Особливості харчових продуктів та їх виробництва

3/ фізико-хімічні виробництва такі, що використовують фізико-хімічні перетворення сировини (екстрагування, розчинення, дифузію, адсорбцію та ін.) Це підприємства з виробництва цукру з буряка, з виробництва лікеро-горільчаної та безалкогольної продукції.

4/ хімічні виробництва – засновані на використанні суто хімічних перетворень сировини – маргаринове, крохмале-паточне, виробництва гідролізатів, синтетичних барвників, ароматизаторів, смакових та підсолоджуючи продуктів.

За побудовою  технологічних ліній або організаційною структурою виробництва поділяють на послідовні, паралельні і комбіновані.

 Підприємствами з послідовною структурою вважаються такі, в яких потік сировини та матеріалів послідовно проходить весь ланцюг технологічних операцій, а отримана продукція за складом компонентів суттєво не відрізняється від початкової сировини. Наприклад, виготовлення плодоовочевих консервів, швидкозаморожених продуктів, цукрорафінадне виробництво.

До  підприємств з паралельною структурою відносяться такі, що переробляють багатокомпонентну сировину або суміші кількох видів сировини на декілька варіантів готової продукції. Наприклад, переробка зерна на борошно і крупи, переробка плодів на соки, компоти, варення. У цьому випадку переробні цехи на певних технологічних стадіях мають паралельні технологічні лінії, а на фінішних операціях ці паралельні потоки об’єднуються в один.

Підприємства  з комбінованою структурою виробництва поєднують принципи побудови технологічних ліній двох перших груп виробництв.

Характеристика  технології як науки і практичної діяльності

Історія розвитку технології харчових виробництв. Для задоволення своїх потреб в їжі, одязі, житлі, засобах праці, людина споконвіків переробляла доступні їй природні ресурси сировини на різні види продуктів. Цей процес у 18 ст. отримав назву «технологія». У перекладі з грецької «техно» – означає майстерність, «логос» – означає наука, тобто в перекладі «технологія» означає –  «знання ремесла». Отже, «технологія» – це процес отримання з вихідної сировини певної продукції.

Технологія  як наука – це галузь знань про способи виробництва корисної для людини продукції та методи відбору з цих способів найбільш економічних і довершених відносно надання потрібних характеристик готовій продукції.

Як практична діяльність, технологія виникла у стародавні часи. Збереглися рецепти виготовлення багатьох продуктів харчування – хліба, сиру, вина, пива квасу тощо. Технологічна наука, як самостійна галузь знань, почала формуватися з виникненням товарного виробництва і остаточно сформувалась в останній чверті 18 ст. Технологія харчових продуктів разом з технологією лікарських засобів спочатку розвивалась у складі «хімічної технології», яка пройшла 5 етапів розвитку:

1/ Стародавній етап – від доісторичних часів до 8-10 ст. нашої ери. Це етап виникнення і поширення стародавніх ремесел, коли емпіричним шляхом людина знаходила і вдосконалювала способи переробки сировини, складала рецепти та передавала їх спочатку усно, потім письмово, від покоління до покоління. На цьому етапі технологія виготовлення їжі мала суто практичне значення.

2/ Середньовічний етап з 11–17 ст. характеризується створенням цехів, тобто дрібнотоварного виробництва. На цьому етапі виникає розподіл праці між цеховиками. Процес виготовлення продукції поділяється на окремі операції, які виконуються різними особами з використанням різних прийомів і засобів праці. На відміну від першого етапу технологія мала не тільки описовий, але й аналітичний характер і набувала рис наукової дисципліни. Розповсюджуються рукописи,  книги, довідники, проводиться підготовка кваліфікованих фахівців у цієї галузі.

3/ Етап промислової революції з 18 ст. по 19 ст. характеризується створенням промислового виробництва, на якому розподіл праці поглиблюється. Спочатку застосовуються парові, а потім електричні машини, збільшується продуктивність праці. Саме на цьому етапі технологія набуває рис прикладної і теоретичної науки. Конструювання машин та обладнання для харчових виробництв викликало необхідність знання сутності явищ і процесів, які відбуваються в цих машинах, а також потреба в точних розрахунках розмірів, режимів, потужності та ін. характеристик технологічного обладнання і процесів. Спираючись на досягнення фундаментальних наук – фізики, хімії, математики, технології, були створені методи, а на їх підставі розроблені основи промислових технологій більшості харчових продуктів, які зберегли свої принципові риси до теперішніх часів.  Харчова технологія відокремилась від хімічної, а на межі 19 і 20 ст. на стику технологічних і технічних наук виникла нова наука «Процеси і апарати», предметом якої є певні процеси у окремому технологічному обладнанні.

4/ Індустріальний етап харчова технологія проходить в 20 ст. На цьому етапі, в зв’язку з використанням у виробництві поточних безперервних технологічних процесів, технологія як наука стає синтетичною галуззю знань, що поєднує теорію одиночних процесів, теорію систем, теорію оптимізації та математичного моделювання. Широке впровадження у харчових виробництвах механізованих, комплексно механізованих та автоматизованих технологічних ліній викликало потребу автоматизації управління технологічними процесами.

5/ Сучасний етап характеризується подальшою інтеграцією технології з менеджментом, економікою, інформатикою, логістикою, маркетингом тощо. Зараз вона розглядається як інформаційна система, що узгоджує не тільки внутрішні проблеми технології – такі, як якість, собівартість, а і зовнішні – постачання сировини, збут продукції, поява конкурентів, екологічні проблеми.

Суттєвою особливістю сучасного етапу розвитку технологій є також поглиблене вивчення сутності фізичних, хімічних, біологічних та інших процесів, які відбуваються при їх виготовленні, для створення загальної теорії харчових технологій.

Основними об’єктами досліджень технології харчових виробництв, як прикладної науки, є окремі технологічні операції, зв’язки між ними, комплексні технологічні процеси, машини і апарати, як складові технологічних ліній.

Предметом досліджень технології є найбільш загальні закономірності перебігу технологічних процесів та їх моделі, особливості проявлення законів фундаментальних наук в конкретній технології, методи якісної та кількісної оцінки характеристик складових технологічного процесу.

Теоретичними  основами технології харчових виробництв є закони, принципи і правила фундаментальних наук, в їх специфічній дії, з якою вони проявляються в конкретній галузі технології.

Теоретичні  основи технології з різним ступенем наближення можуть бути представлені трьома типами моделей або описів – параметричними, морфологічними і функціональними.

Параметрична  модель є якісною описовою моделлю процесу, яка може бути представлена у вигляді графічної схеми, тексту з характеристиками складових процесу – сировини, робочих агентів, проміжних або кінцевих продуктів, машин, апаратів тощо. Ця модель не відображає закономірностей процесу, а тому є лише якісною, спрощеною або орієнтовною.

Морфологічна  модель побудована на відображенні взаємозв’язків властивостей, ознак та їх співвідношень на кожній технологічній операції. Така модель може бути представлена у вигляді операторної схеми технологічного процесу. Вона відображає статичні, кінетичні та інші закономірності процесу, а тому дає якісну і кількісну характеристику про структуру і направлення технологічного процесу.

Функціональна модель встановлює кількісні взаємозв’язки між окремими операціями технологічного процесу. Вона може бути представлена у вигляді фізичної, тобто експериментальної, або математичної, тобто аналітичної, моделі.

За допомогою  моделей виявляється можливість спростити і узагальнити реальний об’єкт, виявити основні елементи процесу, розрахувати їх характеристики. Вони дозволяють спроектувати різні варіанти технологічного процесу, спів ставити і визначити їх достовірність та економічну ефективність з точки зору поставленої мети і вибрати оптимальний варіант.

Таким чином, основним методом технології є метод моделювання, тобто створення моделей, або ідеальних об’єктів, їх системний аналіз і синтез для виявлення найбільш суттєвих взаємозв’язків між елементами і обґрунтування оптимального вибору технологічного об’єкту.

Загальною метою технології є розширення асортименту продукції, підвищення її якості та ефективності виробництва.

Сировина харчових виробництв являється складним об’єктом, який має різні властивості – фізичні, механічні, хімічні, біологічні, мікробіологічні. В ході технологічної процесу вони можуть змінюватись. В залежності від того, які саме властивості змінюються, технологічні процеси поділяються на фізико-хімічні, хімічні, біохімічні, мікробіологічні.

До  фізико-механічних властивостей відноситься велика група процесів. які супроводжуються лише зміною фізичних та структурно-механічних властивостей сировини чи проміжного продукту. Суттєвих змін хімічного складу при цих процесах не відбувається.

За  характером процесу та умовами його проведення в цій групі процеси поділяють на механічні, гідромеханічні, теплообмінні та масообмінні.

1. Механічними називають процеси, в яких сировина змінює форму, розмір, структуру. До них відносяться процеси подрібнення, сортування, розділення, змішування, перемішування та ін.  Вони використовуються при переробці зерна – борошномельне, круп’яне, макаронне; при переробці рослинної і тваринної сировини – плодів, овочів, виробництві олії, кондитерському, кофейному, харчоконцентратному та ін.. виробництвах.

Якщо механічні процеси відбуваються у середовищу води або іншої рідини, то вони називаються гідромеханічними. Це такі процеси як осадження фільтрування, центрифугування. Вони поширені при переробці молока, виробництві плодових, овочевих і ягідних соків, виробництві пива, вина, олії та інших харчових продуктів.

2. До теплообмінних процесів відносять такі, що супроводжуються перенесенням теплоти і зміною температури об’єктів та середовища. Вони надзвичайно поширені у харчових виробництвах. Це охолодження, заморожування, нагрівання, варка, жаріння, пастеризація, стерилізація та ін.

3. Масообмінними називають процеси, у ході яких відбувається перенесення маси або речовини з однієї фази в іншу. Такі переходи маси частіше всього відбуваються між газом і рідиною, між газовою і твердою фазами, між рідиною і твердою фазою, між двома рідинами. Масообмінні процеси, як і теплообмінні, є основними процесами харчових виробництв. До них відносяться – розчинення, кристалізація, випаровування, висушування, конденсація, адсорбція, дистиляція, ректифікація, мембранізація та ін.

4. До фізико-хімічних процесів відносяться такі, як хемосорбція, набухання та старіння колоїдних структур. На відміну від фізико-механічних процесів вони мало поширені і переважно мають місце при зберіганні сировини або готової продукції. Ці процеси необхідно враховувати при організації переробки сировини та зберігання готової продукції.

5. Хімічними називають технологічні процеси, під час яких відбуваються зміни хімічного складу і внутрішньої структури компонентів сировини, проміжних та готових продуктів. В залежності від способу ініціювання, хімічні процеси поділяються на – суто хімічні, термохімічні, фотохімічні, електрохімічні, радіаційно-хімічні, каталітичні. У харчових виробництвах застосовуються такі процеси, як гідроліз, окислення, гідрогенізація, етерифікація та ін. Вони використовуються у крохмале-паточному виробництві, цукровому, олійному, маргариновому.

6. Біохімічними вважають процеси, які відбуваються за участю ферментів (біокаталізаторів) самої сировини, або ферментних препаратів, що додаються до сировини в ході технологічного процесу. Ці процеси широко використовуються при виробництві сиру, переробці м’яса, переробці фруктів та овочів. Крім цілеспрямованого використання ці процеси довільно відбуваються під час зберігання сировини і готової продукції.        

7. Мікробіологічними називають процеси, які викликані дією мікроорганізмів – дріжджів, бактерій, мікробів. До них відносяться такі поширені в харчових виробництвах процеси, як бродіння, дозрівання, пліснявіння та гниття. Вони використовуються у пивоварінні, виноробстві, виробництві сиру, випічці хлібу, кисломолочному та ковбасному виробництвах, виробництві спирту, дріжджів, харчових кислот тощо. Разом з біохімічними процесами, вони мають місце при зберіганні і транспортуванні сировини і готової продукції.

 В останні  роки набувають швидкого поширення  біотехнології – харчові технології, в основу яких покладені ферментативні перетворення сировини.

За способом організації технологічні процеси поділяють періодичні, безперервні та комбіновані.

Періодичними  називають такі процеси, при організації яких подання сировини на переробку в технологічну машину або агрегат здійснюється повними порціями і порціями виводиться з агрегату готова або проміжна продукція. Процес обробки за цим способом носить циклічний характер. Наприклад, на багатьох консервних підприємствах процес вилучення соку за допомогою пак-пресів, або стерилізація готової продукції має періодичний характер. Підготовлений до термічної обробки проміжний продукт завантажується в автоклав, потім автоклав герметизують і виводять на потрібний тепловий режим. Продукт витримують певний час при цьому режимі, далі автоклав з продуктом охолоджується і розвантажується Далі цей цикл повторюється з новою порцією продукту. Недоліками цього способу організації технологічних процесів є великі втрати часу на завантаження і вивантаження продукту, на зміну режимів роботи автоклавів, перевагами – є мобільність і менша вартість, більша компактність. Такий спосіб організації більш доцільний і частіше використовується на малих підприємствах.