Основные сведения о свойствах и поведении пищевых материалов при

Механической обработке

Характер поведения различных пищевых материалов при механической обработке в рабочих зонах машин и аппаратов во многом определяется особенностями их структурного строения.

Большинство пищевых продуктов представляют собой неоднородные дисперсные системы, состоящие из двух частей: сплошной, называемой дисперсионной средой, и входящей в нее в качестве содержимого - дисперсной фазой [21].

Одной из характеристик дисперсных систем является наименьший размер частиц дисперсной фазы . Степень раздроблённости или дисперсности определяется как . Кроме дисперсности частицы могут быть также охарактеризованы величиной удельной поверхности , которая равна отношению величины межфазной поверхности к объёму, занимаемому частицами, . В зависимости от степени дисперсности системы делят на грубодисперсные (частицы дисперсной фазы менее 10^{-3 см), микрогетерогенные (10-3}…10^{-5 см) и ультрамикрогетерогенные или коллоидные (10-5}…10^{-7 см). В грубодисперсных системах вещество дисперсионной среды состоит из молекул размером 10-8} см, поэтому в таких системах имеется четко выраженная граница раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

По агрегатному состоянию дисперсных систем различают:

- (Т-Т)- твердые гетерогенные системы с твердой дисперсной фазой и средой, например, такие, как шоколад;

- (Ж-Т) - капиллярные системы с жидкой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой (мармелад, овощи, фрукты);

- (Г-Т) - пористые системы, у которых газообразная дисперсная фаза и твердая дисперсионная среда (пастила, зефир);

- (Т-Ж) - суспензии, имеющие твердую дисперсную фазу и жидкую дисперсионную среду (различные виды паст);

- (Ж-Ж) – эмульсии, имеющие жидкие дисперсную фазу и среду, (молочные продукты);

- (Г-Ж) – пены с газообразной дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой (газированные напитки);

- (Т-Г) – аэрозоли с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой (мучная пыль);

- (Ж-Г) – аэрозоли с жидкой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой (туман).

Суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли и порошки относятся к грубодисперсным гетерогенным системам, которые представляют широкий класс различных пищевых продуктов.

Суспензии или взвеси – это системы с размерами частиц 10^-3 – 10^-5 см, состоят из твердой дисперсной фазы, находящейся в жидкой дисперсионной среде. Типичным процессом образования суспензии является, например, процесс получения крахмала; к суспензиям относятся также протертые супы, нерастворимый кофе и др. Получают суспензии, так же как и порошки, методами конденсации и диспергирования. Диспергирование осуществляют механическим дроблением исходного сырья в вальцовых, шаровых или коллоидных мельницах. По концентрации суспензии могут быть концентрированными (пасты) или разбавленными.

Эмульсии относятся к грубодисперсным системам и представляют собой нерастворимые друг в друге жидкие дисперсионную фазу и дисперсионную среду, обладающие разными свойствами. Практически одной из жидкостей всегда является вода, другой – неполярная, нерастворимая в воде жидкость, например, масло. Типичными примерами эмульсий служат жидкие молочные продукты. Молоко – это полидисперсная система, составляющие которой имеют различную степень дисперсности. Так, в теплом молоке жир находится в эмульгированном состоянии, белковые вещества – в коллоидном, а часть солей – в виде истинных растворов. Равномерное распределение дисперсной фазы в среде осуществляется перемешиванием или гомогенизацией. Для повышения стойкости эмульсий к разделению сред из-за слияния капелек дисперсной фазы используют стабилизаторы (поверхностно-активные вещества), которые, адсорбируясь на поверхности капелек, уменьшают их поверхностное натяжение и препятствуют слиянию.

Эмульсии получают механическим диспергированием, т.е. эмульгированием одной жидкости в другой путем перемешивания (взбивания).

Пены представляют собой концентрированные системы с жидкой (в виде пленок) дисперсионной средой и газообразной дисперсной фазой. Пузырьки газа в пенах отделены тонкими слоями дисперсионной среды. При небольшой концентрации пузырьки газа в жидкости имеют сферическую форму и свободно перемещаются по объему жидкости. Это еще не пена, а эмульсия газа в жидкости. Примером такой эмульсии служат газированная вода, шипучие вина и др.

К собственно пенам относятся системы, в которых по объему преобладает газообразная фаза, т.е. пены, как и желатинизированные эмульсии, имеют сплошную ячеистую структуру.

Как структурные соединения пены неустойчивы и быстро разрушаются. В некоторых производствах, например в дрожжевом, сахарном и др. образование пен нежелательно. Гашение пен достигают механическим путем или применением веществ, хорошо адсорбирующихся, но не дающих прочных пленок (спиртов, сложных эфиров, органических кислот).

В то же время пенообразование имеет важное практическое значение в производстве хлебобулочных, кондитерских и других видов продуктов питания. Пищевые пены получают интенсивным перемешиванием или взбиванием пищевых ингредиентов.

К грубодисперсным системам, кроме эмульсий, пен и суспензий, относят порошки и аэрозоли.

Порошки - это вещества с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой. К порошкам относятся различные виды продовольственных товаров – мука, комбикормовые смеси, крахмал, какао и пр. Размер частиц в порошках колеблется в довольно широких пределах от до см.

Дисперсность порошков пищевых продуктов оказывает большое влияние на их потребительские свойства. Так, например, вкус кофе и какао в немалой степени зависит от степени дисперсности порошка, а структура теста - от степени дисперсности муки и измельченных добавок, например, муки из сои, тыквы и других обогатителей.

Аэрозоли - это дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой. В зависимости от вида дисперсной фазы аэрозоль может быть туманом (жидкая дисперсная фаза), дымом (газообразная дисперсная фаза) или пылью (твердая дисперсная фаза). Различные аэрозоли в большинстве случаев представляют собой отходы производств и загрязняют окружающую среду, поэтому их предельная концентрация нормируется соответствующими регламентами. Примерами таких аэрозолей являются мучная и сахарная пыль, кухонный дым и пр.

Характерным признаком всех грубодисперсных систем является видимость частиц дисперсной фазы в обычный микроскоп или даже невооруженным глазом. Такие частицы, как правило, задерживаются бумажным фильтром.

Дисперсные коллоидные системы (коллоидные растворы) имеют размер частиц 10^-5…10^-7 см. и могут быть получены двумя способами:

- диспергированием – дроблением частиц до коллоидной степени дисперсности (механическое, электрическое, ультразвуковое диспергирование);

- конденсацией – укрупнением частиц при объединении молекул (физическая или химическая конденсация, ультрафильтрация).

При получении коллоидных растворов необходимым условием является нерастворимость веществ в дисперсионной среде.

Поскольку степень дисперсности в коллоидах существенно выше, чем в грубодисперсных системах, то их можно рассматривать как микрогетерогенные системы с высокой дисперсностью. Коллоидные частицы не оседают под действием гравитационных сил, они невидимы в обычный микроскоп и могут наблюдаться в электронном микроскопе. Коллоидные растворы относят к золям. Золи занимают среднее положение между истинными растворами и такими дисперсными системами как порошки, суспензии и эмульсии. Для получения коллоидных систем используют ультратонкое измельчение грубодисперсных частиц (получение муки, какао порошка, сахарной пудры, фруктовых и овощных пюре и т.п.) или процесс конденсации (процесс осветления соков).

Высокомолекулярные соединения представляют собой отдельный класс веществ с большим молекулярным весом. Одной из особенностей этих соединений является способность образования молекулами эластичных волокон и пленок. По своему происхождению высокомолекулярные соединения подразделяются на природные и синтетические. К природным соединениям растительного и животного происхождения относятся белки и полисахариды. Белки – это сложные соединения, молекулы которых построены из - аминокислот. В природе синтез белков из простых неорганических веществ осуществляется растениями (греча, рис, овес, бобовые культуры). К продуктам животного происхождения, содержащим белковые соединения, относятся мясо, яйца, рыба, молоко и молочные продукты и др.

Высокомолекулярные соединения существуют в четырех физических состояниях: трех аморфных и одном кристаллическом.

Аморфные состояния:

- стекловидное,

- вязкотекучее,

- высокоэластичное.

Белки под влиянием внешних воздействий теряют свои нативные (первоначальные) свойства, что выражается в изменении их структуры, например, в свертывании или в выпадении белков в осадок. Типичным примером является свертывание яичного белка при варке яиц. С тепловой денатурацией белка связаны практически все основные операции кулинарной обработки пищевых продуктов (варка, обжаривание, тушение, пропускание, бланширование, выпечка и пр.) Негидролитическое изменение нативной структуры белка называется денатурацией. Денатурация, кроме теплового воздействия на белок, может быть вызвана механическим (взбивание яичных белков или сливок в пену) или кислотным воздействием (скисание молока).

Образование плотносвязных систем, в которых частицы дисперсной фазы ограничены в перемещении относительно друг друга, ведет к структурным изменениям дисперсной системы и образованию новой пространственной структуры. Растворы высокомолекулярных соединений и некоторые коллоидные системы при определенных условиях теряют свою текучесть и отвердевают, превращаясь в студни.

Студни (гели) – это дисперсионные системы, в которых частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсионная среда находится в его промежутках. С позиций реологии студни – это структурированные системы, обладающие свойствами эластичных твердых тел, и могут рассматриваться по своему состоянию как промежуточные между твердыми и жидкими телами. Например, студнями являются многие виды продуктов – хлеб, мясо, джем, мармелад, овсяный кисель, сыр, творог и др.

Процесс перехода коллоидного раствора из свободно дисперсного состояния в плотносвязное дисперсное состояние называется процессом гелеобразования. Динамика процесса (студне)гелеобразования зависит от концентрации частиц, линейной плотности высокомолекулярных соединений, температуры среды и ряда других факторов. С течением времени, вследствие потери агрегативной устойчивости, может произойти воссоединение коллоидных частиц дисперсной фазы и выпадение их в осадок, называемый коагулятом.

Самопроизвольный процесс разделения студня на две фазы, сопровождающийся изменением его объема называется синерезисом (отмоканием). Если синерезис обратим, т.е. при этом не возникает каких-либо химических реакций, то при нагревании студень может быть возвращен в исходное состояние. Это явление используют в технологии общественного питания для освежения каш, пюре, черствого хлеба и других блюд. Так, в свежеиспеченном хлебе количество связанной воды достигает 83%, после пяти суток хранения – 67%, в результате чего хлеб черствеет, т.е. происходит потеря способности продукта сохранять связанную влагу. Скорость синерезиса зависит в основном от температуры и концентрации студней.

В большинстве случаев синерезис нежелателен, поскольку приводит к старению продукта, например, очерствению хлеба, кулинарных изделий, сыра и т.д.

Структуры пищевых продуктов по характеру связей между их элементами подразделяют на два основных класса: коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные.

Коагуляция, по определению [22], - это процесс взаимофиксации выведенных из состояния агрегативной устойчивости частиц дисперсной фазы, происходящий вследствие их сближения в результате броуновского движения, перемещения в градиентном потоке или иных факторов, сопровождающийся образованием сплошных структурированных систем, обладающих фазовой устойчивостью. Иными словами коагуляция – это самоукрупнение коллоидных частиц вследствие уменьшения их суммарной поверхности.

Коагуляционные структуры образуются в дисперсных системах путем взаимодействия частиц и молекул через прослойки дисперсионной среды. Коагуляционные структуры могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии.

Конденсационно-кристаллизационные структуры характерны для большинства натуральных продуктов, однако, могут образовываться и из коагуляционных структур при удалении дисперсионной среды или при соединении частиц дисперсной фазы в растворах. В процессе образования их прочность увеличивается, после разрушения эти структуры не восстанавливаются.

Характер протекания механических, тепловых, диффузионных, электрических процессов в значительной степени определяется структурно-механическими свойствами продуктов и зависит от их внутреннего строения и состава, характера взаимодействия частиц или молекул между собой, наличия и состояния влаги в материале и других факторов.

Коагуляционные структуры проявляют свойства неньютоновых жидкостей и изменяют свои характеристики при нагревании, наличии поверхностно-активных веществ, изменении кислотности и других воздействиях.

Кристаллизационные структуры обладают повышенной прочностью и упругостью. При нагрузках, превышающих предел прочности, такие структуры разрушаются без восстановления первоначальной формы после снятия нагрузки.

Свойства реальных пищевых материалов отличаются большим разнообразием, что затрудняет их классификацию с реологических позиций, поскольку одни и те же материалы могут быть отнесены к различным группам. Например, пасты и кремы могут рассматриваться как коллоидные системы или как многокомпонентные дисперсии. Реологические свойства у различных видов масел и жиров сильно зависят от тепловых воздействий и находятся в диапазоне от вязких жидкостей до вязкопластичной среды с определенным значением предела текучести. Например, многие растительные масла ведут себя как ньютоновы жидкости, а различные спрэды характеризуются отсутствием текучести при небольших сдвиговых напряжениях, что свидетельствует о наличии у них предела текучести.

Понятие течения относится к жидкостям, а деформации к твердым материалам. Материалы, обладающие свойствами одновременно жидких и твердых тел, считаются вязкоэластичными или вязкопластичными.

Анализ реологических свойств пищевых продуктов показывает, что для них может быть характерно:

- упругое и вязкоупругое поведение,

- наличие предела текучести и др.

Многие пищевые продукты из-за низкой прочности связей начинают проявлять нелинейное поведение при небольших внешних нагрузках и деформациях. Различие свойств пищевых продуктов обусловлено большим разнообразием структур и химического состава.

В зависимости от структуры пищевые продукты делятся на твердые, полутвердые и жидкие.

Для твердых продуктов характерна кристаллическая (поваренная соль) или аморфная структура (карамельные изделия). Капиллярно-пористая коллоидная структура характерна для таких видов продуктов как хлеб, крупа, макаронные изделия, печенье, ткани мяса, рыбы, плодов и овощей, капиллярно-пористую структуру имеет кусковый сахар. Мармелад, желатин - концентрированные студни.

Механические свойства твердых тел непосредственно связаны с их структурой, действующими в них молекулярными силами сцепления и особенностями хаотического теплового движения. Под структурой понимается пространственная сетка, характерная для твердообразных пищевых продуктов, образуемая сцеплением друг с другом атомов, ионов, молекул и коллоидных частиц. Такая структура определяет упругость и прочность продуктов. Она представляет собой правильную пространственную решетку в кристаллических телах или хаотический каркас в коагуляционных веществах, гелях, студнях и др.

Изучением неупругого поведения тел и течения структурированных жидкостей и твердых тел занимается физико-химическая механика и ее раздел – реология, как наука о деформациях и текучести материалов.

При непрерывном увеличении деформации под действием конечных сил материал течет. Различают вязкое и пластичное течения. Вязкое течение происходит под действием любых сил, скорость деформации уменьшается с уменьшением сил и при снятии нагрузки обращается в ноль. Пластичное течение возникает в том случае, когда силы превышают некоторый предел, называемый пределом текучести (пределом напряжения сдвига).

По характеру поведения и свойствам различают идеальные, реальные и реологические жидкости. При движении реальных жидкостей имеют место силы внутреннего трения в потоке жидкости, т.е. при постоянном напряжении сдвига наблюдается деформация с постоянной скоростью (течение).

Жидкость, у которой коэффициент вязкости есть величина постоянная, называется ньютоновой жидкостью. Реологическое уравнение ньютоновой модели сред связывает напряжение со скоростью деформации, т.е. скорость деформации пропорциональна напряжению сдвига.

Реальные продукты имеют отклонение от ньютоновского поведения, и модель в этом случае не является линейной. Эффективная вязкость неньютоновских жидкостей состоит из двух составляющих: ньютоновской вязкости, обусловленной внутренним течением жидкости и представляющей физическую константу материала и структурного сопротивления, являющегося функцией скорости сдвига. Т.о. эффективная вязкость является реологической характеристикой, учитывающей внутреннее трение и структурно-динамическую компоненту.

Принадлежность реального тела к тому или иному виду реологического тела может быть определена по критерию, показывающему способность вещества сохранять свою форму и определяемому отношением К = , где - предельное напряжение сдвига, Н/м²; - плотность продукта, кг/м²; - ускорение силы тяжести, м/с². При К < 0,005 – структурные жидкости, К = 0,005…0,02 – жидкие пасты; К = 0,02…0,15 – густые пасты; К > 0,15 – твердые тела.

К основным физико-механическим свойствампищевых продуктов относятся форма, геометрические размеры, масса, плотность (объемная или насыпная) и др.

Форма плодов и овощей - показатель ботанического вида и сорта. Форма хлебобулочных и кондитерских изделий, сычужных сыров характеризует качество сырья и правильность проведения технологического процесса. Для сычужных сыров, колбасных изделий, макарон, яблок, овощей и других продуктов нормируется размер. Например, рыбу по размеру делят на крупную, среднюю, мелкую и т. д.

В партии картофеля ограничивается массовая доля мелких клубней, а для моркови и столовой свеклы не допускаются крупные корнеплоды.

Масса единицы продукции устанавливается при оценке качества многих пищевых продуктов. Масса в килограммах устанавливается при определении размера некоторых рыб, при заготовке и реализации свежей капусты (масса кочана) и т.п. Для злаковых зерен и необжаренного кофе показателем качества является масса 1000 зерен, для орехов - 100 шт., для карамели и конфет регламентируется количество единиц в 1 кг.

Плотность продукта равна отношению массы к единице его объема, измеряемая в кг/м³. В жидких продуктах определяют относительную плотность - безразмерную величину, которую находят делением массы продукта (при 20°С) на массу равного объема дистиллированной воды при той же температуре. По плотности определяют, например, массовую долю сахара в винограде, содержание поваренной соли в рассолах квашеной капусты и соленых огурцов, крепость спиртных напитков, содержание крахмала в клубнях картофеля (чем больше плотность клубней картофеля, тем больше в них крахмала).

С помощью плотности можно оценить состав жиров в молоке. Например, плотность коровьего молока (1,027 - 1,031 кг/м³) обусловлена массовой долей жира, белков, углеводов и минеральных веществ и при разбавлении водой плотность его уменьшается.

Объемную или насыпную массу продукта определяют отношением его массы к занимаемому объему вместе с пустотами и порами. Объемную массу продукта необходимо учитывать при определении емкости тары, складских помещений, размещении продуктов для хранения, при выборе транспортных средств при перевозках. Например, объемная масса картофеля составляет 650 - 700 кг/м³, капусты - 350 - 500, свеклы - 600, лука репчатого - 550 - 600, зерна пшеницы - 760 кг/м³. Плотность двухкомпонентной смеси при известных плотностях отдельных компонентов и массовой концентрации одного из них в определяется следующим образом: находятся объемы отдельных компонентов и , сумма которых равна объему всей массы двухкомпонентной смеси . Отсюда искомая плотность этой смеси будет равна , где - массовая концентрация одного из компонентов; - плотности компонентов.

Важным физическим параметром сыпучих материалов, осадков и др. является их порозность. Порозностью сыпучего материала (осадка) называется часть объема, не занятая монолитом, , где объем пористого тела, - объем монолита. В сыпучих материалах промежутки между частицами заняты воздухом, в осадках – заполнены жидкостью. Порозность оказывает влияние на разделение неоднородных систем, на процессы, происходящие в кипящем слое, на процессы смешивания сыпучих частиц и др.

Структурно-механические свойства пищевых продуктов. Эти свойства характеризуют сопротивляемость пищевых продуктов механическому воздействию. Они зависят не только от химического состава, но и от строения (структуры) продукта.

Механические свойства продуктов проявляются в процессе обработки пищевых материалов, когда изменяется форма и размер тел под действием внешних сил. При определении реологических свойств продуктов замеряют количество механической энергии, расходуемой в течение времени обработки на создание в продуктах обратимых (упругих) или остаточных (пластических) деформаций, которые характеризуют силы химических связей между молекулами и элементами структуры материала. Эти данные позволяют судить о скорости протекающих в продуктах химических и биохимических процессов.

Реологические или структурно-механические свойства характеризуют поведение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжения, деформации и скорости деформации в момент приложения усилий. В зависимости от вида прикладываемых усилий эти свойства могут быть условно разделены на три группы: сдвиговые, объемные и поверхностные.

Сдвиговые свойства характеризуют поведение продукта при воздействии на него касательных напряжений.

Объемные свойства определяют поведение продукта при воздействии на него нормальных напряжений.

Поверхностные свойства характеризуют поведение поверхностного слоя продукта на границе раздела с другим материалом при воздействии нормальных (адгезия) и касательных (внешние трение) напряжений.

К показателям структурно-механических свойств пищевых продуктов относят прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость и др.

Прочность продукта характеризует его способность сопротивления механическому разрушению. Данный показатель используется, например, при определении качества макарон, сахара-рафинада, сухарей и других твердых и хрупких продуктов.

Твердость продукта зависит от поверхностного сопротивления тела проникновению в него другого более твердого предмета. Для определения твердости на поверхность продукта воздействуют твердым наконечником, имеющим форму шарика, конуса, пирамиды или иглы и о величине твердости судят по величине отпечатка (глубине проникновения и площади), оставляемого измерительным наконечником на поверхности тела.

Упругость характеризует способность материала мгновенно восстанавливать свою форму после снятия приложенной внешней нагрузки, а э ластичность - способность восстановления формы через некоторое время. Эти показатели имеют большое значение при определении сроков хранения и условий транспортирования продуктов, а также при определении их некоторых качественных показателей, например, мякиша хлеба, клейковины муки, свежести мяса и рыбы и др.

Пластичность - это свойство продукта, характеризуемое получением необратимых деформаций при определенной величине нагрузки. Ползучестью, например, обладают карамельная масса, тестовые полуфабрикаты и другие продукты. Явление ползучести пластичных материалов проявляется в постепенном нарастании деформации без увеличения нагрузки, что характерно для коровьего масла, маргарина, сычужных сыров, мороженого, мармелада, повидла и других кондитерских изделий.

Релаксация - это свойство продуктов твердо-жидкой структуры, характеризующее время перехода упругих деформации в пластические при постоянной нагрузке. Определенной величиной релаксации обладают, например, сыр, творог, мышечная ткань, мясной фарш.

Поскольку многие пищевые продукты являются многокомпонентными, то каждому из компонентов присуще свое значение времени релаксации. Т.е., функциональным продуктам свойственна как упругая деформация, которая исчезает после снятия нагрузки, так и запаздывающая упругая деформация, для исчезновения которой требуется некоторое время, а также пластическая деформация. Полная деформация материального тела будет представлять суперпозицию этих деформаций.

Вязкость характеризует внутреннее трение, возникающее при относительном движении слоев жидких продуктов, таких как сиропы, патока, мед, майонез, соки, растительные масла и другие жидкости.

При взаимном движении слоев при деформации сдвига вязкость определяет связь между напряжениями и скоростью деформации. При ламинарном течении многих жидких пищевых продуктов применим закон внутреннего трения Ньютона, согласно которому напряжение сдвига между соседними слоями пропорционально градиенту скорости , где направлено перпендикулярно к направлению потока. Коэффициент пропорциональности называется динамической вязкостью, являющейся постоянной величиной при данной температуре и давлении. Обратная величина вязкости называется текучестью.

Адгезия (липкость) - это способность продуктов проявлять в различной степени силы взаимодействия (связи) с другим продуктом или с поверхностью тары, в которой находится данный продукт. Свойствами липкости обладают многие пищевые продукты: сливочное масло, сыр, мясной фарш, вареные колбасы, ирис и пр., что нужно учитывать при конструировании рабочих органов машин и назначении технологических режимов обработки. Если отрыв продукта от рабочего органа происходит на границе контакта, то такой отрыв называют адгезионным, если по слою продукта - когезионным, а также смешанным или адгезионно-кагезионным.

Для характеристики структурно-механических свойств пищевых продуктов применяют термин «консистенция». Под консистенцией в данном случае понимают комплексный показатель органолептической оценки продукта, характеризуемый совокупностью свойств, таких как вязкость продукта, его липкость, эластичность и пр.

Оптические свойства пищевых продуктов. К оптическим свойствам продуктов относятся прозрачность, цветность, рефракция и оптическая активность. Прозрачность характеризуется способностью продукта пропускать свет. Прозрачность, как показатель оценки, характерна для ликероводочных изделий, пива, минеральных вод, рафинированных растительных масел, столовых виноградных вин, шампанского.

Цвет пищевых продуктов обусловлен естественными красящими веществами (пигментами) или добавлением искусственных красителей. Он должен соответствовать виду товара и быть однородным по всей массе. При тепловой обработке цвет продуктов изменяется.

По способности преломления луча света судят о качестве некоторых продуктов и количественном составе отдельных его частей, например, массовой доле сухих веществ в томатопродуктах, соках, кофе и др.

По оптической активности, т. е. способности вращения плоскости поляризованного луча света, судят о видах сахаров и их количестве в растворе. К оптически активным материалам относятся крахмал, гликоген, сахар, амины, некоторые кислоты и другие вещества.

Теплофизические свойства пищевых продуктов. Теплофизические свойства продуктов выявляются при действии на них тепловой энергии. Эти свойства характеризуются теплоемкостью, теплопроводностью, температурой плавления, затвердевания, замерзания. Знание теплофизических характеристик пищевых материалов необходимо для обеспечения качества готовой продукции при тепловой обработке сырья и полуфабрикатов: варке, выпечке, пастеризации, стерилизации, замораживании, размораживании и т.п.

Качество многих продуктов определяется скоростью их охлаждения в начале хранения. Теплоемкость - количество тепла, поглощенное телом при нагревании на 1 °С. Она характеризует способность материала аккумулировать в себе тепловую энергию. Теплоемкость, рассчитанная на 1 кг продукта, называется удельной теплоемкостью и выражается в Дж/(кг·град). Она зависит от химического состава, структуры, биологических особенностей и других внешних причин. Низкой теплоемкостью отличаются продукты с большой массовой долей жира.

Коэффициентом теплопроводности называется количество тепловой энергии, которая протекает через 1 м² поверхности продукта на толщину 1 м при разнице температур в 1°С за единицу времени. Эта величина характеризует способность тел проводить сквозь себя тепло.Вода и продукты с большим содержанием влаги отличаются большей теплопроводностью, чем жиросодержащие, пористые и сыпучие продукты.

Продукты с высокой теплопроводностью имеют большую скорость нагрева и охлаждения. Температура плавления жиров несколько выше температуры затвердевания. Эти характеристики используются при изучении состава и качества жиров.

Температура замерзания продукта должна учитываться при охлаждении, замораживании и хранении продуктов. Хранение при температуре ниже точки замерзания отрицательно сказывается на качестве молочных продуктов, вин и других напитков.

Сорбционные свойства пищевых продуктов проявляются в гигроскопичности, т.е. в способности продукта сорбировать влагу из окружающей среды. Этот показатель зависит от пористости тела и в большей мере от свойств того или иного продукта. Поглощать влагу способны сухие и относительно сухие продукты, такие как сухое молоко, сахарный песок, сухофрукты, чай, кофе и др.

Массовая доля гигроскопичной влаги в продукте зависит от его химического состава, а также от относительной влажности воздуха, которую измеряют психрометром или гигрографом.

Относительная влажность воздуха, выражаемая в процентах, определяется отношением абсолютного количества влаги в воздухе к количеству воды при наибольшем насыщении для данной температуры.

Пищевые материалы с учетом их реологического поведения под действием внешних факторов могут быть разделены на следующие виды [19]:

§ Твердые тела:

- абсолютно твердые тела;

- упругие твердые тела с линейным поведением, у которых напряжение пропорционально деформации;

- упругие тела с нелинейным поведением, у которых коэффициент пропорциональности между напряжением и деформацией является функцией этой деформации;

- вязкие твердые тела;

§ Вязкоупругие тела:

- идеальные жидкости;

- вязкие жидкости с линейным поведением, у которых напряжение пропорционально скорости деформации,

- вязкие жидкости с нелинейным поведением, у которых коэффициент пропорциональности между напряжением и скоростью деформации является функцией времени и скорости деформации.

Реологическое поведение упругих твердых материалов характеризуется двумя свойствами – упругостью и пластичностью. Пластичность твердого материала – это его возможность течения при определенных условиях деформации. Упругие твердые тела обладают способностью к упругим обратимым деформациям, т.е. восстановлению своей первоначальной формы после снятия нагрузки без каких-либо временных задержек. Накапливая энергию от работы внешних сил, затрачиваемых на деформацию, тело после прекращения действия сил высвобождает эту энергию и направляет ее сразу же на восстановление формы. При временных задержках, что свидетельствует о вязких потерях части упругой деформации, материал будет относиться к вязкоупругим телам.

Для линейных упругих материалов закон Гука при одноосной деформации растяжения , где - нормальное напряжение, - модуль упругости, - деформация растяжения, - упругая податливость – величина обратная модулю упругости материала.

Аналогичная линейная зависимость наблюдается при простом сдвиге, когда касательные напряжения пропорциональны деформации сдвига , где - касательное напряжение, - модуль упругости при сдвиге (модуль сдвига), - величина сдвига.

Линейная зависимость при гидростатическом сжатии , где - объемный модуль сжимаемости, - объемная относительная деформация.

Таким образом, для описания напряженного состояния линейных упругих (изотропных) материалов нужно знать значения двух из приведенных выше констант: - модуль упругости (модуль Юнга), - отношение Пуассона, - модуль упругости сдвига, - объемный модуль сжимаемости.

Многие реальные пищевые продукты обладают анизотропными свойствами, которые в зависимости от направления проведенных измерений будут отличаться д

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: