Микрогетерогенные системы

Микрогетерогенные системы

Суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли и порошки.

В пищевой  промышленности суспензии образуются при осаждении осадка, сахара, вина. Это фруктовые и овощные пасты, томатные и конфетные массы, какао тертое.

Для образования  эмульсии необходимо, что бы дисперсионная фаза не растворялась в дисперсионной среде. Обычно эмульсии получают механическим диспергированием. Для этого используют мешалки, гомогенизаторы, коллоидные мельницы, ультразвук. Эмульсии – не устойчивая система, стабилизируют эмульсии только третий компонент, эмульгатор (стабилизатор). К эмульсиям относятся: молоко, майонез, сливки, сметана.

Аэрозоли  и порошки. Аэрозоли с жидкой фазой называют туманом, с твердой – дымом или пылью. При получении некоторых пищевых веществ аэрозоли создаются искусственно. Размер частиц промышленных порошков является одним из показателей качества (при просеивании – мука, какао порошок – качество).

Пены –  устойчивые пены получают только с  помощью эмульгатора – пенообразователя. Пенообразователями служат ПАВ. К ПАВ относятся спирты, мыла, белки. Структуру пены имеют кондитерские изделия, молекулярные коллоиды. Вещества, имеющие молекулярную массу от 10-ти тысяч до нескольких миллионов, называют ВМС. ВМС и их растворы обладают специфическими свойствами, способностью образовывать волокна и пленки, эластичностью, набухаемостью, и структурообразованием.  К ним относятся белки и полисахариды (крахмал, целлюлоза и пептин). Растворы ВМС образуются самопроизвольно и не нуждаются в стабилизаторе. Растворению ВМС предшествует набухание. Набухание – это самопроизвольный процесс, поглощение высокомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, сопровождающийся увеличением массы и объема ВМС. Различают ограниченное и неограниченное набухание. Ограниченно набухший полимер называется студнем. Неограниченное набухание переходит в растворение. Набухание характеризуется степенью набухания – разность масс до (m₀) и после набухания (m). Степень набухания зависит от плотности и числа межмолекулярных связей.   Образование пшеничного теста, крахмал муки при комнатной температуре адсорбционно связывает 35÷40% влаги, при более высоких температурах связывание воды крахмалом увеличивается: при 60 ℃ и избытке воды происходит процесс клейстеризации, т е нарушение крахмальных зерен и образование коллоидного раствора. Крахмал при любой температуре и количестве воды не образует связанного теста. Белковые вещества муки способы набухать в холодной воде и удерживать 2-х, 3-х кратное количество воды. При замешивании теста из пшеничной муки при достаточном количестве воды набухшие белки связывают между собой зерна увлажненного крахмала. Пшеничное тесто приобретает упруговязкопластичные свойства, несвойственные тесту из других злаков. Недостаточное количество воды при замесе приводит к получению несвязанной массы увлажненного сырья. При избыточном количестве воды не образуется связанного теста, а получается мучная болтушка. Тесто для мучных кондитерских изделий – более сложный комплекс, т к сахар и жир, присутствующие в нем, влияют на набухаемость коллоидов муки. Регулируя количество сахара и жира, добавляемых при замесе, можно получить тесто с определенными физическими свойствами.

 Коллоидные системы, части которых удалены друг друга и не взаимодействуют между собой, называют свободнодисперсными системами. Если частицы связаны между собой и взаимно не перемещаются – система связнодисперсная. Переход коллоидного раствора из свободного в связнодисперсное состояние называется гелеобразование (образование желатинового студня). Большая группа кондитерских изделий имеет студнеобразную структуру. Для обеспечения стабильности студня, необходимо, что бы сила притяжения пептиновых частиц между собой находились в равновесии с силами притяжения частиц к частицам дисперсионной среды. Если преобладают первые или силы когезии происходит выделение жидкой фазы студня, если преобладают вторые (силы адгезии) происходит расслабление всего студня. В пастильном студне распределены мелкие воздушные пузырьки, и готовая пастила напоминает твердый крем. При производстве пастилы процесс студнеобразования сочетается с процессом студнеобразования, при сбивании яблочно-сахарной смеси. Для придания устойчивости в качестве пенообразующего средства при производстве пастилы обычно используют белок куриного яйца, который располагаясь в поверхностном слое плёнки, увеличивает механическую прочность пузырьков пены и препятствует агрегированию воздушных пузырьков.

Биохимические процессы.

Протекают при участии ферментов и имеют большое практическое значение, т к лежат в основе технологии получения хлебобулочных изделий, вина, чая. Эти процессы происходят при хранении сырья и готовой продукции. Зная характер протекания биохимических процессов можно установить оптимальный режим технологического процесса. На скорость биохимических процессов влияет:

1. Природа реагирующих веществ;
2. Их концентрации;
3. Температура;
4. Реакция среды;
5. Наличие активаторов и ингибиторов.

Скорость  реакции зависит от природы субстрата  и его атакуемости, т е податливости действию фермента. А также зависит от размеров частиц и строения молекул. Атакуемость можно повысить или понизить. Например, мучную смесь прогревают – атакуемость крахмала увеличивается.

При увеличении концентрации фермента увеличивается  скорость реакции. Большие количества субстрата могут выполнять роль ингибиторов.

Наиболее  существенное влияние оказывает  температура и реакция среды. При повышении температуры скорость процесса сначала увеличивается, достигает  максимума, а затем снижается. Для  каждого фермента существует свой температурный  оптимум, для большинства – 40÷50℃. При температуре около 100℃ происходит полное прекращение деятельности фермента, однако для термофильных ферментов, активность не снижается.

Каждый фермент  проявляет своё действие в узких  значениях pH среды.

Скорость  процессов может быть увеличена присутствием активаторов. Для каждого фермента существуют индивидуальные активаторы и ингибиторы, кроме того некоторые вещества являются ингибиторами для всех биохимических процессов (соли тяжелых металлов).

Свойства  ферментов

Ферменты – органические катализаторы белковой природы, обладающие специфичностью  субстрату. Они обеспечивают последовательность и взаимосвязь биохимических превращений в клетках растений, животных и микроорганизмов. Особенностями ферментов являются: высокая каталитическая активность, избирательность действия, лабильность, т е чувствительность к внешним воздействиям среды, таким как температура, pH, наличие активаторов и ингибиторов. Ферменты действуют при нормальном атмосферном давлении и относительно низких температурах: 20÷70℃. По типу реакции ферменты делятся на 6 классов.

1. Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции.
2. Гидролазы – реакции гидролиза.
3. Трансферазы – ферменты переноса. Катализируют реакции переноса от субстрата донора к акцептору (остатки аминокислот, сахаров).
4. Лиазы катализируют не гидролитические расщепления субстратов.
5. Изомеразы катализируют изомеризацию.
6. Легазы катализируют образование C-O, C-S, C-N, C-C связей.

Ферментные  препараты отличаются от ферментов  тем, что помимо активного белка содержат балластные вещества.

Источниками получения ферментов являются культуры плесневых грибов, бактерий и дрожжей. Название ферментных препаратов начинается с сокращенного названия основного  фермента к которому добавляют рядовое  название продуцента, и заканчивают название суффиксом –ин, например, аминорезин.

Ферменты  для интенсификации технологических  процессов, повышения качества продукции, увеличения её выхода.

Например, солод  – очень распространенный фермент, для производства пива и др. пищевых продуктов.

Биологические процессы применяются в различных  отраслях пищевой промышленности. В  основе многих производств лежат  реакции обмена веществ, происходящих при росте и размножении некоторых  микроорганизмов. Микробиологические процессы лежат в основе производств: производство дрожжей, кормовых белков, витаминов, аминокислот, ферментов, органических кислот, гормонов. Алкогольные напитки (вино, пиво, коньяк, спирт) получается при помощи дрожжей, в хлебопечении используют дрожжи и молочнокислые бактерии, так же как и в молочной промышленности. Основная цель указанных производств превращение субстрата (питательной среды) под действием микроорганизмов в необходимые продуты. Основные группы микроорганизмов, используемых в промышленности это бактерии, дрожжевые и плесневые грибы. Бактерии используются в качестве возбудителей молочнокислого, уксуснокислого, масленнокислого, и ацетонобутилового брожения.

Дрожжи – широко применяются в качестве возбудителей брожения при производстве пива, кваса, в виноделии, при производстве хлеба. В каждой отрасли промышленности используются свои виды дрожжей.

Плесневые грибы – используются при производстве ферментов, крахмальном производстве, пивоваренной отрасли и в производстве лимонной кислоты.

В ряде случаев  плесневые грибы (дикие дрожжи) вызывают порчу пищевых продуктов.

Инфекция  и дезинфекция.

Кроме культурных микроорганизмов широко распространенны  «дикие микроорганизмы» - это могут  быть вредители производства, в результате жизнедеятельности которых нарушается производственные процесс, снижается выход и качество готовой продукции; либо патогенные микроорганизмы, которые могут нанести вред здоровья человека, и явиться причиной заболеваний. Источники инфекций могут быть как внешними (воздух, вода, сырье), так и внутризаводскими (руки, одежда, обувь обслуживающего персонала).

Дезинфекцией  называется уничтожение вредителей данного производства, которые вызывают порчу сырья, полуфабрикатов и готовой  продукции, а также патогенных микроорганизмов, возбудителей болезней. На каждом предприятии проводят профилактику и применяют активные меры борьбы и инфекцией: физические и химические.

Физические  методы – различные способы стерилизации (действие температур, УФ, кварцевое  излучение, ультразвук).

К химическим средствам относят использование дезинфицирующих веществ с анти микробным действием – антисептиками (диоксид серы, серная кислота).

В последнее  время появились новые антисептики, которые обладают антисептическими  свойствами и сами разлагаются на воздухе, и сами разлагаются на безопасные для человека соединения. Основное их преимущество – малые концентрации их.

Некоторые из антисептиков используют для мойки  аппаратуры и трубопроводов. В некоторых  случаях для дезинфекции применяют  антибиотики (например, лактоцид). Обычно сочетают стерилизацию и дезинфекцию.

Сырьё для производства пищевых продуктов.

Производство  пищевых продуктов, связано с  использованием различных видов  сырья. Часть отраслей связана с  первичной переработкой сырья (мукомольная, крупяная, сахарная, крахмалопаточная, консервная и др). Другая часть промышленности занимается вторичной переработкой сырья. При производстве каждого из ассортиментных наименований продукции используются разнообразные виды сырья, различающиеся по своему составу и свойствам. Каждый вид сырья характеризуется органолептическими, физическими и физико-химическими  свойствами.

Органолептические свойства – свойства, характеристику которых, дают органы чувств человека. Органолептический анализ также  называют сенсорным. Органолептически оценивают следующие свойства: вкус, цвет, запах, внешний вид, консистенцию.

К физическим свойствам сырья относятся плотность, вязкость, удельный вес, поверхностное  натяжение.

Теплофизические: удельная теплоемкость, теплопроводность, температура.

Физико-химические: влажность, кислотность/щелочность.

Основные  зерновые продукты

Зерновые  продукты – являются основными продуктами питания из-за способности синтезировать  большое количество сухих веществ (85%), сохраняться в обычных условиях в течении нескольких лет, без существенного изменения свойств, а также высокой транспортабельности и доступности. По количеству питательных веществ продукты переработки зерна составляют около 1/3 рациона питания человека. По химическому составу все зерновые культуры делят на три группы:

1. Зерно, богатое крахмалом (пшеница, вес, ячмень, овес, кукуруза, рис, просо, гречиха).
2. Культуры, богатые белком.
3. Масличные культуры.

Пшеница –  в России возделывают мягкие и  твердые пшеницы. По срокам посева может  быть яровой и озимой. Мягкую пшеницу, по технологическим достоинствам делят на три группы: сильную, среднюю, слабую. В слабой пшенице  меньшее содержание белка, и ниже крахмала. Она обладает низкими хлебопекарными качествами. Слабая мука используется для производства мучных кондитерских изделий.

Твердую пшеницу используют для производства макаронных изделий.

Рожь –  в основном озимая культура и требовательна  к климатическим условиям, отличается высокой урожайностью. Минимальный  состав ржи богаче, чем у пшеницы.

Рожь и  пшеница различаются по свойствам белковых веществ и крахмала. Крахмал ржи клейстиризуется при более низких температурах, он легче гидролизируется, поэтому хлеб медленней черствеет. Белки же способны к неограниченному набуханию и при обычных условиях не образуют клейковину. В зерне ржи содержится больше сахаров и много слизистых веществ (до 3%), которые при поглощении воды образуют вязкие коллоидные растворы, поэтому свойства хлеба из ржаной и пшеничной муки различны. Тесто и мука мягкого ржаного хлеба более липкие, мягкого хлеба – более влажный. Рожь – сырьё для получения муки и солода. Используется для получения крупы, пива, солода, солодоэкстрактов и ячменного кофе.