Лекция №1 Введение. Классификация основных процессов пищевой технологии

Технологии пищевых производств, изучающие способы переработки сырья в продукты питания, базируются на закономерностях фундаментальных наук – физики, химии, биологии и др.

В основе науки о технологических процессах производства продуктов питания лежат законы природы – закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Необходимо помнить, что наряду с этими законами, технологиям производства продуктов питания присущи свои специфические понятия и законы. Пищевые технологии включают комплекс процессов, характерных для каждой конкретной технологии.

Производственный процесс (от лат. processus - продвижение) – это совокупность последовательных действий для достижения определенного результата.

Технология – это ряд приемов, проводимых направленно с целью получения из исходного сырья продукта с заданными свойствами. Задача технологии как науки заключается в выявлении физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.

Условно технология делится на две ветви: механическую технологию и химическую технологию.

Все многообразие основных процессов пищевой технологии в зависимости от закономерностей их протекания можно свести к пяти основным группам: гидромеханические, теплообменные, массообменные, механические, биохимические.

Гидромеханические процессы – это процессы, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики. К ним относятся процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения суспензий эмульсий путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования, псевдоожижения зернистого материала.

Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.

Массообменные, или диффузионные, процессы – процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. К ним относятся абсорбция и десорбция, перегонка и ректификация, адсорбция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ионный обмен и др. Скорость массообменных процессов определяется законами массопередачи.

Механические процессы – это процессы чисто механического взаимодействия тел. К ним относятся процессы измельчения, классификации (фракционирования) сыпучих материалов, прессования и др.

Химические и биохимические процессы – процессы, связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики.

2. Основные свойства пищевых продуктов и сырья

В пищевой промышленности перерабатывают сырье и получают готовые продукты в различном агрегатном состоянии: твердом, жидком, паро- и газообразном. Для расчета процессов и аппаратов необходимо знать свойства пищевых продуктов и сырья.

Многие пищевые продукты представляют собой однородные и неоднородные смеси.

К однородным смесям относятся растворы, например сахарные, водно-спиртовые, соки и т. д. Однородные смеси характеризуются концентрацией растворенного вещества.

К неоднородным относятся смеси твердого вещества с жидкостью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жидкостей. Для характеристики неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, например доли твердого вещества в жидкости.

Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и др.). Данные об этих свойствах для различных веществ и растворов в зависимости от температуры и давления приводятся в справочниках.

Рассмотрим основные свойства веществ.

Плотность — это отношение массы М тела (вещества) к его объему V. Описывается формулой выражается в кг/м³, т/м³ или г/см³.

Плотность представляет собой величину, обратную удельному объему v_уд, т. е. объему, занимаемому единицей массы вещества; , где .

Плотность раствора зависит от его концентрации С (рис. 1).

Отношение плотностей двух веществ называется относительной плотностью. Обычно относительную плотность веществ определяют относительно плотности дистиллированной воды: , где ρ — плотность вещества; ρ_в – плотность воды.

Удельный вес — это отношение веса тела (вещества) к его объему. В отличие от плотности удельный вес не является физико-химической характеристикой вещества, так как зависит от места измерения. Между удельным весом и плотностью существует соотношение , где g — ускорение свободного падения, м/с² (9,81 м/с²).

Рис. 1. Зависимость плотности ρ водно-спиртового раствора от его концентрации С

Вязкость - это свойство газов и жидкостей сопротивляться действию внешних сил, вызывающих их течение.

Поверхностное натяжение σ — это величина, численно равная работе, которую нужно затратить для того, чтобы при постоянной температуре увеличить на единицу площади поверхность раздела фаз. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

Поверхностное натяжение зависит от температуры и уменьшается с повышением ее.

Теплоемкость — это отношение количества теплоты, подводимой к веществу, к соответствующему изменению его температуры. Теплоемкость единицы количества вещества называется удельной теплоемкостью. В расчетах используют массовую, объемную и мольную удельные теплоемкости.

Удельная теплоемкость зависит от того, при каком процессе (изобарном, изохорном, адиабатном, политропическом, изотермическом) происходит обмен энергией между веществом и окружающей средой.

Массовая удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты надо сообщить веществу массой 1 кг, чтобы повысить его температуру на один градус.

Теплоемкость жидкостей и газов зависит от температуры и увеличивается с повышением ее. Экспериментальные значения удельных теплоемкостей пищевых продуктов приводятся в соответствующих справочниках в виде таблиц и эмпирических формул.

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц, приводящий к выравниванию температуры тела.

Интенсивность теплопроводности в твердых материалах, жидкостях и газах характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, который является теплофизическим параметром вещества и показывает, какое количество теплоты проходит через 1 м² поверхности в течение 1 ч при градиенте изменения температур в направлении, перпендикулярном к изотермической поверхности, равном 1.