Физико-механические свойства пищевого сырья и готовой продукции

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра биотехнологии и химии

Контрольная работа по дисциплине

«Физико-механические свойства пищевого сырья и готовой продукции»

Вариант № 5

Выполнил:

Специальности

Проверил:

Тверь, 2008

Содержание

1. Вопрос № 5 Задачи и способы измельчения пищевого сырья……стр. 3

2. Вопрос № 37 Поверхностная энергия и поверхностные явления ..стр. 9

3. Вопрос № 43 Липиды. Строение. Свойства……………….………стр.10

Вопрос № 5: Задачи и способы измельчения пищевого сырья.

Измельчение -- процесс механического воздействия на продукт рабочими органами, который приводит к преодолению сил взаимного сцепления и разрушению продукта под действием внешних нагрузок, а также к увеличению поверхности твердых материалов.

В пищевой промышленности измельчение применяют в следующих целях: для подготовки сырья к приготовлению пищи, придания продукту требуемой консистенции, порционирования продукта, утилизации отходов сырья и остатков пищи, для увеличения поверхности твердых материалов с целью повышения скорости биохимических и диффузионных процессов при переработке фруктов, овощей и т. д. Измельчение широко используют в мукомольном, мясном, свеклосахарном, спиртовом, пивоваренном, консервном и других производствах.

Способы измельчения (рис.1) подразделяют на следующие: раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, распиливание, истирание, измельчение с помощью удара. В каждой измельчающей машине реализуются, как правило, все способы измельчения, но главную роль играет тот, для которого она создана.

При раздавливании (рис.1, а) под действием статической нагрузки, создаваемой силой F на нажимную плиту, определяющими являются напряжения сжатия. Под их действием материал деформируется по всему объему. При этом внутреннее напряжение в нем постепенно повышается и по достижении внутреннего напряжения выше предела прочности сжатия материал разрушается. При этом образуются частицы различного размера и различной формы. В чистом виде раздавливание реализуется очень редко: только в щековых дробилках. В ряде других типов измельчителей оно сопровождается истиранием.

При раскалывании (рис.1, б, в) в материале возникают в основном изгибающие напряжения. Процесс раскалывания осуществляется за счет создания больших концентраций нагрузок в местах контакта материала с клинообразным рабочим элементом, на который воздействует сила F, Этот способ используется, например, в дискозубых дробилках, предназначенных для измельчения достаточно крупных вязких материалов.

Процесс разламывания (рис.1, г) совершается за счет воздействия из-гибающих сил F. Размеры и форма получаемых частиц примерно такие же, как и при раскалывании.

Процесс резания (рис.1, д) осуществляется лезвиями (ножами), под действием которых создается усилие F, направленное под определенным углом к измельчаемому материалу. Кроме того, ножи совершают движение в плоскости, параллельной плоскости разделения материала. При резании в материале возникают напряжения сдвига. Резание используется в измельчителях для плодов фруктов и овощей, а также туш животных, причем сырье можно измельчить на части заранее выбранных размеров и форм.

Распиливание (рис.1, ж) осуществляется за счет использования пил, зубья которых представляют собой ножи. Измельчение материала происходит при нажиме на пилу и ее перемещении в плоскости измельчения. Процесс распиливания позволяет получить куски требуемых размеров.

Процесс истирания применяется при тонком и коллоидном помолах. При истирании (рис.1, з) разрушение происходит главным образом от напряжений сдвига. На материал действуют силы, возникающие при перемещении опорной и нажимной плит в противоположные стороны. На нажим-" ную плиту оказывает внешнее воздействие сила F. Истирание в комбинации с раздавливанием -- один из наиболее экономичных способов измельчения и используется в среднеходных (валковых и шаровых) мельницах, бегунах, валковых и конусных дробилках.

Процесс дробления за счет удара осуществляется под действием динамических нагрузок на продукт, в результате которых возникают динамические напряжения, приводящие к его разрушению. Различают свободный (рис.1, и) и стесненный (рис.1, к) удары. При стесненном ударе тело разрушается между двумя рабочими органами измельчителя, при свободном -- в результате столкновения с рабочим органом или другим измельчаемым телом. Измельчение ударом имеет место в роторных и молотковых дробилках, молотковых и струйных мельницах, дисмембраторах, дезинтеграторах, а также частично в барабанных мельницах.

Рис.1. Способы измельчения продуктов:

а -- раздавливание; б -- раскалывание с опорной плитой; в -- раскалывание между клинообразными рабочими элементами; г -- разламывание; д -- резание; ж -- распиливание; з -- истирание; и -- измельчение при стесненном ударе; к - измельчение свободном ударе;

1 -- опорная плита; 2 -- измельчаемый материал; 3 -- нажимная плита; 4 -- клинообразный рабочий инструмент; 5 -- опоры; 6 -- нож; 7 -- пила; 8 -- ударяющий инструмент

При этом обычно имеют место несколько сопутствующих видов измельчения. Например, истирание сопровождается раздавливанием, раскалыванием, измельчением при ударе. При истирании материалов образуется большое количество пыли и в ряде случаев имеет место переизмельчение, что иногда недопустимо. Выбор метода измельчения зависит от крупности и прочности материала. Прочные и хрупкие материалы измельчают раздавливанием и ударом, прочные и вязкие -- раздавливанием, вязкие материалы средней прочности -- истиранием, ударом и раскалыванием.

В измельчающих машинах сочетается несколько принципов разрушения пищевых продуктов. Например, в вальцовых станках и жерновых поставках -- сжатие с одновременным сдвигом. В центробежных измельчителях и бичевых машинах -- удар и истирание.

В зависимости от конечных задач процесса измельчения надо соблюдать определенные условия. Прежде всего, продукт измельчают до требуемой крупности. Однородное дробление продуктов до определенной крупности в зависимости от его вида и целевого назначения способствует лучшему усвоению питательных веществ. Наличие пылевидных частиц ухудшает условия питания и может вызывать попадание в дыхательные пути.

В продуктах измельчения должны отсутствовать металлические, минеральные и другие примеси, являющиеся случайными или образующиеся в результате износа рабочих органов машин.

Нагрев продуктов в процессе измельчения должен быть минимальным, что обеспечивается надежной работой аспирационных установок и поддержанием рабочих органов измельчающих машин в исправном техническом состоянии.

Процессы измельчения разделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое), помол (грубый, средний, тонкий и сверхтонкий) и резание. Резание применяют, когда требуется не только уменьшить размер кусков, но и придать им определенную форму (овощи и фрукты, конфетная и тестовая масса, мясо и другие продукты).

Вопрос № 37 Поверхностная энергия и поверхностные явления

Поверхностные явления.

Поверхностные явления, физико-химические явления, которые обусловлены особыми (по сравнению с объемными) свойствами поверхностных слоев жидкостей и твердых тел. Наиболее общее и важное свойство этих слоев - избыточная энергия. Поверхностные явления протекают наиболее выражено в гетерогенных системах с сильно развитой поверхностью раздела фаз, т.е. в дисперсных системах. Изучение закономерностей поверхностные явления является составной частью коллоидной химии и чрезвычайно важно для всех ее практических приложений.

Самопроизвольные поверхностные явления происходят вследствие уменьшения поверхностной энергии системы. Они обусловлены уменьшением общей поверхности системы либо уменьшением поверхностного натяжения на границе раздела фаз. К поверхностным явлениям связанным с уменьшением общей поверхности, относят:

1) капиллярные явления, в частности приобретение каплями (в туманах) и газовыми пузырьками (в жидкой среде) сферической формы, при которой поверхность капли (пузырька) минимальна.

2) Коалесценция - слияние капель в эмульсиях (или газовых пузырьков в пенах) при их непосредственном контакте.

3) Спекание мелких твердых частиц в порошках

4) Собирательная рекристаллизация - укрупнение зерен поликристаллического материала

5) Изотермическая перегонка - увеличение объема крупных капель за счет уменьшения мелких.

При этом вследствие повышения давления паров жидкости с более высокой кривизной поверхности происходит испарение мелких капель и последующая их конденсация на более крупных каплях. Для жидкости, находящейся на твердой подложке, существующая роль в переносе вещества от мелких капель к крупным играет поверхностная диффузия.

При определенных условиях в системе могут происходить самопроизвольные поверхностные явления, сопровождающиеся увеличением общей поверхности раздела фаз. Так, самопроизвольное образование устойчивых лиофильных коллоидных систем происходит в условиях, когда увеличение поверхностной энергии, вызываемое измельчением частиц, компенсируется их вовлечением в тепловое движение и соответствующим возрастанием энтропии. Критические размеры зародышей, при превышении которых выделение новой фазы идет самопроизвольно, зависят от поверхностного натяжения, а также от величины перегрева. Связь между этими параметрами определяется уравнением Гиббса.

Самопроизвольные поверхностные явления, в которых изменяется поверхностное натяжение:

1) образование огранки (равновесной формы) кристаллов. Равновесной форме соответствует минимум поверхностной энергии (принцип Гиббса-Кюри - Вульфа.

2) Коагуляция-слипание мелких твердых частиц в золях, суспензиях в крупные агрегаты с последствии разрушением системы и образованием осадков различной структуры. Слипание происходит вследствие снижения межфазного натяжения в месте контакта частиц. Самопроизвольный обратный процесс - пептизация, т.е. распад агрегатов - происходит в том случае, если образование участков поверхности с повышенным значением поверхностного натяжения компенсируется вовлечением образующихся частиц в тепловое движение и соответствующим увеличением энтропии системы.

3) Адгезия - прилипание жидкости к твердому телу вследствие понижения поверхностной энергии.

4) Гетерогенное образование зародышей новой фазы - конденсация паров на твердой поверхности, образование на стенках паровых пузырьков при кипении, рост кристаллов на затравках. В этих поверхностные явления существенную роль играют микронеоднородности твердой поверхности.

5) Растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением по поверхности жидкости.

6) Адсорбция - концентрирована в поверхностном слое или на поверхности жидкостей и твердых тел, понижающих их поверхностное натяжение.

Поверхностные явления при деформировании и разрушении происходят не самопроизвольно, поскольку требуют затраты работы на образование и развитие новых поверхностей. Закономерности этих поверхностных явлений изучает физико-химическая механика. Одно из основных поверхностных явлений при деформации и разрушении - эффект Ребиндера (понижение прочности). Оно заключается в изменении прочности и пластичности твердых тел вследствие снижения поверхностной энергии во время деформации и развития трещины. Эффект Ребиндера происходит при нагружении материалов в определенных ПАВ или в контакте с жидкостями.

Поверхностная энергия.

Поверхностная энергия, энергия, сосредоточенная на границе раздела фаз, избыточная по сравнению с энергией в объеме. При увеличении поверхности раздела фаз полная поверхностная энергия. Термин "поверхностная энергия" применяют обычно для границы твердое тело-газ (пар); если граничащие фазы суть твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости, пользуются термином "межфазная энергия". Удельная свободная поверхностная энергия на границе раздела жидкость-газ (пар) называется поверхностным натяжением.

Поверхностная энергия связана с межмолекулярным взаимодействием, т.к. состояние частиц (атомов, молекул) на границе раздела фаз отличается от состояния в объеме фаз вследствие нескомпенсированности силовых полей частиц на поверхности раздела. Состояние поверхности и поверхностные силы играют существенную роль в тех случаях, когда поверхность сильно развита, при получении вещества в виде тонких пленок, когда сфера действия приповерхностных сил соизмерима с толщиной пленок, в капиллярных явлениях. При образовании (увеличении) поверхности раздела фаз затрачивается работа против нескомпенсированных сил межчастичного взаимодействия на поверхности. Существует несколько методов измерения поверхностной энергии твердых тел, из которых наиболее достоверные результаты дает метод нулевой ползучести (Таммана-Удина), основанный на наличии у тела вязкой ползучести, т.е. способности при достаточно высокой температуре медленно течь под действием приложенной силы. Графическая интерполяция величины этой силы к значению, при котором вязкая ползучесть уравновешивается поверхностным натяжением, позволяет определить поверхностную энергию. Для упругих тел с хрупким разрушением поверхностной энергии можно определить лишь в случаях совершенной спайности, например при обратимом расщеплении листочка слюды, путем измерения работы образования поверхности (метод Обреимова); последний применим также для определения межфазной энергии на границе твердое тело-жидкость.

Поверхностная энергия в значительно степени определяет форму кристаллов, работу образования новой фазы, прочность твердых тел, поверхностные явления, капиллярные явления, устойчивость дисперсных систем.

Вопрос № 43 Липиды. Строение. Свойства. Влияние температуры и концентрации липидов на характер реологических кривых молока.

Уже при кратком знакомстве с молекулярными основами жизни мы сталкиваемся с липидами. Назовем их основные биологические функции: главные компоненты биомембран; запасной, изолирующий и защищающий органы материал; наиболее калорийная часть пищи; важная составная часть диеты человека и животных; переносчики ряда витаминов; регуляторы транспорта воды и солей; иммуномодуляторы; регуляторы активности некоторых ферментов; эндогормоны; передатчики биологических сигналов.

Рассмотрим три крупные группы липидов, различающиеся по химическому строению:

I - простые липиды;

II - сложные липиды;

III - оксилипины.

В группу I наряду с ЖК входят соединения, содержащие одну длинную углеводородную цепь с функциональной группой, образованной из карбоксильной, или утратившие карбоксил.

Липиды группы II построены из нескольких блоков, соединенных между собой связями, расщепляющимися при гидролизе, чаще всего сложноэфирными или амидными. В этих липидах могут быть и простые эфирные связи. Сложные липиды обычно делят на две подгруппы, которые называют: А - простые или нейтральные липиды и Б - сложные или полярные липиды. Мы также делим группу II на две подгруппы, но поскольку используем термин “простые липиды” для обозначения группы I, а “сложные липиды” - для всей группы II, то для подгрупп А и Б применяем только названия “нейтральные липиды” и “полярные липиды” соответственно. Липиды группы III - оксилипины образуются не из любых жирных кислот, как липиды групп I и II, а только из некоторых полиеновых, в первую очередь содержащих 20 углеродных атомов. В литературе липиды группы III чаще всего называют эйкозаноидами, из которых наиболее известны простагландины [3]. Однако все чаще находят соединения, имеющие много общего с эйкозаноидами, но содержащие менее или более 20 углеродных атомов. Термин “оксилипины” предложили в 1991 году шведские и американские ученые. Он говорит о содержании в молекулах кислорода и их принадлежности к липидам.