Фізико-хімічні процеси, як основа харчових технологій

Фізико-хімічні процеси, як основа харчових технологій.

1. Процес екстрагування продовольчої сировини

2. Сорбційні процеси та їх застосування.

Термінологічний словник

Екстракція – Процес добування з твердої або різної складної речовини одного чи кількох компонентів.

Сорбція – Процес поглинання певним тілом газів, пари або розчинених рідин з навколишнього середовища

Кристалізація – Процес виділення речовини із розчину, розплаву або пари в вигляді кристалів.

Ректифікація – Процес перегонки, за допомогою якого з рідкої суміші виділяють невеликі кількості небажаних домішок.

1. Процес екстрагування продовольчої сировини

Одним з найбільш розповсюджених способів вилучення корисних речовин із харчової сировини є екстрагування.

Екстракцією Називається вилучення зі складної за своїм складом речовини одного або декількох компонентів за допо­могою розчинника, що має вибіркову здатність розчинити тільки речовину або речовини, що підлягають екстрагуванню.

Екстракція основана на законі розподілу: вилучення речо­вини тим повніше, чим більше коефіцієнт його вилучення відрізняється від одиниці.

Екстракція може бути однократною, коли екстрагент до-д. кться в один прийом, і дробовою — додавання екстрагенту проводиться порціями в декілька прийомів. Для оцінки ступе­ня вилучення необхідно порівняти отриману масу речовини з теоретично можливою.

У харчових виробництвах екстрагуванню частіше підда­ють сировину рослинного походження, наприклад фрукти, насіння олійних культур, цукровий буряк і т. п. За фізичними властивостями ця сировина відноситься до твердих тіл.

Говорячи про визначення екстракції, треба зазначити, що під нього підпадають і процеси розчинення. Різницею є тільки те, що при розчиненні тверда речовина може перейти в розчин цілком, а при екстракції завжди залишається істотна частина твердого тіла, нерозчинна в екстрагенті.

Рослинну сировину перед екстрагуванням дроблять або розрізають на дрібні шматочки чи стружку. При цьому части­на клітин на новоутвореній поверхні ушкоджується і внутрішньоклітинна речовина відразу переходить у екстра­гент. Більшість клітин у шматку залишаються цілими, а речо­вина, що вилучається, дифундує через клітинні мембрани в ек­страгент. Таким чином, основна частина речовини з рослинної сировини в екстрагент переноситься за рахунок дифузії.

Процес екстрагування можна здійснити, зануривши підго­товлену сировину в рідкий екстрагент. У цьому процесі кон­центрація речовини в сировині безупинно зменшується, а в ек­страгенті збільшується. Процес закінчиться, коли концент­рація зрівняється. Швидкість процесу значно зростає при пе­ремішуванні.

Інший тип процесу екстрагування реалізується при фільтруванні екстрагента через нерухомий шар сировини. Процес цей несталий і при визначеній тривалості може закінчитися практично повним вилученням речовини із сиро­вини.

Існує також процес екстрагування, при якому сировина і екстрагент безупинно переміщаються в протитоку. При цьому в кожнім перетині апарату встановлюється постійна різниця
концентрацій, що відповідає стаціонарному режимові.

У загальному вигляді процес екстрагування рослинної си­ровини можна розбити на чотири стадії:

1) проникнення екстрагента в пори рослинної сировини;

2) розчинення вилучаємої речовини екстрагентом;

3) дифузійний перенос вилучаємої речовини до поверхні частки сировини;

4) перенос вилученої речовини з поверхні сировини в рідку фазу — екстрагент.

При екстрагуванні соковитої рослинної сировини врахо­вують швидкість переносу усередині шматка (внутрішня ди­фузія) та швидкість переносу з поверхні в навколишню рідину (зовнішня дифузія). У залежності від величини опору процес може протікати по-різному.

У першому випадку швидкість зовнішньої дифузії переви­щує швидкість внутрішньої. Швидкість внутрішньої дифузії визначається таким рівнянням:

М=l×Р×АС×T,

Де М — коефіцієнт внутрішньої дифузії, м2/с;

L — визначальний розмір, м;

РСумарна поверхня сировини, м2;

АС — різниця між середньою концентрацією речовини усередині сировини і середньою концентрацією речовини в розчині, оточуючому сировину, кг/м3;

T — тривалість процесу, с.

Цей процес здійснюється в апаратах з активним перемішу­ванням фаз. Якщо говорити про внутрішню дифузію, то треба нагадати про рослинну клітину, яка містить внутрішньо­клітинну рідину (вакуоль), оточену складною оболонкою. Ос­тання складається з двох мембран, між якими знаходиться протоплазма. Перенос речовини з внутрішньо-клітинної ріди­ни за межі клітини здійснюється за рахунок молекулярної ди­фузії через цю багатошарову оболонку. Рослинні клітини щільно оточені іншими клітинами. Речовина з внутрішніх клітин повинна дифундувати через ці клітини. Максимально спрощена картина переносу усередині подрібненої сировини свідчить про великій опір внутрішньої дифузії. Для зменшен­ня опору подрібнену сировину піддають тепловій або хімічній обробці, а іноді впливові електричного струму. В результаті цих обробок протоплазма клітин денатурує і різко зростає проникність оболонки.

Із-за малих розмірів клітин (5—50 мкм) і ще більш малих розмірах пор, по яких переноситься речовина, швидкість мо­лекулярної дифузії навіть після попередньої обробки сирови­ни набагато менша, ніж швидкість молекулярної дифузії цієї ж речовини в чистій речовині. Тому О Називають Коефіцієнтом Масопровідиості, Який входить у дифузійний критерій Біо.

2. Сорбційні процеси та їх застосування

Процеси поглинання газів або розчинених речовин твердими матеріалами або рідинами можуть протікати за різнимиі ні. імами і носять загальну назву Сорбції. Сорбція може бу-іи чотирьох типів: абсорбція, адсорбція, хемосорбція ікапілярна конденсація (розділ 3.2.1).

Сполучення абсорбції і десорбції дозволяє створити без-перервне промиї лове виробництво з багатократним викорис-ганням рідкого поглинача і виділенням в чистому вигляді по­глиненої речовини з парогазової суміші.

Процеси абсорбції і адсорбції зовнішньо схожі. Різниця між ними заключається в тому, що в одному випадку речови­на поглинається усім об’ємом рідини, а в іншому — тільки по­верхнею твердого поглинача — адсорбенту. Для характеристики продуктів важливо знати не тільки, яку кількість газу, парів здатні вони поглинути в різних умо­вах зберігання, але і як впливають поглинені речовини на вла­стивості продуктів. При сорбції і десорбції парів і газів відбу­вається зміна якості продуктів. Найбільше практичне значення мають поглинання і віддача продуктами води. Зволоження про­дукту, тобто сорбція ним водяних парів, відбувається тоді, ко­ли тиск водяних парів у повітрі перевищує тиск водяних парів на його поверхні, який виникає в результаті випару частини вільної води самого продукту. Поглинання вологи продуктом у цьому випадку відбувається як за рахунок утворення тонкого шару на його поверхні (адсорбція), шляхом об’ємного погли­нання (абсорбція) гідрофільними речовинами, так і в резуль­таті капілярної конденсації (при наявності макро — і мікро-капілярів). Віддача вологи (десорбція) продуктом відбу­вається при більшому тиску водяних парів на поверхні про­дукту в порівнянні з тиском водяного пару в повітрі. Процес зволоження і віддачі продуктом відбувається до придбання ним рівноважної вологості, при якій тиск водяного пару у повітрі і на поверхні продукту становиться рівним.

Тиск водяних парів у повітрі залежить від його температури і абсолютної вологості, тобто відношення фактичної їх кількості, до тої, яка необхідна для його насичення при даній температурі.

У харчових виробництвах процеси абсорбції і адсорбції займають значне місце. Наприклад, при виробництві спирту з двоокису вуглецю, який утворюється в результаті бродіння, абсорбцією уловлюються пари спирту, а потім очищений газ зріджують для використання в інших виробництвах.

Процес насичення мінеральної води та інших багаточи-сельних напоїв двоокисом вуглецю, в спеціальній технології названий Сатурацією, В дійсності є класичним прикладом про­цесу абсорбції.

Адсорбція використовується для очищення водно-сиирто-воі суміші в лікеро-горілчаному виробництві, при очищенні і стабілізації вин, соків та інших напоїв. У буряковоцукровому виробництві абсорбцією забезпечується основна очистка ди­фузійного соку в процесі його сатурації, а також знебарвлення цукрових сиропів перед кристалізацією.

В якості адсорбентів застосовуються тверді пористі речо­вини з великою питомою поверхнею. Вони характеризують­ся адсорбційною здатністю, що визначається концентрацією ‘ірбенту в одиниці маси або об’єму адсорбенту. В якості адсорбентів застосовуються активне вугілля, силікагель, це­люлозна маса, кізельгур, активовані сірчаною кислотою гли­ни і т. ін.

Розрізняють фізичну адсорбцію і хімічну, яку часто нази­вають Хемосорбцією. Фізична адсорбція обумовлена взаємним притяжінням молекул адсорбенту і адсорбовту під дією сил Ван-дер-Ваальса і не супроводжується хімічною взаємодією адсорбованої речовини з поглиначем. При хімічній адсорбції в результаті хімічної реакції між молекулами поглиненої речо­вини і поверхневими молекулами поглинача виникає хімічний зв’язок. Механізм адсорбції досить складний, а фактори, які впливають на хід процесу, різнорідні.

Сорбційні властивості проявляються в харчових продук­тах в їх здатності поглинати пари і гази з навколишнього сере­довища і мають велике значення, наприклад, для вибору умов зберігання харчових продуктів. У результаті сорбції продукти набувають при зберіганні небажаного стороннього запаху, зволожуються за рахунок пари води із повітря. Сорбція воло­ги погіршує якість харчових продуктів. Печиво, вафлі і сухарі розм’якшуються, втрачають крихкість, розчинений кофе, бо­рошно, сіль і цукор злежуються, карамельні вироби при ви­сокій відносній вологості спочатку липнуть, а потім втрачаю п, форму і течуть.

Десорбція вологи із продуктів також несприятливо впливає на їх якість. В результаті випарювання змінюється форма, кон­систенція продукту, відбувається втрата маси (усушка сирукипіння, додають цукор-пісок, попередньо просіяний черс:і си­то з магнітоуловлювачсм, доводять до кипіння і повного роз­чинення цукру та кип’ятять протятої* 2—3 хв. У підготовлено­му сиропі перевіряють масову частку сухих речовин за допо­могою рефрактометра з ціною ділення не більше 0,2 %, Потім фільтрують.

На основі цукропатокових сиропів готуються мармеладні і цукерні маси, карамель та ін. Цукор — кристалічна речовина. В харчових продуктах цукор знаходиться в аморфному і рідкий — у кристалічному стані. Для перетворення кристалічної речо­вими в аморфну необхідно зруйнувати кристалічну решітку шляхом розчинення або розплавлювання, а потім розплавлену масу швидко охолодити. Втрачаючи швидкість руху при охо­лодженні, молск! ули цукру не встигають зібратися в структу-ровану решітку, внаслідок чого маса здобуває однорідну аморфну структуру. Цукор, що має в молекулі 8 гідроксиль­них груп, легко перетворюється в аморфну речовину, однак це перетворення можливо лише при умові уповільненого руху молекул. Для цього, наприклад, при виробництві карамелі підвищують в’язкість цукрового сиропу шляхом уварювання його до вологості 1—3 %.

Аморфний стан нестійкий. З часом у продуктах все ж відновлюється кристалічна решітка, вироби оцукрюються. Особливо швидко оцукрюються карамель та інші вироби з по­верхні навіть при незначному їх зволоженні. Зовнішньо оцу­крювання карамелі проявляється в утраті нею прозорості.

Будучи кристалічною речовиною, сахароза може виділя­тися у вигляді кристалів тільки з пересичених розчинів. От­же, для можливості кристалізації сахарози необхідно створю­вати пересичення її в розчинах. Пересичені розчини нестійкі, і з часом зайво розчинена сахароза виділиться у вигляді кри­сталів. Щоб довести розчин сахарози до пересиченого стану, створити умови для створення центрів кристалізації і здійснити ріст кристалів шляхом відкладення на їхній поверхні все нових і нових кількостей сахарози, що кристалізується, засто­совується уварювання. Вміст сахарози в розчині залежить від коефіцієнта пересичення, він зростає з підвищенням темпера­тури і виражається масовим відношенням розчиненого цукру до чистої води в розчині У присутності нецукрів розчинність значно збільшується і визначається Коефіцієнтом насичення (відношення коефіцієнта розчинності сахарози Н В даному розчині, що містить нецукри, до розчинності чистої сахарози) при тій же температурі.

Розчин, що містить цукру більше, ніж у насиченому роз­чині, називається Пересиченим. Ступінь пересичення розчину вимірюється Коефіцієнтом пересичення, Що показує, у скільки разів у даному розчині на одиницю води приходиться цукру більше, ніж у насиченому розчині при тій же температурі,

Кристал цукру являє собою комбінацію шести кристало­графічних форм, має властивість вектор і альності, тобто неод­наковості властивостей у різних напрямках. Ріст кристалів відбувається не миттєво, а з деякою швидкістю, що нази­вається швидкістю кристалізації, яка характеризується ко­ефіцієнтом, що визначає кількість сахарози в міліграмах, що відклалася з пересиченого розчину в секунду на 1 м2 поверхні кристала.

Кристалізація цукру зв’язана з переміщенням маси й відноситься до дифузійного процесу, рушійною силою якого є різниця концентрації сахарози в розчині і на поверхні крис­талів. Звичайно кристали цукру рухаються в міжкристальній рідині, на їхній поверхні утворюється прикордонний шар, швидкість якого стосовно поверхні кристалів близька до нуля, і, отже, масообмін у прикордонному шарі може відбуватися тільки шляхом дифузії. Очевидно, що прикордонний шар і чи­нить опір при кристал ізації.

Крім того, перехід цукру з прикордонного шару безпосе­редньо до кристала також пов’язаний з подоланням деякого опору. Таким чином, швидкість кристалізації є функцією двох процесів, що протікають одночасно, — розчинення і росту кри­сталів цукру шляхом сумісних перетворень.

Використана література:

1. Общая технология пищевых производств /Под ред. Ковалевской Л. П. -М.: Колос, 1993. -384с.

2. Стабников В. П., Остапчук Н. В. Общая технология пищевых продуктов. — Киев, Вища школа. 1920-707 с.

3. Технология пищевых производств /Поду ред. Ковалевской Л. П. — М.: Колос, 1997.-707 с.

4. Технология кондитерских изделий / Под ред. Маршалкина Г. А. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 447 с.

Реферати

Реферати :

Tagged with: , , , ,
Posted in Теоретичні основи технології харчових виробництв
Перелік предметів:
  1. Інформаційні технологіі в галузі
  2. Інформаційні технологіі в системах якості стандартизаціісертифікаціі
  3. Історія української культури
  4. Бухоблік у ресторанному господарстві
  5. Діловодство
  6. Мікропроцесорні системи управління технологічними процесами
  7. Науково-практичні основи технологіі молока і молочних продуктів
  8. Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
  9. Організація обслуговування у підприємствах ресторанного господарства
  10. Основи наукових досліджень та технічноі творчості
  11. Основи охорони праці
  12. Основи підприємницькоі діяльності та агробізнесу
  13. Політологія
  14. Технологічне обладнання для молочноі промисловості
  15. Технологічне обладнання для м’ясноі промисловості
  16. Технологічний семінар
  17. Технологія зберігання консервування та переробки молока
  18. Технологія зберігання консервування та переробки м’яса
  19. Технологія продукціі підприємств ресторанного господарства
  20. Технохімічний контроль
  21. Технохімічний контроль
  22. Управління якістю продукціі ресторанного господарства
  23. Вища математика 3к.1с
  24. Вступ до фаху 4к.2с.
  25. Загальні технології харчових виробництв
  26. Загальна технологія харчових виробництв 4к.2с.
  27. Мікробіологія молока і молочних продуктів 3к.1с
  28. Математичні моделі в розрахунках на еом
  29. Методи контролю харчових виробництв
  30. Основи фізіології та гігієни харчування 3к.1с
  31. Отримання доброякісного молока 3к.1с
  32. Прикладна механіка
  33. Прикладна механіка 4к.2с.
  34. Теоретичні основи технології харчових виробництв
  35. Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса
  36. Фізика
  37. Харчові та дієтичні добавки
  38. Фізичне виховання 3к.1с

На русском

  1. Методы контроля пищевых производств
  2. Общая технология пищевых производств
  3. Теоретические основы технологий пищевых производств
  4. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
LiveInternet