1 ΘΡΕΠΤΙΚΗ ΑΞΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 3 η ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ MAILLARD - ΚΑΡΑΜΕΛΟΠΟΙΗΣΗ - ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΚΡΥΛΑΜΙΔΙΟΥ

2 Θερμική Επεξεργασία των τροφίμων Η θέρμανση είναι μια από τις παλαιότερες και πιο αξιόπιστες μεθόδους επεξεργασίας τροφίμων και συνέβαλε ουσιαστικά στην εξασφάλιση βιώσιμου εφοδιασμού με ασφαλή τρόφιμα.

3 Θερμική Επεξεργασία των τροφίμων Κατά την επεξεργασία τα τρόφιμα θερμαίνονται για διάφορους λόγους, ο κυριότερος των οποίων είναι να αδρανοποιηθούν οι μικροοργανισμοί που είναι παθογόνοι ή αλλοιώνουν τα τρόφιμα. Άλλοι λόγοι περιλαμβάνουν την αδρανοποίηση των ενζύμων των τροφίμων (π.χ. για αποφυγή ενζυμικής αμαύρωσης), το πλάσιμο, την ανάμιξη κ.λπ. Ως μορφές θερμικής επεξεργασίας θεωρούμε τη λεύκανση, την παστερίωση, την αποστείρωση, το μαγείρεμα, το ψήσιμο, το ψήσιμο στη σχάρα κ.λπ.

4

5 Τεχνικές θερμικής επεξεργασίας Αυτές οι τεχνικές περιλαμβάνουν την έγχυση ατμού, παστερίωση με σωληνοειδείς εναλλάκτες θερμότητας, φούρνους, θαλάμους μικροκυμάτων κ.λπ. Η βελτιστοποίηση της θερμικής επεξεργασίας είναι δυνατή, δεδομένου ότι ο ρυθμός καταστροφής των μικροοργανισμών και των ενζύμων είναι ταχύτερος από το ρυθμό υποβάθμισης της ποιότητας του τροφίμου λόγω της θέρμανσης.

6

7 Αλλαγές λόγω της θέρμανσης Η θερμική επεξεργασία των τροφίμων οδηγεί πάντα σε βιοχημικές αλλαγές, ανάλογα με το χρόνο και τη θερμοκρασία. Αυτές οι αλλαγές περιλαμβάνουν την αλλαγή στο χρώμα των τροφίμων, στη γεύση, στο άρωμα και στην υφή, και μπορούν επίσης να επιμηκύνουν τη διάρκεια ζωής του τροφίμου στο ράφι. Ένας μεγάλος αριθμός από αλλαγές αφορούν την αντίδραση Maillard.

8 Λεύκανση ή ζεμάτισμα (blanching) Θερμική κατεργασία που υφίστανται τα τρόφιμα πριν από την κατάψυξη, την ξήρανση ή την κονσερβοποίησή τους, κύρια για την αδρανοποίηση των ενζύμων. Εκτός από το νερό °C, χρησιμοποιείται θερμός ατμός, θερμός αέρας κ.λπ. Στα λαχανικά γίνεται συνήθως με θερμό νερό ή ατμό (μικροβιακή εξυγίανση και περιορισμός ενζυμικής αμαύρωσης). Στα φρούτα γίνεται με βάπτιση σε άλατα Ca, που τα σταθεροποιούν (καλύπτουν) μέσω σχηματισμού πηκτινικού ασβεστίου. «Τεχνολογία Τροφίμων», Τμήμα Χημείας Π. Ιωαννίνων Π. Γ. Δεμερτζή & Μ. Γ. Κοντομηνά

9 Πλεονεκτήματα και περιορισμοί των συμβατικών συσκευών λεύκανσης, μέσω ατμού ή ζεστού νερού

10

11 Λεύκανση ή ζεμάτισμα (blanching) Λαχανάκια Βρυξελλών Food and Nutrition Sciences, Vol. 2 No. 9 (2011), Olivera et al., Integration of an Objective Approach Focused on the Consumer to Evaluate the Quality of Processed Brussels Sprouts

12 Λεύκανση ή ζεμάτισμα (blanching) Όταν προηγείται της κονσερβοποίησης των τροφίμων, εξυπηρετεί σημαντικούς στόχους: απομακρύνει τα αέρια και αδρανοποιεί ένζυμα. Η απομάκρυνση των αερίων και η προθέρμανση των προϊόντων είναι στην περίπτωση αυτή οι κύριοι στόχοι, καθότι έχουν σημαντική επίδραση στην τελική περιεκτικότητα O 2 στο δοχείο και κατά συνέπεια επηρεάζουν άμεσα το χρόνο ζωής της κονσέρβας. «Τεχνολογία Τροφίμων», Τμήμα Χημείας Π. Ιωαννίνων Π. Γ. Δεμερτζή & Μ. Γ. Κοντομηνά

13 Παστερίωση Η παστερίωση είναι ήπια θερμική κατεργασία που στοχεύει στην καταστροφή μέρους των μικροοργανισμών (συχνά των παθογόνων) που υπάρχουν στο τρόφιμο. Η περαιτέρω επεξεργασία και οι συνθήκες αποθήκευσης πρέπει να ελαχιστοποιούν την μικροβιακή ανάπτυξη. Pasteur

14 Παστερίωση γάλακτος Ο όρος παστερίωση προέρχεται από τον Luis Pasteur ( ), ένα Γάλλο χημικό και βακτηριολόγο που ανακάλυψε ότι η ζύμωση του γάλακτος και της αλκοόλης προκαλείται από τους μικροοργανισμούς. Η παστερίωση είναι η διαδικασία όπου θερμαίνεται το γάλα στους 62,8 - 65,6 oC για μισή ώρα ή σε 71,7 oC για 15 δευτερόλεπτα. Μετά από αυτό, το γάλα πρέπει να ψυχθεί αμέσως τουλάχιστον στους 10 oC. Η παστερίωση σκοτώνει το % των βακτηριδίων.

15 Παστεριωτήρες - Pasteurizers Β). 60 οC για τριάντα λεπτάΑ). 80 οC για 30 δευτερόλεπτα

16 Αποστείρωση Αποστειρωμένο καλείται το γάλα που θερμαίνεται στους 100 oC τουλάχιστον, έτσι ώστε όλοι οι μικροοργανισμοί να σκοτώνονται, χωρίς να συμβεί συμπύκνωση. Η αποστείρωση είναι θερμική κατεργασία που στοχεύει όχι μόνο στην καταστροφή όλων των μικροοργανισμών, αλλά και των σπορίων τους που υπάρχουν στο τρόφιμο. Στην πραγματικότητα δεν επιδιώκεται η πλήρης καταστροφή, αλλά η μείωση σε προκαθορισμένο όριο, ώστε να μειωθεί αντίστοιχα και η πιθανότητα ανάπτυξης των μικροοργανισμών στις συνήθεις συνθήκες αποθήκευσης.

17 U.H.T. (ultra high temperature) γάλα ή αλλιώς γάλα υψηλής θερμικής επεξεργασίας ή μακράς διάρκειας Το γάλα U.H.T. θερμαίνεται συνήθως στους 135 ή 145 βαθμούς Κελσίου για 3 ή 1 δευτερόλεπτο αντίστοιχα, για καταστροφή όλων των υπαρχόντων στο τρόφιμο μικροοργανισμών και σπόρων. Ως συνέπεια, παρατηρούνται αλλαγές στα θρεπτικά συστατικά (πχ μετουσίωση πρωτεϊνών ~20% και καταστροφή της βιταμίνης C). Βέβαια, το γάλα δεν είναι κατεξοχήν πηγή πρόσληψης βιταμίνης C.

18 U.H.T. (ultra high temperature) γάλα ή αλλιώς γάλα υψηλής θερμικής επεξεργασίας ή μακράς διάρκειας Ένα πλεονέκτημα του U.H.T. γάλακτος είναι πως είναι κατάλληλο για άτομα ευαίσθητα στην λακτόζη γιατί αυτή διασπάται σε λακτουλόζη (ευθύνεται για την πιο γλυκιά γεύση του γάλακτος). Στα φυσικά χαρακτηριστικά, παρατηρείται αμυδρή αλλαγή του χρώματος, πιο γλυκιά γεύση και ελαφριά οσμή βρασμένου (σουλφυδρύλια). Το U.H.T. είναι ένα αποστειρωμένο γάλα σε ασηπτική συσκευασία και μπορεί να διατηρηθεί εκτός ψυγείου για αρκετούς μήνες (συνήθως 180 μέρες).

19 Μέθοδοι εξυγίανσης τροφίμων (π.χ. γάλα)

20 Διαφορά στην προετοιμασία μεταξύ γάλακτος παστεριωμένου "High Temperature - Short Time ή HTST" και υπερπαστεριωμένου ή αποστειρωμένου “Ultra High Temperature ή UHT"

21 Συγκριτική απώλεια βιταμινών μεταξύ γάλακτος παστεριωμένου "High Temperature - Short Time ή HTST" και υπερπαστεριωμένου “Ultra High Temperature ή UHT" ΠΟΙΑ Η ΤΥΧΗ ΕΝΖΥΜΩΝ ΚΑΙ ΠΟΛΛΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ;

22 Οι πρωτεΐνες του ορού του γάλακτος μειώνονται με την επεξεργασία The Biochemical Magic of Raw Milk and Other Raw Foods: Glutathione September 11, 2010, by Chris Masterjohn The Weston A. Price Foundation for Wise Traditions in Food, Farming, and the Healing Arts

23 Η εμφάνιση σουλφυδρυλίων από τη διάσπαση των θειούχων αμινοξέων (κυστείνη, μεθειονίνη), στο υπερπαστεριωμένο-αποστειρωμένο γάλα ΤΟ ΓΑΛΑ ΑΠΟΚΤΑ ΜΙΑ ΙΔΙΑΙΤΕΡΗ ΓΕΥΣΗ-ΟΣΜΗ

24 Παστερίωση διαφόρων άλλων τροφίμων

25 Μαγείρεμα (cooking) Η παρασκευή των τροφών πρέπει να εκπληρώνει δύο βασικές προϋποθέσεις: αφενός να διασφαλίζει την υγεία, αποτρέποντας τυχόν τροφική δηλητηρίαση και αφετέρου να τις καθιστά πιο εύπεπτες, ώστε να γίνεται η μέγιστη εκμετάλλευση των θρεπτικών τους ουσιών. Οι τρόποι παρασκευής των τροφών χαρακτηρίζονται από εξαιρετική ποικιλία, όπως: με νερό σε βρασμό (βράσιμο), με την επίδραση ξηρής θερμότητας (ψήσιμο), και με θέρμιση μέσα σε έλαια (τηγάνισμα).

26 Βράσιμο (boiling) Βραστό στην κατσαρόλα σε (7O° - 98°C) ή σε (98° - 1OO°C). Βάζοντας τα τρόφιμα σε νερό κρύο, το οποίο στη συνέχεια θα θερμανθεί μέχρι βρασμού, επιτυγχάνεται αργό μαγείρεμα, που επιτρέπει την εκχύλιση θρεπτικών συστατικών, βιταμινών και ιχνοστοιχείων στο ζωμό. Εάν εισαχθούν τα τρόφιμα σε ήδη βρασμένο νερό, οι πρωτεΐνες της επιφάνειας μετουσιώνονται γρήγορα και αυτό αποτρέπει εν μέρει τις απώλειες.

27 Απώλειες βιταμίνης C στο βράσιμο GALATI, Paula Cristina et al., Microbiological profile and nutritional quality of raw foods for neutropenic patients under hospital care. Rev. Bras. Hematol. Hemoter., [online], 2013, vol.35, n.2, pp ISSN

28 Αλλαγές σε πρωτεΐνη και σίδηρο οσπρίων (φασολιών) με το βράσιμο NAOZUKA, Juliana and OLIVEIRA, Pedro V.. J. Braz. Chem. Soc., [online]., 2012, vol.23, n.1, pp ISSN

29 Ψήσιμο (baking, roasting) Tο τρόφιμο εκτίθεται σε άμεση θερμότητα, υψηλή θερμοκρασία, ξηρή ατμόσφαιρα (φούρνος, ψηστιέρα). Ψητό στο φούρνο (16O° - 225°C). Το κρέας μαγειρεύεται σε ταψί αλειμμένο με λίγο λάδι ή βούτυρο και "θερμό αέρα". Συγκρατούνται τα αρώματά, ενώ οι χυμοί απελευθερώνονται στη σάλτσα που δημιουργείται στο ταψί. Το παρατεταμένο ψήσιμο, επιτρέπει την τήξη των λιπών των κρεάτων. Το γρηγορότερο ψήσιμο, επιτρέπει τη διατήρηση των βιταμινών και των ιχνοστοιχείων των χορταρικών.

30 Ψήσιμο (baking, roasting)

31

32 Ψήσιμο στη σχάρα (grilling, broiling) Στην περίπτωση του ψησίματος στη σχάρα, το τρόφιμο εκτίθεται σε μία πηγή ακτινοβολούσας θερμότητας (FIR), υψηλής θερμοκρασίας. Στο γκριλ ή στα κάρβουνα (35O°C) ψήνονται οι μπριζόλες και το φιλέτο. Οι χρόνοι ψησίματος είναι πολύ σύντομοι και για το λόγο αυτό επιλέγονται μικρά κομμάτια κρέατος ή λεπτές φέτες, σχετικά λιπαρές. Το κρέας που έχει ψηθεί στο γκριλ ή στα κάρβουνα συγκρατεί τους χυμούς στο εσωτερικό του.

33 Αποφύγετε τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες Η υπερβολική θέρμανση έχει πολλές φορές ως αποτέλεσμα τη μείωση της γευστικότητας και της διαιτητικής αξίας των πρωτεϊνών. Προκύπτει οξείδωση των αμινοξέων, ή αλλαγή δεσμών μεταξύ των αμινοξέων, μειώνεται αισθητά η πεπτικότητα τους και σχηματίζονται νέοι δεσμοί (π.χ. πολυμερισμοί) που δυσχεραίνουν την υδρόλυση των πρωτεϊνών από τα ένζυμα της πέψης.

34 Μαρινάρισμα, χρόνος, θερμοκρασία ψησίματος και τρυφερότητα κρέατος Tenderizing of meat EP A2

35 Αποφύγετε τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες Κατά το ψήσιμο των τροφίμων προκύπτει διάσπαση (υποβάθμιση), συμπύκνωση ή πολυμερισμός πρωτεϊνών, αμύλου, λιπών, βιταμινών, φαινολών κ.λπ. Επίσης, σε ψηλές θερμοκρασίες, προϊόντα πυρόλυσης όπως: 1.Πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, 2.Ετεροκυκλικές αμίνες, 3.Ν-Νιτρωδοαμίνες, 4.Απανθρακωμένη οργανική ύλη, 5.Ακρυλαμίδιο (από το ψήσιμο κυρίως αμυλωδών τροφών).

36 Louis-Camille Maillard ( ) Γάλλος ερευνητής από τα τέλη του 19ου αιώνα. Μελέτησε τις αντιδράσεις σακχάρου - αμινοξέος, την περίοδο ΠΡΟΦΕΡΕΤΑΙ ΜΕΪΛΆΡ - Μεϊλάρ

37 Αντιδράσεις Maillard Σάκχαρο + Αμίνη Μελανοϊδίνες (καφέ πολυμερή συστατικά) Θέρμανση

38 Αντιδράσεις Maillard Συμβαίνουν στα τρόφιμα κατά τη θερμική κατεργασία τους και έχουν σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση επιθυμητών οργανοληπτικών χαρακτηριστικών όπως καστανού χρώματος, χαρακτηριστικής γεύσης και αρώματος. Πραγματοποιούνται μεταξύ καρβονυλοενώσεων με αμινομάδες και έχουν σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία σκουρόχρωμων προϊόντων, γνωστών και ως μελανοϊδίνες.

39 Την αντίδραση επηρεάζουν Η θερμοκρασία. Μείωση της προκαλεί αναστολή. Το ποσοστό ύδατος/υγρασίας στα υγρά τρόφιμα. Η μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό (αραίωση) ελαττώνει τη συγκέντρωση των αντιδρώντων σωμάτων άρα και την ταχύτητα της αντίδρασης. Στα στερεά τρόφιμα, εάν λείπει το νερό, τότε δεν υπάρχει περίπτωση διαλυτοποίησης/επαφής των μορίων των αντιδρώντων, άρα και έναρξης της αντίδρασης. Η ταχύτητα της αντίδρασης είναι μεγαλύτερη όταν η ενεργότητα νερού είναι > 0,8.

40 Μη ενζυμική αμαύρωση και aw

41 Την αντίδραση επηρεάζουν Το pH. Μείωση του, π.χ. προσθήκη κιτρικού οξέος, αδρανοποιεί τις ελεύθερες αμινομαδες, που κανονικά θα συμμετείχαν στην αντίδραση η οποία αναστέλλεται. Αντίθετα, η προσθήκη βάσεων (αλκαλικό περιβάλλον) ευνοεί την αντίδραση Διαθεσιμότητα των αντιδρώντων. Η αντίδραση μπορεί να παρεμποδιστεί με ένζυμα (καταστροφή της δραστικής ομάδας του σακχάρου) είτε χημικά (δέσμευση καρβονυλομάδας σακχάρου).

42

43 Αντιδράσεις Maillard Έτσι δημιουργείται το χαρακτηριστικό και επιθυμητό χρώμα και άρωμα της κόρας του ψωμιού, κέικ, καβουρδισμένου καφέ ή ξηρών καρπών αλλά και των ψημένων και γενικά μαγειρεμένων φαγητών π.χ. ψητό κρέας. Ωστόσο το καφέτιασμα της σκόνης γάλακτος και του αυγού ή των αφυδατωμένων λαχανικών, είναι ανεπιθύμητα και καταβάλλεται προσπάθεια για παρεμπόδιση της αντίδρασης Μaillard (π.χ. με πρόσθετα όπως τα θειώδη άλατα).

44 Maillard Reaction Άρωμα Χρώμα Γεύσεις

45 Οι αμινομάδες που συμμετέχουν-συνήθως- στην αντίδραση Μaillard είναι αυτές της Λυσίνης και της Ιστιδίνης. Σχηματίζονται όμως και οι ονομαζόμενες ενώσεις Amadori (Ν- υποκατεστημένες 1-αμινο-1-διοξυ-2-κετόζες) από τις οποίες προκύπτουν στη συνέχεια δικαρβονυλικές ενώσεις που κυκλοποιούνται η διασπώνται προς διακετύλιο.

46

47 Ωστόσο η σημαντικότερη αντίδραση που παρέχουν κατά τη μη ενζυμικη αμαύρωση οι α-δικαρβονυλικές ενώσεις είναι αυτή που πραγματοποιείται με τα α- αμινοξέα σε υψηλές θερμοκρασίες και είναι γνωστή ως αποικοδόμηση Strecker. Αποτέλεσμα αυτής της αποικοδόμησης είναι η δημιουργία τόσον ορισμένων αλδεϋδών (π.χ. ισοβουτυλικη αλδεύδη ή μεθυλοπροπανάλη), όσον και διαφόρων παραγώγων της πυραζίνης. Και τα δύο αυτά προϊόντα (αλδεύδες και πυραζίνες) συμμετέχουν σε μεγάλο ποσοστό στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των φαγητών και γλυκισμάτων φούρνου.

48 Στο ψωμί, η κρούστα αποτελείται κυρίως από προϊόντα αντίδρασης Maillard, όπως τα φουράνια, πυρρόλια, πυρρολίνες και κυκλικές ενώσεις του θείου.

49 Θρεπτική σημασία της Maillard

50 Αντιοξειδωτικά και Maillard

51 ΠΩΣ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ Η ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ (και αντιβακτηριακή) ΔΡΑΣΗ; Τα προϊόντα Amadori που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του σταδίου έναρξης, υφίσταται περαιτέρω αντιδράσεις για να σχηματίσουν κυκλικές ενώσεις που ονομάζονται αμινο-ρεντουκτόνες. Τα προϊόντα αυτά έχουν μια ιδιαίτερη ικανότητα να δεσμεύονται σε ελευθέρα ή χηλικά μεταλλικά ιόντα, όπως ο χαλκός και ο σίδηρος, τα οποία είναι καταλυτικές ενώσεις των αντιδράσεων οξείδωσης των λιπιδίων. Επίσης είναι απαραίτητα στα βακτήρια.

52

53 Οι μελανοϊδίνες βρέθηκαν να προστατεύουν τα λιπαρά οξέα από την οξείδωση σχηματίζοντας ένα είδος ρίζα η οποία αντιδρά με τις ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται κατά την οξείδωση των λιπιδίων (propagation stage). Έτσι προκαλούν ανάσχεση στην αυτο-οξείδωση των ελεύθερων λιπαρών οξέων. Επιπρόσθετα

54

55 Αντιοξειδωτικά και μελανοϊδίνες στον καφέ Coffee, colon function and colorectal cancer Paola VitaglionePaola Vitaglione, Vincenzo Fogliano, Nicoletta Pellegrini Vincenzo FoglianoNicoletta Pellegrini Food Funct., 2012, 3, , DOI: /C2FO30037K

56 Η ευρύτερη πληθυσμιακή σημασία των αντιοξειδωτικών του καφέ For the average American: mg of antioxidants consumed per day.

57 Maillard Reaction vs. Caramelization Maillard ReactionCaramelization Στην καραμελοποίηση, τα σάκχαρα (κυρίως η σακχαρόζη, η γλυκόζη και η φρουκτόζη) διασπώνται υπό την επίδραση της θερμότητας και παράγουν νέα μόρια που προσδίδουν το χρώμα και τη γεύση, για παράδειγμα σε προϊόντα όπως η σάλτσα καραμέλας και τα καραμελοποιημένα φρούτα και γλυκίσματα.

58 Ακρυλαμίδιο Έχει αποδειχθεί ότι ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης Maillard είναι και το ακρυλαμίδιο μέσω της αντίδρασης κυρίως της ασπαραγίνης με ανάγοντα σάκχαρα. Το ακρυλαμίδιο όμως, συνιστά μια τοξική ένωση και μάλιστα θεωρείται ένας πιθανός καρκινογόνος παράγοντας.

59 Αντιδράσεις Maillard & Ακρυλαμίδιο Glucose AsparagineAcrylamide Fructosamine

60 Επίπεδα ακρυλαμίδης στις τροφές [Ακρυλαμίδη] (  g/kg) * Τηγανητές πατάτες Πατάτες chips Πατάτες βραστές < 30 Pop corn ~ 400 Καφές (σκόνη) ~ 200 Δημητριακά πρωινού Κρέας< Μπύρα < 30 * “ Acrylamide in Food ” Swedish Scientific Expert Committee

61 Κάπνισμα λαδιού (θα γίνει ειδικό μάθημα) Η σημαντική ιδιότητα που πρέπει να έχει ένα έλαιο, που θα εκτεθεί σε ψηλές θερμοκρασίες, είναι η σταθερότητα. Είναι πολύ σημαντικό να μην φτάνει στο "σημείο καπνού" σε χαμηλές θερμοκρασίες. Στο σημείο αυτό (όταν δηλαδή το έλαιο αρχίζει ουσιαστικά να καίγεται και να καπνίζει) συμβαίνει πυρόλυση, που είναι μια διαδικασία θερμοχημικής αποσύνθεσης των οργανικών συστατικών του λαδιού. Κατά τη διάρκειά της, παράγονται πτητικές ενώσεις με έντονα δυσάρεστη γεύση και οσμή (ακρυλαλδεϋδη ή ακρολεϊνη), οι οποιες επιπροσθετα, ειναι και τοξικες.