Свойства пищевых продуктов. Холодильная обработка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства пищевых продуктов

Кулинарную продукцию производят из разнообразных компонентов (ингредиентов). Ингредиент -- вещество животного, растительного, микробиологического или минерального происхождения, а также природные или синтезированные пищевые добавки, используемые при подготовке или производстве пищевого продукта и присутствующие в готовом изделии в исходном или измененном виде. Среди них есть жидкие и порошкообразные сыпучие продукты, а также имеющие пастообразную и твердую консистенцию. Отдельные экземпляры пищевых продуктов, имеющих твердую консистенцию, могут характеризоваться линейными, иногда довольно значительными размерами. К физическим свойствам пищевых продуктов относят структурно механические свойства, сыпучесть, способность к самосортированию, скважистость, сорбционные и теплофизические свойства.

Структурно-механические свойства -- особенности продукта, проявляющиеся при ударных, сжимающих, растягивающих и других воздействиях. Эти свойства характеризуют способность продуктов сопротивляться приложенным внешним силам или изменяться под их воздействием. К ним относятся прочность, твердость, упругость, эластичность, пластичность, вязкость.

Прочность, т. е. способность твердого тела сопротивляться разрушению при приложении к нему внешней силы при растяжении или сжатии -- одно из важнейших структурно-механических свойств. Прочность материала зависит от его структуры и пористости. Материалы, имеющие линейное расположение частиц и меньшую пористость, более прочные. Чем прочнее единичный экземпляр продукта, тем меньше он разрушается или деформируется. Прочность имеет важное значение для качественной характеристики таких продовольственных товаров, как макароны, сахар-рафинад, печенье, плоды, овощи и др. Если пищевые продукты недостаточно прочные, увеличивается количество лома, крошки. Твердость -- местная краевая прочность тела, которая характеризуется сопротивлением проникновению в него другого тела. Твердость продуктов зависит от их природы, формы, структуры, размеров и расположения атомов, а также сил межмолекулярного сцепления. На твердость кристаллических тел влияет кристаллизационная вода, которая ослабляет внутренние связи и уменьшает твердость. Твердость определяют при оценке степени зрелости свежих плодов и овощей, так как при созревании их ткани размягчаются. Деформация -- способность объекта изменять размеры, форму и структуру под влиянием внешних воздействий, вызывающих смещение отдельных частиц по отношению друг к Другу. Деформация зависит от величины и вида нагрузки, структуры и физико-химических свойств объекта. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. При обратимой деформации первоначальные размеры, форма и структура тела после снятия нагрузки восстанавливаются полностью, при необратимой -- не восстанавливаются. Способность к обратимым деформациям характеризуется упругостью и эластичностью, разница между которыми заключается во времени, в течение которого восстанавливаются исходные параметры. Необратимые деформации обусловлены плотностью. Упругость -- способность объекта к мгновенно обратимым деформациям. Этим свойством обладают хлебобулочные изделия, для которых упругие свойства мякиша являются одним из наиболее важных показателей, характеризующих степень свежести. Сыпучесть -- способность перемещаться по наклонным плоскостям. Все порошкообразные продукты (мука, крупы, сахар-песок и др.), а также состоящие из единичных экземпляров более или менее округлой формы (зерно, корнеплоды, овощи, многие плоды) обладают хорошей сыпучестью. С увеличением влажности продукта его сыпучесть значительно понижается. Сыпучесть продуктов учитывают при проектировании и эксплуатации хранилищ, мельниц и других предприятий. Самосортирование. Любое перемещение сыпучих продуктов сопровождается самосортированием, т. е. неравномерным распределением входящих в них компонентов по отдельным участкам насыпи. Самосортирование обусловлено неодинаковой сыпучестью компонентов массы, оно нарушает однородность массы продукта и создает условия, способствующие развитию нежелательных явлений. При свободном падении массы продукта (например, в процессе заполнения силоса элеватора) самосортированию способствует парусность, т. е. неодинаковое сопротивление, оказываемое воздухом каждой отдельной частичке. Вследствие самосортирования в насыпи продукта появляются участки, резко отличающиеся по своему составу. При хранении зерна и ряда других продуктов это крайне нежелательно, так как в тех участках, где скапливаются мелкие щуплые зерна или легкие примеси, начинаются активные физиологические процессы, что может при­вести к порче зерна.

Скважистость. Многие продукты не абсолютно плотно заполняют объемы. Остаются промежутки между твердыми частицами, которые заполнены воздухом. Наличие таких промежутков называется скважистостью. Образование скважин в массе продукта влияет на многие протекающие в нем физические и физиологические процессы. Скважистость позволяет продувать продукт воздухом или вводить в него пары различных веществ для обеззараживания. От скважистости зависит объемная, или насыпная масса продуктов. Чем выше скважистость, тем меньше продукта поместится в емкость определенных размеров, поэтому скважистость продукта необходимо учитывать при проектировании хранилищ и транспортных средств. Влажность, или массовая доля влаги, -- один из главнейших показатели оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Количество влаги в объекте необходимо знать в первую очередь для определения его энергетической ценности. Чем больше воды в продукте, тем меньше в нем полезных сухих веществ на единицу массы. От влажности зависит не только содержание сухого вещества, но и пригодность продукта для хранения и дальнейшей переработки. Избыточная влага способствует развитию микроорганизмов, в том числе вызывающих гниение и разложение продукта, ускоряет ферментативные, химические и другие процессы. В связи с этим содержание влаги в объекте предопределяет условия и сроки его хранения. Кроме того, влажность сырья влияет на технико-экономические показатели работы предприятий. Так, увеличение влажности муки на 1 % понижает выход хлеба на 1,5-2%, а повышение влажности мякиша хлеба на 1 % приводит к повышению его выхода на 2-3 %.

Теплофизические свойства пищевых продуктов

К наиболее важным теплофизическим свойствам пищевых продуктов относят удельную теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, удельную энтальпию, криоскопическую температуру, плотность, равновесное давление пара.

Удельной теплоемкостью называется величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1°С. Изменение удельной теплоемкости продуктов в интервале температур замораживания определяется в основном начальным влагосодержанием продукта и количеством вымороженной воды. Теплоемкость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры (третий закон термодинамики). Удельная теплоемкость воды равна 1 Дж/К, углеводов -- 0,34, жиров -- 0,42, белков -- 0,37 Дж/К, поэтому теплоемкость продуктов зависит от их химического соста­ва.Теплопроводность -- один из видов теплопередачи, при котором перенос теплоты имеет атомно-молекулярный характер. Явления теплопроводности возникают при разности температур между отдельными участками тела (продукта). Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, переносимому через единицу площади поверхности в единицу времени при градиенте температуры, равном единице.

При положительных температурах температуропроводность продукта практически неизменна, но с началом льдообразования она резко уменьшается. Это вызвано выделением теплоты кристаллизации. При дальнейшем понижении температуры вследствие роста теплопроводности и уменьшения теплоемкости температуропроводность увеличивается и достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед. Энтальпия -- однозначная функция состояния термодинамической системы, часто называемая тепловой функцией или теплосодержанием, измеряется в Дж/кг. Данными об изменении энтальпии продовольственных продуктов в холодильной технологии пользуются обычно для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке продуктов. Энтальпию отсчитывают при какой-либо начальной температуре (обычно ?20°С), при которой ее значение принимается за 0.

Криоскопическойтемпературой называют температуру начала замерзания жидкой фазы продуктов. Тканевый сок продовольственных продуктов представляет собой диссоциированный коллоидный раствор сложного состава, которому соответствует криоскопическая температура ?0,5 + ?5°С.

Плотностью называется отношение массы продукта к его объему. При замораживании плотность продукта уменьшается (на 5-8%), поскольку вода в тканях, превратившись в лед, увеличивается в объеме при неизменной массе. Плотность большинства скоропортящихся продуктов составляет около 1000 кг/м3.

Равновесное давление пара над поверхностью продукта Рп из-за содержания во влаге продуктов растворенных веществ (сахара, соли и др.) несколько ниже давления насыщенного пара Рн при той же температуре даже при полном насыщении.

Отношение давления пара воды, содержащейся в продукте, к давлению пара чистой воды (или льда) при той же температуре называется относительным понижением давления водяного пара.

Процессы холодильной обработки

Лучший способ консервирования - это тот, который позволяет длительное время хранить продукт с наименьшими потерями им пищевой ценности и массы.Способ консервирования холодом основан на том, что при понижении температуры значительно снижается активность жизнедеятельности. Кроме того, температура - это один из самых мощных факторов воздействия на химические реакции: в результате её снижения реакции в биологических объектах и пищевых продуктах замедляются. Температурный режим холодильной обработки устанавливается в зависимости от свойств продукта, сезонности их получения, требуемой продолжительности хранения и назначения продукции.

Продолжительность процесса замораживания зависит от вида продукта, его упаковки и толщины. Замерзание начинается с поверхности. Через некоторое время продукт покрывается твердой замороженной коркой, тогда как внутренние слои его остаются мягкими. Затем начинают промерзать и внутренние слои. Продолжительность замораживания зависит от тех же факторов, что и продолжительность охлаждения: от содержания жира, от толщины, от упаковки и тары, от температуры и скорости движения охлаждающей среды.

Все процессы холодильной обработки подразделяются на две группы:

ОСНОВНЫЕ - обязательные условия, без которых нельзя обеспечить население пищевым рационом:

1. Процессы в которых теплота отводится от продуктов и их температура понижается:

Охлаждение - это процесс понижения темп.продукта от начального до конечного значения, которое выше темп. Замерзания раствора в продукте, которая для большинства продуктов близка к -1, изменение природных свойств небольшие.

Переохлаждение ( подмораживание) - понижение температуры….Которое не ниже -4 на глубине 1 см. от поверхности и 0 - 3 в толще, а толщина подмороженного слоя не должна превышать 25 см. Этот техн - ий процесс незначительно снижает качество охлаждённого продукта, например лосося, мяса, гот. мясных блюд. 2. Процессы в которых стремятся к поддержанию постоянной температуры: Хранение, транспортирование

3. Процессы в которых тепло подводится к продуктам с целью повышения их температуры и восстановления первоначального состояния:

Размораживание - повышение темп. Замороженного продукта для плавления содержащегося в них льда.

Отепление - подвод теплоты к охлаждённым продуктам с повышением их температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.

ПРОИЗВОДНЫЕ- процессы, в которых холод используется в качестве основы для переработки, изменения формы, вида и свойств пищевых продуктов:

Сублимационная сушка - способ консервации продукта путём сушки в замороженном состоянии. При этом способе пищевые продукты сохраняют практически все свои свойства, удаляется только влага. Первоначальное качество длительный срок хранения в течение ряда лет и продукт способен быстро восстанавливаться (сухие закваски, биопрепараты, гранулированный кофе, космическая пища).

Холодная сушка - процесс, протекающий при низких положительных температурах.

Криоконцентрирование - способ консервации продукта ( напитков, разл. Фруктовых и овощных соков, молока, чая, кофе.. ) путём частичного обезвоживания его вымораживанием. Он состоит из 2 - х процессов льдообразования и сепарирования льда.

Криоизмельчение - процесс, при котором продукт переходит в хрупкое состояние и может быть измельчён до любого заданного размера (в области температур от -50 до -190oС).

Криоразмельчение - процесс, осуществляемый при температурах ниже криоскопической, при котором производится фракционирование - разделение частиц различных размеров, слипающихся при положительных температурах.Криоскопическая температура - температура начала образования кристаллов льда в жидкой фазе пищевых продуктов. Температура, соответствующая окончанию льдообразования, находящейся в продукте в свободном или связанном состоянии воды называется эвтектической (криогидратной) температурой.

Продолжительность процесса.

Замораживания зависит от вида продукта, его упаковки и толщины. Замерзание начинается с поверхности. Через некоторое время продукт покрывается твердой замороженной коркой, тогда как внутренние слои его остаются мягкими. Затем начинают промерзать и внутренние слои. Продолжительность замораживания зависит от тех же факторов, что и продолжительность охлаждения: от содержания жира, от толщины, от упаковки Толщина замораживаемого слоя влияет на продолжительность процесса замораживания. При больших значениях коэффициента теплоотдачи продолжительность замораживания пропорциональна квадрату толщины слоя продукта, в связи» с чем стремятся уменьшить эту толщину, например при фасовании продукта.и тары, от температуры и скорости движения охлаждающей среды. В морозильных аппаратах возможно получение замороженного продукта правильной геометрической формы и стандартных размеров, что, в свою очередь, дает возможность увеличить загрузку камер хранения и транспортных средств, механизировать и автоматизировать технологические операции. С теплофизической точки зрения замораживание предусматривает понижение температуры продукта ниже криоскопической, сопровождаемое льдообразованием. Вследствие превращения воды в лед происходит своеобразное обезвоживание продукта, что в сочетании с действием низких температур повышает стойкость продуктов при хранении. Размер, форма и распределение кристаллов льда, образующихся при замораживании, зависит от свойств продукта и условий замораживания. Быстрое снижение температуры продукта способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда. От размера кристаллов льда зависит степень повреждения клеток продукта. При медленном замораживании образуются крупные кристаллы льда и наблюдаются наибольшие структурные повреждения. Значительные механические повреждения, появление микротрещин возможны при сверхбыстром замораживании продукта. Таким образом, с понижением температуры и повышением скорости ее изменения, с одной стороны, увеличивается производительность морозильного устройства, а с другой стороны, возрастают энергозатраты и возможно ухудшение качества замороженной продукции, т. е. речь идет о выборе оптимальной скорости замораживания. Выбор скорости невозможен без расчета продолжительности замораживания. Возможности снижения температуры теплоотводящие среды для сокращения продолжительности замораживания невелики. По мере понижения температуры воздуха от --18 до --25°С на 1° продолжительность замораживания сокращается в среднем на 4,5%. Однако при этом возрастают затраты на выработку холода. При очень низкой температуре возникает опасность перемораживания поверхностных слоев продукта. Могут возникнуть внутренние напряжения и, как следствие, появление трещин. Чаще всего ускорение процесса замораживания достигается увеличением коэффициента теплоотдачи. Следует иметь в виду, что увеличение этого коэффициента в большей степени влияет на сокращение продолжительности процесса при замораживании тонких слоев, чем толстых. В зависимости от конструкции морозильных аппаратов увеличение коэффициента теплоотдачи реализуется различными путями. В воздушных аппаратах -- при интенсивном (со скоростью 4--5 м/с) обдуве продукта воздухом. При этом возрастает мощность электродвигателей вентиляторов, необходима также тепловая компенсация работы вентиляторов.

Расчёт температуры в термическом центре охлаждаемого продукта

ингредиент пищевой продукт флюидизация

Для выполнения расчётов по шифру выбираются исходные данные из Приложения 2. Расчёты следует выполнять в следующей последовательности.

Определяют температуропроводность продукта:

а = лох / ( Сох · с ) , м?/с,

где лох - коэффициент теплопроводности продукта, Вт / (м · к); сох - теплоёмкость продукта, кДж / (кг · К);

с - плотность продукта, кг/м?.

Рассчитывается критерий Био: Bi = (б · R) / лох,где б - коэффициент теплоотдачи между продуктом и охлаждающей средой, Вт/( м? ·К),выбирается в зависимости от условий теплообмена;

R - половина величины характерного размера (толщины, диаметра) продукта, м.

Рассчитывается критерий Фурье: F0 = (аох · ф) / RІ.

По номограмме (Приложение 4, 5, 6) находят значение величины безразмерной температуры U с учётом конкретной физической модели.

Подставив в выражение : U=( tк - ts ) / ( tM - ts ), известные значения ts, tM, U определяют tк.

Флюидизация

Компания «АГРОПРОМХОЛОД» представляет оборудование для заморозки и пищевые агрегаты: камера шоковой заморозки, инъектор. Наши специалисты рассчитают параметры установок для различных отраслей пищевого производства (например промышленная заморозка). Когда скорость работы конвейеров нужно увеличить, а качество продукции сохранить надолго, используется быстрая заморозка.

флюидизации (глубокой заморозки) ягод, фруктов, овощей, грибов и др. продуктов. Принцип действия данных аппаратов основан на заморозке продукта в воздушном потоке высокого давления, который подаётся под конвейерную ленту от высоконапорных вентиляторов, проходя предварительно через воздухоохладитель. Продукты замораживаются остаточно быстро и без деформации, что важно для продуктов влажных, с нежной консистенцией, которые могут слипаться. Во флюидизационном слое ( во взвешенном состоянии) можно замораживать только мелко штучные продукты или продукты нарезанные на мелкие кусочки, которые близки по форме, размерам ( 20 - 25 мм. ) и массе, например зелёный горошек, кубики моркови, ломтики яблок, клубнику, малину, смородину.

Основные преимущества данных систем: сохранение товарного вида и формы продукта; сокращение потерь влажности продукта (сохранение вкуса и снижение себестоимости); получение продукта так называемой «сухой заморозки», отделённого друг от друга; легко встраивается в производственную линию; низкие затраты на эксплуатацию.

К недостаткам этих аппаратов можно отнести следующее: потеря массы продукта вследствие испарения; быстрый рост инея на поверхности воздухоохладителей; значительных расход энергии на привод центробежных вентиляторов; потребность в относительной низкой температуре кипения и большие затраты на работу холодильной установки.

Процесс замораживания

Замораживанием называется отвод теплоты от продуктов с понижением температуры ниже криоскопической при кристаллизации большей части воды, содержащейся в продукте.

Процесс замораживания применяется также для достижения следующих целей:

1. отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

2. изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при подготовке их к дальнейшим технологическим операциям;

3. сублимационной сушки;

4. производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических вкусовых и товарных качеств (мороженое,пельмени и другие быстрозамороженные продукты).

Эффект замораживания достигается при температуре в центре продукта минус 6 °С и ниже. Вода в продуктах содержит растворенные соли, поэтому она замерзает не при 0 °С, а при более низкой температуре, называемой криоскопической, значение которой на несколько градусов ниже температуры замерзания воды.

При -- 5 °С обычно замерзает около 75% воды в мясе, при -- 10 °С - более 80%, а при -- 20 °С - около 90%. Дальнейшее понижение температуры на эту величину практически не влияет.

Ниже приведены значения криоскопической температуры для ряда продуктов: мясо от -- 0,6 до -- 1,2 ?С; рыба от -- 0,6 до -- 2,0 ?С; яйца -- 0,5 ?С; молоко коровье -- 0,55 ?С; яблоки от -- 1,5 до -- 2,1 ?С; картофель от -- 1,1 до -- 1,6 ?С.

Замораживание продуктов может происходить быстро или медленно. При быстром замораживании в тканях образуются более мелкие кристаллы льда, меньше повреждающие ткани, поэтому качество продуктов сохраняется лучше.Продолжительность процесса замораживания зависит от вида продукта, его упаковки и толщины. Замерзание начинается с поверхности. Через некоторое время продукт покрывается твердой замороженной коркой, тогда как внутренние слои его остаются мягкими. Затем начинают промерзать и внутренние слои. Продолжительность замораживания зависит от тех же факторов, что и продолжительность охлаждения: от содержания жира, от толщины, от упаковки и тары, от температуры и скорости движения охлаждающей среды.

Замороженный продукт отличается от охлажденного рядом признаков и свойств:

1. твердостью - результат превращения воды в лед;

2. яркостью окраски - результат оптических эффектов, вызываемых кристаллизацией льда;

3. уменьшением удельного веса - следствие расширения воды при замораживании;

4. изменением термодинамических характеристик (теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность).

При замораживании, в отличие от охлаждения, происходит частичное перераспределение влаги, травмирование тканей продукта кристаллами льда, а также иногда частичная денатурация белка. В общей сложности все это может снизить вкусовые и питательные достоинства продукта, если замораживание осуществлено неправильно.

Во время замораживания продуктов происходит их усушка. Унесенная воздухом влага осаждается на поверхности воздухоохладителей в виде "снеговой шубы". Усушка почти не происходит, если продукт находится в герметичной таре или упаковке.

Размещено на Allbest.ru