Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ НАБУХАННЯ ЗЕРНА БОБОВИХ КУЛЬТУР

Мета роботи: дослідити процес набухання зерна бобових культур або сухих круп при різних режимах замочування або бланшування. Вміти застосувати графічну обробку отриманих результатів з використанням напівлогарифмічної системи координат для визначення набухання зерна бобових культур.

Матеріали і обладнання: зерно бобових культур, металеві перфоровані стаканчики, термостати, ваги технічні, фільтрувальний папір.

Загальні теоретичні положення:

Зерно бобових культур, до яких відносяться горох, квасоля, нут, соя, сочевиця тощо, використовується при виробництві овочевих або м'ясо-овочевих консервів, перших обідніх та других страв. Крім зерна бобових культур як приправу чи гарнір використовують рис, макаронні вироби, сухі овочі та різні крупи – кукурудзяну, гречану, перлову тощо.

Сполучення м’яса та зерна бобових культур у м’ясо-рослинних консервах підвищує їх харчову і біологічну цінність та засвоюваність готової продукції. Ці консервовані продукти можна використати як холодної закуски, а також для приготування високопоживних перших і других страв.

Дуже важлива якість і попередня підготовка зерна бобових культур. Пересушені зерна бобових втрачають здатність до набухання, а оболонка втрачає свою еластичність. При високотемпературній обробці оболонка розривається і крохмаль переходить у заливу, перетворюючи її в клейстер. Не можна використовувати також заморожені зерна бобових культур, тому що при розморожуванні їх крохмаль оцукрюється і втрачає здатність до набухання, а виготовлені з них продукти мають низьку якість.

Процес попередньої обробки зерна бобових культур включає замочування у холодній воді або бланшування у гарячій воді для всмоктування вологи і набухання. Набухання відбувається за рахунок зв’язування вологи білками та крохмалем і залежить від температури води. Об’єм зерна бобових культур збільшується у 1,6…2,6 рази, оболонка зерна стає еластичною і при високотемпературній обробці залишається цілою.

Кінетику процесу набухання описують рівнянням:

,

где – ступінь граничного набухання;

– ступінь набухання до певного моменту часу, τ;

– константа набухання, яка залежить від природи продукту і температури обробки.

В результаті інтегрування рівняння приймає наступний вигляд:

Після визначення ступеня набухання через певні відрізки часу можна отримати криві, які називають кінематичними кривими набухання. Одержані криві мають експериментальний характер і при відповідних напівлогарифмічних координатах (лінійна шкала – час набухання, логарифмічна – ) випрямляються. Тому, за аналогією з процесом теплообміну при регулярному тепловому режимі, відносно до процесу масообміну при набуханні рівняння випрямлених кривих буде мати наступний вигляд:

,

де – час досягнення заданого ступеня набухання ;

– константа інерції набухання – час, необхідний для зменшення у 10 разів різниці між максимальним і заданим ступенем набухання або час, необхідний для того, щоб ступінь набухання досяг величини, яка становить 90 % від максимальної, хв.

Величина , яку визначають як час проходження кривої одного логарифмічного циклу, дозволяє порівняти швидкості набухання різних видів матеріалів, а також швидкість набухання при різних температурах.

Методика виконання роботи

Замочування зерна бобових культур або інших сухих рослинних матеріалів проводять в термостатах у воді при температурах від 20 до 90ºС з інтервалом в 10 ºС, бланшування – у киплячій воді.

Для кожного варіанта готують 6…10 наважок по 20, які поміщають у металеві перфоровані стаканчики і занурюють у воду, нагріту до тієї або іншої певної температури.

Через кожні 5 хв одну із наважок виймають з води, забирають зайву вологу фільтрувальним папером і зважують. Результати вимірювань заносять до табл. 1.

Таблиця 1

Температура обробки, ºС	Тривалість обробки, хв.
	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45

Ступінь набухання виражають через збільшення маси у % до маси взятої наважки G₀:

,

де G_τ – маса набухлої наважки у певний проміжок часу, г;

G₀ – вихідна вага наважки, г.

Результати дослідів відображають графічно в координатах: вісь «Х» – час набухання, хв; вісь «У» – ступінь набухання , %.

Для розрахунку кінетичних констант інерції набухання визначають максимально досягнуте у досліді .

За даними , де – ступінь набухання у кожному вимірюванні, будують графік кривих інерції набухання у напівлогарифмічній системі координат: вісь «Х» – час набухання – лінійна шкала, вісь «У» – – логарифмічна шкала.

Аналогічно до натуральних кривих набухання при викреслюванні кривої інерції набухання логарифмічна шкала будується таким чином, щоб різниця зростала зверху до низу. Криву будують методом найменших квадратів за рівнянням у=а+ bх, яке вирішують для находження коефіцієнтів а і b за допомогою системи рівнянь:

де ;

х – час замочування;

n – кількість вимірювань.

За допомогою коефіцієнтів а і b уточнюють координати кожної точки, через які проводять криву інерції набухання для даного виду дослідного продукту. По цій кривій графічно визначають значення тривалості проходження кривої одного логарифмічного циклу.

Шляхом розрахунку визначають константу інерції набухання за формулою

Зміну маси матеріалу, ступінь набухання та ін. значення розраховують і заносять до табл. 2.

За даними отриманих таблиць будують графіки (рис. 1, рис. 2).

Для уточнення координат випрямленої кривої (рис. 2) розв’язують систе

му рівнянь і визначають коефіцієнти а і b. Для цього складають табл. 2 и 3.

Таблиця 1

τ, хв.	Маса, г	Прирощування маси, г	φτ ,%	φmax- φτ	lg (φmax- φτ)
0	20	-	-	-	-
10	31.06	11.06	55.3	57.2	1.75
20	33.53	13.53	67.6	44.9	1.65
30	34.00	14.00	70.0	42.5	1.63
40	37.28	17.28	86.4	26.1	1.42
50	37.30	17.30	86.5	26.0	1.41
60	39.00	19.00	95.0	17.5	1.24
70	40.00	20.00	100.0	12.5	1.09
80	40.10	20.10	100.5	12.0	1.08
90	41.00	21.00	105.0	7.5	0.85
100	41.10	21.10	105.5	7.0	0.84
110	42.35	22.35	111.7
120	42.50	22.50	112.5

Таблиця 2

Вихідні дані		Розрахункові дані		Уточнені координати
х = τ, хв.	у = lg (φmax- φτ)	х·у	х2
10	1.75	17.5	100	1.77 0.81
20	1.65	33.0	400
30	1.63	48.9	900
40	1.42	56.8	1600
50	1.41	70.5	2500
60	1.24	74.4	3600
70	1.09	76.3	4900
80	1.08	86.4	6400
90	0.85	76.5	8100
100	0.84	84.0	10000
Σ х = 550	Σ у = 12.96	Σ (х·у) = 624.3	Σ х2 = 38500

Складаємо систему координат: n = 10.

-55

; ;

;

Знаходимо уточнені координати: у=а+bn

;

По точках и проводимо лінію і визначаємо як час проходження одного lg циклу

Розрахункове

Використовуючи отримані експериментальні значення констант інерції набухання , необхідно зробити порівняльну оцінку швидкості набухання різних видів матеріалів і впливу температури води на ступінь набухання.

Звіт про лабораторну роботу

Протокол повинен містити вступ, короткий огляд літератури, мету дослідження, методику проведення роботи, наводяться результати дослідів у вигляді таблиць і графіків. Наприкінці робиться короткий висновок відносно впливу температури і часу на тривалість процесу набухання зерна бобових культур.

Питання для самоконтролю

1. З якою метою проводять замочування та бланшування зерна бобових культур?

2. Які елементи хімічного складу набухають при замочуванні і при якій температурі?

3. Як впливає підвищення температури на швидкість набухання?

4. Які бобові культури використовуються при виробництві консервованої продукції?

5. Яке фізичне значення константи набухання f_н?

6. Яке рівняння характеризує швидкість набухання бобових?

7. Як впливає на процес замочування жорсткість води?

Література

1. Кравченко М.Ф. Теоретичні основи харчових технологій: навч. посіб. / М.Ф. Кравченко, А.В. Антоненко. –К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2011. –516 с.

2. Пивоваров П.П. Теоретичні основи харчових технологій: навч. посіб./ П.П. Пивоваров. – Х.: ДУХТ, 2010. – 410 с.

3. Плахотін В.Я. Теоретичні основи технологій харчових виробництв: навч. посіб./ В.Я. Плахотін, Г.П. Хоміч. – К.: Центр навч. літ., 2006. – 640 с.

4. Технология пищевых производств /Л.П. Ковальская, И.С. Шуб, Г.М. Мелькина и др. – М.: Колос, 1997. – 752 с.