Особливості харчових продуктів та їх виробництва

Набрякання – це процес поглинання низькомолекулярного розчинника високомолекулярною речовиною, який супроводжується збільшенням маси і об’єму.

Існує обмежене і необмежене набухання. При обмеженому набряканні об’єм і маса полімеру досягають визначених значень і подальший контакт полімеру з розчинником не призводить до подальших змін. Обмежено набряклий полімер називають студенем. При необмеженому набряканні відсутня межа набрякання. З плином часу полімер поглинає все більшу кількість рідини і набрякання переходить в розчинення.

Прикладом процесу набрякання є  процес замісу і утворення тіста  з пшеничного борошна. Борошно, що складається головним чином із сухих протеїнових гелів і крохмальних зерен, при взаємодії з водою проявляє колоїдні властивості. Білки здатні набухати у холодній воді і утримувати води у 2-2,5 рази більше своєї маси. При замішуванні тіста із пшеничного борошна, білки муки легко і швидко утворюють надзвичайно тонкі нитки і плівки, які зв’язують і склеюють між собою зерна зволоженого крохмалю. Завдяки цьому пшеничне тісто набуває пружно-в’язко-пластичних властивостей, якими не володіє тісто із інших злаків.

Тісто для мучних кондитерських  виробів, крім муки і води, містить  додатково цукор і жир, які впливають на набрякання колоїдів муки. При збільшенні кількості цукру, набрякання білків борошна зменшується, що пов’язано з значним зв’язування води цукром. Жир, адсорбуючись на поверхні білків, утворює плівки, які перешкоджають проникненню води до макромолекул білків, що призводить до зменшення пружності і збільшення пластичності тіста.

Колоїдні системи, частки яких знаходяться  одна від одної на досить великій відстані і практично не взаємодіють між собою, називаються вільнодисперсними системами. Такі колоїдні системи схожі на звичайні рідини і їх в’язкість мало відрізняється від в’язкості дисперсійного середовища. Дисперсні системи. в яких часточки зв’язані між собою і  не здатні до взаємного переміщування, називаються зв’язнодисперсними системами. У таких системах частки дисперсної фази утворюють просторову сітку або структурну.

Перехід колоїдного розчину з вільно дисперсного стану у зв’язано дисперсний називається гелеутворенням, а утворена при цьому структурована колоїдна система – гелем.  Якщо колоїдні частки цілком втратять агрегативну стійкість, то вони будуть з’єднуватися у великі агрегати, утворюючи щільний осад – коагулят.

При механічному  впливі, наприклад, при перемішуванні або струшуванні зв’язки між частками в коагуляційній сітці можуть бути зруйновані і гель перетворюється у текучий золь. Якщо знову утвориться не текучий гель, то ця властивість структурованих систем називається тиксотропією.

Гелі з часом зменшуються  в об’ємі, виділяючи при цьому  дисперсійне середовище. Це явище  називається синерезисом. Число водневих зв’язків між частками протягом часу збільшується, що призводить до ущільнення структури і виділення дисперсійного середовища. У більшості випадків синерезис є небажаним явищем. Наприклад, в таких продуктах як кетчуп, куди додається крохмаль як згущувач.

Піна – це двофазна система, яка складається з газу і рідини. У даному випадку дисперсною фазою є газ або повітря, а дисперсійним середовищем – напіврідкий розчин суміші цукру, кислоти і пектину.

Під дією сили поверхневого натягу окремі кульки повітря в піні або жиру в емульсії прагнуть з’єднатися в одну масу і відбувається процес самоплинного руйнування піни або емульсії.  Цей процес називається коалесценцією.

Щоб зробити піну або емульсію більш  стійкою, додають різні стабілізатори – пектин, крохмаль, агар та ін., які перешкоджають процесу коалесценції.

3. Класифікація та характеристика структур дисперсних систем

Структура продукту характеризується внутрішньою будовою і характером взаємодії між окремими її частками. Вона визначається хімічним складом, біохімічними показниками, дисперсністю, температурою, агрегатним станом і низкою технологічних процесів та параметрів. Дисперсні системи можуть знаходитись у вільному стані – золь, коли окремі елементи не зв’язані або слабко зв’язані одні з одними, наприклад, молоко, і у зв’язаному стані – гель, наприклад, кисляк або кефір, коли часточки зв’язані одні з одними молекулярними силами і утворюють структуру, тобто просторовий каркас. У цих системах властивості залежать від об’ємного співвідношення дисперсної фази і дисперсійного середовища, яким є вода, характеру і міцності зв’язку між ними і від характеру і міцності зв’язку часточок фази між собою. В залежності від типу і енергії виникаючих зв’язків дисперсні системи поділяють на три типи: коагуляційні, конденсаційні і кристалізаційні, а також бувають змішані конденсаційно-кристалізаційні структури.

Коагуляційні  структури утворюються в дисперсних системах шляхом взаємодії між часточками і молекулами через прошарки дисперсійного середовища за рахунок сил зчеплення Ван-Дер-Ваальса. Вони мають здатність до самоплинного відновлення після руйнувань, тобто здатністю до тиксотропії і під дією напруг виявляють властивості в’язко-пластичних тіл. До таких систем відноситься сирий ковбасний фарш та ін. При утворенні коагуляцій них структур у м’ясних продуктах, істотну роль відіграють поверхнево активні речовини і розчинені у воді білки, що використовують в якості емульгаторів і стабілізаторів м’ясних систем.

Конденсаційні структури утворюються з коагуляційних структур внаслідок видалення з них частки рідкої фази, що супроводжується виникненням більш міцних зв’язків між частками. Міцність цих зв’язків поступово збільшується до певної межі, а потім залишається постійною. Після руйнування конденсаційні структури не відновлюються. Наприклад, фарш готових варених і сирокопчених ковбас.

Кристалізаційні структури  утворюються шляхом зрощення часточок або молекул при активній участі хімічної взаємодії з розплаву при охолодженні і з розчину при підвищенні його концентрації або охолодженні. Вони характеризуються наявністю просторової кристалічної решітки. Міцність якої залежить від форми кристалів.

Конденсаційно-кристалізаційні структури властиві натуральним продуктам, вони також можуть утворюватися з коагуляційних структур при видаленні дисперсійного середовища або при зрощенні часточок дисперсної фази в розплавах чи розчинах. Ці структури мають велику міцність у порівнянні з міцністю коагуляцій них структур, що обумовлено великою міцністю контактів між часточками, велика крихкість і пружність через жорсткість кістяка структури. Наприклад, тваринні і рослинні тканини, а також деякі продукти тваринного і рослинного походження з клітинною будовою за своїми властивостями наближаються до конденсаційно-кристалізаційних структур.

Основні методи обробки сировини в харчових технологіях

1. Процеси механічної обробки

Переробка більшості  харчових продуктів починається  з їх механічної обробки. До цих методів відноситься сортування, калібрування, миття, інспекція, очищення, розділення, перемішування, подрібнення.

Сортування – проводиться з метою видалення сторонніх домішок, дефектної сировини, пошкодженої механічним шляхом або сільськогосподарськими шкідниками. Сировина сортується, якщо є необхідність,  по ступені зрілості й кольору. Сортування проводиться в основному на  стрічкових  іноді на роликових конвеєрах, які рухаються зі швидкістю  не більше 0,1 м/с. Сортування за кольором може відбуватися і за допомогою електронного пристрою – томаколору.  Наприклад, розподіл томатів на червоні, бурі і зелені. 

Калібрування   проводиться для поділу сировини за розміром, масі або щільності. Для калібрування сировини використовують калібрувачі різного типу - барабанні, тросові, дискові, шнекові, валкові й ін. Калібрування за розміром дозволяє механізувати операції по очищенню і нарізанню овочів, скоротити кількість відходів. Застосування встановленого в лінію калібрувача, дозволяє механізувати наступні операції.

Миття – проводиться для видалення з поверхні сировини механічних домішок, залишків пестицидів, часткового видалення мікроорганізмів за допомогою води, у яку можуть додаватися хімічні препарати. Залежно від типу сировини, застосовують різні типи мийних машин. При виробництві зеленого горошку, застосовують флотаційні мийні машини, на яких по щільності віддаляються домішки й некондиційна  сировина. При переробці томатів, баклажанів, кабачків – застосовують дві послідовно встановлені елеваторні або вентиляторні мийні машини. При переробці моркви й буряку – лопатні й барабанні мийні машини. Зелень – попередньо замочується у сітках і миється під душем при тиску води 200-300 кПа.

Інспекція – проводиться на інспекційних стрічкових конвеєрах. Контролюється якість підготовки сировини до наступних технологічних операцій. Дефектна сировина видаляється. За допомогою встановлених на інспекційному конвеєрі тримерів відрізаються кінці у моркви. Наприкінці конвеєра встановлений душовий пристрій для ополіскування сировини перед подальшими технологічними операціями, які залежать від виду виготовляємої продукції.

Очищення – видалення плодоніжок, чашолистків, гребенів, шкірочки, кісточки та інших неїстівних частин сировини. Залежно від вироблюваної продукції й виду сировини, застосовуються різні способи очищення. Більшість з цих операцій механізовані.

Коренеплоди й бульбоплоди очищаються від шкірочки за допомогою різних методів:

1/ механічним - на карборундових машинах з абразивною поверхнею

2/ термічним – на паротермічних очисних машинах, у яких паром створюють тиск 0,3-0,5 мПа, що відповідає температурі 140-180 ^оС.

3/ хімічним - обробкою гарячим лугом (розчином каустичної соди). Для лужного очищення персиків використовують 2-3 % киплячий розчин каустичної соди, в якому плоди витримують 1,5 хв. Шкірочка відокремлюється від м’якоті фруктів і змивається під струмом води. Коренеплоди обробляють 2,5-3,0 % розчином каустичної соди при температурі 80-90 ^оС протягом 3 хв. Інколи використовують 8-12 % розчин гарячого лугу з обробкою протягом 5-6 хв.

Зерняткові плоди очищують від насіннєвих гнізд з одночасним нарізанням на скибочки на машинах конвеєрного типу із обертаючимся стрижнем і ножами. Кісточкові плоди і ягоди очищаються від плодоніжок і чашолистиків на валкових машинах, кісточки видаляються на кісточковибивних машинах. Очищення кабачків від плодоніжки поєднано з одночасним нарізанням на кружки.

Подрібнення – це процес руйнування сировини, який залежить від виду сировини  і  її структурно - механічних властивостей.  Подрібнення  харчової

сировини здійснюється роздавлюванням, ударом, різанням, гомогенізацією.

Різання – подрібнювання сировини на частини певної форми й розміру з якісною поверхнею зрізу. Проводиться на спеціальних різальних машинах у вигляді кружків, брусків, кубиків.

Подрібнення рослинної сировини – механічне руйнування структури рослинної тканини на частинки невизначеної форми й розміру. Проводиться для інтенсифікації наступних технологічних процесів. При подрібнені плодів із твердою структурою, наприклад яблук, застосовуються ножові дробарки, для плодів з м'якою тканиною - дробарки із ситами. Для більш тонкого подрібнення використовують гомогенізатори.

Подрібнення твердого харчового  продукту – це процес його деформування до моменту руйнування або розриву. Наприклад, подрібнення цукру, бобів какао, сухого молока, помел пшениці в борошно та ін.

Подрібнення рідкого  харчового продукту – це процес диспергування. Наприклад, при утворенні емульсії або розпилювання продукту при його сушінні.

Для тонкого подрібнення  сировини використовують дезінтегратори, де подрібнення досягається за рахунок ударних навантажень; колоїдні млини, де подрібнення відбувається за рахунок сил тертя; гомогенізатори, де подрібнення досягається за рахунок сил гідродинамічного тертя, що виникає при продавлюванні продукту під тиском через вузькі канали. Гомогенізація -  це інтенсивна механічна обробка пюреподібної маси в гомогенізаторах під тиском 15-20 МПа, для попередження розшаровування продукту в процесі зберігання.

Для подрібнення сировини тваринного походження, наприклад, м’яса, використовують шпикорізки для різання шпику на шматочки різних розмірів для ковбасного виробництва без деформації шматочків, вовчки – для подрібнення м’яса і м’ясних продуктів, які забезпечують різний ступень подрібнення,  кутери – використовують для тонкого подрібнення м’яса.

Пресування – відділення від сировини соку шляхом зовнішнього тиску за допомогою спеціальних пресів. Застосовуються преси періодичної дії - пакетні, корзиночці і безперервної дії – стрічкові і шнекові.

Віджимання рідини за допомогою тиску застосовується в сировиробництві для відділення сироватки від сирного зерна, у консервному виробництві і виноробстві та лікеро-горільчаній промисловості – для віджимання соку із винограду, плодів і ягід, у масловиробництві – для віджимання рослинної олії від насіння, для видалення жиру із шкварок  та ін.

Пресуванням надається  пластичним тілам визначеної геометричної форми. Наприклад, формування пластичних матеріалів застосовується у кондитерському і макаронному виробництві для надання тісту визначеної форми, при  виробництві цукру-рафінаду та ін.