Тепловые процессы. На пути превращения сырья в продукты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ (ГТУ)
Кафедра ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В ПИЩЕВЫХ И
ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ОТРАСЛЯХ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО
КОМПЛЕКСА
Методические указания
к практическим занятиям магистрам по направлению подготовки
260800 – «Технология продукции и организации общественного питания».
Владикавказ 2011
УДК 664
ББК 36
Т 32
Рецензент: д.с.х.н., профессор, декан Товароведно-технологического
факультета Горского ГАУ Каиров Валерий Рамазанович
Темираев Рустем Борисович, Кокаева Марина Гурамовна, Витюк Лада
Александровна
Методические указания к практическим занятиям магистрам по направлению
подготовки 26.08.00. – «Технология продукции и организации общественного
питания». Изд-во «Терек», 2011.- 75 с.
Практические занятия по дисциплине «Современные проблемы науки в пищевых и перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса».
Подготовлено кафедрой «Технологии продуктов общественного питания»
Редактор
Компьютерная верстка
Издательство «Терек» СКГМИ (ГТУ), 2011
___________________________________________________________
Подписано в печать
Формат
Тираж_____ Объем усл.п.л. Заказ №_______
Подразделение оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ)
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Практическая работа №1 Факторы качества продуктов питания
Практическая работа №1 Физико-механические и тепловые процессы
Практическая работа №2 Химические процессы
Практическая работа №3 Биохимические процессы, протекающие в пищевом
сырье
Практическая работа №4 Микробиологические и массообменные процессы
Практическая работа №5 Коллоидные процессы
Практическая работа №7 Стандартизация и виды стандартов
Практическая работа №8 Основные нормативные документы в пищевой промышленности
Практическая работа №9 Сертификация продуктов питания
Практическая работа №10 Свойства и классификация сырья
Практическая работа №11 Процессы, происходящие при хранении сырья
Практическая работа №12 Основные способы хранения пищевых продуктов
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Агропромышленный комплекс – это совокупность взаимосвязанных отраслей хозяйства, участвующих в производстве, переработке сельскохозяйственной продукции и доведении её до потребителя.
Сельское хозяйство вместе с отраслями промышленности, поставляющими ему средства производства, а также отраслями легкой и пищевой промышленности, перерабатывающими сельскохозяйственное сырье, транспорта, связью, заготовительными организациями, организациями материальнотехнического снабжения образуют агропромышленный комплекс России. Он
является важнейшей составной частью ее экономики, где производится жизненно важная для общества продукция и сосредоточен огромный экономический потенциал.
Целью изучения магистрантами дисциплины «Современные проблемы
науки в пищевой и перерабатывающей отраслях агропромышленного комплекса» является получение знаний о химическом составе и свойствах сельскохозяйственного сырья и продуктов питания, об изменениях в сырье, происходящих при переработке его в продукты питания, а также об основных принципах
получения продуктов питания высокого качества при минимальных затратах.
Основные задачи дисциплины: овладение научными основами технологических процессов в пищевой промышленности, изучение свойств основного и
дополнительного сырья и специальных технологий отдельных пищевых производств. Магистранты должны познакомиться с технологическими схемами
производства основных видов пищевых продуктов, параметрами процессов,
условиями хранения сырья и готовой продукции, с оценкой их качества, а также с состоянием науки и научно-технического потенциала отраслей, фундаментальными научными проблемами переработки сельскохозяйственного сырья и
направлениями развития пищевых и перерабатывающих отраслей АПК.
Курс «Современные проблемы науки в пищевых и перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса» относится к общенаучному циклу
М1.В.ОД.1, дисциплина по выбору студента. Изучение данного курса предполагает, что магистрант владеет знаниями дисциплин (пререквизиты): процессы
и аппараты пищевых производств, пищевая микробиология, пищевая химия,
экология.
Дисциплина является предшествующей для изучения следующих дисциплин (кореквизиты) – высокотехнологичные производства продуктов питания,
современные методы исследования сырья и продуктов питания, информационные технологии контроля качества пищевого сырья и готовой продукции.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
общеобразовательных и профессиональных компетенций:
 (ПК-7) – оказывать влияние на разработку и внедрение системы качества и безопасности продукции производства, оценивать риски в области обеспечения качества и безопасности продукции производства, снабжения, хранения и движения продукции;
 (ПК-8) – оценивать эффективность затрат на функционирование системы качества и безопасности продукции производства; принимать решения в
стандартных и нестандартных ситуациях с множественными факторами;
В материале, изложенном в методическом пособии, рассматриваются
научно-теоретические основы технологических процессов в пищевой промышленности, вопросы стандартизации и качества продуктов и сырье пищевой
промышленности.
Методическое пособие поможет студентам лучше разобраться в сущности
и особенностях технологических процессов получения различных видов пищевых продуктов.
Качество пищевых продуктов
Качество пищевых продуктов - это совокупность свойств продукции,
обусловливающих ее пригодность для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с назначением. Качество пищевых продуктов должно соответствовать требованиям стандартов. Качество любого пищевого продукта
определяется по характерным для него свойствам, которые называют показателями качества.
Наиболее существенное влияние на формирование и сохранение качества
пищевых продуктов оказывают вид и качество сырья, способы и условия производства, упаковка и состояние тары, транспортирование и хранение.
Качество пищевых продуктов определяют органолептическим и измерительным (лабораторным) методами.
Практическая работа №1
Факторы качества продуктов питания
Цель работы: ознакомиться со значением качества пищевых продуктов,
факторами, влияющими на качество пищевых продуктов; изучить системы показателей качества пищевых продуктов и методы определения.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Важнейшая социальная задача современного общества - повышение жизненного уровня народа, удовлетворение потребностей населения в высококачественных продуктах. Увеличению объемов производства продуктов питания
способствует интенсификация аграрного сектора, рациональное использование
сырьевых ресурсов, рост эффективности пищевых отраслей народного хозяйства, снижение потерь продовольствия на всех этапах его движения, начиная со
сферы производства и кончая потребителем.
Улучшение качества продукции является резервом повышения эффективности промышленного и сельскохозяйственного производства, так как экономия за счет улучшения качества, снижения брака, отходов и потерь превышает
необходимые дополнительные затраты.
Таким образом, качество продукции представляет собой материальную
основу удовлетворения как производственных, так и личных потребностей людей - чем выше качество продукции, тем большими материальными ресурсами
обладает страна для его дальнейшего прогресса. Качество продукции занимает
ключевые позиции в экономике и организации производства.
Качество продукции определяется совокупностью свойств, обусловливающих пригодность ее удовлетворять определенные потребности человека в соответствии с назначением.
В формировании и сохранении качества продуктов питания участвуют
многие факторы: качество сырьевых компонентов и рецептуры, качество труда,
производственных процессов и оборудования, качество транспортирования,
хранения и реализации. На рисунке 1 показана типовая схема качества продук-
тов.
Повышению качества продукции способствуют применение высококачественного сырья и вспомогательных материалов, опыт и мастерство изготовителей, высокая культура производства и выполнение санитарногигиенических требований. Новая техника и прогрессивная технология должны
обеспечивать не только экономическую эффективность, но и гарантировать хорошее качество продукции. Сохранение качества сырья, полуфабрикатов и продовольственных товаров зависит от упаковки, соблюдения правил и режимов
транспортирования, хранения и реализации.
Номенклатура показателей (признаков, параметров) качества (ПК) включает единичные ПК, каждый из которых характеризует одно свойство объекта;
групповые ПК, применяемые для характеристики совокупности нескольких
свойств, и комплексные (обобщенные) ПК, отражающие качество объекта в целом. Кроме того, используется понятие «относительный показатель», определяемый соотношением аналогичных ПК сравниваемых объектов. Существуют
следующие групповые показатели: эргономические, эстетические, патентноправовые, унификации и стандартизации, экологические, назначения, технологические, экономические, сохраняемости, транспортабельности, безопасности
потребления и др.
Качество исходного сырья и
вспомогательных материалов
Качество рецептуры, технологических режимов и параметров изготовления
Качество технологического
оборудования и производственных процессов
Качество пищевых
продуктов
Качество труда
Качество хранения,
транспортирования
и реализации
Рисунок 1 - Факторы качества пищевых продуктов
На рис. 1 приведена типовая классификация показателей качества. Группа
эргономических показателей характеризует систему продукт-потребительокружающая среда и включает показатели: гигиенические, антропометрические, физиологические, психофизиологические и психологические (рис. 2).
Гигиенические показатели отражают соответствие продукта санитарным
нормам (отсутствие токсичных, канцерогенных и других вредных для здоровья
человека веществ). Строго контролируется присутствие солей тяжелых металлов в консервах, расфасованных в жестяные банки. Серьезную опасность представляют пестициды, нитриты, радионуклиды. Остатки сельскохозяйственных
ядохимикатов (бактерицидов, фунгицидов, инсектицидов, гербицидов) и их метаболиты присутствуют во многих пищевых продуктах, они поступают в растения из почвы. Нитрозамины образуются из остатков азотных удобрений. Радионуклиды присутствуют в радиоактивно загрязненных продуктах, прежде всего
в
белковых
(мясных
и
молочных).
8
совершенство производственного
исполнения и товарного вида
соответствие
выполнению
основной
функции (полезность)
универсальность
применения
целостность композиции
питательная ценность
общественной целесообразности выпуска продукта
биологическая ценность
социального адреса и потребительного класса
энергетическая ценность
соответствия продукта оптимальному ассортименту
физиологическая ценность
морального износа
усвояемость
сопутствующих социальных эффектов
Рисунок 2 – Система показателей качества
57
информационная выразительность
рациональность формы
безопасности
потребления
транспортабельности
функционального
соответствие выполнению вспомогательных функций
социального
сохраняемости
экономические
технологические
назначения
экологические
психологические
психофизиологичесские
физиологические
антропометрические
гигиенические
патентоправовые
эстетические
экономические
унификации и
стандартизации
Показатели качества
Антропометрические показатели характеризуют объекты относительно
размеров человека и должны обеспечивать удобство транспортирования, хранения, реализации в сфере обращения и использования продукта потребителем.
Вопросы фасовки товаров, вместимости тары, формы и размеров продуктов
решают с учетом антропометрических требований. Физиологические показатели оцениваются применительно к возможностям и потребностям организма человека. При разработке композиционных продуктов особое внимание уделяется
сбалансированности химического состава. Аминокислотный и жирокислотный
составы белков и жиров соответственно подбираются с учетом физиологических особенностей организма, Температура плавления жиров должна быть
близкой к температуре тела человека. В связи с отрицательными последствиями
увлечения рафинированной пищей разрабатываются новые сорта и виды продуктов, обогащенных пищевыми волокнами, витаминами, минеральными элементами. Установлена причинная связь между развитием злокачественных
опухолей в кишечнике и недостаточным поступлением в организм растительной клетчатки. Способствующим фактором в данном случае служит малоподвижный образ жизни.
Психофизиологические показатели характеризуют восприятие продукта с
помощью органов чувств: зрения, осязания, обоняния, вкуса, иногда слуха, а
также силовых и других физических способностей человека. Эту группу показателей называют также психофизическими. При определении величины пока
зателя учитывается пороговая возможность человека к восприятию запаха вкуса, к тактильным (осязательным) ощущениям.
Показатели, оцениваемые с помощью сенсорных органов человека, называются органолептическими, или сенсорными. Вместе с психологическими показателями они составляют эмоциональную ценность продукта. К психологическим показателям относят обычно качество оформления, например яркость и
информативность упаковки и этикетки.
Эстетические показатели качества отражают товарный вид, включая целостность композиции, совершенство производственного исполнения, художественное оформление, индивидуальные особенности товара (форма, упаковка,
товарные знаки и др.), выделяющие его среди аналогов. При этом учитывается
художественная выразительность этикетки, упаковки (например, конфетной завертки) в соответствии с наименованием товара (названием сорта конфет, карамели, напитков и т.д.) и эстетическими вкусами и предпочтением потребителей.
Патентно-правовые показатели обеспечивают патентную чистоту и защищенность объекта в стране и за рубежом. Это может касаться способа получения, состава продукта или устройства для его изготовления.
Показатели унификации и стандартизации характеризуют степень преемственности показателей нового продукта по отношению к аналогам. Эти показатели служат гарантией качества и отражают техническое совершенство объекта, но могут играть и консервативную роль, являясь тормозом при внедрении
новых разработок.
В нормативно-технической документации, регламентирующей качество
продуктов питания, сенсорным показателям отводится ведущее место. Дифференцирование по качественным уровням охлажденной, мороженой и соленой
рыбы, чая, вина, сливочного масла, маргарина и некоторых других продуктов
проводится по результатам органолептического анализа. Показатели, определяемые инструментальными методами, при этом практически не влияют на определение сортности стандартной продукции. Потребительская предпочтительность и приемлемость продуктов оцениваются исключительно органолептическими приемами.
Экологические показатели характеризуют степень вредного влияния объекта на окружающую среду при хранении или использовании.
Не благополучны в экологическом отношении табачные изделия, радиационно-загрязненные продукты. По существу, все товары в полимерной упаковке и металлических банках имеют отрицательные экологические показатели,
так как после использования продукта упаковка не утилизируется и загрязняет
окружающую среду.
Показатели назначения характеризуют социальное назначение и целевую
функцию товара.
Единичные показатели качества социального назначения - показатель
общественной целесообразности производства данной продукции отражает потребность населения в продукте.
Показатели, оцениваемые с помощью сенсорных органов человека, называются органолептическими, или сенсорными. Вместе с психологическими показателями они составляют эмоциональную ценность продукта. К психологическим показателям относят обычно качество оформления, например яркость и
информативность упаковки и этикетки.
Эстетические показатели качества отражают товарный вид, включая целостность композиции, совершенство производственного исполнения, художественное оформление, индивидуальные особенности товара (форма, упаковка,
товарные знаки и др.), выделяющие его среди аналогов. При этом учитывается
художественная выразительность этикетки, упаковки (например, конфетной завертки) в соответствии с наименованием товара (названием сорта конфет, карамели, напитков и т.д.) и эстетическими вкусами и предпочтением потребителей.
Патентно-правовые показатели обеспечивают патентную чистоту и защищенность объекта в стране и за рубежом. Это может касаться способа получения, состава продукта или устройства для его изготовления.
Показатели унификации и стандартизации характеризуют степень преемственности показателей нового продукта по отношению к аналогам. Эти показатели служат гарантией качества и отражают техническое совершенство объекта, но могут играть и консервативную роль, являясь тормозом при внедрении
новых разработок.
В нормативно-технической документации, регламентирующей качество
продуктов питания, сенсорным показателям отводится ведущее место. Дифференцирование по качественным уровням охлажденной, мороженой и соленой
рыбы, чая, вина, сливочного масла, маргарина и некоторых других продуктов
проводится по результатам органолептического анализа. Показатели, определяемые инструментальными методами, при этом практически не влияют на определение сортности стандартной продукции. Потребительская предпочтительность и приемлемость продуктов оцениваются исключительно органолептическими приемами.
Экологические показатели характеризуют степень вредного влияния объекта на окружающую среду при хранении или использовании.
Не благополучны в экологическом отношении табачные изделия, радиационно-загрязненные продукты. По существу, все товары в полимерной упаковке и металлических банках имеют отрицательные экологические показатели,
так как после использования продукта упаковка не утилизируется и загрязняет
окружающую среду.
Показатели назначения характеризуют социальное назначение и целевую
функцию товара.
Единичные показатели качества социального назначения:
- показатель общественной целесообразности производства данной продукции отражает потребность населения в продукте и неудовлетворенный
спрос. Острота потребности рассчитывается как отношение фактической обеспеченности населения продуктами определенной группы к физиологическим
нормам рационального питания. Наиболее остро ощущается необеспеченность
населения мясными товарами, овощами и фруктами;
- показатель социального адреса и потребительского класса характеризует предназначенность товаров конкретным группам потребителей,
например изделия диетического питания, продукты для детей или туристов,
космонавтов и т.д.
- показатель соответствия продукта оптимальному ассортименту отражает место продукта в фактическом и прогнозируемом ассортименте;
- показатель морального износа служит основанием для исключения из
ассортимента выпускаемых товаров некоторых изделий, на которые снижается
спрос, например определенные наименования овощных или рыбных консервов;
- показатель сопутствующих социальных эффектов ориентирует производство на выпуск товаров с измененными свойствами в соответствии с новыми запросами потребителей, например низкокалорийных, витаминизированных,
обогащенных биологически ценными компонентами и т.д.
Показатели функционального назначения:
- показатель универсальности применения отражает сферы использования продукта. Например, сахар, соль, сливочное масло кроме непосредственного употребления применяют в домашней кулинарии и в пищевых производствах для изготовления других продуктов;
- показатели соответствия - выполнению основной функции, т. е. полезность продуктов. Пищевая, или питательная ценность, характеризует полезность пищевых продуктов - носителей белков, жиров, углеводов, которые служат строительным материалом и источником энергии для организма человека, а
также биологически активных веществ (витаминов, минеральных элементов).
Физиологическая ценность определяет полезность вкусовых продуктов (пряно-
стей, чая, кофе, напитков).
Питательная ценность мясных, рыбных, молочных, яичных, зерномучных, кондитерских, плодоовощных продуктов и пищевых жиров зависит от химического состава и усвояемости. Жиры и углеводы обуславливают энергетическую ценность (калорийность) пищи. Белки характеризуют биологическую
ценность, определяемую сбалансированностью аминокислотного состава. Биологическая ценность животных белков, как правило, выше по сравнению с растительными.
Усвояемость показывает степень использования организмом питательных
веществ. Например, присутствие клетчатки в растительной пище снижает усвояемость питательных веществ. Физиологическая ценность вкусовых и пищевых
продуктов определяется их положительным влиянием на пищеварительную,
нервную, сердечно-сосудистую системы человека. Чай и кофе тонизируют,
пряности возбуждают аппетит, пищевые волокна (клетчатка) улучшают перистальтику кишечника, пористый хлеб дренажирует пищу, способствует пропитыванию пищеварительными соками и повышению усвояемости.
К показателям соответствия выполнению вспомогательных функций
можно отнести содержательность информации, которую несут товарные этикетки, например сведения о составе, полезности, способах употребления, условиях хранения и сроках годности продуктов.
Технологические показатели отражают материалоемкость, трудоемкость,
энергоемкость производства продукции, а также возможность утилизации отходов, т. е. употребления их с пользой для народного хозяйства, например для
пищевых, кормовых, технических или иных целей.
Экономические показатели рассчитывают с учетом затрат на разработку,
изготовление, хранение и потребление продукции. Экономическая эффективность производства продукции нового ассортимента или прогрессивной технологии определяется сопоставлением суммы затрат с положительным эффектом,
например от повышения качества или выхода готового продукта, или улучшения сохраняемости. Экономические показатели непосредственно связаны со
стоимостью продуктов.
Показатели сохраняемости и транспортабельности в товароведении называют также показателями надежности. Они характеризуют свойства продуктов
сохранять стандартное качество при перевозках и в течение гарантийных сроков хранения при соблюдении условий, установленных в нормативнотехнической документации.
Показатели безопасности потребления отражают соответствие гигиенических показателей государственным и международным нормативам: санитарным правилам, стандартам отечественным и ИСО.
Методы определения качества. Методы определения качества любого
продукта разносторонни, но все они могут быть разделены на две группы: органолептические (сенсорные, лат. sensus - чувство, ощущение) и инструментальные (лабораторные).
Результат органолептических определений зависит от природных данных
дегустатора, т. е. от чувствительности его органов обоняния и осязания, и, кро-
ме того, от его опытности и, конечно, добросовестности. Оценку дают в баллах
по специально разработанной шкале для каждого продукта. Лабораторные методы оценки качества продуктов можно разделить на физические, химические,
физико-химические, биологические и технологические.
Примером физических методов исследования может служить определение удельной массы зерна и клубней картофеля, натурной массы зерна, прочности растительных тканей, составляющих компонентов продукта по крупности и
однородности, изучение микроструктуры продукта, рефрактометрическое
определение жира, определение цвета цветомерами и т.д.
К химическим методам исследований можно отнести определение органических и минеральных веществ, к физико-химическим - определение вязкости мучных суспензий, водопоглотительной способности муки.
Биологические методы позволяют определить энергию прорастания зерна, видовой состав микрофлоры, содержание токсичных веществ в зерне методом бродильной пробы, исследование продукта на зараженность вредителями и
т. д.
Технологический метод - комплексный метод исследования, дающий
представление о качестве будущего продукта. Так, по качеству стружки сахарной свеклы судят о степени диффузии сахара, опытный помол зерна позволяет
судить о технологических свойствах зерна, в том числе определить выход муки,
а пробная выпечка - о хлебопекарных свойствах муки (зерна).
Однако оценка качества может осуществляться с разными целями, поэтому приходится пользоваться разным наборам показателей. Так, при контроле
качества зерна пользуются такими показателями, как натурная масса, масса
1000 зерен, влажность, засоренность, стекловидность, содержание белка, золы.
При контроле хлеба кроме органолептических показателей проверяют
влажность, кислотность, пористость мякиша. При контроле плодоовощной
продукции - содержание сахара, жира, органических кислот, витаминов, пектиновых веществ и т. д.
Безопасность пищевых продуктов также оценивается по разным показателям: в одних продуктах проверяют наличие вредных механических примесей,
в других - солей тяжелых металлов, пестицидов, консервантов, в третьих - нитратного азота. Существуют продукты, для которых физические показатели цвет и структура тканей - являются основой оценки их качества. Это относится,
например, ко многим продуктам переработки плодово-ягодного сырья. В других продуктах основное внимание уделяется превращениям липидов.
В настоящее время среди показателей качества отмечаются такие, как
технологичность, транспортабельность, экологические показатели, экономное
расходование сырья.
От правильности выбора номенклатуры показателей зависит и правильная оценка качества.
Каждый показатель качества может быть определен количественно и использован для сопоставления качества разных вариантов продукции данного
вида. Однако из суммы количественных оценок не слагается общее представление об уровне качества. Нельзя не учитывать, что различные свойства продук-
тов могут находиться в противоречии. Так, ужесточение режимов стерилизации
с целью обеспечения микробиологической безопасности приводит к потере
пищевой ценности и ухудшению органолептических свойств продукта.
Поэтому производство продуктов высокого качества состоит не столько в
правильной оценке готового полуфабриката, сколько в изыскании способов
улучшения отдельных его свойств без ухудшения других.
Контрольные вопросы:
1. Что такое качество?
2. Что такое показатель качества?
3. Какие факторы относятся к факторам качества пищевых продуктов?
4. Какова классификация показателей качества пищевых продуктов?
5. Какие вещества относятся к токсичным, канцерогенным и другим вредным
веществам для здоровья человека?
6. Меры, предпринимаемые для сохранения качества пищевых продуктов.
7. Что относится к органолептическим и сенсорным показателям?
8. Какие показатели относятся к экологическим?
9. Какие методы определения качества пищевых продуктов Вы знаете?
10. По каким показателям определяют безопасность пищевых продуктов?
Научные основы технологических процессов в
пищевой промышленности
Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания, базируется на закономерностях фундаментальных
наук – физики, химии, биологии и др. В основе науки о технологических процессах лежат основные законы природы – закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания. В основе пищевых технологий лежит сложный комплекс физико-химических, биохимических и микробиологических процессов, в результате которых и происходит превращение сырья в пищевые продукты.
Практическая работа №2
Физико-механические и тепловые процессы
Цель работы: ознакомиться с физико-механическими и тепловыми процессами в пищевой промышленности.
Задание: дать устно ответы на вопросы и заполнить таблицу.
Физико-механические процессы. В основе этих процессов лежит механическое воздействие на материал; они определяются законами механики твердых тел и гидравлики.
К этим процессам относятся:
- измельчение;
- сортирование по размерам и форме;
- перемешивание;
- обработка материалов давлением
- осаждение;
- фильтрация;
- центрифугирование.
Движущей силой этих процессов является сила механического и гидростатического давления, центробежная сила.
Измельчение. Измельчением принято называть процесс разделения твердых тел на части действием механических сил. Процесс измельчения очень
распространен в пищевой промышленности. На многих предприятиях – мукомольных, пивоваренных, крахмало-паточных, спиртовых – дробится зерно; на
сахарных, овощеконсервных и овощесушильных, спиртовых и крахмалопаточных заводах измельчению подвергаются картофель и корнеплоды; на
кондитерских предприятиях – какао-бобы; на кофе-цикорных фабриках – различные продукты; на консервных заводах – мясо, рыба и т. д.
Если при измельчении не требуется придавать измельченным частицам
определенную форму, процесс называется дроблением. Дробление может производиться путем раздавливания, удара, истирания, раскалывания, разрыва,
среза и других действий.
Чаще всего применяется комбинированное воздействие, например сдавливание и срез.
Выбор способа воздействия определяется механическими свойствами измельчаемых материалов и их размерами.
Дробление может быть крупным, средним, мелким и тонким. В пищевой
промышленности преобладает мелкое и тонкое дробление.
В пищевой промышленности применяют самые разнообразные дробилки
для измельчения пищевого сырья и вспомогательных материалов, но наиболее
употребительными являются:
- валковые (вальцовые) дробилки;
- молотковые дробилки;
- дисковые дробилки;
- жерновые постава;
Резательные машины, или резки, применяются в тех случаях, когда частицам измельчаемого материала необходимо придать определенную форму и
размеры.
Резание применяется широко в овощеконсервном производстве для резки
моркови, капусты и других овощей, а так же в сахарной промышленности для
резки свеклы.
Существуют разные конструкции машин для резки, Наибольшее распространение получили дисковые и центробежные резки, применяемые в сахарном
и овощеконсервном производствах.
Сортирование. На предприятиях пищевой промышленности перерабатывается большое количество различных сыпучих материалов.
Сыпучим материалом является прежде всего зерно перерабатываемое на
мукомольных, крупяных, консервных, спиртовых, пивоваренных заводах, маслозаводах, кофе-цикорных фабриках, заводах пищевых концентратов и ряде
других предприятий.
На многих предприятиях – хлебопекарных, кондитерских, макаронных и
других – используются продукты переработки зерна: мука, крупа, солод, на
крахмало-паточных заводах – крахмал; на сахарных заводах – песок и т.д.
В процессе, обработки сыпучих материалов значительное место занимает
разделение (сортирование, или классификация) их на фракции, различающиеся
определенными физическими свойствами – размерами, формой, удельным весом, различными аэродинамическими, электрическими, магнитными и некоторыми другими.
Сортирование сыпучих материалов преследует в основном две цели:
- выделение примесей на основе отличия их физических свойств от
свойств материала;
- получение фракций определенной крупноты.
Разделение частиц, отличающихся размерами, может осуществляется с
помощью сит, имеющих определенные размеры отверстий. При просеивании на
ситах частицы, имеющие размеры меньше отверстий сита, просеиваются (проход), а частицы, имеющие большие размеры, остаются на сите (сход).
Сита являются рабочим органом просеивающих машин. На пищевых
предприятиях применяется несколько типов сит.
Штампованные, или пробивные, сита изготавливаются обычно из стального листа, в котором в определенном порядке пробиваются отверстия необходимых размеров и формы. Отверстия имеют чаще всего круглую или продолговатую форму.
В числе примесей, засоряющих зерно и другие сыпучие продукты, встречаются металлические примеси – от мельчайших пылинок и до кусков, превышающих размеры продукта. Эти примеси – чаще всего сталь и чугун – попадают в продукт в результате износа и поломок рабочих органов машин для транспортирования и обработки продукта. Металлические примеси, попадая в машины (главным образом измельчающие) вместе с продуктом, могут вызвать крупную аварию, а попадая в готовую продукцию, представлять опасность для здоровья человека.
Для выделения таких примесей применяют магнитные сепараторы. Продукт пропускается в непосредственной близости от системы магнитов, которые
притягивают эти примеси. Магнитные сепараторы делятся на две группы: сепараторы со статическими магнитами и электромагнитные сепараторы.
Обработка различных материалов давлением производится в
механических устройствах – прессах, штампах и формующих машинах.
Обработка материалов давлением может преследовать различные цели.
Отжатие жидкости широко применяется в виноделии, ликерно-водочной
и в консервной промышленности для выделения соков из плодов и ягод, в производстве растительных масел, в кондитерской промышленности для частичного выделения масла из какао-бобов и т. д.
Отжатие жидкости из продукта сопровождается разрушением клеточной
структуры материала и выделением жидкости из клеток. Прессованию подвергается определенный слой материала; разрушение клеток, выделение жидкости
происходит по всей толщине слоя.
Прессы для отжатия жидкости по режиму их работы делятся на две
группы – периодического и непрерывного действия. В прессах периодического
действия прессованию подвергается предварительно приготовленная порция
материала.
По принципу создания давления прессы делятся на механические и гидравлические.
В пищевой промышленности при помощи формовки пластическим материалам придается необходимая форма. Таким материалом чаще всего является
тесто для приготовления хлеба, макаронных изделий, различного печенья и т. д.
Тесто является упруго-пластически-вязким материалом. Это значит, что
при небольших усилиях и деформациях оно способно восстановить свою первоначальную форму, т.е., ведет себя, как упругое тело.
Если же увеличить усилия, то оно уже не восстанавливает свою форму и
приобретает свойства жидкости. Поэтому для того, чтобы придать тесту необ-
ходимую форму, нужно приложить к нему некоторое усилие для преодоления
сопротивления его структуры.
Машины, применяемые для формовки теста, весьма разнообразны, как
разнообразны цели формовки и свойства формуемых материалов.
В макаронной промышленности применяют нагнетающие прессы для
формования макарон, вермишели, лапши и др. Эти прессы состоят из нагнетающего устройства и формующего – матрицы.
В кондитерской промышленности при производстве печенья и карамели
изделия выдавливаются из ленты движущегося материала. В штампующих машинах, применяемых для этой цели, прокатанная лента материала движется по
конвейеру, где из нее вырубаются штампующим механизмом изделия необходимой формы. Во избежание смятия краев изделий необходимо, чтобы в момент штамповки не было относительного движения продукта и штампа. Поэтому в некоторых конструкциях машин в момент удара штампа конвейер останавливается, а в других – штамп в момент удара движется вместе с конвейером.
Применяются также ротационные штампующие машины, в которых на
валу имеются формочки с рисунком, а тесто запрессовывается в эти формочки
рифленым валком, вращающимся навстречу валу с формочками.
Прессование зернистых материалов в брикеты (брикетирование) применяется при производстве рафинада, различных концентратов, а также в ряде
других отраслей пищевой промышленности. Для того чтобы полученные брикеты были прочными и не рассыпались, необходимо добавлять связующую
жидкость или прессовать влажные материалы.
Прессование происходит в специальных формах – матрицах – при помощи штанг – пуансонов. В процессе прессования поступающий в матрицу материал сдавливается пуансоном, образуя брикеты. При этом увеличивается плотность материала; его прочность объясняется взаимным сцеплением отдельных
частиц, а также действием капиллярных сил, возникающих вследствие уплотнения частиц в брикеты.
Перемешивание. Перемешивание материалов применяется в пищевой
промышленности для различных целей:
- для равномерного распределения продуктов, составляющих смесь. Этот
процесс применяется в хлебопекарном, кондитерском, макаронном производствах для смешивания различных партий муки, перемешивания муки с водой и
другими материалами для получения теста, перемешивания фарша в консервном и колбасном производствах;
- для интенсификации массо- и теплообмена. Этот процесс применяется
для лучшего массообмена, т.е. переноса вещества из одной фазы в другую,
например, при растворении соли, сахара и т.д. Для интенсивности теплообмена
в различных тепловых аппаратах применяют перемешивающие устройства.
Например, в выпарных аппаратах по мере уваривания продуктов вследствие
повышения вязкости снижается теплообмен путем естественной конвекции, поэтому приходится прибегать к искусственной конвекции перемешиванием;
- для интенсификация биохимических, химических и других процессов.
Например, для интенсификации биохимических процессов при проращивании
зерна в производстве солода применяется его перемешивание;
- для получения суспензий, эмульсий и т.п..
Перемешивание проводится либо в специальных аппаратах, которые
называются обычно смесителями, либо непосредственно в аппаратах, где проводятся процессы массо- или теплообмена, биохимические, химические и др.
Такие аппараты имеют приспособления для перемешивания, называемые мешалками или ворошителями.
Перемешиванию подвергаются различные материалы – жидкие, газообразные, твердые (сыпучие), причем могут перешиваться как продукты, находящиеся в одинаковом агрегатном состоянии, например две или более жидкости,
так и в разном – жидкости и твердые тела и т.д.
Перемешивание в жидкой среде может быть осуществлено различными
способами:
- поточным;
- механическим;
- пневматическим.
.
Поточным методом обычно перемешивают две или более жидкости. Этот
метод заключается в соприкосновении потоков смешиваемых жидкостей в специальных смесителях.
Механическое перемешивание жидкостей или жидкостей и твердых тел
производится с помощью мешалок. Наиболее распространены мешалки трех
типов: лопастные, пропеллерные и турбинные.
Пневматическое перемешивание жидкостей или сыпучих материалов, погруженных в жидкость, достигается путем пропускания воздуха или пара через
жидкость.
Выходя через мелкие отверстия в трубах, уложенных на дне сосуда, газ
или пар разбивается на мелкие пузырьки, которые поднимаясь к верху, увлекают за собой часть жидкости. Таким образом, возникают потоки жидкости, перемешивающие ее.
Перемешивание жидкости таким способом применяется, например, в растительных чанах в дрожжевом производстве. Пневматическое перемешивание
замоченного в воде зерна осуществляется при производстве солода.
Перемешивание пластических материалов широко распространено в разных отраслях пищевой промышленности. В хлебопекарной, кондитерской и
макаронной промышленности перемешиванию подвергаются различные виды
теста, в мясной промышленности – мясной фарш, в консервной – овощные и
мясные фарши, в молочной – творог и сырковые массы и т.д.
Пластичные материалы имеют высокую вязкость, поэтому для их перемешивания требуются значительные усилия.
Машины для перемешивания пластических материалов делятся на две
группы: периодического и непрерывного действия. В машинах периодического
действия перемешиваются определенные количества различных компонентов
до получения однородной массы, после чего ее выгружают, а аппарат заполняют новыми порциями материала машины непрерывного действия характеризуются тем, что компоненты, подлежащие смешиванию, поступают в них непре-
рывно и непрерывно получается однородная смесь.
Перемешивание сыпучих материалов применяется в хлебопекарной промышленности – смешивание отдельных партий муки, перемешивание прорастающего зерна с целью его аэрации при производстве солода, перемешивание
увлажненного зерна в мукомольном производстве и т. д.
Наиболее распространенными смесителями являются смесители шнекового типа. На хлебозаводах применяют шнековые дозировщики-смесители, в
которых продукты смешиваются в нужной пропорции.
Для перемешивания зерна при производстве солода применяются шнековые ворошители, которые могут перемещаться по рельсам вдоль ящика с солодом. При этом вертикальные шнеки вращаются и перемешивают продукт.
Для перемешивания сыпучих материалов применяют так называемые барабанные емкости. Например, в пневматических барабанных солодовнях производится перемешивание зерна.
Разделение неоднородных систем. Неоднородными называют системы,
образованные двумя или большим числом фаз, которые взаимно нерастворимы
друг в друге. Неоднородные системы обладают различной степенью устойчивости и могут быть, как правило, разделены под действием механических сил.
В пищевых производствах многие технологические процессы сопровождаются образованием неоднородных смесей, которые в дальнейшем необходимо разделять. Следует очищать воздух от пыли, образующейся при измельчении твердых материалов, а также моечные растворы, содержащие твердые частицы, отделять кристаллы от маточного раствора и т.п.
Все процессы разделения неоднородных систем по виду движущейся силы относятся к механическим и гидромеханическим. Многообразие самих систем и способов разделения привело к созданию многочисленных аппаратов, в
которых осуществляются непохожие друг на друга процессы.
Процессы осаждения под действием силы тяжести. Применяются там, где
система составлена из компонентов, плотность которых существенно различна.
Эти способы используются для разделения грубых суспензий и некоторых промышленных пылей.
Применение центробежного поля позволяет существенно увеличить движущую силу. Сила тяжести в этом случае заменяется центробежной силой,
пропорциональной скорости и радиусу вращение частицы. Способ применяют
для разделения тонких суспензий и мутей, содержащих мелкие частицы, а также эмульсий.
Для отделения пыли в газовых системах используют электростатическое
поле, где осаждение происходит в результате взаимодействия частиц с ионизированным газом.
Процесс разделения неоднородных систем за счет ''просеивания'' их через
фильтрующую перегородку носит название фильтрование. Эти процессы используются для разделения жидких и газовых систем.
При фильтровании сквозь пористую перегородку проходит жидкая или
газообразная фаза – фильтрат. Если твердые частицы задерживаются внутри
пористой перегородки, то имеет место фильтрование с закупоркой пор.
Если размер частиц больше размера пор, частицы накапливаются на поверхности фильтрующей перегородки, образуя слой. На практике среди частиц
твердой фазы, содержащихся в суспензии, всегда найдутся такие, размер которых позволяет им проникнуть в любые поры фильтрующей перегородки. Поэтому тип процесса фильтрования определяется, прежде всего, количеством
твердой фазы, содержащейся в исходной смеси. Если концентрация твердой
фазы ничтожна, как, например, в производстве вин, пива и других напитков,
слой осадка практически не образуется, частицы задерживаются в толщине
фильтровального картона.
Для организации процесса фильтрован через слой, концентрация суспензии должна быть достаточной для образования слоя. Поэтому производственной технологией предусматривается введение в раствор значительного количества мелкодисперсной твердой фазы, с тем чтобы образовать слой из этих частиц на фильтрующей перегородке. В дальнейшем фильтрование идет через
этот слой, частицы задерживаются внутри него или на его поверхности. Толщина такого слоя будет увеличиваться, и его сопротивление будет также возрастать. Это приведет к необходимости удаления или уменьшения толщины
слоя для подержания приемлемой скорости фильтрования.
Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений по
одну и другую сторону фильтрующей перегородки. Эта разность может быть
получена за счет силы тяжести – силы гидростатическою давления, что с успехом используется в лаборатории для фильтрования в простой воронке. В промышленных аппаратах сила тяжести существенного влияния на результат процесса не оказывает, и поэтому учитываться не будет. Разности давлении можно
добиться за счет создания избыточного давления на стороне неоднородной смеси или за счет создания вакуума со стороны, где собирается газ или жидкость фильтрат.
Тепловые процессы. На пути превращения сырья в продукты питания
существенное место занимает тепловая обработка, в результате которой изменяется пищевая ценность продуктов, улучшаются их вкусовые качества. Иногда
нагревания и осаждения требуют последующие операции, например, растительное масло, подогревают перед фильтрованием для уменьшения вязкости.
Целый ряд массообменных, химических и биохимических процессов для
обеспечения их скорости протекания требуют поддержания определенной температуры, т.е. сопровождаются подогревом или охлаждением. В пищевой промышленности наиболее распространены сушка, сорбция и десорбция газов
жидкостями (процессы сатурации), растворение твердых веществ и кристаллизация. Наконец, к тепловым процессам относятся процессы фазового превращения – выпаривание и конденсация, также широко применяемые в пищевых
производствах. Перенос теплоты осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией, радиацией.
Теплопроводность. Перенос теплоты внутри твердого тела, неподвижной жидкости или газа называется теплопроводностью.
Конвекция. В неподвижной жидкости или газе теплота переносится за
счет теплопроводности, в движущейся жидкости появляется еще один механизм переноса теплоты за счет перемешивания. Нагретые частицы жидкости,
попадая в окружение холодных частиц, отдают им свою теплоту.
Радиация. Перенос теплоты излучением (радиацией) имеет место в хлебопекарных радиационных печах и радиационных сушилках, применение которых ограничено из-за довольно высокой энергоемкости.
Самый распространенный промышленный теплоноситель – насыщенный
водяной пар, обладающий рядом замечательных свойств. Прежде всего, это высокая аккумулирующая способность теплоты и высокие коэффициенты теплоотдачи. Скрытая теплота конденсации насыщенного пара при атмосферном
давлении 2260 кДж/кг. Это позволяет при небольшом расходе пара и небольших поверхностях нагрева передавать большое количество теплоты. Так как
при неизменном давлении температура конденсации постоянна, легко поддерживать постоянство температуры теплоносителя аппарате. Главным недостатком водяного пара является значительное возрастание давления при увеличении температуры. Практически насыщенный водяной пар применяют при температуре до 180...190 °С и давлении до 12*105 Па. Перегретый пар редко используют в качестве теплоносителя из-за низких значений коэффициентов теплоотдачи.
Чистая вода широко используется в качестве теплоносителя. К достоинствам воды как теплоносителя следует отнести доступность и дешевизну, сравнительно высокие, но значительно меньшие, чем у конденсирующего пара, значения коэффициентов теплоотдачи. К недостаткам этого теплоносителя относятся сравнительно небольшая удельная теплоемкость и связанная с этим аккумулирующая способность теплоты.
Повышение температуры воды выше 100 С связано с резким увеличением давления, поэтому перегретая вода за редким исключением в качестве теплоносителя не используется.
Топочные газы широко используются в схемах утилизации теплоты на
предприятиях, имеющих собственные котельные. Температура топочных газов
достигает 1000...1800С при атмосферном давлении, что позволяет использовать промежуточный теплоноситель для обогрева в теплообменных аппаратах.
В качестве промежуточного теплоносителя можно использовать воздух или
минеральное масло. К недостаткам топочных газов как теплоносителей относят
наличие в них включений, вызывающих загрязнение поверхности теплообмена
и низкий коэффициент теплоотдачи.
Минеральное масло (цилиндровое, компрессорное) – один из распространенных промежуточных теплоносителей для проведения тепловой обработки
пищевых продуктов при высокой (до 800 °С) температуре, например обжаривания кофе и какао-бобов. Масло можно нагревать до более высоких температур,
как отмечалось выше; в топках печей или с помощью электрических нагревателей. Масла – сравнительно дешевые теплоносители, но обладают относительно
низкими значениями коэффициентов теплоотдачи, частично разлагаются в процессе эксплуатации, образуя на нагреваемой поверхности слой кокса, ухудшающий теплообмен.
При кипении растворов концентрация растворенных веществ увеличивается за счет превращения в пар части растворителя. Процесс концентрирования
растворов называется выпариванием.
Превращение жидкости с ее свободной поверхности в пар называется испарением.
В пищевой промышленности обычно выпаривают водные растворы:
свекловичный сок, барду, молоко и т.п. Поэтому образующийся при выпаривании пар, называемый вторичным паром, является насыщенным водяным паром,
который может быть использован как горячий теплоноситель в других аппаратах. На выпаривание растворов расходуется огромное количество теплоты, поэтому от рациональной организации процессов выпаривания в значительной
степени зависит рентабельность производства.
Затраты теплоты на выпаривание зависят от давления и температуры, при
которых осуществляется процесс.
При этом скрытая теплота парообразования тем выше, чем ниже давление.
Расход энергии на выпаривание под вакуумом выше, чем при выпаривании при атмосферном или избыточном давлении. Однако термолабильность
растворов в пищевой промышленности ограничивает допустимую температуру
кипения. Так, например, растворы красящих веществ, содержащиеся в экстрактах, полученных из растительного сырья, разлагаются при нагревании до 50...60
°С. Аскорбиновая кислота и другие витамины и биологически активные вещества, содержащиеся в растворах, при нагревании также разлагаются. Вот почему в пищевой промышленности широко используется выпаривание под вакуумом.
Контрольные вопросы:
1. Какие процессы относятся к физико-механическим?
2. Что такое измельчение? Этапы процесса измельчения.
3. Какова цель сортирования и перемешивания?
4. Способы перемешивания.
5. Какие системы называются неоднородными?
6. Какие процессы относятся к тепловым?
7. Охарактеризуйте теплопроводность, конвекция, радиация.
Таблица 1 – Характеристика физико-механического и теплового процессов
Физикомеханические
процессы
1.
…
Характеристика
Тепловые
процессы
Характеристика
Практическая работа №3
Химические процессы
Цель работы: ознакомиться с основными процессами, относящимися к
химическим. Изучить процессы влияния концентрации, температуры и катализатора, а также процессы гидролиза, меланоединообразования, дегидротация,
сульфитация и окисления.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Химические процессы. В основе ряда пищевых технологий лежат химические превращения. К ним относятся получение патоки, кристаллической
глюкозы путем кислотного гидролиза крахмала, различных жиров способом
гидрогенизации и переэтерификации, инвертного сахара путем кислотного гидролиза сахарозы. Важная роль отводится этим процессам на отдельных стадиях
производства хлеба, мучных кондитерских изделий, сахара, шоколада, растительных масел, прессованных дрожжей, а также при хранении продуктов.
В зависимости от агрегатного состояния взаимодействующих веществ
химические реакции могут быть гомогенными и гетерогенными. В гомогенных
системах реагирующие вещества находятся в одной какой-либо фазе: газовой
(Г), жидкой (Ж) или твердой (Т); в гетерогенных – в разных фазах. На практике
наиболее часто встречаются следующие гетерогенные системы: Г– Ж, Г–Т, Ж–
Т. В некоторых случаях такие системы могут быть трехфазными, например ГЖ–Т. Г–Т–Т. Реакции в гомогенных системах протекают обычно быстрее, чем в
гетерогенных; механизм технологического процесса проще и управлять им легче, поэтому на производстве, если это возможно., стремятся перевести твердые
вещества в жидкое состояние, например, путем растворения.
Основные факторы, влияющие на скорость всех реакций, – это концентрация реагирующих веществ, температура, наличие катализатора.
Влияние концентрации. Увеличение концентрации взаимодействующих
веществ – один из самых распространенных приемов интенсификации процессов. Зависимость скорости химических реакций от концентрации определяется
законом действия масс. Согласно этому закону скорость химической реакции
прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в
степени, равной стехиометрическому коэффициенту, стоящему перед формулой вещества в уравнении реакции.
Влияние температуры. Температура – важный фактор, определяющий
скорость реакции. С повышением температуры скорость реакции возрастет, что
связано с увеличением константы скорости реакции. Согласно правилу ВантГоффа повышение температуры на 10 °С увеличивает скорость реакции в 2...4
раза (в среднем в 3 раза) Это правило приближенное и применимо к реакциям,
протекающим в области температур от 0 до 300 С и в небольшом температурном интервале.
Для протекания химических реакций необходимо разорвать внутримолекулярные связи в молекулах реагирующих веществ. Если сталкивающиеся мо-
лекулы обладают большой энергией и ее достаточно для разрыва связей, то реакция пойдет; если энергия молекул меньше необходимой, то столкновение будет неэффективным и реакция не пойдет.
При повышении температуры количество активных молекул увеличивается, число столкновений между ними возрастает, в результате чего растет скорость реакции. С увеличением концентрации реагирующих веществ общее число столкновений, в том числе эффективных, также возрастает, в результате увеличивается скорость реакции.
Влияние катализатора. Катализатор–это вещество, которое резко изменяет скорость реакции. В присутствии катализаторов реакции ускоряются в тысячи раз, могут протекать при более низких температурах, что экономически
выгодно. Велико значение катализаторов в органическом синтезе–в процессах
окисления, гидрирования, дегидрирования, гидратации и др. Чем активнее катализатор, тем быстрее идут каталитические реакции. Катализаторы могут
ускорять одну реакцию, группу реакций или реакции разных типов, т.е. они обладают индивидуальной или групповой специфичностью, а некоторые из них
пригодны для многих реакций. Например, ионы водорода ускоряют реакции
гидролиза белков, крахмала и других соединений, реакции гидратации и т. д.
Существуют каталитические реакции, в которых катализатор является одним из
промежуточных или конечных продуктов реакции. Эти реакции идут с малой
скоростью в начальный период и с возрастающей – в последующий.
Катализаторами преимущественно служат металлы в чистом виде (никель, кобальт, железо, платина) и в виде оксидов или солей (окись ванадия,
окись алюминия), соединения железа, магния, кальция, меди и т.п. Неорганические катализаторы термостабильны, и реакции с ними протекают при сравнительно высоких температурах.
Присутствие в среде, где протекает реакция, посторонних веществ оказывает на катализатор различное влияние, одни нейтральны, другие усиливают
действие катализатора, третьи его ослабляют или подавляют. Вещества, отравляющие катализатор, называются каталитическими ядами.
В зависимости от того, находится ли катализатор в той же фазе что и реагирующие вещества, будучи равномерно распределенным, в реакционной среде, или образует самостоятельную фазу, говорят о гомогенном или гетерогенном катализе. В гетерогенном катализе реагирующие вещества, как правило,
находятся в жидком или газообразном состоянии, а катализатор – в твердом,
при этом реакция протекает на границе двух фаз, т. е. на поверхности твердого
катализатора. Например, каталитическая реакция гидрирования жиров – трехфазная: катализатор – металлический никель – образует твердую фазу, водород
– газообразную, а жир – жидкую. Поэтому в данном случае речь идет о гетерогенном катализе.
При гетерогенном катализе большое значение имеют способ получения
катализатора, условия проведения процесса, состав примесей и т.д. Катализаторы должны обладать значительной селективностью, активностью и сохранять
эти свойства длительное время.
Большинство каталитических реакций положительно, т. е. в присутствии
катализатора их скорость возрастает. Однако встречается отрицательный катализ, когда катализатор замедляет скорость реакции. В данном случае катализатор называют ингибитором, Если ингибитор тормозит процесс окисления, его
называют антиокислителем или антиоксидантом.
Получение и хранение самых разнообразных пищевых продуктов сопровождаются протеканием химических процессов. Одни из них связаны с реакциями гидролиза, другие – с окислительно-восстановительными реакциями
(меланоидинообразованием, сульфитацией, окислением и др.).
Гидролиз. Это реакция разложения сложных веществ (белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением
молекул воды.
Сахароза при нагревании с кислотами гидролизуется, образуя инвертный
сахар (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы)
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6
Характерная особенность сахарозы – исключительная легкость ее гидролиза: скорость процесса примерно в тысячу раз больше, чем скорость гидролиза, при этих же условиях таких дисахаридов как мальтоза или лактоза.
Гидролиз крахмала – процесс каталитический. В качестве катализатора
при гидролизе крахмала применяют минеральные кислоты, обычно хлороводородную кислоту. На скорость реакции оказывают влияние примеси, содержащиеся в крахмале. Реагируя с кислотой, они понижают ее концентрацию в растворе, в результате чего скорость реакции уменьшается. Наиболее сильно связывают кислоту фосфаты и аминокислоты.
Меланоидинообразование. Это сложный окислительно-восстановительный процесс, включающий в себя ряд реакций, которые протекают последовательно и параллельно. В упрощенном виде сущность этого процесса можно
свести к следующему. Низкомолекулярные продукты распада белков (пептиды,
аминокислоты), содержащие свободную аминно группу (- NН2), могут вступать
в реакцию с соединениями, в состав которых входит карбоксильная группа
=С=О, например, с различными альдегидами и восстанавливающими сахарами
(фруктозой, глюкозой, мальтозой), в результате чего происходит разложение
как аминокислоты, так и реагирующего с ней восстанавливающего сахара. При
этом из аминокислоты образуются соответствующий альдегид, аммиак и диоксид углерода, а из сахара – фурфурол и оксиметилфурфурол. Альдегиды обладают определенным запахом, от которого зависит в значительной степени аромат многих пищевых продуктов. Фурфурол и оксиметилфурфурол легко вступают в соединение- с аминокислотами, образуя темноокрашенные продукты,
называемые меланоидинами. Белки тоже могут вступать во взаимодействие с
сахарами, но менее активно, чем аминокислоты, так как содержат меньше свободных аминных групп.
Образование меланоидинов – основная причина потемнения пищевых
продуктов в процессе их изготовления, сушки и хранения. Особенно интенсивно эта реакция протекает при повышенных температурах во время выпечки
хлебобулочных и мучных кондитерских изделии; в процессе уваривания сахар-
ных растворов при производстве сахарного песка; при сушке солода; при самосогревании зерна; в процессе тепловой обработки вин; при приготовлении
ирисных и помадных масс типа крем-брюле. Реакция меланоидинообразования
сопровождается потемнением получаемых продуктов (фруктово-ягодного пюре, соков, повидла, хлеба), которое наблюдается при длительном нагревании
этих продуктов при высокой температуре, а также при их фасовании в горячем
виде и хранении при повышенной температуре.
При производстве ряда пищевых продуктов создают специальные условия для реакции меланоидинообразования. В хлебопечении, например, для получения пшеничного хлеба приятного вкуса, аромата, с румяной корочкой технологический процесс необходимо вести таким образом, чтобы к моменту выпечки в тесте содержалось определенное количество сахара (около 2...3 % к
массе сухих веществ муки) и необходимое количество аминокислот, которые
могут вступать в химическое взаимодействие.
Дегидратация. Одна из реакций, протекающая в процессе меланоидинообразования, связана с дегидратацией и разложением сахаров при нагревании.
В то же время эта реакция может протекать самостоятельно под воздействием
высоких температур на сахара (сахарозу, глюкозу, фруктозу), вызывая ряд их
превращений. Характер этих превращений различен и зависит от условий
нагревания (степени и продолжительности теплового воздействия), реакции
среды и концентрации сахара. Моносахариды, в частности глюкоза, при нагревании в кислой или нейтральной среде дегидратируют, т. е. разлагаются с выделением одной или двух молекул воды и образованием ангидридов глюкозы.
Эти соединения являются реакционноспособными и могут соединяться друг с
другом или с неизмененной молекулой глюкозы и образовывать так называемые продукты конденсации (реверсии). При длительном тепловом воздействии
отщепляется третья молекула воды и образуется оксиметилфурфурол, который
при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеводного
скелета и образованием муравьиной, левулиновой кислот и окрашенных соединений. В общем виде схему химических изменений сахарозы можно
представить в следующем
Сахароза
Моносахариды
Ангидриды
Оксиметилфурфурол
(смесь глюкозы
сахаров
и фруктозы)
Продукты конденсации
(реверсии)
Красящие
и гуминовые
вещества
Муравьиная и
левулиновая
кислоты
Сульфитация. При производстве ряда пищевых продуктов реакция меланоидинообразования нежелательна, например при получении сахара-песка.
Существуют и другие причины, например, при переработке овощей и плодов
потемнение происходит за счет протекания биохимических процессов и образования меланинов. С образованием меланинов связано потемнение очищенных
и нарезанных яблок, картофеля при непродолжительном хранении на воздухе.
Для предотвращения потемнения пищевых продуктов их сульфитируют, т.е.
обрабатывают диоксидом серы или его производными, чаще всего Н2SО3. Диоксид серы как химический агент вызывает обесцвечивание многих растительных красящих пигментов и может быть использован для улучшения внешнего
вида готового продукта. Диоксид серы получают путем сжигания серы в специальных печах, пропуская через них воздух.
При сульфитации продукта идет образование сернистой кислоты, которая
является сильным восстановителем
S02 + Н2О = Н2SО3.
Частично сернистая кислота переходит в серную:
H2SO3 + Н2О = Н2S04 + 2Н.
Выделяющийся при этом водород оказывает обесцвечивающее действие.
Органические красящие вещества всегда содержат непредельные хромофорные
группы (– С = С–- ), при восстановлении их сернистой кислотой по месту разрыва двойных связей присоединяется водород, в результате окрашенные вещества превращаются в бесцветные лейкосоединения. Эффект обесцвечивания
может достигать 30 %.
Сульфитации подвергают диффузионный сок при его очистке в сахарном
производстве, овощи и плоды при их переработке. Кратковременная, в течение
нескольких минут, обработка картофеля, абрикосов, яблок перед сушкой позволяет улучшить внешний вид готового продукта, предотвратить его потемнение.
Диоксид серы, сернистая кислота и ее соли так же выполняют и роль антисептика, вызывая глубокие изменения в клетках микроорганизмов, особенно
молочнокислых и уксуснокислых бактерий. Действие ее на микроорганизмы
связано с восстанавливающими свойствами: являясь акцептором кислорода,
сернистая кислота задерживает дыхание микроорганизмов, а реагируя с промежуточными продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, а также с ферментами, нарушает обмен веществ. Все это ведет к гибели микрофлоры.
Сернистая кислота оказывает влияние на растительную ткань сульфитированных продуктов. Под ее влиянием происходит коагуляция протоплазмы
клеток нарушается тугор и сок частично выходит в межклеточное пространство, в результате чего ткань плода размягчается.
Являясь сильным восстановителем, сернистая кислота препятствует
окислению химических веществ плодов. Блокируя ферменты, катализирующие
необратимое окисление витамина С, сернистая кислота способствует его сохранению.
Вступая в соединение с красящими веществами плодов, сернистая кислота вызывает сильное обесцвечивание продукта. Все плоды и ягоды, имеющие
красную, синюю и другую окраску (вишня, слива, малина, черная смородина и
т. п.), после сульфитации теряют свой первоначальный цвет.
Окисление. Этот процесс играет большую роль при хранении жиров, масел и жиросодержащих продуктов. Жиры при длительном хранении приобретают неприятные вкус и запах – прогоркают, что связано как с химическими
превращениями под действием света и кислорода воздуха, так и с действием
некоторых ферментов. Наиболее простой случай прогоркания, часто наблюдаемый при хранении коровьего масла и маргарина, заключается в омылении жира
и появлении в свободном виде масляной кислоты, которая придает продукту
неприятный запах, свойственный этой кислоте.
Наиболее распространенный тип прогоркания жиров – прогоркание, обусловленное окислением ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха.
При этом кислород присоединяется по месту двойных связей, образуя пероксиды.
O
O
R – C = CR1 + O2
R
C
C
R1
H H
H
H
В результате дальнейшего разложения перекисей жирных кислот образуются альдегиды, придающие жиру неприятные запах и вкус.
При отсутствии кислорода воздуха процесс не идет, таким образом, при
хранении жира в вакууме он не прогоркает. Присутствие в жирах солей металлов, особенно меди, которые являются катализаторами, увеличивается скорость
окисления. На интенсивность реакции окисления жиров влияет степень ненасыщенности жирных кислот, чем ненасыщенность выше, тем быстрее жир
окисляется. Наличие в жире белковых и слизистых веществ также ускоряет
порчу жира, поэтому при получении жиров стремятся в максимальной степени
избавиться от этих примесей.
В то же время присутствие в жирах и жиросодержащих продуктах антиоксидантов снижает скорость их окисления. Наиболее активными естественными антиокислителями являются токоферолы (витамин Е). Медленное окисление
какао-масла, кунжутного масла и длительное хранение халвы, особенно тахинной, приготовленной на основе кунжута и продуктов его переработки, объясняется наличием в этих маслах природных антиокислителей. При производстве и
очистке жиров антиокислители частично удаляют, что резко снижает стойкость
жиров при хранении. Аналогичные процессы протекают при тепловой обработке пищеконцентратов, в результате которой жиры легко прогоркают. Добавление к ним антиокислителей позволяет значительно увеличить сроки хранения.
Животные жиры, как правило, очень бедны токоферолами, поэтому введение в состав жиров антиокислителей резко повышает стойкость их к прогорканию.
В последние годы синтезирован ряд веществ, обладающих антиокислительным действием. К ним относятся производные фенолов – бутилоксианизол,
бутилокситолуол и др. Введение этих соединений в малых количествах (0,01 %
к массе жира) резко замедляет процесс прогоркания жира. Фенолы и их производные входят в состав коптильной жидкости, содержатся в древесном дыме,
поэтому копченые продукты, как правило, обладают стойкостью при хранении.
Использование смесей антиокислителей даст больший эффект, чем при-
менение отдельного антиоксиданта. Суммарное действие смеси веществ, превышающее действие каждого компонента в отдельности, называется синергизмом. Подобным действием обладают также вещества, не являющиеся антиокислителями. К таким веществам относятся лимонная, аскорбиновая, виннокаменная кислоты, фосфатиды, сульфгидрильные соединения и др.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Контрольные вопросы:
Какие процессы относятся к химическим? Приведите примеры.
Каким образом происходит влияние концентрации, температуры и катализатора?
Что такое температура и катализатор?
Что такое гидролиз?
Охарактеризуйте процесс меланоидинообразование. Приведите пример
этого процесса.
Что такое дегидратация? Сульфитация? Окисление?
Практическая работа №4
Биохимические процессы, протекающие в пищевом сырье
Цель работы: изучить значение биохимических процессов в пищевом
сырье, ознакомиться с ферментами и их ролью и классификацией.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Биохимические процессы. Биохимические процессы протекают при
участии ферментов и имеют большое практическое значение, так как лежит в
основе технологий получения хлеба и хлебобулочных изделий, вина, пива, чая,
аминокислот, органических кислот, витаминов и антибиотиков. Эти процессы
играют важную роль при хранении пищевого сырья и готовой продукции (зерна, плодов, овощей жира, жиросодержащих продуктов и др.).
Зная характер протекания биохимических процессов в пищевом сырье,
можно установить те или иные особенности процесса, определить дефекты
данной партии сырья, наметить наиболее правильный режим технологического
процесса.
Кинетика биохимических процессов зависит от ряда факторов: химической природы реагирующих веществ, концентрации самого фермента и субстрата, температуры и реакции среды рН, наличие активаторов и ингибиторов.
Скорость биохимических процессов зависит от природы субстрата и его
атакуемости. Под атакуемостью понимаем его податливость действию фермента, которая зависит от структуры субстрата. Например, атакуемость амилазами
крахмала, полученного из зерна различных культур или из разных частей одного и того же зерна, неодинакова. Она увеличивается с уменьшением размера
крахмальных зерен, т.е. с увеличением их относительной поверхности, а также
при механическом воздействии на структуру зерен крахмала, например, при
длительном помоле зерна.
Атакуемость белка протеиназами зависит от строения белковой молекулы: чем плотнее и прочнее структура белка, тем ниже его атакуемость ферментами. Количество в молекуле определенных химически групп, например
сульфгидрильных, аминных и др., влияет на атакуемость белка. Если эти группы каким-то образом блокировать, то меняется атакуемость субстрата ферментами. При восстановлении дисульфидных групп белка пшеницы в
сульфгидрильные увеличивается атакуемость белка и возрастает скорость его
расщепления.
Скорость биохимических процессов зависит от концентрации самого
фермента и реагирующих веществ. При избытке субстрата скорость реакции
определяется, прежде всего, концентрацией фермента: чем она выше, тем быстрее идут реакции.
При невысоких концентрациях субстрата зависимость скорости реакции
от концентрации участвующих в реакции веществ носит линейный характер, т.
е. с увеличением концентрации субстрата она возрастает. Однако по мере увеличения концентрации реагирующих веществ скорость реакции замедляется,
достигает максимального значения и в дальнейшем остается постоянной. В то
же время большие концентрации субстрата могу выполнять роль ингибитора. В
итоге скорость реакции падает.
Наиболее существенное влияние на активность ферментов и скорость
биохимических процессов оказывают температура и реакция среды. С повышением температуры активность ферментов возрастает, достигает максимума, а
затем снижается. Оптимальной для действия фермента является та температура,
при которой его активность наибольшая. Температурный оптимум для ферментов растительного происхождения составляет около 40…50 С. Снижение активности фермента при высоких температурах связанно с процессами денатурации белка. Полное прекращение деятельности фермента происходит при
температурах, близких к 100 С, однако это не относится к термофильным ферментам, которые выдерживают кратковременное нагревание при температуре
выше 100 С.
Каждый фермент проявляет свое действие в узких пределах значений рН.
В определенной зоне активность фермента наибольшая, эта зона называется оптимальной зоной рН. Разные ферменты сильно отличаются по оптимальным
для их действия значениям рН. Одни из них имеют наибольшую активность в
кислой среде, другие – в нейтральной, третьи – в щелочной. Пепсин желудочного сока имеет оптимум действия при рН 2,0, солодовая -амилаза –при рН
4,7...5,2. Оптимальное значение рН для действия ферментов зависит в основном
от субстрата. Например, при действии папаина на желатин оптимальное значение рН 5,0, а при действии на денатурированный яичный альбумин – 7,5.
Скорость биохимических процессов может быть увеличена в присутствии
активаторов. Многие ферменты активизируются под действием соединений
восстанавливающего действия, в частности веществами, содержащими
сульфгидрильные группы: цистеином, глютатионом. Глютатион может быть в
двух формах: окисленной и восстановленной, активатором является восстанов-
ленная форма. Активизирующее действие этих соединений основано на том,
что они восстанавливают дисульфидные связи фермента в сульфгидрильные,
необходимые для проявления ферментом своей каталитической активности, а
сами при этом окисляются за счет превращения сульфгидрильных связей в дисульфидные.
Существуют и ингибиторы ферментов, подавляющие их активность. Действие ингибиторов основано на блокировании сульфгидрильных связей фермента и превращении их в дисульфидные группы. Ингибирование фермента
может происходить под действием так называемых белковых осадителей – веществ образующих с белками нерастворимые осадки. Такими веществами являются соли тяжелых металлов (свинца, ртути, вольфрама) трихлоруксусная
кислота и др. Эти соединения не являются специфическими, и любое из них
может быть использовано для осаждения фермента и полного прекращения его
действия. Однако существуют специфические ингибиторы. Оксид углерода СО,
например, ингибирует ряд окислительно-восстановительных ферментов, в состав которых входит железо или медь.
Ферменты (энзимы) – органические катализаторы белковой природы,
обладающие специфичностью к субстрату. Они обеспечивают последовательность и взаимосвязанность многих сложных биохимических превращений в
клетках растений, животных и микроорганизмов.
По строению все ферменты можно разделить на две группы: ферменты,
состоящие только из белка, обладающего каталитическими свойствами, и являющиеся однокомпонентными и ферменты, состоящие из белковой части
(апофермента ) и связанного с ней органического вещества небелковой природы, называемого простетической группой. Эти ферменты являются двухкомпонентными. Апофемент оказывает решающее действие на специфичность фермента, а соединение белка с простетической группой приводит к огромному
возрастанию его каталитической активности. Основная масса ферментов являются двухкомпонентными.
Простетическими группами многих ферментов являются витамины и их
производные, например, простетические группы ряда окислительновосстановительных ферментов содержат производные ниацина (витамина РР)
или рибофлавин (витамин В2). В состав простетических групп ферментов могут
входить производные витаминов В1, В6, В12, а также пантотеновая, фолиевая
кислоты и биотин.
В состав многих ферментов входят металлы, придающие им активность.
Такие металлы называются кофакторами. Например, кофактором -амилазы
является кальций, а каталазы – железо. Ряд ферментов усиливает свою активность в присутствии магния, марганца, цинка, меди, молибдена.
Характерной особенностью ферментов является их высокая каталитическая активность, в значительной степени превосходящая активность химических катализаторов. Ферменты обладают способностью ускорять реакции в
108...1011 раз. Механизм действия ферментов, как и химических катализаторов,
связан с тем, что они снижают энергию активации, необходимую для осуществления определенной реакции, направляя ее обходным путем через про-
межуточные реакции, которые требуют значительно меньше энергии активации. Однако ферменты гораздо сильнее понижают энергию активации, чем химические катализаторы. Например, для гидролиза сахарозы с образованием
глюкозы и фруктозы без участия катализатора необходима энергия активации
около 32 000 калорий на грамм-молекулу. Если реакция катализируется неорганическим катализатором НСl, то энергия активации составляет 25 600 калорий,
а если происходит ферментативный катализ, то она снижается до 9400 калорий.
Второй особенностью ферментов является избирательность их действия.
Например, инвертаза разлагает сахарозу, но не действует на другие дисахариды, в частности мальтозу, т. е. некоторые ферменты катализируют превращение
практически только одного какого-либо вещества.
Многие ферменты действуют только на определенный вид связей.
Например, пепсин гидролизует пептидные связи в молекуле белка, образованные ароматическими аминокислотами. Ряд ферментов катализирует определенные группы реакций. Так ферменты, называемые липазами, катализируют гидролиз любых сложных эфиров, включая и жиры.
Третьим свойством, отличающим ферменты от химических катализаторов, является их большая лабильность, т. е. чувствительность к внешним воздействиям среды (влиянию температуры, концентрации водородных ионов,
наличию активаторов и ингибиторов и др.).
Достоинством ферментов перед химическими катализаторами является то
обстоятельство, что они действуют при нормальном давлении и при относительно низких температурах – от 20 до 70 °С.
По типу катализируемой реакции все ферменты делятся на шесть классов:
- оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные
реакции;
- трансферазы (ферменты переноса), катализирующие реакции переноса
метильных или аминогрупп от субстрата (донора) к акцептору. Такими группировками могут быть остатки фосфорной кислоты, аминокислот, сахаров и др.
- гидролазы, осуществляющие реакции гидролиза, т. е. расщепления различных сложных соединений (субстратов) при участии воды на более простые;
- лиазы, катализирующие негидролитическое расщепление субстратов и
отщепление от них тех или иных групп;
- изомеразы, катализирующие превращения органических соединений в
их изомеры;
- лигазы (ранее называвшиеся синтетазами), катализирующие соединения двух молекул субстрата путем образования связей С-О, С-S, С-N или С-С.
Биохимические процессы, протекающие при производстве пищевых продуктов и их хранении, связаны с действием собственных ферментов сырья или
с действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами и используемых в
виде ферментных препаратов (ФП).
Ферменты находятся в сырье в свободном и связанном виде. При прорастании зерна активность ферментов повышается, так как они полностью или частично становятся свободными.
Каждый микроорганизм содержит комплекс разнообразных ферментов,
многие из которых аналогичны ферментам растений и животных.
Источником получения биомассы микроорганизмов, используемой для
выделения данного фермента, являются культуры плесневых грибов, бактерий,
дрожжей и актиномицетов. Эти микроорганизмы дают значительно больше
биомассы, из которой проще и экономичнее выделить данный фермент, чем из
тканей высших растений и животных. Так, -амилазу получают из плесневых
грибов (А. nigег, А. огуzае и др.) и бактерий (В. subtilis), глюкоамилазу – чаще
всего из плесневого гриба А. аwаmri, пектолитические ферменты – из грибов
Аspergillus, например А. аwаmori, протеиназы – из бактерий и грибов, относящихся к родам Васillus. Аspergillus, Реnicillium и др.
Ферментные препараты (ФП) отличаются от ферментов тем, что помимо
активного белка содержат балластные вещества. Подавляющее количество препаратов являются комплексными, содержащими кроме основного еще значительное количество сопутствующих ферментов, хотя существуют ферментные
препараты, в состав которых входит какой-либо один фермент. В комплексном
препарате один фермент может преобладать и иметь наибольшую активность.
Название ФП начинается с сокращенного названия основного фермента к
которому добавляют видовое название продуцента и заканчивают название
суффиксом «-ин». Например, амилолитические препараты, получаемые из
культур А. огуzае и В. subtilis, называются соответственно амилоризином и
амилосубтилином. Протеолитический препарат, получаемый из культуры В.
subtilis, называется протосубтилином. В названии препарата отражается способ
культивирования микроорганизмов: при глубинном способе после названия
ставится буква Г, а при поверхностном – П; далее следует обозначение 2х, Зх,
10х, 15х или 20х, отражающее возрастающую степень очистки препарата от
балластных веществ. Если в названии не стоит буква х, то это неочищенная
культура продуцента.
При использовании ФП следует учитывать то влияние, которое могут
оказывать сопутствующие ферменты на технологический процесс. Создавая
оптимальные условия для действия главного ферменты, можно в значительной
степени ослабить активность других нежелательных ферментов. Например,
присутствие активной протеиназы вместе с -амилазой в препаратах для хлебопечения нежелательно. В противоположность этому при осахаривании зерна
и крахмала в спиртовой промышленности необходимо одновременное воздействие этих двух ферментов.
Применение ФП в пищевой промышленности позволяет интенсифицировать технологические процессы, улучшить качество готовой продукции, увеличить ее выход, улучшить условия труда, экономить ценное пищевое сырье. Если прежде основным источником активных ферментов являлся солод, получаемый из ячменя, ржи и других культур, то, применяя ферментные препараты,
можно отказаться от зерна и использовать его на другие цели.
Контрольные вопросы:
1. Какие процессы относятся к биохимическим?
2. Как протекают биохимические процессы?
3.
4.
5.
6.
7.
8.
От чего зависит скорость биохимических процессов?
Что может влиять на скорость биохимических процессов?
Что такое ферменты? И как они подразделяются?
Каков механизм действия ферментов?
Чем отличается значение ферментов от химических катализаторов?
На какие классы подразделяются ферменты?
Практическая работа №5
Микробиологические и массообменные процессы
Цель работы: ознакомиться с микробиологическими и массообменными
процессами в современной пищевой промышленности, со значением и использованием бактерий, дрожжей и зигомицетов, процессами экстракция, адсорбция, сушка.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Микробиологические процессы. Микробиологические процессы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. В их основе лежит
использование в промышленности биологических систем и процессов, ими вызываемых. В основе многих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов.
В настоящее время с помощью микроорганизмов производят кормовые
белки, ферменты, витамины, аминокислоты и антибиотики, органические кислоты, липиды, гормоны, препараты для сельского хозяйства и т.д.
В пищевой промышленности микроорганизмы используются при получении ряда продуктов. Так, алкогольные напитки – вино, пиво, коньяк, спирт–и
другие продукты получают при помощи дрожжей. В хлебопекарной промышленности используют дрожжи и бактерии, в молочной промышленности –
молочнокислые бактерии и т.д.
Среди многообразия вызываемых микроорганизмами процессов одним из
существенных является брожение.
Под брожением понимают превращение углеводов и некоторых других
органических соединений в новые вещества под воздействием ферментов, продуцируемых микроорганизмами. Известны различные виды брожения. Обычно
их называют по конечным продуктам, образующимся в процессе брожения,
например спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и др.
Многие виды брожения – спиртовое, молочнокислое, ацетонобутиловое,
уксуснокислое, лимоннокислое и другие, вызываемые различными микроорганизмами, – используют в промышленности. Например, в производстве этилового спирта, хлеба, пива применяют дрожжи; в производстве лимонной кислоты –
плесневые грибы; в производстве уксусной и молочной кислот, ацетона бактерии. Основная цель указанных производств превращение – субстрата (питательной среды) под действием ферментов микроорганизмов в необходимые
продукты. В других производствах, например в производстве хлебопекарных
дрожжей, главной задачей является накопление максимального количества
культивируемых дрожжей.
Основные группы микроорганизмов, используемых в отраслях пищевой
промышленности, – бактерии, дрожжевые и плесневые грибы.
Бактерии. Используют в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, маслянокислого. ацетонобутилового брожения. Культурные молочнокислые бактерии используют при получении молочной кислоты, в хлебопечении, иногда в спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную
кислоту.
В производстве ржаного хлеба важная роль принадлежит молочнокислым
бактериям. В процессе получения ржаного хлеба участвуют истинные (гомоферментативные) и неистинные (гетероферментативные) молочнокислые бактерии. Гетероферментативные молочнокислые бактерии наряду с молочной
кислотой образуют летучие кислоты (в основном уксусную), спирт и диоксид
углерода. Истинные бактерии в ржаном тесте участвуют только в кислотообразовании, а неистинные наряду с кислотообразованием оказывают существенное
влияние на разрыхление теста, являясь энергичными газообразователями. Молочнокислые бактерии ржаного теста существенное влияние оказывают также
на вкус хлеба, так как он зависит от общего количества кислот, содержащихся в
хлебе, и от их соотношения. Кроме того, молочная кислота оказывает влияние
на процесс образования и структурно-механические свойства ржаного теста.
Маслянокислое брожение, вызываемое маслянокислыми бактериями, используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяют в качестве ароматических веществ, а для спиртового производства эти бактерии
опасны, так как масляная кислота подавляет развитие, дрожжей и инактивирует
-амилазу.
К особым видам маслянокислых бактерий относятся ацетонобутиловые
бактерии, превращающие крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и
этиловый спирты. Эти бактерии используют в качестве возбудителей брожения
в ацетонобутиловом производстве.
Уксуснокислые бактерии используют для получения уксуса (раствора уксусной кислоты), так как они способны окислять этиловый спирт в уксусную
кислоту.
Следует отметить, что уксуснокислое брожение является вредным для
спиртового производства, так как приводит к снижению выхода спирта, а в пивоварении ухудшает качество пива, вызывает его порчу.
Дрожжи. Широко применяются в качестве возбудителей брожения при
получении спирта и пива, в виноделии, в производстве хлебного кваса, а также
в хлебопечении для разрыхления теста.
Для пищевых производств имеют значение дрожжи – сахаромицеты, которые образуют споры, и несовершенные дрожжи – несахаромицеты (дрожжеподобные грибы), не образующие спор. Семейство сахаромицетов делится на
несколько родов. Наиболее важное значение из этого семейства имеет род Saccharomyces (сахаромицеты). Род подразделяется на виды, а остальные отдельные разновидности вида, отличающиеся по некоторых признакам, называют расами. В каждой отрасли применяются определенные расы дрожжей.
Культурные дрожжи относятся к семейству сахаромицетов S.сегеvisiae.
Температурный оптимум для размножения дрожжей находятся в пределах
25…30°С, а минимальная температура около 2...3 С. При 40 °С рост прекращается и дрожжи отмирают, но низкие температуры дрожжи переносят хорошо,
хотя размножение их приостанавливается.
Различают дрожжи верхового и низового брожения. В каждой из этих
групп имеется несколько отдельных рас.
Дрожжи верхового брожения в стадии интенсивного брожения выделяются на поверхности сбраживаемой среды в виде довольно толстого слоя пены
и остаются в таком состоянии до окончания брожения. Затем они оседают, но
не дают плотного осадка. Эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам и не
склеиваются друг с другом в отличие от хлопьевидных дрожжей низового брожения, оболочки которых являются клейкими, что приводит к слипанию и
быстрому осаждению клеток.
Из культурных дрожжей к дрожжам низового брожения относятся большинство винных и пивных дрожжей, а к дрожжам верхового брожения – спиртовые, хлебопекарные и некоторые расы пивных дрожжей. Первоначально были известны только дрожжи верхового брожения, так как брожение различных
соков происходило при обычной температуре. Желая получить напитки, насыщенные СО2, стали вести брожение при низкой температуре. Под влиянием изменившихся внешних условий получились дрожжи низового брожения,
нашедшие широкое распространение в промышленности.
В спиртовом производстве применяют верховые дрожжи вида S. сегеvisiae, которые обладают наибольшей энергией брожения, образуют максимум
спирта и сбраживают моно- и дисахариды, а также часть декстринов.
В хлебопекарных дрожжах ценят быстро размножающиеся расы, обладающие хорошей подъемной силой и стойкостью при хранении. Подъемная сила
определяется как особенностями рас дрожжей, так и способом ведения производства.
В пивоварении используют дрожжи низового брожения, приспособленные к сравнительно низким температурам. Пивные дрожжи должны быть микробиологически чистыми, а также обладать способностью к хлопьеобразованию, быстро оседать на дно бродильного аппарата и давать прозрачный напиток с определенными вкусом и ароматом.
В виноделии ценятся дрожжи, быстро размножающиеся, обладающие
свойством подавлять другие виды дрожжей и микроорганизмы и придавать вину соответствующий букет. Дрожжи, применяемые в виноделии, относятся к
виду S. vini, энергично сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу и мальтозу.
Большая часть винных дрожжей относится к дрожжам низового брожения. В
виноделии почти все производственные культуры дрожжей выделены из молодых вин в различных местностях.
Зигомицеты. Ранее зигомицеты называли плесневыми грибами. Они играют большую роль в качестве продуцентов ферментов. Грибы рода Аspergillus
продуцируют амилолитические, протеолитические, пектолитические и другие
ферменты, которые используют в спиртовой промышленности вместо солода
для осахаривания крахмала, в пивоваренной – при частичной замене солода несоложеным зерном и т. д.
В производстве лимонной кислоты А. niger является возбудителем лимоннокислого брожения, превращая сахар в лимонную кислоту.
Однако в ряде случаев плесневые грибы вызывают порчу пищевых продуктов.
Микроорганизмы в пищевой промышленности играют двоякую роль. С
одной стороны, это культурные микроорганизмы, которые специально выращивают для нужд данного производства, используя особенности их биохимической деятельности и других свойств. С другой стороны в пищевые производства попадает инфекция, т. е. посторонние (дикие) микроорганизмы. Дикие
микроорганизмы распространены в природе (на ягодах, плодах, в воздухе, воде,
почве и т.д.) и из окружающей среды попадают в производство.
Это либо неопасные для здоровья человека сапрофиты, являющиеся, однако, вредителями производства, в результате их жизнедеятельности нарушается технологический процесс, возрастают потери сырья, снижаются выход и качество готовой продукции, либо патогенные микроорганизмы, которые могут
нанести вред здоровью человека и явиться причиной тяжелых инфекционных
заболеваний.
Источники инфекции могут быть как внешними (воздух, вода, сырье), так
и внутризаводскими. К внутризаводским относятся воздух производственных
помещений, технологическое оборудование, тара, в которых задерживаются
остатки производственных жидкостей, являющихся питательной средой для
микроорганизмов, а также руки, одежда и обувь обслуживающего персонала.
Для соблюдения правильного санитарно-гигиенического режима на пищевых предприятиях эффективным способом уничтожения и подавления развития посторонних микроорганизмов является дезинфекция.
На каждом предприятии проводят профилактические меры борьбы. Своевременно удаляют отходы производства, соблюдают чистоту во всех отделениях предприятия внутри аппаратов, оборудования и трубопроводов. Наряду с
профилактическими мерами применяют и активные, меры борьбы с инфекцией,
которые по характеру действующего средства делятся на физические и химические.
К физическим методам обеззараживания относятся различные способы
стерилизации, основанные на губительном действии высоких температур на
микроорганизмы: кварцевое и ультрафиолетовое облучение, ультразвук, действие высоких температур (обжигание, прокаливание, кипячение, ошпаривание
посуды, тары и оборудования, обработка острым паром).
К химическим средствам обеззараживания относится большое количество
различных дезинфицирующих веществ, обладающих антимикробным действием. Такие вещества называют антисептиками. В качестве антисептиков, применяют хлорную известь, формалин, антифомин (смесь растворов хлорной извести, гидроксида натрия и кабоната натрия), диоксид серы, серную кислоту,
сульфанол и др.
Некоторые из этих антисептиков добавляют в небольших количествах в
продукты, предназначенные для технологического процесса, другие используют для мойки аппаратуры и трубопроводов. Наряду с антисептиками для дезинфекции в некоторых случаях применяют антибиотики, в частности лактоцид.
Часто для борьбы с вредными микроорганизмами сочетают стерилизацию и
дезинфекцию.
Массообменные процессы. В пищевой промышленности широко применяются процессы массообмена. Наиболее часто встречаются экстрагирование и
экстракция, абсорбция и адсорбция, перегонка и ректификация, растворение и
кристаллизация и, наконец, сушка.
Различные вещества могут находиться в неодинаковых фазовых состояниях. Например, вода может представлять собой твердую фазу – лед. При
обычном давлении и температуре выше 0 ºС вода находится в виде жидкости.
При более высокой температуре вода превращается в пар, переходит в паровую
фазу. Газы – сильно перегретые пары соответствующих веществ. Различные
фазы могут вступать во взаимодействие друг с другом. При этом взаимодействии происходит обмен веществами, растворенными в фазах.
Когда мелко изрезанную сахарную свеклу (стружку) промывают, сахар,
содержащийся в клеточной жидкости, переходит в воду. Этот переход обусловлен разностью концентрации сахара в клеточной жидкости и воде. Скорость
перехода сахара из стружки в воду будет уменьшаться по мере увеличения концентрация сахара в воде и снижения его концентрации в стружке. Наконец эти
концентрации станут равными и процесс прекратится.
Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций.
При растворении сахара в воде вещество (сахар) переходит из твердой
фазы в жидкую. При очистке жидкостей или газов с помощью активированного
угля вещество переходит из жидкой или газовой фазы в твердую. При разбавлении растворов происходит переход вещества из одной жидкой фазы в другую.
Массообменные процессы принято классифицировать по агрегатному состоянию и характеру взаимодействия фаз.
В основе представлений о массопередаче лежит понятие равновесия фаз.
Это равновесие, например концентрация растворенного вещества в двух взаимодействующих фазах, зависит от температуры и давления. Массоперенос
начинается, если концентрация вещества во взаимодействующих фазах отличается от равновесной. Чем больше это различие, тем выше скорость переноса.
Зная концентрацию компонента в фазах и условия равновесия, можно определить направление процесса.
Адсорбция. Процесс поглощения одного или нескольких компонентов из
смеси газов, паров или жидких растворов поверхностью твердого вещества –
адсорбента называется адсорбцией. Процесс адсорбции подобно процессу абсорбции избирателен, т.е. из смеси поглощаются только определенные компоненты. Как и при абсорбции, поглощенное вещество может быть выделено из
адсорбента, например, при нагревании. Этот процесс регенерации – обновления
абсорбента называется десорбцией.
Процессы абсорбции и адсорбции внешне похожи. Разница между ними
заключается в том, что в одном случае вещество поглощается всем объемом
жидкости, а в другом – только поверхностью твердого поглотителя - адсорбента .
В пищевой промышленности адсорбция применяется при очистке водноспиртовых смесей в ликероводочном производстве, при очистке и стабилизации
вин, соков и других напитков. В свеклосахарном производстве адсорбцией
обеспечивается основная очистка диффузионного сока в процессе его сатурации, а также обесцвечивания сахарных сиропов перед кристаллизацией.
Количество поглощаемого вещества зависит от площади поверхности поглотителя. Поэтому адсорбенты обладают чрезвычайно развитой поверхностью,
что достигается за счет образования большого количества пор в твердом теле.
Активированный уголь является самым распространенным адсорбентом.
Его получают сухой перегонкой дерева с последующей активацией – прокаливанием при температуре около 900 °С. Активированный уголь получают также
из костей животных и других углеродсодержащих материалов. Размеры кусков
активированного угля в зависимости от марки лежат в пределах от 1 до 5 мм.
Активированный уголь лучше поглощает пары органических веществ, чем пары воды. Недостатками активированных углей являются их небольшая механическая прочность и горючесть.
Силикагели. Этот адсорбент получают обезвоживанием геля кремниевой
кислоты, обрабатывая силикат натрия (жидкое стекло) минеральными кислотами или кислыми растворами их солей. Размер гранул силикагеля лежит в пределах от 0,2 до 7 мм. Суммарная поверхность 1г силикагеля 400...770 м2. Силикагели эффективно поглощают пары органических веществ, а также влагу из
воздуха и газов. Поэтому гранулы силикагеля иногда используют при упаковке
на хранение приборов и материалов, боящихся влаги. В отличие от активированного угля силикагель негорюч и обладает большой механической прочностью.
Цеолиты. Это пористые водные алюмосиликаты катионов элементов
первой и второй групп периодической системы Д. И. Менделеева. Встречаются
в природе и добываются карьерным способом. В промышленности чаще применяют синтетические цеолиты, обладающие весьма однородной структурой, с
размерами пор, которые можно сравнить с размерами крупных молекул. Поэтому цеолиты обладают свойствами микрофильтрационных мембран.
Цеолиты отличаются высокой поглотительной способностью по отношению к воде и поэтому используются для глубокой осушки газов и воздуха с незначительным содержанием влаги. Гранулы промышленных цеолитов обычно
имеют размеры от 2 до 5 мм.
Иониты. Это природные и искусственные адсорбенты, действие которых
основано на химическом взаимодействии с очищаемыми растворами. Процессы
с применением ионитов следует отнести к хемосорбции – адсорбции, сопровождаемой химическими реакциями. Иониты, содержащие кислые активные
группы и обменивающиеся с раствором электролита подвижными анионами,
называются анионитами. Иониты, содержащие основные активные группы и
обменивающиеся подвижными катионами, называются катионитами. Существует группа аморфных ионитов, способных к анионному и катионному обменам одновременно. Наибольшее распространение в промышленности получили
ионообменные смолы. Так, в сахарорафинадном производстве с помощью
ионообменных смол осуществляют обесцвечивание сиропов. Смолы применяют также в некоторых случаях при обработке воды.
В качестве естественных адсорбентов в пищевой промышленности,
например для осветления вин, используют мелкодисперсные глины: бентонит,
диатомит, каолин. С этой же целью применяют рыбий клей (желатин) и другие
вещества.
Экстракция - процесс избирательного извлечения одного или нескольких растворимых компонентов из растворов или твердых тел с помощью жидкого растворителя - экстрагента.
Если вещества извлекаются из жидких систем, процесс называют жидкостной экстракцией. В микробиологических производствах с помощью экстрагента извлекают молочную кислоту и антибиотики из ферментативных растворов. При этом экстрагент и жидкость, содержащая извлекаемые компоненты,
должны обладать различной плотностью и не должны растворяться. Благодаря
этим свойствам образованная неоднородная система легко разделяется.
В пищевых производствах экстрагированию чаще подвергают сырье растительного происхождения, например семена масличных культур, сахарную
свеклу, фрукты и т.п. По физическим свойствам это сырье относится к твердым
телам.
Растительное сырье перед экстрагированием дробят или разрезают на
мелкие кусочки или стружку. При этом часть клеток на вновь образованной поверхности повреждается, и внутриклеточное вещество сразу переходит в экстрагент. Подавляющая часть клеток в куске остается целой, а извлекаемое вещество диффундирует через клеточные мембраны в экстрагент. Пренебрегая
количеством вещества, перешедшего из разрушенных клеток, можно считать,
что вещество из растительного сырья в экстрагент переносится за счет диффузии.
Простейший процесс экстрагирования можно осуществить, заполнив аппарат подготовленным сырьем и жидким экстрагентом. В этом процессе концентрация вещества и в сырье непрерывно уменьшается, а в экстрагенте увеличивается. Процесс нестационарен и закончится, когда концентрации сравняются. Скорость процесса значительно возрастает при перемешивании.
Другой тип процесса реализуется при фильтровании экстрагента через
неподвижный слой сырья. Процесс этот также неустановившийся и при определенной продолжительности может закончиться практически полным извлечением веществ из сырья.
В процессах третьего типа сырье и экстрагент непрерывно перемещаются
в противотоке. При этом в каждом сечении аппарата устанавливается постоянная разность концентрации, что соответствует стационарному режиму. Таким
образом, в аппаратах непрерывного действия осуществляются процессы третьего типа.
В общем виде процесс экстрагирования растительною сырья можно разбить на четыре стадии:
- проникновение экстрагента в поры растительного сырья;
- растворение изрекаемого вещества экстрагентом;
- диффузионный перенос извлекаемого вещества к поверхности куска
или частицы сырья;
- перенос извлекаемого вещества с поверхности сырья в жидкую фазу экстрагент.
В зависимости от вида перерабатываемого сырья отдельные стадии процесса могут отсутствовать вовсе, но чаще от скорости переноса на одной из
стадий зависит скорость процесса в целом.
Сушка. Удаление влаги из материалов (продуктов, изделий) при их подготовке к переработке, использованию или хранению называют сушкой. Этот
процесс чрезвычайно широко распространен в пищевой промышленности и
других отраслях народного хозяйства. Сушка обеспечивает сохранность зерна в
сельском хозяйстве, увеличивает сроки хранения изделий (сухари, сахар).
Сушка также может быть включена в технологический процесс для придания перерабатываемым полуфабрикатам и изделиям (пастиле, зефиру) определенного качества.
Различают сушку конвективную (в потоке нагретого газа), контактную
(при соприкосновении с нагретой поверхностью), сублимационную (в вакууме),
высокочастотную (диэлектрическим нагревом), радиационную (ИК - излучением).
Удаление влаги из материала может быть осуществлено различными способами. Наименее энергоемким способом является механический: прессование
или отжим в центрифугах. Этот способ позволяет удалить лишь ту часть влаги
в материале, которая заполняет поры и капилляры тела, так называемую несвязанную влагу. Для полного удаления влаги применяют тепловые способы сушки, основанные на превращении влаги, содержащейся в материале, в пар с последующим удалением этого пара. Физико-химические способы сушки основаны на применении водопоглощающих средств (силикагель, концентрированная
серная кислота, хлорид кальция). Эти способы промышленного распространения не получили и используются в лабораторной практике.
Сырье и материалы, подвергаемые сушке в пищевой промышленности,
можно разделить на две группы: твердые кристаллические тела – сахар, лимонная кислота, поваренная соль и т.п. и коллоидно-дисперсные системы, которые,
в свою очередь, А. В.Лыков предлагал разделить на три группы. Первая группа
– эластичные гели – тела, которые при обезвоживании сжимаются, но сохраняют эластичность. К эластичным гелям относятся прессованное мучное тесто,
изделия на основе агар-агара (пастила, зефир) и желатина (мармелад). Вторая
группа – хрупкие гели – тела, которые после сушки становятся хрупкими: керамика и т.п. Третью группу составляют коллоидные капиллярно-пористые тела: хлеб, зерно и т. п. Эластичные стенки капилляров этих тел деформируются
при сушке, поэтому изделия могут изменять свой объем (усадка) и форму
(крошение). После сушки коллоидные капиллярно-пористые тела могут ста-
новиться хрупкими, как, например, сухари. Даже такое, весьма условное деление демонстрирует огромное многообразие типов объектов сушки, особенности
которых должны учитываться при выборе способа сушки и назначения технологического регламента. Различные тела неодинаково взаимодействуют с содержащейся в них влагой, по-разному ее связывают. Академик П.А. Ребиндер
предложил классификацию форм связи влаги на основе энергии связи:
а) механическая – влага смачивания, содержащаяся в капиллярах и макрокапиллярах. Эта форма связи наименее прочная. Такую влагу можно удалить
путем механического воздействия, например прессованием или в центрифуге;
б) физико-химическая форма связи – адсорбционная, осмотическая и
структурная влага, содержащаяся в клетках и микрокапиллярах. Для разрушения этой формы связи требуется намного больше энергии. Как правило, удаление такой ватаги происходит в форме пара, т.е. необходимо предварительно
превратить воду в пар, затратив значительное количество теплоты;
в) химическая форма связи наиболее прочная. Это ионная связь (NаОН) и
вода в кристаллогидратах (СuSO4 * 5Н2О). Эта связь может быть разрушена либо путем химического воздействия, либо нагревом до высоких температур –
прокаливанием.
Анализируя виды связи влаги с материалом, можно сделать следующий
вывод: сначала целесообразно удалить влагу из материала механическим способом и только затем перейти к тепловой сушке.
Самый распространенный способ тепловой сушки–конвективный. В этом
способе осуществляется конвективный перенос теплоты от нагретого сушильного агента к материалу. В качестве сушильных агентов используются топочные и инертные газы, а также воздух. Сушильный агент выполняет и вторую,
не менее важную задачу– поглощает образовавшийся водяной пар и выводит
его из сушилки. Таким образом, интенсивность процесса зависит от скорости
переноса теплоты при нагреве материала, испарения влаги и от скорости переноса массы этой влаги в сушильный агент. Так как топочные газы содержат в
своем составе твердые продукты сгорания, что приводит к загрязнению высушиваемых материалов, в пищевой промышленности они практически не применяются. Самым распространенным сушильным агентом является предварительно подогретый воздух.
Другие способы тепловой сушки, например кондуктивный, когда материал нагревается при непосредственном контакте с поверхностью сушилки, или
сушка в инфракрасных лучах, как правило, комбинируют с конвективным способом.
Контрольные вопросы:
1. Где используют микроорганизмы?
2. Какие группы микроорганизмов бывают?
3. Что относится к бактериям и каково их значение?
4. Где применяют дрожжи? Виды дрожжей.
5. Что относят к зигомицетам? И каково их значение?
6. Какие процессы относят к массообменным?
7. Что такое адсорбция и абсорбция? В чем разница?
8. Что относят с селикогелям, цеолитам, ионитам?
9. Какие процессы относятся к экстракции и к сушке?
Практическая работа №6
Коллоидные процессы
Цель работы: дать определение коллоидным процессам, изучит как образуются коллоидные процессы и что относят к суспензиям, эмульсии, аэрозолям и порошкам, пенам.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Коллоидные процессы. В пищевой промышленности важная роль принадлежит дисперсным и коллоидным системам и их свойствам.
Дисперсными системами являются большинство продуктов питания:
хлеб, мука, шоколад, творог, пиво и т.п.
Дисперсные системы гетерогенны и состоят из двух фаз. Среда, содержащая вещества в раздробленном состоянии называется дисперсионной, а раздробленное (разделенное в ней) вещество - дисперсионной фазой. Частицы вещества дисперсионной фазы могут иметь различные размеры и форму.
Дисперсные системы классифицируют по величине частиц дисперсной
фазы (степени дисперсности) или по природе и агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Количественно степень дисперсности
характеризуется линейными размерами частиц раздробленного материала, т.е.,
чем меньше размеры частиц, тем больше степень дисперсности фазы. По величине частиц дисперсной фазы все дисперсные системы можно условно подразделить:
- грубодисперсные системы – размер частиц, в которых превышает 10-3
см, эти частицы при распределении в жидкости или газе, где они постепенно
оседают или всплывают, наблюдаются визуально;
- микрогетерогенные системы – системы размер частиц в которых лежит
в приделах от 10-5 до 10-3 см. частицы этих систем видны только в микроскоп, в
газовой или жидкой среде они также оседают или всплывают.
- коллоидные системы – системы размер частиц, которых лежит в пределах от 10-7 до 10-5 см. Такие частицы не оседают, не задерживаются порами бумажного фильтра. Частицы настолько малы, что вещество из которого они состоят почти целиком находится в коллоидном состоянии, т.е. практически содержит только поверхностные атомы и молекулы. Дисперсные системы с частицами коллоидных размеров называют золями.
Сочетание трех агрегатных состояний (твердое, жидкое, газообразное)
дает девять типов дисперсных систем (таблица 3). Условно их обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние дисперсной фазы, а
знаменатель дисперсионной среды.
Коллоидные системы образуются двумя способами: диспергированнием –
дроблением крупных частиц грубодисперсных систем до коллоидной дисперсности; конденсацией – соединением атомов, ионов или молекул в более крупные частицы коллоидных размеров. Необходимыми условиями образования
коллоидных систем является нерастворимость вещества дисперсной фазы в
дисперсионной среде; достижением частицами дисперсной фазы коллоидной
дисперсности; наличие стабилизатора, сообщающего коллоидной системе агрегатную устойчивость.
Таблица 3 – Классификация дисперсных систем
Дисперсная
фаза
Дисперсионная среда
Условное обозначение
системы
Твердая
Твердая
Т/Т
Жидкая
-//-
Ж/Т
Газообразная
-//-
Г/Т
Жидкая
Т/Ж
-//-//Газообразная
-//-
Ж/Ж
Г/Ж
Т/Г
-//-
Г/Г
Твердая
Жидкая
Газообразная
Твердая
Жидкая
Газообразная
Ж/Г
Название системы и примеры
Твердые гетерогенные системы: шоколад, кристаллический рис
Капиллярные системы (жидкость в пористых телах):мармелад, бисквитное тесто
Пористые тела, твердые пены: пастила, зефир, пористый шоколад
Суспензии и лиозоли: взвеси, пасты, какао-тертое,
помадные массы
Эмульсии: крем, молоко, масло, сметана
Газовые эмульсии и пены: шампанское, пиво
Аэрозоли (пыль, дымы), порошки: мучная, сахарная
пыль, какао-порошок, крахмал
Аэрозоли: туманы, в том числе и промышленные,
распыленные для высушивания соки, молоко
Коллоидная система не образуется
В производстве пищевых продуктов диспергирование и конденсация занимают одно из ведущих мест. Диспергирование используют при дроблении и
измельчении зерна в муку, какао-бобов в какао-тертое, сахара в сахарную пудру и т.п.
Конденсация возникает в ректификационных аппаратах при получении
спирта, кристаллизации сахара, выпаривании растворов, оклейки вин и т.д.
Пищевой промышленности большое значение имеют микрогетерогенные
системы такие как: суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли и порошки.
Суспензии представляют собой дисперсную систему с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. К ним относятся фруктовые и
овощные пасты, помадные массы, какао-тертое и др. в пищевой промышленности суспензии образуются при получении крахмала, при осаждении осадков в
производстве сахара, пива, вина, в кондитерской промышленности и др.
Эмульсии это дисперсные системы, состоящие из жидкой дисперсной
фазы и жидкой дисперсионной среды. Обязательное условие образования
эмульсии – нерастворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде. Обычно эмульсии получают путем механического диспергирования. Жидкости из которых получают эмульсии, нерастворимы друг в друге. Практически
всегда одной из жидкостей является вода, а другой – какая-либо неполярная,
нерастворимая в воде жидкость, например масло. Эмульсии – системы неустойчивые. Устойчивость эмульсиям придает третий компонент – стабилизатор или эмульгатор. К эмульсиям относят например молоко, сливки, сливочное
масло, сметана, майонез.
Аэрозоли и порошки это дисперсные системы, дисперсионной средой
которых является – газ (воздух), а дисперсной фазой могут быть твердые частицы или капельки жидкости. Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называют
туманом, с твердой – дымом и пылью. К типичным аэрозолям относятся водяной туман, топочный дым, мучная и сахарная пыль. В ряде случаев в промышленности прибегают к искусственному получению аэрозолей. Так, для высушивания соки, пюре, молоко распыляют до мельчайших капелек в сухом горячем
воздухе.
Порошки можно рассматривать как осажденные аэрозоли с твердыми частицами. Размеры частиц промышленных порошков определяется их целевым
назначением и часто является одним из основных показателей качества продукта. Например, степень помола зерна оказывает влияние на качество муки.
Пены – высококонцентрированные дисперсные системы, в которых дисперсионная среда – жидкость, а дисперсная фаза газ. Для получения пен применяют диспергационные методы. Устойчивую пену можно получить только в
присутствии стабилизатора – пенообразователя. К типичным пенообразователям водных пен относятся спирты, мыла, белки. Пенообразование имеет важную практическое значение, многие продукты, такие, как хлеб и ряд кондитерских изделий имеют структуру пен, что определяет их вкусовую и пищевую
ценность.
Высокомолекулярными соединениями (ВМС), называются соединения,
молекулы которых содержат тысячи и десятки тысяч атомов, масса моля этих
соединений составляет сотни тысяч и даже миллионы.
Свойства высокомолекулярных соединений, а также их растворов зависят
не только от размера и формы их молекул, но и от химического строения. ВМС
и их растворы обладают способностью образовывать волокна и пленки, а также
обладают специфическими свойствами такими как – эластичность, набухаемость, структурообразование.
Все ВМС делятся на две группы: природные и синтетические полимеры.
Первые получают в процессе биохимического синтеза. К числу важнейших
природных полимеров относятся белки и полисахариды.
Одним из свойств ВМС является набухание. Набухание связано с поглощением твердым высокомолекулярным соединением низкомолекулярной жидкости или пара. При этом наблюдается увеличение объема высокополимера и
его массы. Различают ограниченное и неограниченное набухание. Ограниченное набухание сопровождается увеличением в объеме, а неограниченное – переходом геля в золь.
Примером процесса набухания высокополимеров служит процесс замеса
и образования теста из пшеничной муки, ведущая роль в котором принадлежит
гидратации ВМС муки.
Большинство высокомолекулярных соединений как, например, агар, агароид, желатин и др. способны при определенных условиях целиком переходить
в особое твердое состояние без видимого разделения на фазы. Этот процесс носит название гелеобразование (застудневания, структурообразования), а продукт – студня или геля. Студнями, или гелями, называются такие дисперсные
системы, у которых частицы дисперсной фазы не движутся свободно, как у растворов, а связаны между собой.
В зависимости от прочности и характера связей студни бывают эластичные и неэластичные. Неэластичные студни впитывают всякую смачивающую
их жидкость и при этом объем их почти не изменяется. Такие студни, потеряв
известное количество воды, резко меняют свои физические свойства, делаясь
хрупкими.
Эластичные студни поглащают не все смачивающие их жидкости, а только некоторые. Эластичные студни способны восстанавливать свою форму после насильственной деформации.
Большая группа кондитерских изделий имеют студнеобразную структуру.
При их производстве в качестве студнеобразователей используются природные
полимеры (пектин, агар, фурцелларан и т.д.).
Контрольные вопросы:
1. Какие системы называются дисперсными? Коллоидными?
2. Каково обозначение дисперсных систем?
3. Как образуются коллоидные системы?
4. Что относятся к суспензиям, аэрозолям, порошкам, пенам?
Стандартизация и сертификация в пищевой
промышленности
Стандартизация – это установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех
заинтересованных сторон. Термин «стандартизация» происходит от английского слова Standard, т.е. «норма», «образец».
Сертификация продукции – процедура подтверждения соответствия, посредством которой независимая от изготовителя (продавца, исполнителя) и потребителя (покупателя) организация удостоверяет в письменной форме, что
продукция соответствует установленным требованиям.
Сертификат соответствия – документ, выданный по правилам системы
сертификации для подтверждения соответствия сертифицированной продукции
установленным требованиям.
Практическая работа №7
Стандартизация и виды стандартов
Цель работы: ознакомиться с предметом и основными целями и задачами стандартизации; изучить виды и категории стандартов.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Предмет, цели и задачи стандартизации. Стандартизация в широком
смысле рассматривается как практическая деятельность, система управления и
наука.
В практической деятельности, а именно в сфере материального производства, науке, экономике, специалистам приходится решать систематически повторяющиеся задачи. Варианты их решения могут быть различными. Цель
стандартизации сводится к выявлению наиболее правильного, рационального и
эффективного варианта, который следует рекомендовать к всеобщему использованию при решении определённой типовой задачи. Рекомендуемому решению в последующем придаётся сила закона, который подлежит обязательному
выполнению.
Согласно закону РФ «О стандартизации», стандартизация – это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения:
- безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни,
здоровья и имущества;
- технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции;
- качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития
науки, техники и технологии;
- единства измерений;
- экономии всех видов ресурсов;
- безопасности хозяйственных субъектов с учётом риска возникновения
природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций.
Стандартизация основывается на достижениях науки, техники и передового опыта и определяет основу настоящего качества продукции и будущего
повышения его уровня. Основными целями стандартизации являются:
- защита интересов потребителей и государства в вопросах номенклатуры и качества продукции;
- повышение качества продукции в соответствии с развитием науки и
техники и потребностями населения;
- обеспечение взаимозаменяемости и совместимости продукции;
- содействие экономии материальных, людских и энергетических ресурсов;
- устранение технических барьеров в производстве, торговле, обеспечение конкурентоспособности продукции.
Основные задачи, решение которых способствует достижению названных целей:
- установление рациональной номенклатуры выпускаемой продукции;
- установление единых требований к качеству продукции, методам и
средствам контроля и испытаний, а также уровню безопасности изделий для
жизни, здоровья людей, имущества, окружающей среды;
- согласование требований к качеству продукции с требованиями к качеству комплектующих элементов, сырья, полуфабрикатов;
- нормативное обеспечение контроля качества, сертификации продукции
и оценки уровня качества;
- установление требований к технологическим процессам;
- создание единой системы классификации и кодирования техникоэкономической информации;
- создание системы каталогизации продукции для информации населения о номенклатуре и качестве выпускаемой продукции.
Виды и категории стандартов. Стандарт – нормативный документ по
стандартизации, разработанный при участии всех заинтересованных сторон
(разработчиков, потребителей, пользователей) на основе их согласия, в котором
для всеобщего и многократного использования могут устанавливаться общие
принципы, правила выполнения, требования к качеству объекта стандартизации, направленные на достижение оптимальной степени упорядоченности в
определённой области и утверждённые признанным уполномоченным органом.
Стандарт является нормативно-правовым актом, обязательным к применению.
Несоблюдение стандарта преследуется по закону.
Стандарты классифицируются на категории и виды. Критерием деления
стандартов на категории является уровень их утверждения и сферы действия,
деления на виды – содержание.
Различают стандарты следующих категорий:
- межгосударственный стандарт ГОСТ;
- государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р;
- стандарты отраслей ОСТ;
- стандарты предприятий СТП;
- стандарты научно-технических, инженерных обществ и других общественных организаций СТО.
Межгосударственный стандарт (ГОСТ) – это региональный стандарт,
принятый государствами, присоединившимися к Соглашению о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации,
и применяемый ими непосредственно. Это, по сути, действующие стандарты
СССР, утверждённые государственным комитетом СССР по стандартизации,
применение которых обусловлено тем, что они не противоречат действующему
законодательству.
Объектами стандартизации ГОСТ являются работы и услуги, имеющие
межотраслевое значение, в частности:
- продукция массового применения, в том числе продукты питания;
- объекты научно-технических и социально-экономических целевых
программ;
- составляющие элементы крупных научно-хозяйственных комплексов
(транспорт, связь и др.);
- общие требования, правила и нормы (правила оформления строительных чертежей, библиографии и др.).
ГОСТ обязателен к применению для всех предприятий стран СНГ, независимо от форм собственности и подчинения, а также граждан, занимающихся
индивидуальной трудовой деятельностью. Стандарты бывшего СССР (ГОСТ),
срок действия которых не истёк к моменту подписания Соглашения между
странами СНГ (1992 г.) приняты к использованию без переоформления. ГОСТы, срок действия которых истёк после подписания Соглашения, но требования
к качеству продукции или услуг, закреплённые в них, отвечают современному
уровню, подлежат продлению. В этом случае в обозначение стандарта вносится
новая дата года утверждения Евроазиатским Межгосударственным Советом.
Устаревшие ГОСТы по истечении срока действия отменяются.
Государственный стандарт РФ (ГОСТ Р) – национальный стандарт,
утверждённый Государственным комитетом РФ по стандартизации, метрологии
и сертификации.
Объекты стандартизации ГОСТ Р аналогичны ГОСТ.
ГОСТ Р применяют на территории РФ все предприятия независимо от
формы собственности и подчинения, граждане, занимающиеся индивидуальной
трудовой деятельностью. Новые и пересмотренные ГОСТ Р допускается не
распространять на продукцию, выпуск которой был освоен до введения ГОСТ
Р. На такую продукцию (услуги) распространяются межгосударственные стандарты (ГОСТ).
Стандарты отраслей (ОСТ) – стандарт, утвержденный государственным
органом по управлению отраслью (министерством или ведомством) применительно к продукции, работам или услугам отраслевого значения в том случае,
если на объект стандартизации отсутствует ГОСТ Р.
В частности, к объектам стандартизации относятся:
- продукция, процессы и услуги, применяемые в отрасли;
- типоразмерные ряды и типовые изделия отраслевого назначения.
ОСТ применяют на территории РФ предприятия, входящие в состав министерства или ведомства, утвердившего стандарт. Для предприятий и организаций других отраслей выполнение ОСТ обязательно в случаях, если в технической документации на продукцию (услуги), производимые или поставляемые
ими есть ссылка на ОСТ или при наличии договора между предприятиями различных отраслей.
Стандарт предприятия (СТП) – это стандарт, утвержденный руководителем предприятия.
СТП разрабатывается на:
- инструмент и технологическую оснастку, используемые на предприятии;
- составные части изделий, имеющие оборот внутри предприятия;
- процессы организации и управления производством.
Стандарты предприятия разрабатываются также для обеспечения применения на предприятии ГОСТ, ГОСТ Р, ОСТ. Требования к продукции, изложенные в СТП, не должны противоречить требованиям, содержащимся в стандартах более высоких категорий. СТП обязателен для применения только на
данном предприятии. Для других предприятий требования СТП обязательны к
выполнению только в тех случаях, если при составлении договора на разработку и постановку продукции, выполнение определённых видов работ они делают
ссылки на этот стандарт.
Стандарты обществ и общественных организаций (СТО) разрабатываются и применяются научно-техническими, инженерными и другими объединениями и имеют целью быстрое распространение и использование результатов
различных исследований и разработок в практической работе. Стандарты имеют статус добровольного применения.
В зависимости от назначения и содержания стандарты делятся на следующие виды:
- стандарты основополагающие;
- стандарты на продукцию и услуги;
- стандарты на методы контроля (испытаний, измерений, анализа);
- стандарты на процессы.
Основополагающий стандарт - национальный стандарт, имеющий широкую область применения или содержащий общие положения для определённой области. Основополагающие стандарты подразделяются на организационно-методические и общетехнические.
Организационно-методические стандарты устанавливают общие организационно-технические положения по ведению работ в определённой области:
цели и задачи, классификационные структуры объектов стандартизации, правила разработки и внедрения нормативных и технических документов.
Общетехнические стандарты устанавливают:
- термины и определения, многократно используемые в науке и других
сферах;
- условные обозначения (буквенные обозначения физических величин,
обозначения размерности физических величин);
- размерности физических величин;
- требования к построению и изложению документов.
Стандарт на продукцию устанавливает требования к качеству продукции, которые обеспечивают соответствие продукции её назначению. Различают
стандарт вида общих технических условий и стандарт вида технических условий. Первый документ содержит общие требования к группе однородной продукции, второй- требования к конкретной продукции или услуге.
Стандарты на продукцию вида технические условия (общие технические
условия) в общем случае содержат следующие разделы:
- классификация (ассортимент), основные параметры и размеры;
- общие технические требования;
- требования охраны окружающей среды;
- правила приёмки и методы испытания;
- транспортирование и хранение;
- указания по эксплуатации;
- гарантии изготовителя.
Полный перечень, наименование и содержание разделов определяются
спецификой продукции и предъявляемыми к ней требованиями. Стандарт на
продукцию может быть полным или неполным. Полный содержит все перечисленные разделы, неполный- только часть требований к продукции, например,
методы испытаний, правила транспортирования и т.д.
Стандарт на методы контроля устанавливает методы контроля определённого показателя, характеризующего какую-либо группу продукции или методы комплексного испытания определённой группы продукции.
Стандарт включает следующие разделы:
- средства контроля (материалы, реактивы, средства измерений);
- порядок подготовки к проведению контроля;
- порядок проведения контроля;
- правила обработки результатов контроля;
- допустимая погрешность контроля.
Стандарты этого вида могут содержать сведения по нескольким методам,
один из которых является арбитражным.
Стандарт на процесс – это нормативный документ, устанавливающий
порядок или правила выполнения самостоятельной технологической операции
или совокупности технологических операций, т.е. в целом процесса переработки (добычи) сырья или изготовления продукции.
В стандарте указываются способы, приемы и режимы выполнения определённой работы, необходимое технологическое оборудование и вспомогательные материалы. В нём должны быть предусмотрены меры по безопасности и
охране окружающей среды.
Контрольные вопросы:
1. Что такое стандартизация?
2. На какие виды (категории) подразделяются стандарты?
3. Основные цели стандартизации.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Основные задачи стандартизации.
Что такое стандарт?
Какие категории стандартов Вы знаете?
Что такое ГОСТ, ГОСТ Р, ОСТ, СТП, СТО?
Что такое основополагающий стандарт?
Какие стандарты Вы знаете?
Практическая работа №8
Основные нормативные документы в пищевой промышленности
Цель работы: ознакомиться с нормативными документами в пищевой
промышленности и с их значением.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Нормативные документы в пищевой промышленности. Одним из основных аспектов деятельности инженерно-технических работников является
работа с нормативными документами. Это основные источники информации,
содержащие сведения о полном ассортименте изделий, показателях качества,
технологии изготовления и требованиях к оснащенности технологического
процесса контрольно-измерительными приборами, методике контроля показателей качества и др.
Фонд документов пищевой промышленности включает нормативные и
технические документы. К нормативным относятся: государственные и межгосударственные стандарты на продукцию вида общих технических условий и
технических условий, отраслевые стандарты на продукцию, государственные и
межгосударственные стандарты на методы анализа. К техническим документам относятся технические условия на конкретное наименование продукции
или группу изделий, технологические инструкции, рецептуры, приказы, регламентирующие нормы выхода изделий, расхода материалов и сырья и т.д.
Стандарты на продукцию вида общие технические условия и технические
условия по правовому статусу могут быть ГОСТ, ГОСТ Р или ОСТ.
Пользователями стандартов этого вида являются предприятия - изготовители, предприятия - потребители (например, торгующие организации) и контролирующие организации (санитарная служба, ветеринарная служба и др.) На
предприятии - изготовителе на основании этого документа устанавливается соответствие продукта необходимым требованиям на момент окончания технологического процесса или по истечении срока хранения на предприятии. На предприятиях - потребителях проверка качества изделий с использованием стандартов выполняется при приемке продукции на реализацию на предмет идентификации, соблюдения правил маркировки, соответствия требованиям качества после истечения срока хранения. Контролирующие организации пользуются
стандартами при инспекционном контроле продукции, при выдаче сертификата
соответствия.
ГОСТ и ГОСТ Р вида технические условия (общие технические условия)
на пищевые продукты содержат следующие разделы:
- ассортимент (товарные группы, конкретные наименования изделий);
- технические требования (показатели качества; требования к сырью и материалам, рецептура);
- правила приемки и методы испытаний (порядок отбора проб; периодичность контроля; порядок оформления результатов контроля; перечень ссылок
на нормативные документы, содержащие методики определения показателей
качества);
- упаковка, маркировка, транспортирование и хранение (перечень дефектов; способ упаковки, количество продукции в упаковочной единице; место,
способ нанесения и содержание маркировки; условия транспортирования, режим хранения).
Отраслевой стандарт (ОСТ) на продукцию - это документ, устанавливающий требования к качеству продукции отраслевого назначения, неучтенной
в межгосударственных и государственных стандартах. По структуре и содержанию аналогичен ГОСТ и ГОСТР на продукцию. Кроме того, он комплектуется технологической инструкцией.
Технические условия (ТУ) - это документ, устанавливающий требования к качеству конкретного наименования продукции (услуги) или группы однородной продукции.
Объектами ТУ могут быть: опытные партии продукции; изделия, вырабатываемые из местного сырья или отходов основного производства; новые виды
продукции, неучтенные в государственных или отраслевых стандартах на продукцию.
В соответствии с законом «О стандартизации» ТУ отнесены не к нормативным, а к техническим документам, они являются составной частью комплекта документации для выпуска продукции, а при его отсутствии должны содержать полный комплекс требований к продукции, её изготовлению, контролю
и приемке.
Проекты ТУ разрабатываются по заявке заказчика или в инициативном
порядке. Чтобы получить право на внедрение разработки в производство, ТУ
подлежит согласованию. Согласование может выполняться по двум вариантам:
непосредственно с заказчиком или на приемочной комиссии. В состав приемочной комиссии входят представители санитарных служб, торговли, ведущие
специалисты в области пищевых продуктов, специалисты органов госнадзора за
стандартами. Проект ТУ представляется на комиссию вместе с образцами продукции, изготовленной по этому документу. Утверждают ТУ руководители
предприятий - разработчиков, которые являются держателями подлинников ТУ
ТУ должны содержать вводную часть и следующие разделы: технические требования, требования безопасности; требования охраны окружающей
среды; правила приемки; методы контроля; транспортирование и хранение;
указания по эксплуатации; гарантии изготовителя.
Вводная часть должна содержать наименование продукции, её назначение
и область применения. Разделы ТУ по содержанию аналогичны соответствующим разделам ГОСТ и ОСТ.
При этом требования к качеству, устанавливаемые в технических условиях, должны быть не ниже требований действующих стандартов на однородную
продукцию.
В разделе требования безопасности должны быть учтены все виды допустимой опасности и предъявлены соответствующие требования для обеспечения безопасности продукции в течении всего срока хранения (содержание тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов, микотоксинов и т.д.)
Технологическая инструкция (ТИ) - это документ, устанавливающий
порядок и правила обработки сырья или изготовления продукции. Технологическая инструкция может быть отраслевым документом или стандартом предприятия.
В общем виде ТИ включает следующие разделы:
- ассортимент;
- характеристика сырья и материалов;
- рецептура продукта и его выход;
- технологический процесс изготовления (технологические параметры, перечень технологического оборудования, описание приемов работы для ручных операций);
- контроль производства (точки технологического процесса, на которых необходимо выполнить измерение параметров; требуемые средства
измерений, их марки, точность измерений);
- упаковка, маркировка, транспортирование и хранение;
- нормы расхода сырья на единицу продукции.
Рецептура - это документ, содержащий нормированную раскладку всех
видов сырья и полуфабрикатов для производства установленной единицы продукции.
Наличие всех перечисленных нормативных и технических документов
является обязательным для предприятия.
1.
2.
3.
4.
Контрольные вопросы:
Какие документы относятся к нормативным и техническим?
Какие разделы содержат ГОСТ и ГОСТ Р?
Что такое ОСТ, ТУ и ТИ?
Что такое рецептура?
Практическая работа №9
Сертификация продуктов питания
Цель работы: ознакомиться со значением сертификации пищевых
продуктов и с видами сертификации.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Сертификация пищевых продуктов. В настоящее время при торговых
операциях сертификация стала общепринятой процедурой. В переводе с латыни
«сертификат» означает «сделано верно».
Сертификация продукции – процедура подтверждения соответствия,
посредством которой независимая от изготовителя (покупателя) организация
удостоверяет в письменной форме, что продукция соответствует установленным требованиям. Сертификация призвана гарантировать потребителю наличие
у изделия определенных, заранее объявленных свойств и качеств. Прежде всего, это безопасность при использовании продукции, а также защита окружающей среды.
Перечень продукции, подлежащей сертификации, устанавливается каждой страной на основе национальных законов о безопасности продукции и
охраны окружающей среды.
К объектам сертификации в пищевой промышленности относятся продукция, производство, системы управления качеством. Пищевая продукция,
подлежащая сертификации, классифицирована на 11 групп однородной продукции, обладающих общностью признаков, требований к качеству и методов
контроля.
По правовому статусу сертификация продукции может быть обязательной, добровольной и самостоятельной (по декларации соответствия).
Обязательная сертификация пищевой продукции осуществляется в соответствии с нормативными документами, устанавливающими обязательные
требования, направленные на обеспечение безопасности жизни, здоровья людей
и окружающей среды (государственные стандарты, технические условия, санитарные нормы и правила, нормы по безопасности). В этом случае изготовитель
без соответствующего сертификата не имеет права не только реализовать продукцию, но и производить.
Перечень обязательно сертифицируемой продукции установлен постановлением Правительства РФ.
В каждом конкретном случае с учетом специфики продукции и организации её производства принимается схема сертификации. По разным схемам сертификат на продукцию может быть выдан на основании положительных результатов испытаний проб продукции в испытательных лабораториях при осуществлении последующего инспекционного контроля сертифицированной продукции на основе испытания проб, взятых из сферы торговли или со склада готовой продукции. В ряде схем дополнительно осуществляется анализ состояния
производства.
Способами информирования всех заинтересованных сторон о сертифицированном товаре являются сертификат соответствия и знак соответствия.
Сертификат соответствия - документ, выданный по правилам системы
сертификации, подтверждающий соответствие продукции (работ, услуг) установленным требованиям нормативных документов. Продукция, на которую выдан сертификат, маркируется знаком соответствия.
Добровольная сертификация проводится по инициативе юридических
лиц и граждан на условиях договора между заявителем и органом по сертификации. Добровольная сертификация повышает доверие к качеству продукции,
экспортируемой в другие страны, способствует предотвращению импорта изделий, не соответствующих требуемому уровню качества. Добровольной сертификации могут подвергаться любые пищевые продукты, продовольственное
сырье, пищевые добавки, она проводится по тем же правилам, что и обязательная сертификация.
Подтверждение соответствия пищевой продукции, подлежащей обязательной сертификации, может так же проводиться посредством принятия изготовителем (продавцом, исполнителем) декларации о соответствии.
Декларация о соответствии является документом, в котором изготовитель
удостоверяет, что поставляемая (продаваемая) им продукция соответствует
установленным требованиям. Декларация о соответствии регистрируется в органе по сертификации и имеет юридическую силу наравне с сертификатом соответствия.
1.
2.
3.
4.
Контрольные вопросы:
Что такое сертификация?
Что такое обязательная (добровольная) сертификация?
Какие документы сертификации вы знаете?
Каков порядок сертификации пищевой продукции?
Основное и дополнительное сырье пищевой и
перерабатывающей промышленности
Пищевая промышленность – одно из важнейших производств агропромышленного комплекса страны, в том числе продовольственного. На ее
долю (вместе с первичной обработкой сельскохозяйственного сырья для легкой
промышленности) приходится около 2/5 общего объема производства агропромышленного комплекса.
В состав пищевой промышленности входит свыше двух десятков отраслей. При таком многообразии объединяющими признаками являются: сельскохозяйственное сырье, технологические процессы переработки, оборудование
для пищеприготовления и назначение продукции.
Пищевая промышленность включает ряд отраслей.
1. Мясо-молочная, в которую входят мясная, подотрасль колбасного производства, молочная, маслосыродельная, подотрасли мясных и молочных консервов.
2. Пищевкусовая, которая, в свою очередь, состоит из сахарной, хлебопекарной, кондитерской, масло-жировой, макаронной, спиртовой, винодельческой, ликеро-водочной, пивоваренной, безалкогольных напитков, дрожжевой,
крахмалопаточной, соляной, производства плодоовощных консервов, табачной,
чайной, производства пищевых концентратов.
3. Рыбная, включающая производство рыбных консервов, копчение рыбы
(горячее и холодное), заморозка, приготовление рыбьего жира и рыбной муки и
др.
Для пищевой промышленности характерна связь с сельским хозяйством,
химической промышленностью, машиностроением. Вместе с тем эта отрасль в
значительной мере обеспечивает население продуктами питания, приготовленными из сельскохозяйственного сырья.
В зависимости от степени влияния сырьевого и потребительского факторов пищевая промышленность делится на три группы.
1. Отрасли, ориентирующиеся на источники сырья (при высоких нормах
расхода сырья), - сахарная, спиртовая, крахмало-паточная, маслоэкстракционная, молочно-консервная, маслобойная и др.
2. Отрасли, которые тяготеют к местам потребления готовой продукции
(выделяются при совпадении или превышении массы готовой продукции над
массой исходного сырья), - хлебопекарная, пивоваренная, кондитерская, молочная и др.
3. Отрасли с одновременной ориентацией на сырье и потребителя (масса
сырья больше массы готовой продукции), - мясная, мукомольная, винодельческая, табачная и др.
Практическая работа №10
Свойства и классификация сырья
Цель работы: ознакомится с классификацией и основными свойствам
сырья.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Классификация сырья. Производство пищевых продуктов связано с использованием различных видов сырья. В зависимости от перерабатываемого
сырья отрасли пищевой промышленности делятся на две группы:
- отрасли, занятые первичной переработкой сырья: мукомольнокрупяная , первичное виноделие, спиртовая, крахмало-паточная, сахарная и др.;
- отрасли, занятые вторичной переработкой сырья: хлебопекарная, макаронная, кондитерская, дрожжевая и др.
Предприятия первой группы используют природное сырье-продукцию
сельского хозяйства (зерно, семена, картофель, свеклу, молоко и др.), для предприятий второй группы сырьем является продукция предприятий первой группы (мука, крахмал, патока, сахар, растительные масла).
Широкий ассортимент продуктов, вырабатываемых пищевой промышленностью, обусловливает использование огромного разнообразия сырья, различающегося по составу и свойствам. Целесообразно поэтому сырье разделить
на отдельные группы по наиболее существенным признакам.
Существует несколько систем классификации сырья. Так, по происхождению сырье подразделяется на биологическое (растительное и животное) и
минеральное. Биологическое, в свою очередь, делят на живое и биологически
активное.
Живое сырье представляет собой объекты, способные к проявлению физиологических процессов – картофель, свекла, зерно. В биологически активном
сырье способны протекать ферментативные процессы (молоко, мука, солод,
фруктово-ягодное пюре). Из минерального сырья в пищевой промышленности
используется поваренная соль.
По консистенции сырье классифицируют на сухое – зерно, мука, сахар,
крахмал, сочное – картофель, плоды, ягоды, овощи, сахарная свекла, жидкое –
вода, патока, растительное масло, молоко.
Сырье классифицируют и по преобладанию в нем какого-либо химического вещества. По этому принципу различают углеводсодержащее сырье
(зерно злаков, картофель, плоды), жиросодержащее (семена масличных культур, жировая ткань мяса) и белковое (семена бобовых, мышечная ткань мяса).
В зависимости от объемов переработки в каждой отрасли сырье делят на
основное и дополнительное. Так, в хлебопекарном производстве основным сырьем являются мука, дрожжи, соль, вода, дополнительным – сахар, жировые,
молочные продукты.
Свойства сырья. Свойство продукции – это ее объективная особенность,
которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении.
Многообразие свойств сырья обусловлено его разнообразным химическим составом и структурой, кроме того свойства зависят от внешних факторов
– температуры, давления, технологии получения. Свойства играют важную
роль в характеристике качества сырья, обусловливают условия его перевозки и
хранения, способы переработки.
Физические свойства
Форма и размер играют большую роль при оценке качества сырья. У
плодов и овощей форма характеризует их ботанический вид и сорт. Размер
нормируется для овощей, орехов и др.
Масса. При оценке качества используют показатель – масса единицы
продукции. В некоторых случаях определяется масса 100 шт. (для орехов) или
масса 1000 зерен (для зерна).
Плотностью называют массу данного вещества в единице объема. Плотность зависит от химического состава, концентрации сухих веществ, а также от
температуры и давления. Плотность определяют при оценке качества молока и
другого жидкого сырья, по плотности картофеля судят о содержании в нем
крахмала.
Для сыпучего сырья (зерно, мука, картофель, свекла и др.) определяют
объемную или насыпную массу, т.е. массу продукта в единице занимаемого
им объема при свободной (с пустотами) укладке. Насыпная масса зависит от
размера, формы, плотности и других факторов. Она учитывается при расчетах
вместимости тары и хранилищ, выборе условий перевозки и хранения.
Структурно-механические свойства
В пищевой промышленности при производстве большинства продуктов
используются различные механические и гидромеханические процессы, при
осуществлении которых необходимо знать и учитывать структурномеханические свойства сырья.
К структурно-механическим (реологическим) свойствам относят прочность, эластичность, пластичность, вязкость.
Прочность – свойство продукта противостоять деформации под действием внешних сил.
Под деформацией понимают изменение формы и размера. Деформация
может быть обратимой и остаточной. При обратимой деформации происходит
восстановление первоначальной формы тела после снятия нагрузки. Обратимая
деформация может быть упругой, когда происходит моментальное восстановление формы, и эластичной, когда на восстановление требуется определенный
отрезок времени. Остаточной (пластической) называется деформация, остающаяся после прекращения действия внешних сил. У одного и того же сырья в
зависимости от его состояния и условий нагружения могут проявляться упругая, эластичная или пластическая деформации.
Прочность учитывается при переработке зерна в муку или крупу, измельчении картофеля, свеклы и др.
Упругость – способность тел мгновенно восстанавливать свою первоначальную форму или объем после прекращения действия внешних сил.
Эластичность – свойство тел постепенно восстанавливать форму или
объем в течении определенного промежутка времени.
Свойства эластичность и упругость используют при определении, например, свежести мяса, рыбы, они учитываются при изготовлении тары, определении условий перевозки и хранения.
Пластичность – способность тела необратимо деформироваться под действием внешних сил.
Свойство сырья изменять свою форму при переработке и сохранять ее в
дальнейшем используется при производстве печенья, карамели, мармелада и
др.
Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под действием внешней силы или это
мера сопротивления течению, равная отношению напряжения сдвига к скорости сдвига.
Величина, обратная вязкости, называется текучестью. Вязкость зависит
от влажности и содержания жира в сырье, температуры, давления.
Вязкость – свойство, характерное для такого сырья, как мед, патока, растительное масло и др.; она активно влияет на протекание процессов транспортирования, перемешивания, фильтрования, экстрагирования.
Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки. Это свойство характерно для коровьего масла
и других твердых жиров.
Теплофизические свойства
Теплофизические свойства обусловливают характер и скорость протекания процессов нагревания или охлаждения. К ним относят удельную теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности.
Теплоемкость характеризует интенсивность изменения температуры тела при его нагревании или охлаждении. Удельной теплоемкостью называется
величина, характеризующаяся количеством тепла, которое необходимо для
нагревания единицы массы вещества на 1 градус. На удельную теплоемкость
большое влияние оказывают влажность, химический состав, структура продукта, формы связи влаги с сухими веществами. Для сырья с большой влажностью
(овощи, мясо) характерна высокая теплоемкость, близкая по значению к теплоемкости воды. Содержание жира снижает теплоемкость.
Коэффициент теплопроводности – это количество тепловой энергии,
проходящей за единицу времени через 1 м2 поверхности продукта на толщину
1м при разнице температур в 1 градус. Он характеризует способность пищевых
продуктов проводить тепло и зависит от давления, температуры и влажности
продукта, а для сыпучих продуктов (мука, сахар-песок, зерно) – от размера частиц и объемной массы.
Теплопроводность сырья с высоким содержанием влаги (плоды, овощи,
мясо, рыба и др.) близка к теплопроводности воды. Невысокой теплопроводностью характеризуется сырье, содержащее жиры, особенно пористые и сыпучие
материалы.
Коэффициент температуропроводности характеризует скорость выравнивания температуры в различных точках температурного поля. Он обусловливает теплоинерционные свойства продуктов, т.е. скорость их прогрева или
охлаждения. Чем выше коэффициент температуропроводности, тем быстрее
происходит охлаждение или нагревание материала.
На теплопроводность влияют влажность сырья, температура, плотность ,
пористость, содержание жира.
Электрофизические свойства
Электрофизические свойства характеризуют поведение продукта в электромагнитном поле.
К электрофизическим характеристикам относят диэлектрическую проницаемость, электропроводность и др.
Практически все пищевое сырье представляет собой сложные многокомпонентные системы. Такие компоненты как белки, жиры, углеводы, вода, относятся к разряду диэлектриков, а водные растворы солей – электролиты – к разряду проводников. На электрофизические характеристики сырья влияют температура, влажность, плотность и другие факторы.
Диэлектрическую проницаемость учитывают при обработке сырья токами ВЧ и СВЧ, инфракрасным излучением.
Электропроводность – способность веществ проводить электрический
ток. Она тесно связана с влажностью продукта и с увеличением последней возрастает. На измерении электропроводности основано определение влажности
многих видов сырья и пищевых продуктов, а также определение кислотности.
Оптические свойства
К оптическим свойствам относят цветность, прозрачность, рефракцию,
оптическую активность.
Цвет обусловлен наличием в сырье природных красящих веществ – пигментов. Так, хлорофилл окрашивает плоды и овощи в зеленый цвет, каротиноиды – желто-оранжевые пигменты пищевых продуктов, цвет мяса обусловлен
наличием миоглобина.
Цвет продуктов зависит от их способности поглощать, отражать или пропускать световые лучи и обусловлен отраженным светом.
Прозрачность характеризует способность материала пропускать свет.
Жидкости, равномерно пропускающие весь видимый спектр, бесцветны и прозрачны. Продукты, которые пропускают излучение только в узком спектральном интервале, прозрачны и окрашены. Непрозрачными являются коллоидные
растворы, эмульсии и суспензии, так как они значительно рассеивают свет.
Рефракция света – изменение направления распространения светового
потока при переходе из одной среды в другую. Коэффициент преломления выражается отношением синуса угла падения луча к синусу угла преломления. На
показатель преломления влияют температура, состав и содержание сухих веществ в продукте. Рефрактометрический метод применяют при исследовании
такого сырья как патока, мед, жиры и др.
Оптическая активность характеризует способность некоторых веществ
изменять направление колебаний при прохождении через эти вещества поляри-
зованного света. Она обусловлена особенностями строения кристаллической
решетки у веществ в твердом кристаллическом состоянии или особенностями
строения молекул у веществ, оптическая активность которых проявляется только в растворах. Оптическая активность веществ характеризуется удельным
вращением. Под удельным вращением понимают угол поворота плоскости поляризации, который вызывается столбом раствора длиной в 1 дм при концентрации 1 г вещества в 1 см3.
Измеряя поляриметрами угол поворота плоскости поляризации оптически
активными веществами, определяют содержание сахарозы в сахаре, содержание
крахмала в зерне и картофеле и др.
Сорбционные свойства
Сорбционные свойства характеризуют способность пищевого сырья поглощать из окружающей среды пары воды и летучие вещества. Эти свойства
играют большую роль при перевозках и хранении сырья.
Различают следующие виды сорбции: адсорбцию – поглощение веществ
поверхностью продукта, абсорбцию – поглощение веществ всей массой продукта, хемосорбцию – химическое взаимодействие между веществом и продуктом. Процесс, обратный сорбции, - десорбция – определяет переход веществ из
поверхностного слоя продукта в окружающую среду. На практике наибольшее
значение имеют сорбция и десорбция водяных паров.
Гигроскопичность – свойство продуктов поглощать влагу из окружающей среды и удерживать ее капиллярами и всей поверхностью. Гигроскопичность сырья зависит от его структуры и состава, а также температуры и влажности окружающей среды. Как правило, порошкообразное сырье (сахар, соль,
мука, крахмал) отличаются высокой гигроскопичностью.
Значительно повышает гигроскопичность сырья содержание в нем веществ, способных активно поглощать пары воды из окружающей среды. К таким веществам относятся фруктоза, обусловливающая гигроскопичность меда,
соли кальция и магния, присутствующие в качестве примесей в поваренной соли.
Контрольные вопросы:
1. На какие группы делятся отрасли пищевой промышленности?
2. Как подразделяется сырье по происхождению и консистенции?
3. Что такое свойство продукции?
4. Какие свойства относятся к физическим, структурно-механическим, теплофизическим, электрофизическим, оптическим и сорбционным?
5. Что такое прочность, упругость, эластичность, пластичность, вязкость?
6. Что такое теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности?
7. Что такое электропроводность, гигроскопичность?
Практическая работа №11
Процессы, происходящие при хранении сырья
Цель работы: изучить физические и физико-химические, химические,
биохимические и микробиологические процессы, происходящие при хранении
сырья.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Потери сырья при хранении приносят значительные экономические
убытки во всех странах. По данным ФАО (международной организации по
сельскому хозяйству и продовольствию) потери зерна ежегодно составляют 610%, особенно велики они при хранении плодов и овощей – 20-30% и выше.
Потери сырья обусловлены его свойствами и условиями хранения. Различают качественные потери и потери массы. Качественные потери связаны с
уменьшением содержания в сырье полезных веществ, с частичной или полной
утратой его доброкачественности. Эти потери не нормируются. К потере массы
относятся количественные потери, связанные с убылью массы сырья. Они
сравнительно легко учитываются и нормируются. Оба вида потерь взаимосвязаны и в большинстве случаев потери массы сырья сопровождаются снижением
его качества и, наоборот, снижение качества приводит к потере массы сырья.
На сохраняемость сырья влияет его химический состав и интенсивность
протекающих в нем процессов: физических, физико-химических, химических,
биохимических и микробиологических. В зависимости от этих факторов сырье
можно разделить на две группы.
В первую группу входит скоропортящееся сырье, содержащее большое
количество воды, - плоды, овощи, мясо, молоко и др. Кроме воды это сырье содержит белки, жиры, углеводы, витамины, что создает благоприятные условия
для развития микроорганизмов. В таком сырье также активно протекают биохимические и химические процессы.
Ко второй группе относят сырье с низким содержанием влаги – сахар,
растительное масло и др. Для этой группы типичны физические, физикохимические и химические процессы.
Физические и физико-химические процессы протекают в сырье под
действием факторов внешней среды: температуры и относительной влажности
воздуха, света, механических воздействий. К физическим и физико-химическим
процессам, наиболее часто протекающим при хранении сырья, относят сорбцию и десорбцию паров воды, а также других веществ и газов, старение белков,
деформацию и нарушение целостности. Эти процессы вызывают снижение органолептических показателей, приводят к частичной или полной потере доброкачественности сырья.
Наиболее распространенными процессами являются сорбция и десорбция
паров воды и газов.
При сорбции влаги масса сырья увеличивается, при этом сырье теряет
сыпучесть и слеживается (соль, сахар, мука). Также неблагоприятно влияет на
качество сырья десорбция влаги. При высыхании наряду с потерей массы про-
исходят изменения в структуре и свойствах плодов, овощей, мяса. Обычно испарению способствует высокая температура, низкая относительная влажность
воздуха, активная вентиляция.
Некоторые виды сырья могут терять при хранении ароматические вещества, либо приобретать нежелательные вкус и запах. Это происходит вследствие диффузии ароматических веществ во внешнюю среду или в результате
поглощения продуктом летучих веществ из хранящегося рядом сырья.
Для муки, крупы, бобовых культур характерно старение белков и коллоидов. Этот процесс сопровождается снижением способности белков к набуханию, растворимости.
Значительные качественные и количественные потери происходят в результате механических повреждений сырья. Механические повреждения вызывают, например, деформацию плодов и овощей и они легче подвергаются микробиологической порче.
Химические процессы происходят в сырье без участия ферментов продукта и микроорганизмов и приводят к изменению химического состава и снижению качества сырья. Одним из наиболее распространенных химических процессов является прогоркание жиров – окислительная порча под действием кислорода воздуха. Этот процесс характерен для пищевых жиров и жиросодержащих продуктов – растительного масла, животных жиров, орехов и др. Окислению подвергаются в первую очередь ненасыщенные жирные кислоты, при этом
накапливаются продукты окисления, в том числе токсичные. На скорость окисления влияют степень ненасыщенности кислот, температура хранения, присутствие катализаторов (металлов, света), наличие антиокислителей.
Другим химическим процессом является неферментативное потемнение
в результате реакции между аминокислотами и восстанавливающими сахарами
– меланоидинообразование. Этот процесс протекает при хранении сушеных
овощей, картофеля, яичного порошка.
Химическими процессами обусловлено и разрушение витаминов.
Биохимические процессы – это процессы, обусловленные действием
ферментов самого продукта. Активность протекания таких процессов зависит
от природы продукта, особенностей обмена веществ, условий хранения.
Наибольшее влияние на изменение химического состава при хранении оказывают дыхание и автолитические процессы.
Дыхание – процесс, присущий всем живым организмам. Оно связано с
деятельностью окислительно-восстановительных ферментов и является важным
источником энергии, необходимым для обмена веществ. Дыхание играет большую роль при хранении сырья растительного происхождения, оно сопровождается потерей массы сырья, изменением состава окружающей атмосферы, выделением влаги и тепла. Выделяющиеся тепло и влага могут быть причиной
дальнейшего усиления процесса дыхания.
Интенсивность дыхания зависит от содержания влаги в продуктах, температуры, газового состава окружающей среды.
Гидролитические процессы протекают в сырье под действием ферментов
гидролаз. Интенсивность этих процессов определяется химическим составом
сырья, наличием и активностью ферментов, условиями хранения. Гидролитические процессы могут оказывать положительное и отрицательное влияние на качество сырья. В начале хранения при созревании плодов и овощей происходит
гидролиз крахмала до сахаров, из протопектина образуется пектин, что приводит к улучшению вкуса и консистенции. При длительном хранении при полном
гидролизе протопектина мякоть плодов становится мягкой и дряблой. Ферментативный гидролиз жиров имеет большое значение при хранении, например,
муки и крупы. Образование свободных жирных кислот приводит вначале к возрастанию кислотности, затем происходит прогоркание продукта за счет ферментативного окисления свободных жирных кислот.
При хранении мяса и рыбы под действием тканевых ферментов протекает
автолиз – комплекс процессов, приводящих к изменению органолептических
свойств продуктов. В результате автолиза происходят превращение гликогена в
молочную кислоту, а также различные преобразования белков мышечной ткани. При ограниченном автолизе увеличиваются нежность и сочность мяса,
улучшаются его вкус и запах. При глубоком автолизе происходит распад белков, жиров, увеличивается отделение сока, появляется неприятный кислый
вкус.
Микробиологические процессы протекают под действием ферментов
микроорганизмов, они являются одной из главных причин порчи сырья при
хранении.
Основными микробиологическими процессами являются брожение, гниение, плесневение.
Спиртовое брожение может являться причиной порчи плодов, ягод, соков
они приобретают спиртовый привкус, изменяется их консистенция.
Молочнокислое брожение вызывает прокисание молока при хранении,
маслянокислое – порчу картофеля, прогоркание молока.
Гниение – распад белковых веществ под действием ферментов гнилостных бактерий. Гниение возникает в сырье, богатом белком, - в мясе, рыбе, яйцах, молоке. При этом белки распадаются до аминокислот, из которых в аэробных условиях образуются сероводород, аммиак, метан, оксикислоты, спирты, а
в анаэробных условиях – амины, многие из которых ядовиты, фенол, меркаптаны, обладающие очень неприятным запахом.
Плесневение обусловлено развитием различных видов плесневых грибов,
образующих на поверхности продуктов пушистые налеты и пленки разного
цвета и строения. Плесневые грибы расщепляют белки, жиры и углеводы продуктов, используя образовавшиеся вещества для построения клеток. Конечными продуктами разложения органических веществ некоторыми плесневыми
грибами являются афлатоксины – ядовитые для человека соединения. Плесневению могут подвергаться практически все виды сырья.
Контрольные вопросы:
1. Какие процессы относят к физическим и физико-химическим процессам?
2. Что такое сорбция и десорбция?
3. Какие процессы относятся к химическим?
4. Что такое прогоркание жиров? реакция меланоединообразование?
5. Какие процессы относятся к биохимическим, микробиологическим?
6. Что такое брожение, гниение, плесневение?
Практическая работа №12
Основные способы хранения пищевых продуктов
Цель работы: изучить влияние температуры, влажности, газовой среды,
света и вентиляции на режимы хранения пищевого сырья; ознакомиться со способами консервирования сырья.
Задание: ответить на контрольные вопросы.
Способы и режимы хранения сырья. Режим хранения сырья определяется температурой и относительной влажностью воздуха, газовым составом атмосферы, освещенностью, воздухообменом и санитарным состоянием помещения.
Температура является важным условием хранения большинства видов
сырья. Она влияет на интенсивность всех процессов, протекающих при хранении. При повышении температуры усиливаются испарение влаги, активность
ферментов, микроорганизмов, поэтому увеличиваются потери и снижается качество сырья.
Сокращение потерь достигается созданием и поддержанием при хранении оптимальной температуры. В зависимости от вида и состава сырья оптимальные температуры находятся в широком диапазоне от –18 до 25 С. Так, при
длительном хранении мяса, рыбы оптимальной является температура – 18 С. В
этих условиях почти полностью исключаются микробиологические, биохимические и химические процессы.
Большинство видов сырья хранят при температурах 04 С. Это молоко,
плоды, овощи, яйца др. Для сырья с пониженной влажностью (мука, зерно, сахар, крахмал) диапазон температур хранения достаточно широк.
При хранении сырья нежелательны резкие температурные перепады, так
как при этом усиливаются химические и биохимические процессы, что может
привести к увлажнению сырья и, как следствие, к развитию микроорганизмов.
Влажность воздуха при хранении сырья играет такую же важную роль,
как и температура. Выбор оптимальной относительной влажности воздуха
определяется влажностью сырья.
В сырье с высокой влажностью (мясо, рыба, плоды, овощи и др.) большая
часть воды находится в свободном состоянии. Такие продукты следует хранить
при повышенной относительной влажности воздуха 85-95%. Сырье с низкой
влажностью (сахар, соль и др.), у которого почти вся вода находится в связанном состоянии, является гигроскопичным, так как для него характерна повышенная способность поглощать водяные пары из окружающего воздуха. Поэтому такое сырье хранят при относительной влажности воздуха 65-70%.
В сырье с промежуточной влажностью (мука, зерно, крахмал и др.) большая часть воды связана с компонентами сухого вещества. Такое сырье лучше
хранить при относительной влажности 75-80%.
Газовая среда оказывает влияние на сохраняемость сырья. Кислород
воздуха обусловливает окислительные процессы, влияет на интенсивность и
характер дыхания.
Нормальная газовая среда характеризуется следующим составом: кислород – 21%, азот – 78%, диоксид углерода – 0,03%, остальное – инертные газы. В
настоящее время для хранения некоторых видов сырья используют измененные
газовые среды – с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием диоксида углерода. Этот способ называется хранением в регулируемых газовых средах. Обычно он используется для хранения живого сырья –
плодов и овощей.
Свет ускоряет многие процессы, происходящие при хранении. На свету
быстрее разрушаются многие компоненты сырья, окисляются жиры, ускоряется
прорастание овощей. Поэтому большинство видов сырья рекомендуется хранить без доступа света.
Вентиляция обеспечивает создание равномерного гидротермического
режима, удаляет газообразные вещества и теплоту, выделяемые хранящимся
сырьем. В зависимости от способа подачи воздуха различают пассивную и принудительную вентиляцию. При пассивной вентиляции воздухообмен осуществляется за счет разницы температур внешней среды и склада. При принудительной вентиляции в помещение подается с определенной скоростью воздух, имеющий определенную температуру и влажность.
Выбор способа хранения зависит от вида и свойств сырья.
Сочное растительное сырье хранят двумя способами: в полевых условиях
и в стационарных хранилищах с холодильными установками или без них.
В полевых условиях хранение осуществляется в простейших устройствах: буртах, кагатах и траншеях. Буртами называют валообразные насыпи
картофеля или овощей, уложенные на поверхности грунта или в неглубоком
котловане и укрытые каким-либо термо- и гидроизолирующим материалом: соломой, камышом. Кагаты – это бурты, имеющие в поперечном сечении форму
трапеции. В кагатах, например, хранят сахарную свеклу. Траншеями называются канавы, выкопанные в грунте, в которые засыпают картофель или овощи.
Траншеи также накрываются изоляционным материалом.
Овощи и фрукты в стационарных хранилищах и в холодильных камерах
хранят в ящиках и контейнерах.
Сыпучее сырье хранится тарным или бестарным способами. При тарном
способе хранение осуществляют в мешках. Бестарное хранение осуществляется
в силосах и бункерах – различных по форме и размерам емкостях, изготовленных из железобетона или металла. Силосы для бестарного хранения муки и
зерна могут размещаться как внутри производственных помещений, так и на
открытых площадках.
Соль может храниться в деревянных ларях или бетонных закромах. В
настоящее время в промышленности применяется хранение соли в виде раствора.
Для жидкого сырья (растительное масло, патока, молоко) также используют тарный и бестарный способы хранения. Тарное хранение осуществляется
в бидонах, бочках, бестарное – в металлических емкостях (эмалированных, из
нержавеющей стали).
Мясо, рыбу, животные жиры хранят в холодильных камерах.
Способы консервирования сырья. Все способы обработки сырья, позволяющие удлинить сроки его хранения в свежем виде, также как и способы
обработки, позволяющие получить качественно новые продукты, которые могут храниться длительное время, относятся к консервированию.
Способы консервирования основаны на частичном или полном подавлении протекающих в сырье процессов и подразделяются на физические, физикохимические, химические, биохимические и комбинированные.
Физические методы консервирования. В основе этих методов лежит
использование высоких и низких температур, ультрафиолетовых лучей, ультразвука, обезвоживания.
Консервирование высокими температурами. Высокие температуры
применяют для уничтожения микроорганизмов и инактивации ферментов сырья. К этим методам консервирования относят пастеризацию и стерилизацию.
Пастеризация проводится при температуре ниже 100 С. Цель обработки
– инактивация ферментов и частичное уничтожение микроорганизмов, в
первую очередь плесеней, дрожжей, неспорообразующих бактерий и вегетативных клеток спорообразующих бактерий. При такой обработке не погибают
споры микроорганизмов, поэтому пастеризованное сырье необходимо хранить
при низких температурах и оно имеет ограниченный срок хранения. Пастеризации подвергают жидкое сырье: молоко, соки и т.п. В зависимости от температуры (6590 С) время пастеризации составляет 0,530 мин. Благодаря непродолжительному воздействию высоких температур на составные компоненты
сырья хорошо сохраняется его пищевая ценность.
Стерилизация – это нагревание сырья при температуре выше 100 С. При
этом достигается полное уничтожение микроорганизмов и стерилизованные
продукты могут храниться при обычных температурах в течении нескольких
лет.
Для стерилизации сырье помещают в металлическую или стеклянную тару, герметично укупоривают и прогревают в автоклавах при температуре 100120 С.
При стерилизации снижается пищевая ценность продуктов, так как при
этом происходит денатурация белков, разрушаются витамины и некоторые
другие биологически активные вещества.
Требованию сохранить качество продукта при использовании высоких
температур отвечает асептический способ стерилизации. Он заключается в том,
что жидкое или пюреобразное сырье подвергают кратковременному (несколько
секунд) нагреванию при 130-160С, а затем фасуют в стерильную тару в стерильных условиях.
Консервирование низкими температурами. Это один из лучших методов длительного хранения сырья с минимальными изменениями его химического состава. Низкие температуры замедляют химические и биохимические процессы в тканях, приостанавливают развитие микроорганизмов. Однако устойчивость к действию холода у разных видов микроорганизмов различна. Наименее устойчивы к действию холода бактерии, большинство которых прекращает
свой рост при – 2 С, плесени и дрожжи более устойчивы к действию низких
температур.
Консервирование низкими температурами проводят путем охлаждения и
замораживания.
Охлаждением называется обработка и хранение сырья при температуре,
близкой к температуре замерзания клеточного сока, которая зависит от состава
и концентрации сухих веществ (-1,2-2,8 С). Продолжительность хранения
сырья в охлажденном состоянии различна: 24ч – для молока, до 20 суток – для
мяса и рыбы, до 6-10 месяцев – для плодов и овощей. При замораживании происходит полная кристаллизация жидкой фазы продукта. Микроорганизмы в замороженных продуктах лишаются возможности использовать питательные вещества, которые находятся в твердом состоянии. Замораживание применяют
для более длительного хранения мяса, рыбы, овощей, фруктов.
Качество замороженных продуктов зависит от скорости замораживания.
Чем выше скорость замораживания, тем больше образуется кристаллов льда и
меньше их размер. Мелкие кристаллы равномерно распределяются в тканях
сырья. В быстрозамороженном сырье хорошо сохраняются витамины. Быстрое
замораживание плодов и овощей проводят при температуре –30, -40 С, доводят температуру внутри сырья до –18 С. Мясо замораживают при –30, -35 С.
Хранят замороженное сырье при –18 С.
Консервирование токами ультравысокой (УВЧ) и сверхвысокой
(СВЧ) частоты. Такое консервирование основано на том, что в помещенном в
высокочастотное электромагнитное поле переменного тока продукте происходит усиленное движение заряженных частиц, а это приводит к повышению
температуры продукта до 100 С и выше. В отличие от тепловой стерилизации
при использовании УВЧ и СВЧ нагревание продукта происходит очень быстро
одновременно во всех точках, при этом на скорость прогрева не влияет теплопроводность продукта. Так, для стерилизации мяса и рыбы в поле СВЧ при 145
С требуется 3 мин.
Облучение ультрафиолетовыми лучами (УФЛ). Это облучение невидимой частью световых лучей с длиной волны 60-400 нм губительно действует
на микрофлору. Наиболее эффективным действием на микроорганизмы обладают лучи с длиной волны 255-280 нм. Устойчивость микроорганизмов к действию УФЛ различна: бактерии являются более чувствительными, чем плесени.
УФЛ используют для стерилизации поверхности мясных туш, так как их
проникающая способность не превышает 0,1 мм. Кроме того, УФЛ можно использовать для стерилизации камер холодильников и складов.
Консервирование с помощью ультразвука. Ультразвук (звук с колебаниями выше 20 кГц) может быть использован для пастеризации молока, обеззараживания воды и т.д. Применение этого метода позволяет консервировать
продукты без нагревания, что обеспечивает лучшее сохранение их пищевой
ценности.
Консервирование сушкой (обезвоживание). Сушкой подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Известно, что для жизнедеятельности микроорганизмов необходима влага, так как они используют вещества, находящиеся в клеточном соке. При сушке из сырья удаляется большая часть содержащейся в нем влаги. Концентрация клеточного сока и, следовательно, его осмотическое давление увеличиваются, в результате развитие микроорганизмов становится невозможным.
Сушку используют для удлинения сроков хранения зерна, семян, плодов,
овощей, молока, яиц, рыбы. Большинство пищевых продуктов сушат до содержания влаги 4-14%, а плоды с большим содержанием сахара высушивают до
влажности 20-25%.
Для пищевых продуктов используют разные виды сушки: конвективную,
в виброкипящем слое, распылительную, контактную, вакуумную, сублимационную.
Вяление – частный случай применения сушки. Этот способ консервирования основан на медленном обезвоживании в естественных условиях предварительно посоленных мяса или рыбы. Процесс вяления длится от 10 до 30 суток
при температуре 10-25 С.
Физико-химические методы консервирования. К физико-химическим
методам относят консервирование поваренной солью и сахаром. Такое консервирование основано на повышении осмотического давления среды, в результате чего происходит обезвоживание клеток микроорганизмов и прекращается их жизнедеятельность.
Поваренную соль в концентрациях 8-14% используют для консервирования рыбы, мяса, овощей. Поскольку соль влияет на вкус пищевых продуктов,
содержание ее для многих продуктов устанавливается в пределах 2,5-6%. В
этом случае консервирующий эффект достигается сочетанием посола с другими
видами консервирования – охлаждением, сушкой, копчением.
Сахар в концентрации не менее 65 % применяют при консервировании
плодов и ягод. Однако полной гарантии долгосрочного хранения продуктов
этот метод не дает. Поэтому консервирующее действие сахара приходится часто дополнять тепловой обработкой расфасованных в герметичную тару продуктов пастеризацией.
Биохимические методы консервирования. Квашение – консервирование плодов и овощей молочной кислотой, образующейся в результате сбраживания сахаров сырья молочнокислыми бактериями, присутствующими на сырье. Молочная кислота в концентрации всего 0,5 % тормозит деятельность не-
желательной микрофлоры, прежде всего гнилостной, а также бактерий, вызывающих уксуснокислое и маслянокислое брожение. При концентрации молочной кислоты 1,5-2% прекращается деятельность самих молочнокислых бактерий.
Поваренная соль, используемая при квашении, вызывает плазмолиз растительных клеток, способствует переходу в раствор клеточного сока, богатого
сахаром, и тем самым стимулирует процессы брожения. Соль также участвует в
формировании вкуса квашеных овощей. Активность процесса брожения зависит от содержания сахара в сырье, концентрации, температуры окружающей
среды.
Химические методы консервирования. Химические вещества, используемые для консервирования сырья, должны быть безвредными и не изменять
органолептические показатели качества.
В настоящее время в России разрешены следующие консерванты: диоксид серы и соли сернистой кислоты, уксусная кислота и ее соли, бензойная,
сорбиновая и пропионовая кислоты и их соли, низин, натамицин. Все консерванты продлевают срок хранения сырья, защищают его от микробиологической
порчи, поскольку позволяют замедлить или предотвратить развитие бактерий,
плесеней, дрожжей.
Сульфитация – консервирование плодов, ягод и их полуфабрикатов диоксидом серы и солями сернистой кислоты. Эти вещества являются сильными
антисептиками, подавляют деятельность плесневых грибов и бактерий, кроме
того они инактивируют ферменты, подавляют процессы дыхания, предохраняют от потемнения.
Сульфитированное сырье используется только для последующей переработки после удаления сернистой кислоты.
Маринование – способ консервирования, основанный на повышении
кислотности среды путем добавления уксусной кислоты. В концентрациях 1,21,8% уксусная кислота подавляет деятельность многих микроорганизмов, и в
первую очередь, гнилостных бактерий. Для усиления консервирующего эффекта маринование часто сочетают с пастеризацией, посолом. Маринуют плоды,
овощи, рыбу и др.
Особую группу консервантов представляют антибиотики (низин, натамицин). Обычно их применяют для обработки скоропортящегося сырья (мяса, рыбы, птицы, овощей). Применение антибиотиков позволяет продлить срок хранения пищевого сырья в 2-3 раза. Технологические приемы применения антибиотиков различны: погружение сырья в раствор антибиотика, орошение поверхности, введение антибиотиков перед убоем животных.
Однако, использование антибиотиков может привести к нежелательным
последствиям, в том числе к нарушению нормального соотношения микроорганизмов желудочно-кишечного тракта.
Комбинированные методы. Копчение относится к комбинированным
способам консервирования. Это способ обработки мясных и рыбных продуктов дымом, получаемым путем неполного сгорания древесины. В составе дыма
находятся антисептические вещества (формальдегид, фурфурол, кислоты, кето-
ны, фенол, смолы и др.), предохраняющие продукт от микробиологической
порчи. Кроме того, при копчении удаляется часть влаги. Консервирующее действие оказывает и поваренная соль, которая используется для посола продукта
перед копчением.
Контрольные вопросы:
1. Каким образом на сохраняемость сырья действует температура, влажность,
газовая среда, свет и вентиляция?
2. Что такое бестарное хранение сырья?
3. Какие способы стационарного (полевого) хранения сырья вы знаете?
4. Какую тару используют для хранения сыпучего (жидкого) сырья?
5. Что входит в понятие режим хранения сырья?
6. Что такое консервирование?
7. Какие методы консервирования Вы знаете?
8. Каковы основные принципы консервирования сырья?
9. Какие способы консервирования вы знаете?
10. Какие химические вещества используют в качестве консервантов?
Список литературы
1. Абакумова Т.Н., Кичаева Т.Г. Технология пищевых производств. Общая
часть: Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой
промышленности/ Т.Н. Абакумова, Т.Г. Кичаева // - Кемерово. – 2004. – 88с.
2. Дубровин И.А. Маркетинг продовольственных товаров: учеб. для вузов/
И.А.Дубровин; Учеб.- метод. объединение по образованию /Дубровин И.А.// М.: КолосС, 2008.- 405,[1]с.
3. Кавецкий Г.Д. Технологические процессы и производства (пищевая
промышленность): [Допущено МО РФ]/ Г. Д. Кавецкий, А. В. Воробьева //- М.:
КолосС, 2006.- 366,[1]с.
4. Савицкая Г.В. Анализ хозяйственной деятельности предприятий АПК.
[Учебник].- 3-е изд., испр./ Савицкая Г.В. //- Минск.: Новое знание, 2003.- 694 c.