Какие физические процессы изменяют состояние и свойства продуктов
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Питание является одним из самых значимых вопросов для любого человека. Знание физических свойств пищевых продуктов в значительной мере определяют их качество, способность к длительному хранению и транспортированию. От правильного хранения продуктов зависит здоровье и продолжительность жизни человека, которые эти продукты потребляет.
Физические процессы изменяют состояние и свойства продуктов, влияют на активность биохимических и химических процессов. Основные физические изменения (увлажнение и высыхание) приводят к изменениям массы продукта. При погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании происходят механические воздействия (лом макаронных изделий, бой яиц, ушибы, повреждения плодов, овощей, деформация хлебобулочных изделий), которые ухудшают качество продуктов. Для предупреждения механических воздействий необходимо бережное обращение с товаром при разгрузке и перевозках.
1 Физические свойства пищевых продуктов
Под функциональными свойствами понимают физико-химические и другие характеристики, определяющие поведение продукта при хранении и переработке, а также обеспечивающие желаемую структуру, технологические и потребительские свойства готовых изделий. В отдельных случаях для определения функциональных свойств продукта используют термин «технологические свойства».
К физическим свойствам пищевых продуктов относят структурно-механические свойства, сыпучесть, способность к самосортированию, скважистость, сорбционные, теплофизические, оптические и электрофизические свойства.
Структурно-механические 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. Уменьшение твердости косвенно влияет на сохраняемость плодов и овощей, особенно их устойчивость к микробиологическим повреждениям.
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
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.
Хорошая сыпучесть многих продуктов позволяет легко перемещать их при помощи транспортеров, норий, шнеков, загружать в различные по форме емкости хранилищ. Эти продукты также легко перемещаются самотеком по наклонной плоскости. Сыпучесть характеризуют двумя показателями: углом трения и углом естественного откоса.
Под углом трения понимают наименьший угол, при котором масса продукта начинает скользить по какой-либо поверхности. Под углом естественного откоса, или углом ската, понимают угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении части массы продукта на горизонтальную поверхность. На сыпучесть продукта влияет много факторов, в первую очередь форма, размер, характер и состояние поверхности единичных экземпляров продукта, а также его влажность и наличие примесей. Влияет также род поверхности, по которой продукт перемещают.
Примеси, встречающиеся в массе продукта, как правило, понижают его сыпучесть. Например, при наличии значительного количества семян сорняков с цепкой, шероховатой поверхностью сыпучесть зерна может быть полностью потеряна. Такое зерно нельзя без предварительной очистки засыпать в силос элеватора, так как могут быть закупорены выпускные отверстия. С увеличением влажности продукта его сыпучесть значительно понижается.
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.
Сорбционные свойства
Продукты обладают способностью поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ и газы. При определенных условиях может иметь место и обратный процесс — выделение (десорбция) этих веществ.
Значительная сорбционная емкость массы продукта объясняется двумя причинами: капиллярно-пористой коллоидной структурой единичных экземпляров и скважистостью массы продукта.
Один из видов сорбции — гигроскопичность, т. е. способность продуктов к поглощению водяных паров. Гигроскопические свойства имеют исключительное значение. Влажность продукта — один из важнейших факторов, обусловливающих стойкость его при хранении. Влагообмен между продуктом и воздухом может происходить в двух противоположных направлениях: десорбция — передача влаги от продукта воздуху, когда парциальное давление пара над поверхностью продукта выше, чем в воздухе; сорбция — принятие влаги из воздуха. Влагообмен между продуктом и воздухом прекратится, когда парциальное давление водяного пара в воздухе и над поверхностью продукта будет одинаковым, т. е. наступит динамическое равновесие. Влажность продукта, соответствующая этому состоянию, называется равновесной и повышается с увеличением влажности окружающей среды. Равновесная влажность при стационарных условиях окружающей среды (постоянной влажности и температуре) — величина постоянная. В зависимости от изменений внешней среды ее значение может изменяться от 7 до 36 %. Влажность продукта, равная 1%, является равновесной для воздуха с влажностью 15-20%, а 33-36%— для воздуха, полностью насыщенного водяными парами.
Величина равновесной влажности зависит от химического состава продукта. Так, у масличных культур при всех равных условиях величина равновесной влажности почти вдвое меньше, чем у зерновых. Это объясняется меньшим содержанием в масличных семенах гидрофильных коллоидов. При постоянной температуре зависимость между влажностью продуктов и влажностью воздуха выражается изотермой сорбции. Важным для практики является то, что влажность продуктов изменяется неравномерно. Наиболее значительно возрастает влажность продукта при относительной влажности воздуха в пределах 80-100 %. При влажности воздуха 75 % равновесная влажность злаковых 15-16 %, а в более насыщенном влагой воздухе она увеличивается вдвое и достигает 32-36 %.
Равновесная влажность зависит от температуры окружающего воздуха. С понижением температуры воздуха величина равновесной влажности возрастает (при понижении с 30 до О °С примерно на 1,5%).
Помимо этого имеет значение и так называемое явление сорбционного гистерезиса, выражающееся в несовпадении изотерм сорбции и десорбции.
Кривые равновесной влажности показывают, что различные пробы одного и того же продукта, находясь в состоянии равновесия с одной и той же средой, могут иметь различную влажность.
Оптические и электрофизические свойства
К оптическим свойствам относят прозрачность, цветность, рефракцию, оптическую активность. Эти показатели воспринимаются человеком посредством зрительных ощущений. Оптические свойства — важный показатель качества большинства продуктов питания.
Электрофизические свойства определяют поведение продуктов в электромагнитном поле. Основным показателем этих свойств является электропроводность. На этом показателе основано определение влажности и титруемой кислотности некоторых продуктов.
Теплофизические свойства пищевых продуктов
Любая масса продукта в целом обладает рядом теплофизических свойств, из которых наибольшее значение имеют теплоемкость и термовлагопроводность.
Температура продукта относится к важнейшим его характеристикам и зависит от температуры окружающей среды. При перемещении продуктов из одной среды в другую возникают перепады температуры, что может вызвать конденсацию и увлажнение. Вследствие этого могут увеличиться масса продуктов, произойти нежелательные качественные изменения (микробиологическая порча, коррозия металлов и т. п.).
Температура продуктов существенно влияет на их сохраняемость, поэтому устанавливаются ее оптимальные пределы для каждой товарной группы или отдельного продукта. Например, температура молока должна быть не выше 8 °С, но не ниже 0 ºС.
Теплоемкость
Теплоемкость — количество теплоты, необходимое для повышения температуры объекта определенной массы в определенном интервале температуры. 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. С увеличением влажности и температуры теплоемкость увеличивается.
Удельная теплоемкость рассчитывается для определения количества теплоты, которое нужно передать продукту для нагревания или отвести от него для охлаждения. Этот показатель применяется для расчета потребностей в холодильном оборудовании или кондиционерах для обогрева, а также учитываются при расчетах теплового оборудования для приготовления пищи, при определении соотношения основных продуктов и фритюрного жира и других расчетах.
Термовлагопроводность
К важным теплофизическим процессам, происходящим в пищевой среде, относится термовлагопроводность. Суть этого процесса заключается в том, что при постепенном прогреве продукта, сопровождающемся перемещением теплоты из зон более нагретых в зоны с более низкой температурой, вместе с потоком теплоты устремляется и поток влаги. Вследствие этого между нагретыми и ненагретыми участками создается зона повышенной влажности, что может иметь негативные последствия. Явлением термовлагопроводности, например, объясняется то, что мякиш выпеченных мучных изделий может иметь несколько большую влажность по сравнению с тестом.
Характеризуя теплофизические свойства подавляющего большинства пищевых продуктов в целом, следует отметить, что они обладают большой тепловой инерционностью, т. е. медленно реагируют на изменение температуры окружающей среды. Значительная тепловая инерционность продуктов имеет как положительное, так и отрицательное значение. С одной стороны, большая тепловая инерция при правильно организованном хранении продуктов обеспечивает в них низкую температуру длительный период, даже в теплое время года, и тем самым консервирует их. С другой стороны, при наличии благоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов и вредителей выделенная ими теплота может накапливаться в массе продукта и приводить к повышению температуры и самосогреванию.
ВЫВОДЫ
К физико-химическим свойствам пищевых продуктов относят структурно-механические свойства, сыпучесть, способность к самосортированию, скважистость, сорбционные и теплофизические и оптические свойства. Любая масса продукта в целом обладает рядом теплофизических свойств, из которых наибольшее значение имеют теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность и термовлагопроводность. Температура продукта относится к важнейшим его характеристикам и зависит от температуры окружающей среды. При перемещении продуктов из одной среды в другую возникают перепады температуры, что может вызвать конденсацию и увлажнение. Вследствие этого могут увеличиться масса продуктов, произойти нежелательные качественные изменения (микробиологическая порча, коррозия металлов и т. п.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Нечаев А.П. Пищевая химия. – СПб.: ГИОРД, 2001. – 592 с.
Электронный учебно-методический комплекс дисциплины «Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины» Учебное пособие. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Депозитарий электронных изданий. Москва 2010.
Термодинамические свойства комбинированных пищевых систем на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога. Шамкова Н.Т., Яковлева Т.В., Зайко Г.М., Боровская Л.В.Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2008. № 2-3 (303-304).
Зависимость теплоемкости от температуры в системах на основе полиэтиленгликоля и жирных кислот. Шабалина С.Г., Шпербер Ф.Р., Данилин В.Н., Боровская Л.В.депонированная рукопись № 340-В2002 20.02.2002
Исcледование студней на основе каррагинана и пектина методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Барашкина Е.В., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П.//Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2003. №4
Применение PDM-технологий в управлении качеством пищевой продукции. Боровская Л.В., Молова О.Э.//В сборнике: Устойчивое развитие, экологически безопасные технологии и оборудование для переработки пищевого сельскохозяйственного сырья; импортоопережение Сборник материалов международной научно-практической конференции. 2016.
Исследование термодинамических свойств белково-полисахаридной системы методом дифференциальной сканирующей калориметрии.Бугаец Н.А., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П.Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2003. № 5-6
Транспортировка и хранение скоропортящихся пищевых продуктов. Данилин В.Н., Петрашев В.А., Боровская Л.В.Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1996. № 1-2 (230-231).
Хранение — этап обращения товара, начиная от выпуска готовой продукции до потребления или утилизации. Основная задача при хранении — сохранить товар без потерь качества и количества при минимальных затратах труда и материальных средств. Создание запасов товаров народного потребления является нецелесообразным, но вынужденным пребыванием готовой продукции в сфере обращения. Это явление обусловлено необходимостью осуществления непрерывности процесса производства, постоянного обеспечения людей всеми требуемыми для жизни продуктами потребления и образования резервов. В то же время объем товарных запасов и его ассортиментная структура должны находиться в соответствии с объемом и структурой покупательского спроса. Правильное планирование и нормирование товарных запасов обеспечивает бесперебойное снабжение потребителей, предотвращает образование излишних сверхнормативных запасов, способствует ускорению оборачиваемости, снижению потерь товаров.
В настоящее время вопросы хранения приобретают важнейшее экономическое значение, особенно это касается продовольственных товаров. Для разных товаров данная задача решается неодинаково, так как каждый из них нуждается при хранении в определенном режиме, зависящем от его состава, свойств и интенсивности протекающих в нем процессов. При хранении продовольственных товаров в их составе и качестве происходят различные изменения, которые можно замедлить, сильно затормозить, но полностью избежать нельзя. В зависимости от характера этих изменений процессы, происходящие при хранении, можно подразделить на физические, химические, биохимические, микробио-логические, биологические.
Физические процессы (увлажнение и высыхание) изменяют состояние и свойства продуктов, а также влияют на активность других процессов. Замедлить эти изменения можно путем соблюдения температурных условий, относительной влажности воздуха, а также правильным подбором упаковки.
Химические процессы протекают в пищевых продуктах без участия ферментов (карамелизация сахаров, прогоркание жиров, химический бомбаж консервов). Скорость химических процессов замедляют понижением температуры хранения, применением упаковки, изолирующей продукт от действия света и кислорода воздуха.
Биохимические процессы обусловлены действием ферментов, находящихся в продуктах. Биохимическими процессами являются дыхание, гидролиз (автолиз), в результате которых происходят потеря сухих веществ, увлажнение и самосогревание (зерно, овощи), т. е. уменьшается содержание Сахаров, кислот, белков, жиров, витаминов и др., таким образом снижается пищевая биологическая ценность продукта. Замедлить дыхание можно понижением температуры, влажности воздуха.
Микробиологические процессы вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов, для которых многие пищевые продукты служат хорошей питательной средой. К ним относятся брожение, плесневение, гниение.
Брожение — это разложение углеводов и некоторых спиртов под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами. При хранении продовольственных товаров наиболее часто возникают следующие виды брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, маслянокислое.
Плесневение происходит в результате развития на пищевых продуктах (плодах, овощах, хлебе, мясных, рыбных изделиях и т. д.) плесневых грибов. Развитие плесеней вызывает появление своеобразного плесневелого запаха, налета на поверхности продукта и накопления токсинов (ядовитых веществ).
Гниение — это разложение белков под действием ферментов, выделяемых гнилостными микроорганизмами, с образованием веществ, обладающих неприятным запахом и ядовитых. Чаще всего гниению подвержены продукты, богатые белком: мясо, рыба, яйца.
Биологические процессы — это процессы, вызываемые биологическими объектами (грызунами и насекомыми-вредителями), которые наносят большой ущерб товарам при хранении: уничтожают и загрязняют их своими выделениями, являются источниками и переносчиками микроорганизмов. Поэтому при хранении всех продовольственных товаров необходимо соблюдать санитарный режим, проводить обеззараживание складских помещений.
Основная задача при хранении товаров состоит в том, чтобы не допустить или затормозить нежелательные процессы, приводящие к снижению их качества или порче. Замедление или ускорение различных процессов в товарах при хранении во многом зависит от температуры, влажности и состава воздуха, вентиляции и освещенности помещения, товарного соседства, упаковки и укладки товаров и многих других факторов.
Температура воздуха оказывает большое влияние на активность ферментов, скорость химических реакций, развитие микроорганизмов и вредителей. Поэтому большинство продовольственных товаров хранят при пониженных температурах, которые губительно действуют на многие микроорганизмы, вредителей и сводят до минимума ферментативные и химические процессы. Для продуктов длительного хранения температура должна не превышать 10*С, а для скоропортящихся — быть не выше 0°С.
Влажность воздуха при хранении товара также имеет важное значение. Чем выше влажность окружающего воздуха, тем больше влаги поглощается продуктом, и наоборот. Поэтому влажность воздуха необходимо поддерживать на таком уровне, чтобы исключить как увлажнение товаров, так и высыхание. При хранении товаров с высоким содержанием влаги (плоды, овощи, мясо) следует поддерживать высокую относительную влажность воздуха — 80—95%, а товары с невысокой влажностью (сахар, мука, соль, крахмал, макаронные изделия, крупа и др.) следует хранить при влажности воздуха 65-75%.
Состав воздуха оказывает существенное влияние на сохранение продукта. Так как многие продукты соприкасаются с воздухом, необходимо учитывать влияние на них отдельных составных частей его и прежде всего кислорода (вызывает окисление жиров). Воздух должен быть чистым, не иметь посторонних запахов.
Вентиляция воздуха необходима для удаления лишних водяных паров и газов, образующихся при хранении продуктов, способствует понижению температуры воздуха в помещении. Различают вентиляцию естественную, принудительную и активную.
Освещенность (свет) при хранении большинства продуктов играет отрицательную роль: ускоряет процессы дыхания, прогоркания жиров и разрушения многих витаминов; прорастания и позеленения картофеля; изменяет цвет, запах и вкус многих пищевых продуктов, которые поэтому хранят преимущественно в затемненных помещениях.
Товарное соседство при хранении пищевых продуктов должно исключать их взаимное отрицательное влияние друг на друга. Сильно пахнущие продукты нельзя хранить с продуктами, легко воспринимающими запахи. Не допускается совместное хранение сухих продуктов с продуктами, содержащими более 40% влаги, так как первые будут увлажняться и плесневеть, вторые — чрезмерно усыхать.
Упаковка защищает товар от внешних воздействий, повышенной или пониженной температуры, влажности воздуха, от света, посторонних запахов, микроорганизмов и т. д. Упаковочные материалы должны быть эластичными, легкими, дешевыми, сухими, негигроскопичными.
Тара для продовольственных товаров характеризуется большим разнообразием. Ее классифицируют по различным признакам:
по виду материала (деревянная, картонная, металлическая, полимерная, текстильная, керамическая, стеклянная, комбинированная);
по сопротивляемости механическим воздействиям (жесткая и мягкая);
по количеству оборотов (однооборотная и многооборотная).
Порядок укладки и размещения товаров необходимо учитывать при хранении, так как неправильная укладка может привести к деформированию изделий, слеживанию и комкованию сыпучих товаров, приобретению посторонних запахов и других дефектов.
Потери продовольственных товаров. При хранении, транспортировании и реализации возникают количественные потери товаров, которые подразделяют на нормируемые и актируемые. К нормируемым потерям относят естественную убыль массы и предреализаци-онные отходы, образующиеся при подготовке товаров к продаже (зачистка колбасы, рыбы, сливочного масла; образование крошки при продаже сахара-рафинада, кондитерских изделий и др.). Сюда же относят потери, образующиеся сверх норм естественной убыли товаров в продовольственных магазинах самообслуживания.
Естественная убыль — это потери массы товаров, возникающие по естественным причинам. Основными причинами ее являются усушка, распыл (раструска), утечка, раскрошка и др. На размер естественной убыли продуктов влияют физико-химические свойства товаров, сроки и условия хранения, вид упаковки, климатические условия и времена года. Для снижения потерь необходимо осуществлять тщательный контроль за качеством поступающих товаров, соблюдать надлежащий режим хранения, расширять продажу фасованных товаров. Фактические размеры естественной убыли определяют после снятия остатков (инвентаризации). Выявленный недостаток товаров сопоставляют с утвержденными нормами естественной убыли.
К естественной убыли не относятся отходы от зачистки верхнего слоя (штаф) сливочного масла; отходы, образующиеся при подготовке к продаже колбас (бечевка, концы оболочек), битой домашней птицы (бумага), а также мясокопченостей и рыбных товаров, продаваемых после разделки (кожа окороков, кости), и др. Эти потери нормируются отдельно. Потери товаров — лом, бой, возникшие в результате недобросовестного отношения, также не относятся к естественной убыли и списываются за счет виновных лиц. Списание недостачи может производиться только после инвентаризации товаров. Порядок списания недостач, хищений и потерь от порчи ценностей регулируется законодательством учредительными документами предприятия.