1. Классификация основных процессов и аппаратов перерабатывающих производств (ПиАпп).
В зависимости от закономерностей, характеризующих протекание, процессы пищевой технологии можно разделить на следующие группы. Механические процессы, скорость которых связана с законами физики твёрдого тела. К ним относятся: измельчение, классификация, дозирование и смешение твёрдых сыпучих материалов.
Гидромеханические процессы, скорость протекания которых определяется законами гидромеханики. К ним относятся: сжатие и перемещение газов, перемещения жидкостей, твердых материалов, осаждение, фильтрование, перемешивание в жидкой фазе, псевдоожижение и т. п.
Тепловые процессы, скорость протекания которых определяется законами теплопередачи. К ним следует отнести процессы: нагревания, выпаривания, охлаждения (естественного и искусственного), конденсации и кипения. Массообменные (диффузионные) процессы, интенсивность которых определяется скоростью перехода вещества из одной фазы в другую, т.е.
законами массопередачи. К диффузионным процессам относятся: абсорбция, ректификация, экстракция, кристаллизация, адсорбция, сушка и др. В соответствии с перечисленным делением процессов пищевые аппараты классифицируют следующим образом: измельчающие и классифицирующие машины; гидромеханические, тепловые, массообменные аппараты. По организационно-технической структуре процессы делятся на периодические и непрерывные.
В периодическом процессе отдельные стадии (операции) осуществляются в одном месте (аппарате, машине), но в разное время. В непрерывном процессе отдельные стадии осуществляются одновременно, но в разных местах (аппаратах или машинах). Периодические процессы характеризуются тем, что все стадии (загрузка сырья, обработка и выгрузка готового продукта) осуществляются в одном аппарате, но в разное время.
Непрерывные процессы имеют значительные преимущества перед периодическими, состоящими в возможности специализации аппаратуры для каждой стадии, улучшения качества продукта, стабилизации процесса во времени, простоте регулирования, возможности автоматизации и т.п. Непрерывные процессы характеризуются тем, что все их стадии протекают одновременно, но разделены в пространстве, так как осуществляются либо в разных частях проточного аппарата, либо составляющих данную установку.
2. Основные механические и теплофизические параметры, характеризующие физико-химические свойства молока, мяса, зерна и др. Сельскохозяйственных продуктов.
Физико-химические свойства молока.
Плотность – масса молока при 200С, заключенная в единице объема (кг/м3). У коров она колеблется в пределах 1027-1033. Данное свойство молока обусловливается плотностями его компонентов.
Зависит плотность молока от температуры (снижается с ее повышением) и химического состава. Сразу же после доения плотность молока ниже по сравнению с плотностью, определенной через несколько часов, за счет повышенного содержания газов в молоке и понижения плотности жира и белков в результате температурного расширения. Поэтому плотность следует контролировать через 2 часа после дойки.
На плотность может влиять кормление животных, болезни их и др. Она изменяется при фальсификации – понижается при добавлении воды (каждые 10% добавленной воды способствует уменьшению плотности на 0,003 кг/м3), повышается при подснятии сливок или разбавлении обезжиренным молоком.
По величине плотности судят о натуральности молока.
Температура замерзания - температура, при которой молоко превращается в твердое состояние. Этот показатель для молока находится в пределах 0,51— 0,59°С. Он изменяется при разбавлении молока водой, при добавлении к нему соды, при повышении кислотности, при изменении химического состава молока, при заболеваниях животных.
Температура кипения при давлении 760 мм рт. ст. составляет 100,2—100,5 °С.
Вязкость (внутреннее трение) — свойство среды оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. В среднем вязкость составляет 1,8 х 103 (колебания от 1,3 до 2,2) сантипуазы (Па. С - Паскальсекунда) при 20°С. Обусловлена она в основном содержанием белков, жира и их агрегатного состояния. Измеряют специальным прибором – вискозиметром. Поверхностное натяжение — сила, действующая вдоль поверхности жидкости. Оно обусловлено тем, что молекулы, находящиеся на границе раздела двух фаз (газ и жидкость), испытывают притяжение со стороны жидкости и очень слабое притяжение со стороны газовой фазы. Молекулы жидкости, находящиеся на поверхности, притягиваются нижележащими молекулами и стремятся уйти с поверхности внутрь. Поверхностное натяжение молока в среднем составляет 44. 10-3 Н/м.
Коэффициент преломления отражает преломление света (изменение направления) при прохождении через границу раздела двух сред. У коровьего молока этот показатель колеблется от 1,3440 до 1,3485. Коэффициент преломления молока обусловлен показателями преломления воды, лактозы, казеина, сывороточных белков, солей, небелковых азотистых соединений.
По значению показателя преломления молока и молочной сыворотки, измеренной с помощью рефрактометров (АМ-2, РПЛ-3 и др.), можно установить содержание в молоке сухого обезжиренного остатка, белков и лактозы. При добавлении к молоку воды показатель преломления молочной сыворотки понижается в среднем на 0,2 единицы на каждый процент добавленной воды.
Электропроводность молока обусловливается главным образом ионами Cl-, Na+, K+, Н+, Ca2+, Mg2+ и другими и составляет 39,5 х 10-4 Ом (0,46 электрических импульсов в минуту). Она зависит от состояния здоровья животных, периода лактации, породы и др. При маститах электропроводность молока животных повышается, при фальсификации молока водой — понижается.
Окислительно-восстановительный потенциал (Е) характеризует окисляющевосстанавливающую способность молока. К веществам, способным к окислению или восстановлению, относят витамин С, кислород, лактофлавин, токоферол, цистин, пигменты, ферменты, продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В свежем сыром молоке окислительно-восстановительный потенциал составляет 250—350 мВ. Снижается он при развитии в молоке микроорганизмов, при нагревании молока и связанным с этим улетучиванием кислорода и разрушением витамина С.
Удельная теплоемкость молока – количество тепла, выраженное в кДж, необходимое для нагревания 1 кг молока на 10 С. Она составляет 3,81 – 3,88 кДж\кг (или — 0,910—0,925 ккал/кг). Обусловлена она химическим
составом. Данный показатель необходим для определения
затрат тепла и холода для нагревания и охлаждения молока.
Теплопроводность – характеризует свойство продукта передавать тепло. За единицу измерения теплопроводности принят Ватт на метр-Кельвин (Вт/м . К). Теплопроводность молока увеличивается с повышением температуры и незначительно уменьшается с увеличением содержания в нем жира. При 200С среднее значение составляет 0,5 Вт/м . К.
Титруемая кислотность выражается в градусах Тернера (°Т) —количество миллилитров 0,1 н. раствора гидроокиси натрия (калия), необходимое для нейтрализации 100 мл или 100 г продукта (1°Т соответствует 0,009% молочной кислоты). Кислотность свежевыдоенного молока 16—18 °Т. Титруемая кислотность молока обусловливается наличием белков (4—50 Т), кислых солей (около 11 °Т) и двуокиси углерода (1—2°Т). Данный показатель зависит от состояния здоровья, кормового рациона, породы, периода лактации и др. Он является критерием оценки свежести и натуральности молока. рН (активная кислотность) — концентрация свободных ионов водорода в молоке (моль/л). Отражает степень диссоциации кислот и кислых солей. рН цельного молока — в среднем 6,7 (при активности ионов водорода 2 х 107 моль/л) и колеблется от 6,6 до 6,8. По величине рН оценивают качество сырого молока и молочных продуктов.
Между титруемой и активной кислотностью молока прямой взаимозависимости нет. Свежевыдоенное молоко может иметь высокую титруемую кислотность, но малую активную. При хранении сырого молока титруемая кислотность изменяется значительно быстрее, чем активная. Несовпадение активной и титруемой кислотности объясняется буферностью молока.
Буферная емкость молока определяется количеством мл щелочи или кислоты, которое необходимо добавить к 100 мл молока, чтобы изменить величину рН на единицу. Физические свойства мяса.
Цвет мяса– один из основных показателей качества, который оценивается потребителем и по которому судят о товарном виде продукта. Цвет мышечной ткани красный различных оттенков.
У лошадей мясо темно-красного цвета, у мелкого рогатого скота – кирпичнокрасного, у крупного рогатого скота – малиново-красного, у свиней – светлокрасного.
Красный цвет мышечной ткани обусловлен содержанием в ней белка миоглобина (90%) и гемоглобина (10%).
Вкус и аромат мяса формируется за счет содержания и определенного соотношения экстрактивных веществ. Вкус и аромат косвенным путем влияют на пищевую ценность продукта, на его усвояемость. Продукт с приятным вкусом, запахом и внешним видом повышает аппетит, что способствует лучшему усвоению.
Специфический вкус мяса животных различных видов объясняется содержанием жирорастворимых соединений. Привкус мяса зависит от кормового рациона.
Консистенция мяса.
К основным положительным качественным показателям консистенции мяса относятся нежность, мягкость, сочность.
Установлено, что эти показатели зависят от влагосвязывающей способности мяса, т.е. от способности продукта удерживать воду.
Жесткость мяса зависит от его структуры и состава. В интенсивно работающих мышцах содержание эластина больше, чем в мышцах, мало работающих. Содержание соединительно-тканных белков может служить индексом нежности мяса.
Пищевая ценность мяса зависит от полноты содержания в нем белков, жиров, углеводов, минеральных и экстрактивных веществ, витаминов и др. Биологическая ценность мяса зависит от качества белковых компонентов, их перевариваемости, а также сбалансированности аминокислотного состава.
Энергетическая ценность мяса определяется долей энергии, которая высвобождается из продукта в процессе биологического окисления и обеспечивает физиологические функции организма (выражается в килоджоулях – кДж).
Физические свойства зерна и зерновых продуктов.
Сыпучесть зависит от угла естественного откоса, чем выше угол естественного откоса, тем ниже сыпучесть (и наоборот) Угол естественного откоса-угол, который образуется при свободном падении зерна между образующей конуса и основанием. Сыпучесть зависит от влажности, засорённости, формы зерна, поверхности зерна и состояния поверхности по которой перемещается зерно. Чем выше влажность, сыпучесть ниже. Высокая сыпучесть у зерна чистого, шаровидной формы и гладкой поверхностью зерна.
Самосортирование зерновой массы — это перераспределение зерновой массы в процессе перемещения (перевозки, транспортёрная лента, опорожнение и заполнение силосов). При перемещении зерна крупные зёрна и примеси оседают на дно, а мелкие, щуплые зёрна остаются на поверхности, вследствие этого происходит послойное распределение зерновой массы и примесей.
Скважистость наличие промежутков между зёрнами, заполненные воздухом; скважистость-отношение объёма занимаемого промежутками между твёрдыми частицами зерновой массы к общему объёму занимаемой зерновой массы. Скважистость зависит от формы, упругости зерна, размеров и состояния поверхности зерна, от количества и состава примесей, от влажности зерна, от вместимости зернохранилищ.
Сорбционные свойства способность поглощать или выделять(десорбция) влагу. Существуют 2 причины, по которым объясняется значительная сорбционная ёмкость: 1) капиллярно-пористая структура каждого зерна; 2) скважистость зерновой массы. Зерно является хорошим сорбентом. Режимы сушки и активного вентилирования подбирают с учётом сорбционных свойств зерна. Явление сорбции можно разделить на 2 группы: 1) сорбция и десорбция газов и паров; 2) сорбция и десорбция паров воды. Теплофизические и тепломассообменные свойства из них наибольшее значение имеет теплопроводность, температуропроводность и термовлагопроводность. Теплопроводность-зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, т.к. воздух межзернового пространства плохой проводник тепла. С увеличением влажности зерна теплопроводность незначительно возрастает. Температуропроводность-скорость изменения t в исследуемом материале, т.е. его теплоинерционные свойства. Зерновая масса характеризуется низким коэффициентом теплопроводности и обладает большой тепловой инерцией. Тепловлагопроводность перемещение влаги в зерновой массе вместе с потоком тепла. Перемещение влаги по направлению потока тепла сопровождается образованием в отдельных местах значительного количества капилярной влаги.