Biochemia żywności

Cykl wykładów i ćwiczeń zawiera wiadomości na temat zmian biochemicznych i metabolicznych zachodzących w surowcach wykorzystywanych w przemyśle spożywczym oraz reakcji biochemicznych przebiegających w czasie przetwarzania żywności, które decydują o własnościach sensorycznych, żywieniowych i funkcjonalnych produktów spożywczych. Kurs obejmuje zagadnienia związane z budową i przemianami biochemicznymi w tkance mięsnej, w dojrzewających owocach

i warzywach, kiełkujących ziarnach zbóż oraz w mleku surowym. Przedstawione są biochemiczne podstawy mechanizmu skurczu mięśni, glikoliza pośmiertna, fragmentacja miofibryli oraz mechanizm degradacji hemu. Kurs obejmuje opis biosyntezy etylenu w owocach podczas klimakterium oddechowego, biosyntezy i rozkładu chlorofilu i karotenoidów, degradacji ściany komórkowej owoców i depozycji lignin we wtórnej ścianie komórkowej warzyw.

Treść kształcenia

Budowa i biochemia tkanki mięśniowej. Mechanizm skurczu mięśnia, filamenty miozynowe i aktynowe. Rola ATP w reakcji Lohmana.

Pośmiertny metabolizm tkanki mięśniowej. Glikoliza pośmiertna i metabolizm ATP, czynniki modulujące glikolizę pośmiertną, zjawiska DFD (dark-firm-dry) oraz PSE (pale-soft-exudative). Fragmentacja miofibryli i przemiany mioglobiny podczas dojrzewania mięsa. Cytoszkielet a kruchość mięsa. Efektory konwersji oksy mioglobina- metmioglobina.

Przemiany biochemiczne w surowych owocach i warzywach. Klimakterium oddechowe. Biosynteza etylenu – cykl metioninowy. Biosynteza i degradacja chlorofili, rola kwasu aminolewulinowego (ALA).

Dojrzewanie owoców i warzyw. Biosynteza kwasu mewalonowego jako prekursora karotenoidów. Biosynteza flawonoidów – rola PAL. Biosynteza antocyjanin i jej fotoregulacja. Przemiany tekstury i smakowitości podczas dojrzewania owoców i warzyw. Degradacja ściany komórkowej owoców i depozycja lignin we wtórnej ścianie komórkowej warzyw. Prekursory związków zapachowych i ich biosynteza. Biokonwersja skrobia- sacharoza.

Zmiany biochemiczne w ziarnach zbóż. Biosynteza skrobi i ciał białkowych endospermy

Indukcja aktywności enzymatycznych i przemiany biochemiczne podczas kiełkowania zarodka. Przechowywanie ziaren zbóż.

Przemiany biochemiczne mleka surowego. Biosynteza laktozy, kwasów tłuszczowych i białek mleka.

Biochemia serowarstwa i napojów mlecznych. Enzymatyczne i nieenzymatyczne etapy tworzenia skrzepu. Lipoliza, proteoliza i gorzkie peptydy w serach dojrzewających. Jogurt i kefir – rola i metabolizm kultur starterowych.

Ciemnienie nieenzymatyczne. Etapy i mechanizm reakcji Maillarda. Reakcja karbonylaminowa, przegrupowanie Amadori, reakcja Streckera. Związki heterocykliczne: piraziny, pirole, oksazole, tiazole, polimery melanoidynowe, reakcje karmelizacji, transformacja van Eckenstein’a. Utlenianie kwasu askorbinowego, aktywność antyoksydacyjna produktów ciemnienia nienzymatycznego. Chemiczna i biochemiczna inhibicja ciemnienia nieenzymatycznego.

Ciemnienie enzymatyczne. Oksydazy polifenolowe u roślin, ich specyficzność i inhibicja. Związki fenolowe w żywności, pochodne kwasu cynamonowego, flawonoidy. Oksydaza polifenolowa w fermentacji herbaty. Metody kontroli ciemnienia enzymatycznego.

Substancje barwne tkanki mięsnej. Charakterystyka barwników mięsa. Oznaczanie ogólnej zawartości barwników hemowych oraz poszczególnych form mioglobiny (mioglobiny, oksymioglobiny i metmioglobiny) w mięsie. Badanie wpływu ogrzewania mięsa na przemiany barwników hemowych.

Barwniki roślin. Charakterystyka barwników tkanek roślinnych. Ekstrakcja barwników rozpuszczalnych w tłuszczach i w wodzie. Oznaczanie zawartości chlorofilu a i b oraz sumy karotenoidów. Badanie wpływu temperatury i pH na przemiany chlorofili i antocyjanów.

Peroksydacja lipidów. Chemizm procesu autooksydacji kwasów tłuszczowych. Sposoby zapobiegania peroksydacji lipidów w produktach spożywczych. Omówienie metod oznaczenia produktów utlenienia tłuszczów w żywności. Badanie wpływu: jonów metali przejściowych, kwasu askorbinowego, BHT i EDTA na szybkość przebiegu peroksydacji kwasu linolowego. Oznaczenie produktów utleniania lipidów w mięsie surowym i ugotowanym.

Stabilność kwasu askorbinowego. Budowa i funkcje fizjologiczne kwasu askorbinowego. Rola kwasu askorbinowego jako dodatku do żywności. Badanie stabilności kwasu askorbinowego w wodnym roztworze w zależności od pH, temperatury i obecności jonów Cu2+. Wpływ gotowania na zawartość kwasu askorbinowego w kapuście.

Białka zbóż. Oznaczenie udziału procentowego frakcji białek glutenowych w ziarniakach pszenicy i żyta.

Starzenie tkanek roślinnych. Ciemnienie enzymatyczne. Badanie wpływu mechanicznego zranienia i krótkotrwałego przechowywania na aktywność oksydazy o-difenolowej oraz peroksydazy nieswoistej w korzeniach marchwi. Oznaczanie zawartości fenoli rozpuszczalnych

Inhibitory proteaz w nasionach roślin strączkowych. Oznaczenie aktywności inhibitora trypsyny w izolacie białka sojowego.

Literatura podstawowa:

1. Eskin M. N. A. Biochemistry of Foods. Second Edition. Academic Press. San Diego. CA. 1990.

2. Miller D.D. Food Biochemistry. Laboratory Manual. J.Wiley & Sons, Inc., New York, 1998.

3. Palka K. Zmiany w mikrostrukturze i teksturze mięśni bydlęcych podczas dojrzewania poubojowego i dojrzewania. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie. Rozprawy. Zeszyt 270. Kraków 2000.

4. Sikorski Z. E. Chemiczne i funkcjonalne właściwości składników żywności. WNT. Warszawa. 1996.

Literatura uzupełniająca:

1. King R.D., Cheetham P. S. J. Food Biotechnology. Elsevier Applied Science, New York. (Part 1:1987; Part 2: 1988).

2. Friedman M. Food browning and its prevention: An overview. Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 44, nb. 3, 631-653.

Wiedza

Rozumie rolę endogennych aktywności biologicznych tkanek roślinnych i zwierzęcych w procesach stabilizacji i modulowania zawartości ważnych komponentów żywności

Potrafi wytłumaczyć jak endogenne aktywności biologiczne tkanek roślinnych i zwierzęcych wpływają na zmiany właściwości odżywczych, organoleptycznych, teksturalnych i przechowalniczych żywności. Rozumie znaczenie metabolizmu rozpadu i przemian anabolicznych tkanek w tych procesach.

Zna podstawy chemicznych i biochemicznych przemian w tkance mięśniowej i mięsie, czynniki regulujące te przemiany oraz ich znaczenie dla technologii przetwarzania mięsa.

Demonstruje zrozumienie znaczenia węglowodanów, białek i lipidów oraz ich metabolitów podczas dojrzewania nasion, owoców i warzyw, podczas ich przechowywania i przetwarzania oraz wykazuje znajomość czynników regulujących i zakłócających metabolizm tych substancji

Potrafi objaśniać podstawowe mechanizmy procesów brązowienia enzymatycznego i nieenzymatycznego, przemian oksydacyjnych i hydrolitycznych oraz ich znaczenie dla zmian struktury, tekstury, koloru i smakowitości żywności

Potrafi wytłumaczyć jak preparaty enzymów, endogenne aktywności biologiczne mleka oraz aktywność fizjologiczna kultur mikroorganizmów są wykorzystane w technologiach mleczarskich.

Demonstruje zrozumienie fizjologicznych i biochemicznych podstaw funkcjonalności żywności i bioaktywności niektórych komponentów żywności

Umiejętności

Stosuje techniki analityczne do badania składników żywności i oceny jej jakości.

Pracuje w laboratorium biochemicznym (obsługuje pipety automatyczne, posługuje się pH-metrem, prawidłowo waży na wadze technicznej i analitycznej, zna przeznaczenia szkła miarowego)

Prawidłowo przeprowadza oznaczenia ilościowe (wykorzystuje program Excel do sporządzania krzywych wzorcowych i obliczeń)

Analizuje wpływ czynników na zmiany chemiczne zachodzące podczas przetwarzania żywności wpływające na jej jakość

Analizuje wpływ czynników na przemiany enzymatyczne w żywności wpływające na jej jakość

Kompetencje

Posiada zdolność efektywnej pracy indywidualnej, potrafi pracować w zespole, wykazuje umiejętność kierowania grupą, potrafi podejmować decyzje, planować i organizować pracę oraz wykazuje umiejętność zarządzania czasem

Ma świadomość zagrożeń wynikających z niezgodnej z zasadami BHP pracy w laboratorium

Posiada umiejętność ukierunkowanego samokształcenia

Na ocenę 2

Nie rozpoznaje istotnych zależności, nie wymienia reguł, nie wykazuje znajomości treści lub zasad klasyfikacji zjawisk i procesów zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej) lub czyni w stopniu niedostatecznym (mniej niż 50% treści)

Nie pracuje w laboratorium biochemicznym oraz nie potrafi zastosować technik analitycznych do badania składu i oceny jakości żywności. Nie analizuje wpływu czynników na przemiany zachodzące w żywności podczas jej przetwarzania.

Nie pracuje efektywnie indywidualnie ani w zespole. Opóźnia pracę grupy.

Nie potrafi podejmować decyzji, planować i organizować pracy. Nie ma świadomości zagrożeń wynikających z niezgodnej z zasadami BHP pracy w laboratorium. Nie wykazuje chęci ukierunkowanego samokształcenia.

Na ocenę 3

Wymienia reguły, ale nie analizuje zależności, lub wymienia zależności ale nie analizuje reguł, lub nie wykazuje znajomości zasad klasyfikacji ale wykazuje dostateczną znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Pracuje w laboratorium biochemicznym ale nie stosuje samodzielnie technik analitycznych ani oznaczeń ilościowych. Potrafi wskazać czynniki wpływające na jakość żywności, ale ich nie analizuje.

Nie potrafi planować pracy indywidualnej, ale włącza się w pracę grupy. Teoretycznie zna zagrożenia wynikające z niezgodnej z zasadami BHP pracy w laboratorium, ale nie uwzględnia ich w praktycznym działaniu. Wykazuje chęć ukierunkowanego kształcenia.

Na ocenę 4

Wymienia reguły i analizuje zależności, wykazuje znajomość zasad klasyfikacji zjawisk i dobrą (75 %) znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Pracuje w laboratorium biochemicznym, stosuje samodzielnie technik analityczne do oceny jakości żywności. Wykonuje i opracowuje oznaczenia ilościowe. Potrafi wskazać czynniki wpływające na jakość żywności, ale analizuje je pobieżnie.

Aktywnie działa w grupie i potrafi sprawnie zarządzać czasem. Jest świadomy zagrożeń wynikających z niezgodnej z zasadami BHP pracy w laboratorium. Docenia znaczenie ukierunkowanego samokształcenia.

Na ocenę 5

Wymienia reguły i analizuje zależności, wykazuje bardzo dobrą znajomość zasad klasyfikacji zjawisk i bardzo dobrą (90 %) znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Pracuje w laboratorium biochemicznym, stosuje samodzielnie techniki analityczne do oceny jakości żywności. Wykonuje i opracowuje oznaczenia ilościowe oraz samodzielnie interpretuje wyniki. Potrafi wskazać i dogłębnie zanalizować wpływ czynników na jakość żywności.

Efektywnie planuje i wykonuje pracę w laboratorium. Jest świadomy zagrożeń wynikających z niezgodnej z zasadami BHP pracy w laboratorium i kieruje się zasadami dobrej praktyki laboratoryjnej. Docenia znaczenie ukierunkowanego samokształcenia.