68. Наведіть теоретичні основи процесу кристалізації. Способи кристалізації.

Кристалізація — це масообмінний процес утворення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів, розплавів, газів чи пари.

Кристал — це тверде тіло, в якому молекули простих елементів або сполук розміщені в певному порядку і об'єднані між собою завдяки їх молекулярному спорідненню, утворюючи кристалічну решітку.

В умовах промислової кристалізації кристали однієї речовини можуть різнитися між собою величиною і зовнішнім виглядом, проте кути між відповідними гранями цих кристалів залишаються однаковими. Деякі речовини кристалізуються із включенням у кристалічну решітку молекул води, утворюючи кристалогідрати. Включення в кристалічну решітку окремих молекул іншої речовини називають інклю­зією. А механічне включення міжкристального розчину в тріщини кристала з подальшим його заростанням називають оклюзією.

У харчовій промисловості кристалізація речовин здійснюється здебільшого із пересичених розчинів. За допомогою кристалізації одержують цу­кор, глюкозу, лактозу, фруктозу, лимонну кислоту, соду тощо.

У промисловості використовують такі основні способи кристалізації із розчинів:

• ізогідричний, коли вміст розчинника залишається постійним, наприклад кристалізація охолодженням;

• ізотермічний, коли кристалізація здійснюється випарюванням розчинника, а температура кипіння розчину (суспензії) в певному інтервалі концентрації залишається постійною;

• виморожування, тобто охолодження розчину до температури, нижчої за точку замерзання, коли частина розчинника кристалізується і вилучається;

• висолювання, коли кристалізація відбувається завдяки створенню пересичення введенням у розчин речовин, які знижують розчинність речовин, що кристалізуються;

• хімічний, коли речовина кристалізується внаслідок хімічної реакції;

• комбінований спосіб, коли кристалізація відбувається завдяки спільній дії декількох факторів.

Кристалізація — це один із найефективніших методів очищення речовин. Так, у цукровому виробництві на стадії очищення соку і сиропу вилучається тільки третина нецукрів, решта їх вилучається на стадії кристалізації цукрози, залишаючись у міжкристальному розчині. Щоб отримати кристалічні речовини більш високої чистоти, застосовують розчинення їх та повторну кри­сталізацію.

Важливою якісною характеристикою кристалів є гранулометричний склад їх, що характеризується розміром кристалів та їхньою однорідністю.

Зворотний кристалізації процес — розчинення, при якому молекули твердої фази розподіляються між молекулами розчинника, здійснюючи перехід твердої речовини в розчинений стан.

У промислових умовах кристалізація часто супроводжується розчиненням внаслідок наявності полів концентрації та температури. В харчовій промисловості розчинення застосовують як самостійний процес у багатьох виробництвах.

За однакових умов процес розчинення речовин проходить здебільшого з більшою швидкістю, ніж процес їх кристалізації. Таке явище можна пояснити складністю кристалізації та створенням упорядкованої структури кристалів.

69. Мікробіологічні процеси харчових виробництв.

Для виробництва харчових продуктів людина використовує мікробіологічні процеси вже з давніх давен. Відомо, що наші далекі пращури в доісторичні часи вміли випікати хліб, варити квас, пиво, виробляти сири, вино та інші продукти. Наукове розуміння сутності мікробіологічних перетворень прийшло лише в XIX ст. завдяки фундаментальним роботам геніального французького мікробіолога Луї Пастера. Технології виробництва, які базуються на використанні направленого мікробіологічного та біохімічного синтезу, отримали назву Біотехнологій.

В даний час біотехнології набувають все більшого поширення. За їх допомогою виробляють харчові продукти, білкові препарати і амінокислоти, вітаміни, ферменти і антибіотики, кислоти, спирти, засоби захисту рослин, кормові та технічні продукти. Перевагами біотехнологій є те, що мікроорганізми мають найвищу серед живих істот швидкість росту і розмноження.

Мікробіологічні процеси відбуваються переважно при відносно низьких температурах (до 70°С), атмосферному тиску, в простому за конструкцією обладнанні, завдяки чому технологічні процеси в біотехнологіях не складні, на їх організацію і проведення не потрібно значних капіталовкладень. Значною перевагою біотехнологій є також те, що субстратом для них можуть бути відходи переробки рослинної та тваринної сировини (деревина, солома, очерет, лузга, сироватка, барда, меляса, стічні води, відходи нафтопереробки), природний газ, мул та інші.

Мікроорганізми — це бактерії та мікроскопічні гриби, що надзвичайно поширені в природі. Величезна кількість їх населяє ґрунти, водойми, повітря. Це так звані "дикі" форми (банальна мікрофлора). Крім них, багато видів отримано методами селекції або штучно методами мутаційної генетики та генної інженерії. їх називають "культурною" або "корисною" мікрофлорою. Якщо мікробіологічні процеси збуджуються банальною мікрофлорою і протікають самоплинно, їх називають природними. Такі процеси доволі часто мають місце при зберіганні продовольчої сировини. Якщо ж процеси ініціюються чистими культурами або ж для певних видів дикої мікрофлори створюються оптимальні умови і процеси відбуваються керовано — їх називають направленими або біотехнологічними.

Біотехнологічні процеси за їх збудниками та сутністю поділяють на процеси бродіння та дозрівання. В харчових виробництвах широко використовують обидва.

Бродіння — це біохімічне перетворення вуглеводів субстрату під дією ферментів мікроорганізмів, які культивуються на даному субстраті. В залежності від виду продуцента і домінуючого метаболіта розрізняють спиртове, молочнокисле, оцтовокисле, маслянокисле, лимоннокисле, ацетонобутилове та інші види бродіння.

Більшість традиційних та нових біотехнологій засновані на використанні процесів бродіння, гідролізу та синтезу. Особливо широкого розповсюдження набули бродильні виробництва: виробництво етилового спирту, виноградних та плодово-ягідних вин, пивоваріння, хлібовипічка, молочнопереробне та інші харчові виробництва, основу технології яких складає процес бродіння.

Дозрівання — це складний біотехнологічний процес, в якому беруть участь ферменти сировини або внесені ферментні препарати і мікробіологічні процеси. При дозріванні зміни відбуваються не тільки у вуглеводних, а й у білкових, жирових сполуках, органічних кислотах тощо.

Дозрівання як біотехнологічний процес, переважно є складовою частиною технологій виробництва деяких харчових продуктів, тобто він є часткою, стадією інших технологічних процесів. Такі стадії мають місце в технологіях виготовлення вина, пива, кисломолочних продуктів. Вони завершують технологічний процес і відбуваються при зберіганні цих продуктів. Проте в деяких виробництвах, таких як виготовлення сирів, сирокопчених ковбас, м'ясокопченостей, солоної, пряної риби, рибних пресервів тощо процес дозрівання є вирішальним етапом технології, завдяки якому формуються основні функціональні та якісні характеристики продукту: смак, запах, консистенція, колір, структура та інші.

Сутність процесу дозрівання полягає в сукупній дії ферментів самої сировини або доданих до неї і ферментів мікрофлори, яка бере участь в дозріванні продукту. Так, при дозріванні вина під дією ферментів сировини в ньому відбуваються складні окислювально-відновні та гідролітичні процеси. Паралельно з ними протікають автолітичні процеси дріжджових клітин. Продукти автолізу і метаболіти взаємодіють з компонентами вина і внаслідок цього формуються колір, смак, аромат, прозорість та інші характеристики вина.

При виробництві сирів стадія дозрівання обумовлена дією ферментів молока, сичжного ферменту, молочнокислої та іншої мікрофлори. Під їх впливом у сирній масі проходять процеси гідролізу білків, молочного жиру, молочнокисле та пропіоновокисле бродіння. В залежності від складу сировини, від температурного режиму та інших виробничих умов ці процеси можуть протікати за різними механізмами і утворювати різні кінцеві продукти. Саме цим пояснюється така велика номенклатура сирної продукції і суттєві відмінності в її споживчих характеристиках.

Мікробіологічні процеси використовують з різною метою: для виробництва певних продуктів, для утилізації відходів, для очищення стічних вод та повітря, для консервування. В найбільших масштабах мікробіологічний синтез здійснюють для виробництва потрібної продукції. Любий біотехнологічний процес складається з двох етапів: культивування мікроорганізмів та виділення і очищення цільових продуктів.