JuŜ 10-15 mg nadtlenku kwasu tłuszczowego wystarcza do zdenaturowania całej
ilości miozyny zawartej w 100 g mięśni dorsza.
Ponadto pod wpływem utleniania ulegają uszkodzeniu aminokwasy wchodzące w
skład białka.
Zmiany denaturacyjne pod wpływem wolnych nienasyconych kwasów tłuszczowych
w mięśniach zwierząt stałocieplnych przebiegają znacznie wolniej niŜ w mięśniach
ryb.
Zmiany denaturacyjne białek, oprócz wspomnianych juŜ konsekwencji, prowadzą do
samorzutnej utraty soku komórek mięśniowych po rozmroŜeniu. Ubytek ten wynosi od
kilku do kilkunastu procent masy produktu.
Główne objawy zewnętrzne denaturacji produktów są:
-
-
obniŜenie zdolności wiązania wody (są wynikiem denaturacji białek
globularnych)
zwiększenie wycieku rozmraŜalniczego
pogorszenie konsystencji i innych cech sensorycznych (są wynikiem
denaturacji
białek fibrylarnych)
spadek rozpuszczalności
pęcznienie
Do czynników zmniejszających zmiany denaturacyjne białek mięśniowych naleŜą
przede wszystkim:
- dostatecznie duŜa prędkość zamraŜania
- przechowywanie w — 30°C, w warunkach maksymalnie ograniczających straty
wilgoci i dostęp tlenu
- dodatek tokoferoli, który ogranicza spadek rozpuszczalności białek pod wpływem
kwasu linolenowego
- dodatek glicerolu
4. UTLENIANIE I HYDROLIZA TŁUSZCZÓW
Zmiany smakowe powodowane przez tłuszcze są konsekwencją ich enzymatycznych
i chemicznych przemian, w wyniku czego powstają nadtlenki, ketony, aldehydy,
wolne kwasy tłuszczowe o krótszych łańcuchach węglowych, hydroksykwasy, a w
przypadku fosfolipidów — tlenek trimetyloaminy,
tworzący w wyniku dalszych przemian nie znane bliŜej produkty o zapachu i smaku
tranowym.
Do szczególnie nietrwałych ze względu na stosunkowo duŜą zawartość
nienasyconych kwasów tłuszczowych naleŜą tłuszcze rybne. Szczególnie w czasie
przechowywania w stanie zamroŜonym (— 18°C i niŜej) ryb chudych kwasy
tłuszczowe ulegają uwolnieniu w wyniku hydrolizy enzymatycznej.
5. UTLENIANIE
Utlenianie tłuszczów wywołane działaniem enzymów z grupy lipaz oraz głównie tlenu
atmosferycznego ma charakter reakcji łańcuchowych, inicjowanych samorzutnie
(tzw. samoutlenianie).
Tłuszcze o duŜej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych utleniają się
znacznie szybciej — stąd mała trwałość przechowalnicza olejów, tłustych, ale i
chudych ryb (wpływ hematyny), drobiu itp.
Początkowe stadium przemian, tzw. okres indukcyjny, przebiega stosunkowo powoli,
dopiero później dynamika procesów silnie wzrasta.
Intensywność procesów utleniania tłuszczów zaleŜy nie tylko od rodzaju mroŜonego
produktu (gatunku mięsa, ryb, drobiu itp.), ale równieŜ od procesów
technologicznych poprzedzających zamraŜanie.
Intensyfikuje te procesy rozdrobnienie surowca, dodatek soli, a przede wszystkim
przechowywanie w warunkach swobodnego dostępu tlenu (brak opakowania, duŜa
powierzchnia kontaktu z tlenem atmosferycznym). Szczególnie te ostatnie warunki
prowadzą do przemian określanych jako tzw. jełczenie ketonowe nasyconych
kwasów tłuszczowych. Charakteryzuje się ono powstawaniem związków o silnym
zapachu.
Procesy JEŁCZENIA mają miejsce w czasie przechowywania
zamraŜalniczego:
- niepasteryzowanej zamroŜonej masy jajowej w opakowaniach mało
gazoszczelnych
tłustych całych ryb,
drobiu,
mózgu,
krwi
jaj
Zmiany te występują przede wszystkim w zamroŜonych kurczętach
i są przyczyną strat fosfolipidów oraz wzrostu ilości
wolnych kwasów tłuszczowych.
6. HYDROLIZA
Hydrolityczne rozszczepianie triglicerydów występuje w bardzo szerokim
zakresie temperatury, a więc i w czasie przechowywania w temperaturze
poniŜej — 18°C. Hydroliza mikrobiologiczna i enzymatyczna triglicerydów
przebiega znacznie intensywniej niŜ proces czysto chemiczny.
Ilustracją wpływu obniŜenia temperatury na zwolnienie tempa hydrolizy
tłuszczów i powstawania wolnych kwasów tłuszczowych są dane
doświadczalne, z których wynika, Ŝe identyczny przyrost wolnych kwasów
tłuszczowych w rybach następuje w temperaturze:
* — 14°C po 28 dniach,
* — 22°C po 250 dniach,
* — 29°C,po ok. 1000 dniach.
Rys. Rozkład tri glicerydów i powstawanie wolnych kwasów tłuszczowych w lipidach
tkanki mroŜonego dorsza: 1) temp. -14°C, 2) temp. -22°C, 3) temp. -29°C
Środki przeciw utlenianiu i hydrolizie tłuszczów:
- związki o działaniu antyutleniającym, jak np. butylohydroksyanizole (BHA),
- estry propylowe kwasu galusowego (PG),
- tokoferole,
- kwas askorbinowy
- oraz w przypadku ryb — glicerol.
Bardzo silnie inhibitująco działają przyprawy.
Zmielone przyprawy ziołowe dodane do farszu mięsa śledzia,
składowanego później w temperaturze — 20°C przez 3 miesiące,
zapobiegały utlenianiu.
NajwyŜszą aktywność przeciwutleniającą wśród przebadanych przypraw wykazały:
czosnek, pieprz ziołowy, pieprz czarny, jałowiec i kminek.
Przyprawy te działały równieŜ silnie hamująco na proces
hydrolitycznego rozpadu tłuszczu.
7. ZMIANY WĘGLOWODANÓW
Węglowodany stanowią główny składnik produktów roślinnych, które zamraŜane
szybko i zaraz po zbiorze (bez obróbki kulinarnej), są stosunkowo najmniej naraŜone
na zmiany w czasie zamraŜania i przechowywania. Do bogatych w węglowodany
naleŜą produkty ziemniaczane, zupy i dania gotowe
z dodatkiem nasion roślin strączkowych, sosy, ciasta nadziewane, galaretki, mroŜone
warzywa i mieszanki warzywne, niektóre owoce (truskawki, śliwy, maliny, czarna
porzeczka).
Wiele z tych produktów wykazuje jednak po rozmroŜeniu nieodwracalne zmiany,
do których najczęściej zaliczamy:
- agregację wielkocząsteczkowych wielocukrów,
- nierównomierność lub mączystość konsystencji,
- chropowatość powierzchni,
- niekorzystne zmiany struktury,
- synerezę,
- zmiany natury fermentacyjnej
- reakcje nieenzymatycznego brunatnienia typu Maillarda
WymroŜenie czystej wody zmienia stęŜenie rozpuszczonych substancji i powoduje
wiele innych zmian, współdecydujących o stopniu aktywności enzymów w
zamroŜonych produktach węglowodanowych.
W produktach nieblanszowanych w zakresie temperatury — 12-:—16°C zachodzą
jeszcze dość intensywne procesy fermentacyjne rozkładu sacharozy na mieszaninę
glukozy i fruktozy pod wpływem inwertazy.
Aktywność inwertazy ulega całkowitemu zahamowaniu dopiero w temperaturze 40°C.
W temperaturach niedostatecznie niskich w przechowywanych mroŜonkach wskutek
działania zymazy mogą gromadzić się wolne produkty fermentacji, jak alkohol i
aldehyd acetylowy. Nadają one owocom specyficzny posmak.
Stąd wymagania krajowe przewidują przechowywanie zamroŜonych owoców z
cukrem w temperaturze nie wyŜszej niŜ — 25°C.
8. Podsumowanie.
Jakość mroŜonych produktów zaleŜy od technologii jej przygotowania, przebiegu
procesu mroŜenia, a takŜe innych czynników.
Aby zabezpieczyć mroŜone produktu przed wpływem zmian chemicznych naleŜy
stosować:
- dostatecznie duŜą szybkość zamraŜania do temperatury wewnętrznej
zbliŜonej do temperatury przechowywania,
- przechowywanie w temperaturze ok. -30°C, w warunkach zabezpieczających
przed stratami wilgoci i dostępem tlenu,
- opakowania próŜniowe
- obróbkę produktu poprzedzająca zamraŜanie (wykorzystanie substancji
zmniejszających denaturację dla białek i przeciwutleniających dla tłuszczów)