Домашнее задание

Изучите основные требования, предъявляемые к холодильным агентам, перечисленным в таблице 2. Дайте характеристику основным холодильным агентам. Результаты оформите в виде таблицы 3.

Таблица 3- Характеристика холодильных агентов

Обозначение			Химическая формула	Характеристика
ИСО	Наименование

Гобу спо во Россошанский колледж мясной и молочной промышленности Дисциплина «Технология холодильной обработки продукции»

Специальность: 151022

Тип занятия «Практическая работа»

Преподаватель: Иващенко О. В.

Практическая работа № 2

Тема: Изучение теплофизических характеристик пищевых продуктов

Материальное обеспечение: схемы, плакаты, калькуляторы, справочники.

Цель работы: изучить основные теплофизические свойства пищевых продуктов, научиться решать задачи на определение основных теплофизических характеристик.

Задание:

1. Ознакомится с химическим составом пищевых продуктов, как объекта технологии холодильной обработки продукции.

2. Ознакомиться с изменениями, происходящими в продуктах при их холодильной обработке.

3. Ознакомиться с теплофизическими характеристиками пищевых продуктов.

4. Произвести расчеты по определению основных теплофизических характеристик.

5. Ответить на контрольные вопросы.

6. Сделать выводы. Методические указания

1. Пищевые продукты, как объекты технологии холодильной обработки продукции

Главными составными частями пищевых продуктов являются: вода, белки, жиры, углеводы и минеральные вещества. Кроме этого продукты содержат важные для питания витамины и ферменты, вызывающие химические изменения продуктов при хранении.

Рассмотрим эти составные части продуктов и их роль в изменениях, происходящих при холодильной обработке и хранении. В таблице 4.1. приведен химический состав продуктов животного и растительного происхождения (в %).

Из таблицы следует, что почти во всех продуктах в большом количестве содержится вода. Это объясняет их подверженность порче, т.к. микроорганизмы могут развиваться лишь при достаточной влажности. Поэтому продукты с большим содержанием воды называют скоропортящимися.

При хранении охлажденных и замороженных продуктов часть воды испаряется, происходит уменьшение их массы или усушка.

В замороженных продуктах большая часть воды замерзает, а оставшаяся небольшая ее часть содержит в растворе различные составные части продукта. При размораживании продуктов вода снова частично поглощается белками, а частично вытекает из продукта.

Белки составляют основную часть продуктов животного происхождения. Они легко подвергаются изменениям под влиянием микроорганизмов, происходит гниение. Из физико-химических изменений следует отметить свертываемость белка, происходящее при изменении его первоначального состояния в растворе. Частичным свертыванием белков мяса объясняется, например, то, что после размораживания мясо уже не может впитать в себя весь выделяющийся из него сок.

Жиры представляют собой соединения сложных эфиров глицерина и жирных кислот. Существуют различные жирные кислоты, имеющие неодинаковые точки плавления и разную способность к химическим превращениям. Поэтому не все жиры одинаково устойчивы при хранении. Баранье сало хранится лучше, чем жир севрюги или сливочное масло, содержащее белок. При хранении продуктов жиры окисляются и прогоркают. Этот процесс замедляется с понижением температуры.

Углеводы составляют значительную часть продуктов растительного происхождения, к ним относятся клетчатка и сахара. Клетчатка при хранении почти не изменяется, сахара же под влиянием ферментов могут превращаться в углекислоту, воду и спирт. Изменение углеводов, вызываемое деятельностью микроорганизмов, называется брожением. (производство уксусной кислоты, пива, кваса).

Минеральные вещества содержатся в пищевых продуктах в незначительном количестве, но они играют большую роль в питании. Их присутствие способствует понижению температуры начала замерзания продуктов.

Витамины также содержатся в незначительном количестве, но их отсутствие может привести к тяжелым заболеваниям. Главными витаминами являются А, С и D. Понижение температуры хранения овощей и плодов замедляет разрушение витамина С, лучше всего он сохраняется при быстром замораживании плодов и овощей.

Ферменты содержатся в пищевых продуктах растительного и животного происхождения, они присущи либо самому продукту, либо вырабатываются микроорганизмами, развивающихся на продуктах. Ферменты ускоряют химические изменения независимо от живой клетки, их образовавшей. Они присутствуют в незначительном количестве. Ферменты разрушаются нагреванием при 70 0С. При низких температурах действие их замедляется, хотя и не прекращается совсем. Большую роль ферменты играют в процессе созревания мяса, а также в расщеплении жиров, сахаров, находящихся в плодах, при производстве сыра.

2. Изменения, происходящие в продуктах при холодильной обработке

Изменения в продуктах при холодильной обработке и хранении могут быть биохимические и физико-химические. Причинами биохимических изменений является действие тканевых ферментов, воздействие микроорганизмов. Эти факторы вызывают распад сложных органических веществ, входящих в состав продукта на более простые соединения, в результате чего меняются консистенция, вкус и запах продукта. Физико-химические изменения в продукте зависят от состояния внешней среды, т.е. от температуры хранения, влажности воздуха, скорости его движения и состава. К этим изменениям относятся усушка, изменение цвета, некоторые изменения тканевой структуры. От разнообразных свойств пищевых продуктов зависят режимы их хранения в охлажденном состоянии.

Как правило, действие низких температур на клетки, ткани и организмы носит в большей или меньшей степени повреждающий характер. Это происходит, во-первых, вследствие глубокого нарушения обмена веществ при быстром понижении температуры, получившего название «температурный шок». Такое явление объясняется нарушением динамического равновесия биохимических процессов вследствие того, что активность разных ферментов при резком снижении температуры различна. В результате в клетках накапливаются промежуточные, зачастую токсичные продукты обмена веществ (метаболиты). Если процесс охлаждения проводится быстро, то может наступить гибель биологического объекта.

При постепенном снижении температуры организм может адаптироваться, т.е. приспособиться к изменяющимся условиям, и в этом случае выжить. Очень часто температурный шок сопровождается структурными изменениями в клетках. Внезапное охлаждение может привести к значительному увеличению вязкости протоплазмы — до гелеобразования с последующим отделением жидкой фазы.

При любом способе и скорости замораживания в клетке могут происходить сложные изменения, связанные с нарушением ее структуры. Так, понижение температуры продукта до -8...-10°С сопровождается интенсивным льдообразованием и, следовательно, резким увеличением концентрации химических соединений в жидкой фазе продукта, уменьшением ее объема, сближением молекул. При этом создаются условия для структурных перестроек белковых молекул, возникновения межмолекулярных реакций, агрегации.

Нарушения пространственной структуры макрочастиц белков идентифицируются с денатурацией, а ее внешним проявлением является выделение тканевого сока при размораживании. Развитие этих процессов стимулирует повышение концентрации электролитов в жидкой фазе. Зона максимального развития денатурационных изменений совпадает с температурной зоной максимальной кристаллизации тканевого раствора.

Денатурация наблюдается прежде всего в белках фракции актомиозина при отсутствии изменений белков саркоплазмы. Важным фактором, влияющим на сохранение нативной структуры белков, является связанная вода. Однако это касается только воды, связанной с белками тех групп, в которых энергия связей выше энергии, высвобождающейся при переходе в кристаллическую структуру льда. Белковые вещества с более низкой энергией связи теряют воду, которая вымораживается, а молекулы белка агрегируются. Стабильные белковые вещества удерживают воду, позволяющую им сохранить нативную структуру и после размораживания. Процессы денатурации белков при замораживании в определенной степени замедляются физическими изменениями образовавшегося раствора, в частности вязкости, ионной силы, давления водяных паров, рН.

При введении некоторых веществ (этиленгликоль, пропиленгликоль, сахар, глицерин) процесс денатурации замедляется. Предполагается, что эти вещества усиливают прочность водородных мостиков и связей воды. При их введении снижается количество вымораживаемой воды. Разрабатываются пищевые системы, включающие замораживаемый продукт и структурирующие вещества, состоящие из натуральных пищевых компонентов.

Использование таких пищевых систем позволяет получить сырье для замораживания, которое не теряет высокой биологической ценности при температуре замораживания -20 °С, длительном хранении в замороженном виде и исключает потери при размораживании.

Изменение белков продуктов происходит также в результате их гидролиза под действием тканевых ферментов, которые высвобождаются при повреждении клеток.

Изменения жиров при замораживании и хранении — результат ферментативных и окислительных процессов. С понижением температуры замораживания скорость химических реакций резко замедляется, соответственно замедляются и химические процессы порчи жиров. Скорость ферментативных процессов при понижении температуры в определенном интервале может и возрастать.

При замораживании снижаются количество и активность микроорганизмов, однако добиться их полного уничтожения невозможно. Устойчивость микробной клетки к замораживанию зависит от вида микроорганизма, стадии его развития, среды обитания, а также скорости и температуры замораживания.

Установлено, что многие органические вещества и некоторые биологические объекты лучше сохраняются при быстром и сверхбыстром замораживании.

Степень повреждающего действия низких температур зависит от места образования кристаллов льда в клетках и тканях биологических объектов. Так, при внутриклеточной кристаллизации интенсивно разрушаются элементы протоплазмы. При замораживании растительных организмов образование льда внутри клеток всегда приводит к их гибели.

Подавляющее большинство клеток Животного организма также не выдерживает внутриклеточного льдообразования.

Благодаря использованию защитных веществ (глицерин, сахарный сироп, полиэтиленоксид и др.) возможны очень высокие скорости замораживания.

3. Тепловые расчеты процессов холодильной технологии пищевых продуктов могут быть выполнены только в том случае, если известны теплофизические характеристики этих продуктов и их зависимость от температуры. Наиболее важные теплофизические характеристики пищевых продуктов: удельная теплоемкость с [Дж/(кг ˑ К)]; коэффициент теплопроводности X [Вт/(м • К)]; коэффициент температуропроводности а (м²/с); плотность продукта ρ (кг/м³). При этом:

К теплофизическим характеристикам также относят температуру начала замерзания пищевых продуктов, называемую криоскопической температурой t_кр (°С); теплоту кристаллизации влаги r (Дж/кг), а также некоторые менее употребительные, такие, как теплота затвердевания жиров в продукте и теплота дыхания растительных продуктов.

Теплофизические характеристики продуктов зависят от их природных свойств (состава, строения). Различия свойств продуктов определяются их химической и физической неоднородностью. Химическая неоднородность зависит от состава продукта, физическая — от структуры и стереометрического распределения отдельных составных частей в продукте. В понятие структуры включают размер и направление волокон у животных продуктов, пористость, размер клеток и распределение газовых включений у растительных. Различие теплофизических характеристик продуктов одного товарного наименования связано с различием их химического состава (содержания влаги, белка, жира и сухих веществ).

Теплофизические характеристики зависят от температуры. При отсутствии фазовых переходов (отвердевания, плавления, льдообразования) эти изменения невелики. При переходе воды в твердую фазу эти изменения значительны, что связано с различием свойств воды и льда.

Плотностью называется отношение массы продукта к его объему и измеряется в [кг/ м³]. ρ = М / V. Плотность большинства продуктов приближается к плотности воды (1000 кг/м3). При замораживании плотность уменьшается на 5 – 8 %, т.к. вода превращаясь в лед, увеличивается в объеме.

Криоскопическая температура продуктов лежит в области отрицательных температур, а не 0 ⁰С, при которой замерзает вода.

Во всех продуктах содержится вода (от 15 до 90 %), в которой растворены минеральные соли, сахара. Поэтому она замерзает не при 0 ⁰С, а при более низкой температуре. Например, при –5 ⁰С обычно замерзает около 75 % воды в мясе, при –10 ⁰С – более 80 %, а при –20 ⁰С – около 90 %. Чем больше содержится в продукте низкомолекулярных растворенных веществ (соли, сахаров), тем ниже будет его начальная температура замерзания.

Удельная теплоемкость – величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 ⁰С. Теплоемкость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры. Количество теплоты, отводимой от продукта, напрямую зависит от его теплоемкости. Следовательно, чем ниже будет теплоемкость, тем меньше тепла будет отводиться от продукта и дольше будет охлаждаться: Q = с * M * Δ t.

Теплопроводность – один из видов теплопередачи. Явления теплопроводности возникают при разности температур между отдельными участками тела (продукта). Количественно теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности λ и измеряется в [Вт / мˑК].

Продолжительность охлаждения и замораживания зависят от теплопроводности продукта. Пищевые продукты, хранящиеся на холодильниках, имеют очень малую теплопроводность, поэтому их охлаждение происходит медленно – несколько часов и даже суток. Продукты с большим содержанием жира охлаждаются медленнее, так как теплопроводность жира в 3 раза меньше теплопроводности мышечной ткани мяса или рыбы.

Температуропроводность (а) продуктов выражается соотношением их теплопроводности, теплоемкости и плотности а = λ /(с · ρ). Она характеризует изменение температуры в продукте. Резко уменьшается при образовании льда в продукте, т.к. выделяется теплота кристаллизации. При дальнейшем понижении температуры коэффициент теплопроводности увеличивается, теплоемкость уменьшается, температуропроводность увеличивается и достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед.

Теплота дыхания и температурный коэффициент скорости дыхания плодов и овощей

Большое значение придается такому показателю, как удельная теплота дыхания сырья, которая должна быть положена в основу всех теплофизических расчетов охлаждающих систем хранилищ растительной продукции.