Глава 2 физические свойства пищевых продуктов

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

В товароведении, прежде всего, используются главнейшие законы классической физики (газы, жидкости, электричество и магнетизм, волновые процессы). Продукты питания могут находиться в различных агрегатных состояниях – жидком, полужидком, твердом. Многие из продуктов имеют сложную пористо-коллоидную структуру (хлеб и хлебобулочные изделия, макаронные изделия, мясо, рыба, плоды и овощи и др.). Различие свойств и доброкачественности множества продуктов питания в значительной степени определяются разнообразием их структур и химического состава.

В товароведении широко применяются самые разнообразные физические методы исследования пищевых продуктов – определение плотности, теплотворной способности, точек кипения и застывания, оптические методы исследования и многие другие.

Физика связана с товароведением продовольственных товаров в области переработки и хранения продуктов.

Товароведение продовольственных товаров тесным образом связано также и со многими разделами физической химии. Например, в товароведении большое значение придается реакциям, происходящим в пищевых продуктах под действием света. Эти вопросы изучаются одним из важных разделов физической химии – фотохимией. Физическая химия изучает также вещества (растворы), занимающие промежуточное положение между химическими соединениями и физическими смесями. На основе изучения физических свойств растворов возник исключительно важный раздел физической химии – коллоидная химия, которая изучает химические и физические свойства дисперсных систем. Коллоидная химия дала такие методы исследования, как ультрамикроскопию, ультрацентрифугирование, хроматографические методы исследования и ряд других.

Такие важные вопросы, как помутнение напитков, коагуляция, образование эмульсий, желеобразование, черствение хлеба и ряд других процессов находят объяснение только с позиций физической химии.

Все физические свойства пищевых продуктов можно сгруппировать по следующим видам:

• общие: форма, размер, плотность, абсолютная или объемная масса, скважистость;

• структурно-механические: прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, текучесть, ползучесть, адгезионные и тикстропные свойства;

• теплофизические: теплоемкость, теплопроводность, тепмературопроводность;

• электрофизические: диэлектрическая проницаемость, электропроводность;

• оптические: цвет (окраска) продуктов, прозрачность, рефракция света, оптическая активность;

• сорбционные свойства: адсорбция, абсорбция, хемосорбция, капиллярная конденсация, гигроскопичность пищевых продуктов.

Общие физические свойства. Масса, размер, форма, плотность – являются показателями качества многих пищевых продуктов.

Масса (от латинского massa – глыба, ком, кусок) – физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.

В товароведении для оценки качества используется показатель – масса единицы продукции. Нормируется масса многих продуктов питания – хлеба и хлебобулочных изделий, большинства кондитерских изделий, сычужных сыров, творожных сырков и др.

Размер нормируется для определения качества большинства свежих плодов и овощей, для колбасных изделий, сыров, макаронных изделий и др. Устанавливается крупнота помола муки по размеру частиц, величина размера крупинок различных круп и т.д.

Форма многих кондитерских изделий, сыров, хлеба и хлебобулочных изделий зависит от качества сырья и технологических процессов. Форма плодоовощей является показателем ботанического вида и сорта.

Плотность – масса вещества, заключенная в единице объема, вычисляется по формуле:

,

где Д – плотность продукта, г/мл;

м – масса продукта, г;

V – объем продукта, мл.

В товароведении часто применяют понятие относительная плотность. Эта величина выражается отношением плотности исследуемого вещества к плотности стандартного вещества Р_о в определенных условиях:

При этом в качестве стандартного вещества принимают дистиллированную воду при температуре 4С и 760 мм рт. ст.

В большинстве случаев относительная плотность определяется в жидкостях для пересчета объемных единиц в весовые и обратно. В некоторых случаях (растительных маслах, животных жирах и др.) определяют удельный вес, характеризуемый отношением веса продукта к весу воды, взятых в одинаковых объемах при одной и той же температуре (20 или 15). По величине плотности можно судить о количестве спирта в водке, сахарозы в растворе сахара, соли в рассоле и т.д. По плотности можно установить состав продукта и его строение. Например, плотность характеризует химический состав жиров и молока. Плотность жиров меньше единицы и зависит от их жирокислотного состава. Чем больше процент кислорода в молекуле жирной кислоты, тем выше ее плотность. Поэтому насыщенные высокомолекулярные эфирные кислоты отличаются меньшей плотностью по сравнению с низкомолекулярными. А уменьшение количества жира (плотность молочного жира 920 кг/м³) увеличивает плотность молока, а разбавление его водой уменьшает ее. Чем выше плотность картофеля, тем больше содержится в нем крахмала; яблоки с более высокой плотностью в тканях содержат меньше воздуха.

Плотность многих компонентов пищевых продуктов больше единицы (белков, углеводов, органических кислот), плотность жиров меньше единицы. Поэтому такие продукты, как растительное и коровье масла, животные жиры имеют плотность меньше единицы. Относительная плотность некоторых жидких продуктов будет тем выше, чем больше концентрация в них сахаров и других экстрактивных веществ. Рассчитав количество сухих веществ с помощью относительной плотности, в некоторых изделиях, например, в карамельной массе, можно определить и влажность.

Относительную плотность определяют различными методами: с помощью пикнометров, ареометров, гидростатических весов и измерением гидростатического давления.

Пикнометрический метод основан на установлении массы исследуемой жидкости при 20 и равного объема дистиллированной воды при той же температуре. Отношение массы исследуемой жидкости к массе дистиллированной воды показывает относительную плотность. Этот метод является наиболее точным.

Ареометрический метод основан на использовании закона Архимеда, согласно которому на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, направленная вертикально и численно равная весу жидкости в объеме погруженной части тела. Поэтому ареометры будут погружаться в исследуемую жидкость в зависимости от ее плотности на различную глубину. Метод отличается простотой и быстротой определения, но по точности уступает пикнометрическому.

Структурно-механические свойства. Прочность твердых тел, в широком смысле – свойство сопротивляться разрушению (разделение на части), а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Разрушение твердого тела – сложный процесс, зависящий от многих факторов. Поэтому величины, определяющие прочность, являются условными. В зависимости от материала, вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб) и условий эксплуатации (температура, время действия нагрузки и др.) приняты различные меры прочности – предел текучести, временное сопротивление, предел усталости и др.

Физическая природа прочности обусловлена в конечном счете силами взаимодействия между атомами или ионами, составляющими тело. Если пластическая деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объеме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластической деформации называют хрупким. При низкой температуре разрушение преимущественно хрупкое, при высокой – вязкое. Поскольку разрушение есть процесс зарождения и роста трещин и пор, оно характеризуется скоростью или временем от момента приложения нагрузки до момента разрыва, т.е. долговечностью материала. Существует почти постоянное предельное значение напряжения, выше которого образец разрушается практически мгновенно, а ниже – живет неограниченно долго. Это значение можно считать пределом прочности.

Прочность является важным показателем для многих продовольственных товаров в процессе их транспортирования, хранения и реализации.

Твердость – характеристика материала, отражающая его прочность и пластичность. В товароведении под твердостью понимают свойство тела препятствовать проникновению в него другого, более твердого тела. Наиболее часто твердость определяется методом вдавливания шарика или призмы в испытуемый образец. По методу Виккерса остроугольная пирамида стандартных размеров вдавливается острием в исследуемый предмет и твердость определяется как отношение некоторой стандартной силы вдавливания к 1 мм² площади отпечатка. В последнее время получает распространение метод измерения твердости с помощью УЗ колебаний, в основе которого лежит измерение реакции колебательной системы (изменения ее собственной частоты) на твердость испытуемого материала.

В товароведной практике твердость определяют при оценке качества плодов, овощей, сахара, зерна и других продуктов. С помощью твердости можно объективно оценить степень зрелости плодов и овощей.

Упругость, свойство тел изменять форму и размеры под действием нагрузок и самопроизвольно восстанавливать исходную конфигурацию при прекращении внешних воздействий. В большинстве материалов при малых деформациях зависимости между напряжениями и деформациями можно считать линейными и описывать обобщенным законом Гука.

Упругость тел обусловлена силами взаимодействия атомов, из которых они построены. Под действием внешних напряжений атомы смещаются из своих равновесных положений. После снятия внешних напряжений, упруго деформированные тела оказываются неустойчивыми и самопроизвольно возвращаются в равновесное состояние. Обратимая деформация может быть упругой и эластичной. При упругой деформации происходит моментальное восстановление объема и формы. При эластичной деформации объем и форма восстанавливаются в течение некоторого времени, а само свойство называется эластичностью.

Упругость и эластичность необходимо учитывать при перевозке и хранении таких продуктов как хлеб и хлебобулочные изделия, кондитерские, мясные, рыбные и др. изделия. По эластичности можно косвенно судить о качестве продукции. Так, клейковина пшеничной муки с хорошей эластичностью, обусловливает высокие хлебопекарные и макаронные свойства муки; эластичный мякиш хлеба – важнейший показатель высокого качества хлеба; эластичность – один из главных признаков свежести рыбы и мяса.

Пластичность – свойство материалов твердых тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, которые ее вызвали. В товароведении показатель пластичности учитывают при оценке особенностей сырья и полуфабрикатов изменять размер и форму при специальной обработке и сохранять их в дальнейшем. Это находит применение при производстве карамели, печенья, пищевых концентратов, макаронных изделий, плодово-ягодных киселей, прессованных чаев и др.

Релаксация – процесс установления равновесия в макроскопических физических системах (твердых телах, жидкостях, газах). В товароведном понимание релаксация – свойство материала, характеризующее скорость (время) перехода упругих деформаций в пластические при постоянной нагрузке. Определенной величиной релаксации характеризуются только продукты твердо-жидкой структуры (сыр, творог, мышечная ткань и др.). Изготовление некоторых пищевых продуктов основано на релаксации, например, из мяса, обладающего упругой деформацией, при измельчении получают фарш, а из него колбасу, которая имеет свойства пластического материала.

Релаксация продуктов имеет большое значение при неправильной перевозке и хранении хлеба, кондитерских изделий, плодов, овощей, сыров и др. продуктов.

Вязкость (внутренне трение) – свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой под влиянием действия внешней силы. Основной закон вязкого течения был установлен И. Ньютоном.

Вязкость выражают в пуазах или в числах условной вязкости. Пуаз измеряется касательной силой, приходящейся на 1 кв. см. площади двух слоев жидкости, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см, и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/сек. Вязкость воды при 20С равна около 0,01 пуаза, поэтому вязкость продуктов для сравнения с вязкостью воды выражают в сантипуазах (10^-3 Пас) – этиловый спирт – 1,200; глицерин 1500 и т.д. Вязкость – один из важнейших показателей состояния таких пищевых продуктов, как мед, сиропы, растительные масла, майонез, соки, спиртные напитки и др. Густая сметана и сливки, мягкое мороженое обладают высокой вязкостью и не текут, но меняют свою форму. Вязкость оказывает влияние на многие важные технологические процессы, такие как – фильтрация, осаждение, перемешивание, перекачивание и др. Показатель вязкости часто применяют для определения степени готовности и качества продукта.

Вязкость уменьшается при повышении температуры и возрастает с увеличением концентрации растворов.

Для определения вязкости используют вискозиметры и пластомеры.

Липкость (адгезия) – это способность продуктов проявлять более или менее значительные силы взаимодействия с другим продуктом или с поверхностью тары, в которой находится продукт. Этот показатель тесно связан с пластичностью, вязкостью и другими структурно-механическими свойствами.

Липкость обусловлена молекулярными связями продукта с твердой поверхностью. Излишняя липкость может усложнить технологический процесс; при разрезании продукта происходит прилипание к ножу, а при разжевывании продукт прилипает к зубам или нёбу. Это свойство продуктов принимается в расчет при выборе упаковочного материала и условий хранения.

Текучесть, свойство тел пластически или вязко деформироваться под действием напряжений; характеризуется величиной обратной вязкости. У вязких тел (газов, жидкостей) текучесть проявляется при любых напряжениях, у пластичных твердых тел – лишь при высоких напряжениях, превышающих предел текучести. У различных тел существуют разные механизмы текучести, определяющие сопротивление тел пластичному или вязкому течению. С явлением текучести в товароведении сталкиваются при изучении свойств и качества жидких продуктов.

Ползучесть – медленная непрерывная пластичная деформация твердого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены все твердые тела – как кристаллические, так и аморфные, подвергнутые любому виду нагружений. Поскольку деформация и скорость ползучести увеличивается с возрастанием температуры, то ее вредные последствия особенно проявляются при повышенных температурах. Ползучесть описывается так называемой кривой ползучести, которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжения). Для сравнительной оценки материалов сопротивления ползучести характеризуют пределом ползучести – напряжением, при котором за данное время достигается деформация определенной величины. Ползучесть характерна для таких товаров как сыры, мороженое, коровье масло, мармелад, повидло и др.

Теплофизические свойства. Значение теплофизических свойств и характеристик имеет важное значение для снижения потерь пищевых продуктов при хранении.

Тепло- и массообменные процессы, происходящие в пищевых продуктах и окружающей их среде, представляют наиболее сложную и малоизученную область технологии длительного хранения продуктов питания.

На основе теплофизических свойств можно судить об оптимальных условиях хранения каждого из продуктов, выбирать рациональные средства для их поддержания, строить математические модели для изучения конкретных процессов. Особого внимания заслуживает концепция обобщенной движущей силы тепломассообмена, которая позволяет с новых позиций рассмотреть явление потери массы пищевых продуктов при испарении ими влаги.

В зависимости от химического состава, структуры и параметров состояния пищевые продукты обладают определенными теплофизическими характеристиками.

Для характеристики тепловых свойств пищевых продуктов используют общие законы термодинамики.

Теплота является одной из форм передачи энергии от одного тела к другому.

Мерой скорости теплового движения молекул является один из параметров вещества – температура. В настоящее время принята в качестве основной термодинамическая температурная шкала. Единица температур по этой шкале получила название кельвин (К) по имени английского ученого. В практических условиях наряду с основной термодинамической шкалой используется Международная практическая температурная шкала с единицей градус Цельсия (С). Единицами температур могут быть и кельвин и градус Цельсия, в зависимости от начала отсчета. Если за начало отсчета принят абсолютный нуль, то температура выражается в кельвинах, а если отсчет ведется от температуры плавления льда, то температура выражается в градусах Цельсия.

Теплоемкость – это количество тепла, поглощаемое телом при нагревании на 1С. Теплоемкость, рассчитанная на 1 кг продукта носит название удельной теплоемкости и рассчитывается по формуле:

,

где С – удельная теплоемкость, Дж (кгград.);

Q – тепловая энергия, Дж;

М – масса продукта, кг;

t – перепад температуры, град.

Удельная теплоемкость пищевых продуктов колеблется от 708 до 4300 Дж. Этот показатель находится в зависимости от химического состава, биологических особенностей, структуры пищевых продуктов, а также от многих внешних причин.

Удельная теплоемкость отдельных пищевых продуктов выглядит следующим образов (в Дж):

Масло подсолнечное 2198-2239

Мясо говяжье 2931-3517

Морковь 3349-3900

Картофель 3550 -3559

Коэффициент теплоемкости используют для расчета количества тепловой энергии для охлаждения и замораживания продуктов в процессе их хранения и транспортирования.

Удельная теплоемкость воды равна 4,1910³ Дж, сухого воздуха – 1,010³, льда – 2,0810³, жира 1,7610³, углеводов - 1,4210³, белков 1,5510³.

Зная химический состав пищевого продукта можно легко вычислить его удельную теплоемкость по следующей формуле:

,

где С_в – теплоемкость воды;

В – содержание влаги в продукте;

С_св - теплоемкость сухих веществ.

Так, для муки влажностью 15% и удельной теплоемкостью сухих веществ 1,4510³, удельная теплоемкость составит:

С= 4,1910³  0,15 + 1,4510³ (1-0,15)=1,8710³ Дж.

Для определения количества тепла, которое необходимо удалить при охлаждении муки с 22 до 2С, надо ее удельную теплоемкость умножить на разность температур (20С) и общую массу нетто продукта.

Теплопроводность – способность пищевого продукта проводить тепло при разности температур в различных его частях.

Коэффициент теплопроводности продуктов - это количество тепловой энергии, которое проходит через массу продуктов толщиной в 1 м на площади 1 м² за 1 час при разности температур в противоположных частях в 1.

где  – коэффициент теплопроводности, Вт (мград.);

Q – тепловой поток, Дж;

F – площадь, через которую передается тепло, м^2;

D - толщина слоя, м;

T₁T₂ – разница температур в противоположных слоях, град.;

Z – время, ч.

Теплопроводность зависит от температуры и содержания влаги в продукте. При повышении температуры этот показатель возрастает. Теплопроводность многих пищевых продуктов (мяса, рыбы, плодов, соков и др.) близка к теплопроводности воды. Для дисперсных продуктов (зерна, муки, сахара-песка) коэффициент теплопроводности зависит от размеров частиц, пористости, насыпной плотности, дополнительного переноса тепла и теплообмена в порах.

Коэффициент теплопроводности в продуктах колеблется от 0,115 до 0,643 Вт. Наибольшая теплопроводность отмечается в молоке (0,643), моркови (0,630), пиве (0,556), а наименьшая – в жире свином (0,170), муке пшеничной (0,140), крахмале картофельном (0,115). Зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, что объясняется ее органическим составом. Воздух, занимающий до 40-45% объема зерновой массы, также плохой проводник тепла. Коэффициент теплопроводности воздуха при температуре 20С имеет коэффициент теплопроводности, равный 0,09 Вт. Низкая теплопроводность способствует сохранению пониженных температур в массе охлажденных и замороженных продуктов. Вместе с тем она приводит и к накоплению тепла в массе хранящихся продуктов и их самосогреванию. Это приводит к порче продукта, а также требует больших затрат холода на охлаждение и замораживание.

Пример. Через слой продукта толщиной 0,5 м на поверхности 1 м² за 24 часа при разности температур 10 град. прошло 50 Дж тепла. Таким образом:

= Вт (мград.)

Коэффициент температуропроводности зависит от теплоемкости, теплопроводности и плотности и равен количеству тепловой энергии, проходящей в единицу времени через единицу поверхности при единичном градиенте внутренней энергии. Он определяется по формуле:

,

где а - коэффициент температуропроводности, м²/с;

 - коэффициент теплопроводности, Вт (м. град.);

с – удельная теплоемкость, Дж (кг.град.);

- плотность вещества, кг/м³.

Коэффициент температуропроводности характеризует скорость выравнивания температуры в различных точках температурного поля. При прочих равных условиях быстрее нагревается или охлаждается тот продукт, который имеет большую температуропроводность. Больший он у сахара-рафинада, мякише батона, а меньший у пшена, топленого жира, сушеного картофеля. Зерновая масса имеет низкий коэффициент температуропроводности, т.е. обладает большой тепловой инерцией. Низкая температуропроводность позволяет при правильно организованном режиме сохранять в зерне низкую температуру при хранении и в летнее время года. Пониженная температура замедляет или приостанавливает все физиологические процессы, протекающие в зерновой массе (дыхание, жизнедеятельность микроорганизмов, насекомых и т.д.). Таким образом, низкая температуропроводность позволяет консервировать зерно. И, наоборот, при определенных условиях, выделяемое тепло зерна может удерживаться в зерновой массе и приводить к повышению температуры.

Термовлагопроводность – это перемещение влаги в продуктах, обусловленное градиентом температуры. Интенсивность термовлагопроводности характеризуется термоградиентным коэффициентом. Влага перемещается по направлению потока тепла в более холодные слои или участки. Это может способствовать скоплению конденсата водяных паров, набуханием или прорастанием (зерно).

Электрофизические свойства. Электрофизические свойства характеризуют отношение продуктов к прохождению через них электрического тока. К этим свойствам относят диэлектрическую проницаемость, электропроводность и др.

Различные пищевые продукты могут быть отнесены как к разряду диэлектриков, так и к разряду проводников.

Диэлектрики – вещества плохо проводящие электрический ток. Диэлектриками являются все газы (неионизованные), некоторые жидкости и твердые тела. Отдельные компоненты пищевых продуктов, как углеводы, белки, жиры и вода относятся к разряду диэлектриков, а водные растворы солей (электролиты) – к разряду проводников.

Диэлектрическая проницаемость – это величина характеризующая поляризацию диэлектриков под действием электрического поля. Она входит в закон Кулона как величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Диэлектрическую проницаемость учитывают при обработке пищевых продуктов токами высокой частоты (ВЧ), токами сверхвысокой частоты (СВЧ) и инфрокрасным (ИК) излучением.

Электропроводность (электрическая проводимость, проводимость), способность тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность. Проводники всегда содержат свободные носители заряда – электроны, ионы, направленное движение которых и есть электрический ток. Сила электрического тока зависит от приложенной к проводнику разности потенциалов, которая определяет напряженность электрического поля внутри проводника. На измерении электропроводности основано определение влажности различных пищевых продуктов - зерна, муки, сахара, соли и др. На этом принципе производят определение титруемой кислотности некоторых жидких темноокрашенных продуктов - соков, напитков, вин и др.

Электропроводность с увеличением влажности продуктов возрастает.

Оптические свойства. Цвет - одно из свойств материальных объектов, воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. В большинстве случаев цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз потоков видимого излучения (воспринимаемого глазом электромагнитного излучения с длинами волн от 380 до 760 нМ). Иногда цветовое ощущение возникает без участия лучистого потока – при давлении на глазное яблоко, ударе, электрическом раздражении, а также по мысленной ассоциации с другими ощущениями (звука, тепла) и в результате работы воображения. Цвет предмета обусловлен следующими факторами: его окраской и свойствами его поверхности; оптическими свойствами источников света и среды, через которую свет распространяется; свойствами зрительного анализатора человеческого мозга. Восприятие цвета может частично меняться в зависимости от психофизиологического состояния наблюдателя, например, усиливаться в опасных ситуациях, уменьшаться при усталости и т.д. Несмотря на адаптацию глаза к условиям освещения, восприятие цвета может довольно заметно отличаться от обычного при изменении интенсивности излучения.

Излучения с длинами волн от 380 до 470 имеют фиолетовый и синий цвет, от 470 до 500 – сине-зеленый, от 500 до 560 – зеленый, от 560 до 590 – желто-оранжевый, от 590 до 760 нМ – красный. В более мелких участках этих интервалов цвет излучений соответствует различным оттенкам указанных цветов.

При качественном описании цвета используют три его субъективных атрибута: цветовой фон, насыщенность и светлоту. Наиболее важный атрибут цвета - цветовой тон («оттенок цвета») – ассоциируется в человеческом сознании с обусловленностью окраски предмета определенным типом пигмента или красителя. Насыщенность характеризует степень, уровень, силу выражения цветового тона. Этот атрибут в человеческом сознании связан с количеством (концентрацией) пигмента. Серые тона называют ахроматическими (бесцветными) и считают, что они не имеют насыщенности и различаются лишь по светлоте.

Существует много определений цвета как физической величины. В колориметрии цвет обозначают совокупностью трех чисел.

Натренированный глаз различает по цветовому тону (ЦТ) около 150 цветов, по насыщенности около 25, по светлоте от 64 при высокой освещенности до 20 при пониженной. Около 90% всех людей обладают нормальным цветовым зрением и около 10% частично или полностью «цветнослепые». Характерно, что из этих 10% людей с аномалиями цветового зрения 95% – мужчины.

Существует три вида таких аномалий: краснослепые (протанопы) – не отличают красных цветов; зеленослепые (дейтеранопы) – не отличают или плохо отличают зеленые цвета; синеслепые (тританопы) – не отличают синих цветов. Очень редки случаи полной цветовой слепоты, когда воспринимаются лишь ахроматичные образы. На адаптацию зрения в весьма широких пределах влияют вариации условий освещения. Например, при желтоватом освещении, синие и зеленые цветовые тона различаются хуже, чем красные и оранжевые, а при синеватом освещении в пасмурную погоду, наоборот, хуже различаются красные и оранжевые цветовые тона. При слабом освещении все цвета различаются хуже и воспринимаются менее насыщенными («эффект сумеречного зрения»). При очень сильном освещении цвета воспринимаются тоже менее насыщенными и «разбеленными».

Колориметрия (цветовые измерения) – наука о методах измерения и количественном определении цвета. В результате цветовых измерений (ЦИ) определяются три числа, так называемые цветовые координаты (ЦК), полностью определяющие цвет при некоторых строго стандартизированных условиях его рассматривания. Три выбранных линейно независимых цвета называются основными цветами (ОЦ); они определяют цветовую координатную систему (ЦКС). Кроме того, существует принцип зрительного сравнения при цветных измерениях с помощью цветовых атласов, представляющие собой систематизированные наборы цветных образцов в виде окрашенных бумаг или растворов. В России используют цветовые атласы Рабкина. Цветовые измерения при помощи цветовых атласов являются прикидочными и могут с успехом производиться в случаях, когда большая точность не нужна или неудобно применять другие методы.

Цвет пищевых продуктов обусловлен наличием в них окрашенных соединений как естественного, так и синтетического происхождения. Например, цвет многих овощей определяется содержанием хлорофилла, плодов – каротина, ягод (черники, малины, винограда) – антоцианов, а мяса – миоглабина.

Цвет пищевых продуктов характеризуется спектром поглощения. По спектру поглощения можно определить содержание некоторых окрашенных соединений в различных продуктах питания. Определение красящих веществ в продуктах производят с помощью фотоэлектроколометров и спектрофотометров. В растворах цветность можно определить на цветометрах путем сравнения испытуемого образца с эталонами - цветными стеклами. Определяют цвет и визуальным способом при органолептической оценке качества продуктов. Цвет является одним из основных показателей при органолептической оценке качества многих продуктов питания.

Прозрачность – отношение светового потока, прошедшего в среде без изменения направления путь, равный 1, к потоку, вошедшему в эту среду в виде параллельного пучка. Высокой прозрачностью обладают среды с направленным пропусканием излучения. Прозрачность зависит от длины волны излучения, т.е. она связана только с коэффициентом направленного пропускания. В слое толщиной 1 см прозрачность оптического кварца равна 0,999, а оптического стекла – 0,990-0,995.

Прозрачность в вопросах товароведения играет существенную роль, особенно для жидких продуктов, таких как различные безалкогольные напитки. соки, пиво и др.

Рефракция света – изменение направления распространения светового излучения при переходе из одной среды в другую. В товароведении при анализе и определении качества пищевых продуктов используют рефрактометрию.

Рефрактометрия (от лат. refractus – преломленный и греч. metreo – измеряю) – метод измерения показателя преломления твердых, жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического излучения. Основным методом рефрактометрии является метод прямого измерения угла преломления света при прохождении им границы раздела двух сред.

Рефрактометрия в наше время нашла широкое применение для определения состава и структуры вещества, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях.

С помощью рефрактометрического метода в товароведении устанавливают концентрацию растворов сахарозы, содержание сухих веществ в томатопродуктах, напитках, соках и др.

Оптическая активность – способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через нее оптического излучения (света). Впервые это явление обнаружено в 1811 г. французским ученым Д. Араго в кварце. Оптически активные вещества разделяют на правовращающие (положительно вращающие) и левовращающие (отрицательно вращающие). Свойства оптической активности обнаруживают широкие классы веществ, в особенности органических. Методы, основанные на измерении оптической активности, используются в физике, химии, биологии и других научных исследованиях. Оптически активными веществами являются сахар, крахмал, гликоген, аминокислоты и др. вещества.

Для характеристики оптической активности отдельных продуктов используют показатель удельного вращения:

,

где а – угол поворота плоскости поляризации, град.;

l – толщина слоя жидкости, дм.;

c – концентрация раствора в граммах активного вещества на 100 см³ раствора.

Оптическую активность определяют различными поляриметрами.

Сорбционные свойства. Пищевые продукты обладают способностью поглощать (сорбировать ) из окружающей среды пары различных веществ и газы. При определенных условиях наблюдается обратный процесс выделения (десорбции) этих веществ в окружающую среду. В продуктах происходят такие сорбционные явления, как адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация и хемосорбция, суммарный результат которых называют сорбцией.

Адсорбция – это поглощение веществ поверхностью продукта; абсорбция – поглощение веществ всем объемом продукта; хемосорбция – поглощение веществ продуктом с образованием химических соединений; капиллярная конденсация – образование жидкой фазы в порах и капиллярах твердых продуктов при поглощении паров вещества.

Отдельные продукты (например, зерномучные) в целом хорошие сорбенты. Их значительная сорбционная емкость объясняется двумя причинами: капиллярно-пористой коллоидной структурой и скважистостью. Стенки макро- и микрокапилляров во внутренних слоях продукта являются активной поверхностью, участвующей в процессах сорбции молекул паров и газов. Активная поверхность продукта намного превышает его истинную. Сорбционные процессы особенно характерны для покровных тканей (оболочек) отдельных продуктов, имеющих капиллярно-пористую структуру.

Сорбционные свойства имеют огромное значение в практике хранения, обработки и транспортирования пищевых продуктов. Изменение влажности и массы хранимых или транспортируемых партий пищевых продуктов чаще всего является следствием сорбции или десорбции паров воды. Рациональные режимы сушки или активного вентилирования продуктов (зерно, плоды, овощи) могут быть осуществлены только с учетом их сорбционных свойств.

Наибольшее влияние на стойкость продуктов при хранении оказывает способность их к сорбции и десорбции паров воды, т.е. их гигроскопичность.

Количество гигроскопичной влаги зависит от структуры продукта. Так, порошкообразные продукты (сухое молоко, мука, сахар, кофе и др.), а также сушеные овощи и фрукты характеризуются высокой гигроскопичностью Наличие гигроскопичной воды зависит и от химического состава, т.е. от наличия веществ, которые относительно активно поглощают пары воды из воздуха. К таким веществам относится фруктоза, обусловливающая гигроскопичность меда, соли кальция и магния, которые присутствуют в качестве примесей в поваренной соли и обуславливают ее гигроскопичность. Гигроскопические свойства пищевых продуктов имеют исключительно важное значение. Это объясняется тем, что вода является средой, при участии которой совершается обмен веществ.

Влагообмен между пищевыми продуктами и окружающей средой (воздухом) может происходить в двух противоположных направлениях:

• увлажнение в связи с поглощением влаги из окружающего воздуха – процесс сорбции. Этот процесс происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности продукта меньше парциального давления водяных паров в воздухе;

• передача влаги от продукта к воздуху – процесс десорбции. Этот процесс происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности продукта больше парциального давления водяных паров в воздухе.

По наличию влаги пищевые продукты можно разделить на три основные группы: продукты с высоки содержанием влаги (более 40%), со средней или промежуточной влажностью (от 10 до 40%) и с низкой влажностью (менее 10%).

Важным показателем, обеспечивающим устойчивость пищевых продуктов при хранении, является не абсолютная их влажность, а активность воды, характеризующая доступность к воздействию окружающей атмосферы.

Продукты с высокой влажностью содержат больше свободной воды и высокую активность. Активность воды может быть снижена сушкой продукта, а также добавлением различных растворимых в воде веществ, повышающих содержание связанной воды.

Влагообмен между воздухом и продуктом прекращается, когда парциальные давления водяного пара в воздухе и над продуктом равны. В этом случае наступает состояние динамического равновесия. Влажность продукта, соответствующая этому состоянию, называется равновесной. Максимальная равновесная влажность продукта, устанавливающаяся при его пребывании в воздухе, насыщенном водяными парами (относительная влажность равняется 100%) является тем пределом, до которого продукт может сорбировать пары воды из воздуха. Дальнейшее увлажнение может происходить только за счет впитывания капельножидкой влаги.

Равновесная влажность продукта при различных величинах относительной влажности воздуха различна. Например, для зерна основных культур при 60% относительной влажности и температуре +18°С она равна 13-13,5%, при 70% – 14,5-15%, при 90% – 20-25%. Предельная влажность зерна при 100% влажности воздуха составляет 30-33%. Анализ экспериментальных данных, характеризующих равновесную влажность пищевых продуктов при разных температурах, показал, что с повышением температуры равновесная влажность уменьшается.

Величина равновесной влажности зависит от химического состава продукта. Так, у семян масличных культур при равных условиях она почти вдвое меньше, чем у зерновых. Это объясняется тем, что в масличных культурах содержится меньше гидрофильных коллоидов и больше жира, не обладающего гигроскопическими свойствами. Поэтому чем выше масличность семян, тем меньше величина их равновесной влажности.

Знание количества влаги, поглощаемой продуктами при определенных условиях температуры и относительной влажности воздуха, необходимо для представления о поведении их при хранении и переработке. Это явление также важно для определения оптимальных условий сушки и расчетов технологических процессов сушки, а также для выбора условий хранения продуктов, при которых низкое содержание влаги будет препятствовать развитию микроорганизмов.

Зависимость влажности продукта от относительной влажности воздуха особенно важна для упакованных продуктов. При этом должна быть учтена проницаемость упаковочного материала. На равновесную влажность продукта влияет влагообмен между продуктом и атмосферой или свободным воздушным пространством внутри упаковки. Если упаковочный материал влагопроницаем, продукт может терять влагу и уменьшать массу, или увеличивать массу, что ухудшает качество продукта.