Физические свойства пищевых продуктов

1. Реологические, теплофизические, электрофизические, оптические и сорбционные свойства пищевого сырья.

Различие  свойств пищевых продуктов обусловлено  большим разнообразием структур и химического состава. Пищевые  продукты бывают твердые, полутвердые  и жидкие. Твердые могут иметь  кристаллическую структуру (поваренная соль, твердые жиры) или аморфную (карамельные изделия). Хлеб, крупа, макаронные изделия, печенье, ткани  мяса, рыбы, плодов и овощей характеризуются  капиллярно-пористо-коллоидной структурой, кусковой сахар  -  капиллярно-пористой. Крахмал, мармелад, желатин  -  концентрированные  студни. Мясной и рыбный фарш, овощное  и плодовое пюре, тесто, сгущенное  молоко, майонез  -  полужидкие продукты. Жидкие продукты  -  мед, молоко, растительное масло, вино, пиво, соки, напитки представляют собой либо коллоидные растворы, либо эмульсии, суспензии, полярные и неполярные растворы.

Большинство пищевых продуктов (мясо и мясные продукты, рыба, зерно, плоды, а также  продукты их переработки) - сложные  гетерогенные системы.

Свойства  пищевых продуктов зависят от температуры, давления, технологии получения  и других факторов. В характеристике качества пищевых продуктов свойства играют важную роль, обусловливая условия  их перевозки и хранения. Некоторые  показатели качества позволяют судить не только о свойствах, но и о биологических  особенностях, химическом составе и  органолептических достоинствах.

Способы кулинарной обработки зависят от свойств пищевого сырья. Свойства пищевых  продуктов в связи со сложностью исследования гетерогенных систем изучены  еще недостаточно.

Основные физические свойства. К ним относятся форма, размер, масса (масса единицы продукции, плотность, объемная или насыпная масса).

Форма плодов и овощей  -  показатель ботанического вида и сорта. Форма хлебобулочных и кондитерских изделий и сычужных сыров характеризует качество сырья и правильность проведения технологического процесса. Для сычужных сыров, колбасных изделий, макарон, яблок, овощей нормируется размер; рыбу по размеру делят на крупную, среднюю, мелкую и т. Д

Масса единицы  продукции устанавливается при оценке качества многих пищевых продуктов. Масса в кг устанавливается при определении размера некоторых рыб, при заготовке и реализации свежей капусты -  масса кочана, а для шоколада, печенья, вафель и некоторых других кондитерских изделий массу ограничивают. Для злаковых зерен и кофе показателем качества является масса 1000 зерен, для ореха - 100 шт., для карамели и конфет регламентируется количество штук изделий в 1 кг.

  Плотность есть масса (в кг) единицы объема (в м3) однородного продукта, выраженная в кг/м3. В жидких продуктах определяют относительную плотность -  безразмерную величину, которую находят делением массы продукта (при 20°С) на массу равного объема дистиллированной воды при той же температуре. Вследствие теплового расширения тел при повышении температуры продукта плотность уменьшается.

По  плотности определяют, например, массовую долю сахара в винограде, используемом в виноделии, содержание поваренной соли в рассолах квашеной капусты  и соленых огурцов, крепость спиртных напитков, содержание крахмала в клубнях  картофеля (чем больше плотность  клубней картофеля, тем больше в  них крахмала).

Плотность может характеризовать химический состав жиров и молока. Так как  с увеличением содержания кислорода  в молекуле жирной кислоты плотность  ее выше, то плотность предельных высокомолекулярных жирных кислот будет меньше, чем  низкомолекулярных, а непредельных жирных кислот  -  возрастать с  увеличением числа двойных связей. Поэтому по плотности жира можно  судить о его жирнокислотном составе.

Объемную  или насыпную массу продукта в кг/м3 определяют как отношение массы его к занимаемому им объему вместе с пустотами и порами. Объемную массу продукта необходимо учитывать при определении емкости тары, складских помещений, размещении продуктов для хранения, транспортных средств при перевозках.

Структурно-механические свойства пищевых  продуктов. Эти свойства характеризуют сопротивляемость пищевых продуктов механическому воздействию. Они зависят не только от химического состава, но и от строения, или структуры, продукта. К ним относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность, релаксация, вязкость, липкость.

Механические  свойства продуктов проявляются  в процессе их деформации, когда  изменяется форма и размер тела под  действием внешних сил.

Реология  -  наука о деформации и течении различных тел -  дает возможность понять явления, которые происходят при производстве и хранении пищевых продуктов. При определении реологических свойств продовольственных товаров замеряют количество механической энергии, расходуемой во времени на создание в продуктах обратимых (упругих) или остаточных (пластических) деформаций, которые характеризуют силы химических связей между молекулами и звеньями, входящими в состав структуры. Эти данные позволяют судить о скорости протекающих в продуктах химических и биохимических процессов.

Прочность - способность продукта сопротивляться механическому разрушению  -  определяется при определении качества макарон, сахара-рафинада, сухарей и других продуктов.

Твердость  -  краевая прочность тела  -  свойство тела препятствовать проникновению в него другого (более твердого) тела. Для определения твердости на поверхность продукта воздействуют твердым наконечником, имеющим форму шарика, конуса, пирамиды или иглы. Определяют твердость сахара, зерна, плодов, овощей и других продуктов.

Упругость  -  способность мгновенно восстанавливать форму тела после приложения внешней силы (надавливания) и эластичность -  способность восстанавливать форму после надавливания через некоторое время -  имеют значение при хранении и перевозке товаров (хлеб, плоды, овощи) и при определении качества (мякиша хлеба, клейковины муки, свежести мяса и рыбы и др.).

Пластичность  -  способность продукта к необратимым деформациям -  характеризует качество карамельной массы, теста и др.

Релаксация  -  свойство продуктов твердо-жидкой структуры, характеризующее время перехода упругих деформации в пластические при постоянной нагрузке. Определенной величиной релаксации обладают сыр, творог, мышечная ткань, мясной фарш. Это свойство имеет большое значение при перевозке хлеба и хлебобулочных изделий, плодов и овощей, кондитерских товаров и др.

 Явление ползучести  -  свойства постепенного нарастания пластической деформации, особенно нагретого продукта без увеличения нагрузки, - характерно для коровьего масла, маргарина, сычужных сыров, мороженого, мармелада, повидла и других кондитерских изделий.

Вязкость характеризует внутреннее трение, происходящее при относительном движении соседних слоев сиропов, патоки, меда, майонеза, соков, растительных масел и других жидкостей и зависящее от сил сцепления между частицами и молекулами вещества  (в значительной мере от температуры продукта).

Липкость (адгезия)  -  способность продуктов проявлять в различной мере силы взаимодействия с другим продуктом или с поверхностью тары, в которой находится продукт. Свойствами липкости обладают сливочное масло, сыр, мясной фарш, вареная колбаса, ирис, хлебный мякиш и другие продукты, которые при разрезании прилипают к лезвию ножа, крошатся или ломаются. Липкость продуктов определяют для управления этим свойством в процессе производства и хранения товаров.

Для характеристики структурно-механических свойств пищевых продуктов в  товароведении применяют термин «консистенция». Под консистенцией  понимают вязкость, липкость, эластичность и другие свойства, обнаруживаемые при осязании и разжевывании пищевого продукта.

Оптические свойства. Это прозрачность, цветность, рефракция и оптическая активность, которые определяются зрением.

Прозрачность - важный показатель качества продуктов, характеризует способность их пропускать свет. Прозрачность характерна для ликеро-водочных изделий, пива, минеральных вод, рафинированных растительных масел, столовых виноградных вин, шампанского. Старые вина, десертные и ликерные вина могут иметь легкое помутнение, допускается незначительное помутнение для нерафинированных масел.

Цвет пищевых продуктов обусловлен естественными красящими веществами (пигментами) или добавлением искусственных красителей, должен соответствовать виду товара, быть однородным по всей массе. При тепловой обработке (варке) цвет продуктов (мяса, овощей) изменяется.

По  способности продуктов и их растворов  преломлять луч света, характеризуемой коэффициентом преломления света, судят о качестве некоторых (сахара, жира) продуктов и количестве отдельных составных частей (массовая доля сухих веществ в томатопродуктах, соках, кофе и др.).

По оптической активности, т. е. способности вращать плоскость поляризованного луча света, судят о видах сахаров и их количестве в растворе. Оптически активны крахмал, гликоген, сахар, амины, кислоты и другие вещества.

Теплофизические свойства. Эти свойства выявляются при действии на пищевые продукты тепловой энергии и характеризуются теплоемкостью, теплопроводностью, температурой плавления, затвердевания, замерзания. Знание теплофизической характеристики необходимо для обеспечения качества при варке, выпечке, пастеризации, стерилизации, замораживании, размораживании, перевозке и хранении продуктов.

Качество  многих продуктов определяется скоростью  их охлаждения в начале хранения. Теплоемкость  -  количество тепла, поглощенное телом при нагревании на 1 °С. Теплоемкость, рассчитанная на 1 кг продукта, называется удельной теплоемкостью и выражается в Дж/(кг-град). Она зависит от химического состава, структуры, биологических особенностей и многих внешних причин. Низкой теплоемкостью отличаются продукты с большой массовой долей жира, большой -  имеющие много влаги.

Коэффициентом теплопроводности называется количество тепловой энергии, которая протекает через 1 м2 поверхности продукта на толщину 1 м при разнице температур в 1°С за единицу времени. Вода и продукты с большим содержанием влаги отличаются большей теплопроводностью, чем жиросодержащие, пористые и сыпучие продукты.

Продукты  с высокой теплопроводностью  способны быстро нагреваться и быстро охлаждаться. Охлаждение внутренних слоев  партии продукта с низкой теплопроводностью (жирная свинина) тормозится, что может  вызвать его порчу.

  Температура плавления жиров несколько выше температуры затвердевания. Эти характеристики используются при изучении состава и качества жиров.

Температура замерзания продукта должна учитываться  при охлаждении, замораживании и  хранении продуктов свежими. Хранение при температуре ниже точки замерзания отрицательно сказывается на качестве молочных продуктов, вин и других напитков.

Сорбционные свойства продуктов. Сорбцией называется процесс, при котором продуктом поглощаются из окружающей среды пары или газы. Процесс, обратный сорбции, называется десорбцией. Так как при сорбции и десорбции паров и газов происходит изменение качества пищевых продуктов, то важно знать, какое количество пара, газа способны поглотить продукты в различных условиях хранения, а также как влияют поглощенные вещества на свойства продуктов.

Увлажнение  продуктов происходит в том случае, если давление водяных паров в  воздухе превышает давление водяных  паров на поверхности продукта в  результате испарения части свободной  воды самого продукта. Продукты поглощают  в этом случае влагу как за счет адсорбции (образования тонкого слоя на его поверхности), абсорбции (путем объемного поглощения гидрофильными веществами), так и в результате капиллярной конденсации (при наличии макро- и микрокапилляров).

Поглощение  продуктом газов или паров  с образованием химических соединений называется хемосорбцией. Когда давление водяных паров на поверхности  продукта больше, чем давление водяных  паров в воздухе, происходит десорбция  влаги продуктом. Сорбция или  десорбция влаги продуктом происходит до приобретения им равновесной влажности, когда давление водяного пара в воздухе  и на поверхности продукта   становится равным.

Гигроскопичность  -  способность продукта сорбировать влагу из окружающей среды. Зависит этот показатель от пористости рыхлых тел и в большей мере от свойств веществ данного продукта. Поглощать влагу способны сухие и относительно сухие продукты (сухое молоко, сухофрукты, чай, кофе), богатые белком, крахмалом, фруктозой и инертным сахаром; продукты, богатые жиром или содержащие очень много влаги, не поглощают ее.

Массовая  доля гигроскопичной влаги в продукте зависит от его химического состава, а также от относительной влажности  воздуха, которую измеряют психрометром или гигрографом.

Относительная влажность воздуха, выражаемая в  процентах, есть отношение абсолютного  количества влаги в воздухе к  количеству воды при наибольшем насыщении  для данной температуры, т. с. степень  насыщения воздуха водяным паром.