Общие признаки разнообразных дисперсных пищевых продуктов как объектов технологии

18.06.2015

Прежде всего рассмотрим, что является препятствием для реализации единого подхода к анализу и обоснованию общих принципов получения различных пищевых продуктов в многоотраслевой пищевой промышленности. Ранее мы уже останавливались на некоторых из них.
Во-первых, это огромное разнообразие сырья, различающегося:
- по составу и совокупности свойств;
- по структурно-механическим свойствам (твердые, упругохрупкие и вязкопластичные, жидкообразные и др.);
- по преобладанию какого-либо химического вещества (группа органических — белковосодержащие, углеводные, липидные, витамины и ферменты и группа минеральных — макро- и микроэлементы и вида);
- по области применения;
- по характеру и интенсивности воздействия (микробиологическое, биохимическое, физическое, химическое и т. п.) при переходе сырья в готовую продукцию.
Во-вторых, это многообразие технологических операций, обеспечивающих превращение сырья в готовую продукцию, и разнообразие видов воздействий (механических, тепловых, ультразвуковых и целый ряд других видов), а также многообразие методов воздействий (физических, физико-химических, химических, микробиологических и др.).
В-третьих, многообразие характера процессов, происходящих при получении, хранении и потреблении пищевых продуктов; изменение структурно-механических характеристик, вкусовых и питательных достоинств пищевых продуктов.
Наконец, это многообразие отраслей пищевой промышленности.
Учитывая исключительное разнообразие как объектов переработки, так и технологических- операций, сопровождающихся часто резко различающимися по форме и интенсивности воздействиями на перерабатываемый материал, существенно важно, во-первых, определить возможность установления основных общих для различных продуктов факторов, которые характеризуют свойства и изменение их в процессе переработки, во-вторых, найти общую основу для выбора форм и параметров воздействий с учетом этих свойств и их изменений.
Общие требования, предъявляемые к современной технологии пищевых продуктов, следующие.
Во-первых, максимальное обеспечение потребительских свойств получаемых продуктов, т. е. конечной целью каждого технологического процесса является достижение и сохранение их высоких вкусовых и питательных достоинств. Это требование в пищевой промышленности является существенно важным и определяющим.
Во-вторых, процесс должен быть эффективным с учетом: различных требований: экономичности производства; максимального использования сырья и полуфабрикатов, т. е. комплексного-и эффективного их использования, в том числе нового сырья и местных его видов; максимального выхода готового продукта при минимальной стоимости процесса.
В-третьих, высокая производительность технологического оборудования при одновременном снижении его энергоемкости, материалоемкости, максимальном уровне автоматизации, обеспечивающей быстрое изменение параметров работы машин с учетом изменения свойств перерабатываемого сырья, а также уменьшение до необходимого минимума трудовых затрат.
Таким образом, объединяющими признаками являются, с одной стороны, конечные цели и задачи, т. е. достижение потребительских свойств (высокое качество, вкус, усвояемость, эстетический вид и ряд других), а, с другой стороны, — эффективность и экономичность технологии. При выделении общих признаков следует учитывать, что они должны быть приемлемы к. любой технологии пищевых производств и должны определять решение основной задачи технологии — обеспечение высокого качества продукции и интенсификации производства на современной основе с достижением максимальной экономической эффективности.
Анализ технологических процессов получения самых различных пищевых систем показал, что с физико-химической точки зрения во взаимосвязи с реализацией эффективной технологии их переработки и получения существенно важными, фундаментальными являются следующие признаки.
Во-первых, несмотря на исключительное разнообразие сырья, используемого в пищевой промышленности, в большинстве случаев сырье, полуфабрикаты и готовые продукты являются многофазными гетерогенными системами.
Наличие жидкой или газовой фаз или их совокупности с твердыми дисперсными фазами, т. е. наличие поверхности их раздела присуще практически всем пищевым продуктам.
Во-вторых, величина этой межфазной поверхности в силу самой природы большинства пищевых продуктов и сырья, из которого они получаются, весьма велика. Этот признак существенно важен как в процессе переработки сырья и полуфабрикатов, так и при хранении готовых изделий.
Следует обратить внимание на то, что большинство процессов протекающих при образовании пищевых продуктов, начинается вблизи межфазной границы раздела фаз.
В-третьих, структурно-механические свойства практически всех пищевых систем определяются в основном характером (энергией) связей между фазами, концентрация которых в дисперсионных средах (жидкой или газовой) достаточно велика, а также химической природой поверхности фаз.
В процессе технологической переработки, в большинстве своем сопровождающейся механическими воздействиями, скорость и полнота процессов, идущих как под диффузионным контролем, так и в кинетической области, определяются величиной действующей поверхности раздела фаз, т. е. в конечном счете дисперсностью системы. Ho именно эти вышеперечисленные признаки являются основными признаками концентрированных дисперсных систем с сильно развитой межфазной поверхностью. Таким образом, практически большинство пищевых систем является дисперсными системами и подчиняется законам физико-химии дисперсных систем и поверхностных явлений — коллоидной химии.
В процессе переработки исходные сырьевые компоненты — гетерогенные дисперсные системы — претерпевают ряд изменений. Например, фруктово-ягодное сырье, зерно и зерновые культуры, овощи, мясо и ряд других продуктов характеризуются наличием достаточно прочных конденсационных контактов. В результате механических воздействий эти связи разрушаются с образованием вторичной коагуляционной структуры. Однако образованный вторичный продукт также сохраняет свою гетерогенность и высокую дисперсность, хотя в образовавшемся продукте эта дисперсность может существенно отличаться от первоначальной.
Следовательно, как в начале процесса, так и в ходе и при его завершении речь идет о переработке дисперсных систем. Несмотря на то что химический состав и физические свойства продуктов переработки могут изменяться, высокое значение величины межфазной поверхности обычно сохраняется.
Как уже отмечалось выше, интенсификация технологических процессов получения пищевых дисперсных систем, повышение их экономической эффективности при одновременном улучшении качества продукта — одна из основных проблем современной технологии пищевых производств.
Скорость (т. е. интенсивность) и полнота процесса (степень использования сырья, достижение требуемых характеристик готового продукта) в гетерогенных системах определяются следующими факторами: величиной действующей активной поверхности раздела фаз; размером частиц дисперсной фазы; скоростью конвективной диффузии, особенно в тех случаях, когда процесс осуществляется под диффузионным контролем.
Между тем для обеспечения интенсификации процессов в гетерогенных системах необходимо преодолеть ряд препятствий: обнажить внутреннюю поверхность за счет диспергирования (путем механического воздействия или выделением новой фазы из пересыщенного раствора); реализовать такие процессы, при которых действующая (активная) поверхность приближается к межфазной поверхности; обеспечить условия для равномерного распределения компонентов во всем объеме.
В заключение следует отметить, что исключительное разнообразие сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, многообразие технологических процессов и видов воздействий требуют: провести анализ существующей технологии пищевых производств для установления общих свойств материалов, существенно важных для определения вида и интенсивности механических воздействий; на основе анализа технологических процессов получения различных пищевых продуктов выделить общие однотипные элементы технологии; объединить группы технологических операций по общности вида воздействий, необходимых для проведения этих операций (преимущественно механических, но возможно и в сочетании с другими); обосновать наиболее эффективные формы, вид и интенсивность воздействий, исходя из. свойств обрабатываемого материала с учетом конкретной технологической операции, а также с учетом взаимного влияния аппарата и перерабатываемой системы друг на друга.
Кроме того, для установления оптимальных условий проведения технологических процессов и разработки путей и методов их интенсификации необходим общий научно обоснованный подход к технологии пищевых производств. Вместе с тем серьезным препятствием для обоснования такого единого подхода, как уже отмечалось выше, является исключительное разнообразие пищевых масс по химической природе и составу компонентов, их образующих физическим свойствам, назначению, специфике химических и фазовых превращений и т. д. Именно поэтому необходимо классифицировать все виды пищевых масс, разделив их по основным с точки зрения условий проведения технологических процессов признакам, изменение которых приводит к необходимости изменения параметров процесса.
Однако в пищевой промышленности пока не существует приемлемой системы классификации. Например, сырье классифицируют по консистенции (сухое, сочное, жидкое); по преобладанию в сырье какого-либо химического вещества (белковосодержащие, углеводные, липидные, минеральные и др.).
Выше было указано, что при всем разнообразии пищевых продуктов на разных стадиях технологии их переработки все они практически гетерогенны, т. е. характеризуются наличием поверхности раздела между различными фазами (жидкими, твердыми и газообразными). При этом преимущественное значение среди дисперсных систем, нашедших применение в пищевой промышленности, имеют системы, содержащие твердые фазы. В связи с этим целесообразно в наиболее общем виде классифицировать пищевые системы по фазовому составу.
Дисперсные системы с твердыми фазами могут быть разделены на три основных типа:
I тип — двухфазные системы: твердая дисперсная фаза — газовая дисперсионная среда (Т—Г);
II тип — двухфазные системы: твердая дисперсная фаза — жидкая дисперсионная среда (Т—Ж);
III тип — трехфазные системы: твердая дисперсная фаза — жидкая и газовая дисперсионные среды (Т—Ж—Г).
Представителями I типа являются все виды сыпучих материалов, в частности порошки, в том числе многокомпонентные сыпучие системы. Ко II типу относятся различные виды суспензий и паст в виде жидкообразных и твердообразных вязкопластичных или упруговязкопластичных систем.
В пищевой промышленности находят применение также дисперсные системы, образуемые сочетанием в различных соотношениях жидких (Ж—Ж) или жидких и газовых фаз (Ж—Г). К ним относятся, в частности, все виды эмульсий, пен, газированных жидкостей.
Трехфазные системы обычно образуются из систем II типа: при значительном уменьшении содержания в них жидкой фазы и при введении газовой фазы или выделении ее в результате химической реакции или повышения температуры и т. д.
Особый интерес представляют такие пищевые дисперсные системы, межфазная поверхность которых сильно развита, а концентрация дисперсной фазы в жидкой или газовой среде достаточно велика. Такие системы находят очень широкое применение в пищевой промышленности, а процессы, связанные с их переработкой, занимают значительное место в современной технологии пищевых производств.
К числу таких систем относятся все виды высокодисперсных порошков (сахарная пудра, мука, крахмал, какао-порошок, сода сухая, патока и т. п.), высококонцентрированные двух- и трехфазные системы (пасты и суспензии, мучное тесто, шоколадные и конфетные массы, мясные фарши, сбивные кондитерские массы и другие пищевые изделия), а также ряд пищевых эмульсий и структурированных пен.
Таким образом, большинство пищевых продуктов относится к высококонцентрированным гетерогенным системам, для которых структурно-механические свойства являются определяющими.
Исходя из этого рассмотрим технологию получения основных видов пищевых продуктов, выделив из совокупности операций только те из них, которые связаны с резким изменением этих свойств в процессе переработки в зависимости от вида и интенсивности внешних механических воздействий.
На основе анализа производства важнейших видов пищевых продуктов попытаемся объединить однотипные операции, понимая под этим аналогичные условия воздействия внешних механических факторов и достижение системой в процессе переработки определенного реологического состояния.
Такое рассмотрение основных типов технологических операций позволит: во-первых, определить общий подход к различным технологическим процессам при переработке разнообразного, но не одинакового по структурно-механическим характеристикам сырья; и, во-вторых, на основе анализа технологических схем в различных отраслях пищевой промышленности выделить однотипные операции.
Авторы не ставили перед собой задачу подробного рассмотрения всех технологических процессов и операций в технологии .пищевых производств. Цель этого рассмотрения, подчеркнув разнообразие технологических процессов, операций и объектов переработки, — найти общие для определения однотипных форм механических воздействий признаки.
При определении общих признаков технологических операций в различных отраслях пищевой промышленности авторы ставили своей целью классифицировать операции по принципу воздействия машины на перерабатываемый продукт без детального анализа каждой конкретной операции.
При анализе всего многообразия технологических операций в различных отраслях пищевой промышленности требовалась не полнота охвата и конкретизация специфических особенностей получения каждого вида пищевых продуктов или полуфабрикатов на той или иной технологической операции, а выделение общности в определяющем виде механических воздействий, существенным образом изменяющих ход процесса.
Анализ основных, типичных технологических операций в различных отраслях пищевой промышленности позволил выделить общие для многих технологических процессов наиболее важные операции, которые приведены в табл. 1.

Общие признаки разнообразных дисперсных пищевых продуктов как объектов технологии

Подытоживая настоящий раздел, следует отметить:
1. Несмотря на исключительное разнообразие сырья, используемого в пищевой промышленности, все виды сырья выполняют лишь несколько важных функций. Сырье используется как материал, расходуемый организмом на построение клеток как источник энергии, а также как поставщик минеральных веществ и регулятор основных жизненных процессов.
2. В процессе технологической переработки изменение свойств сырья происходит в результате протекания ограниченного числа сложных физико-химических процессов. Это такие процессы как денатурация, набухание, выделение тепла, осмотические явления, адсорбция, окисление и т. д.
3. Степень использования сырья (извлечения ценных компонентов), интенсивность протекания физико-химических процессов существенно возрастают по мере роста дисперсности и равномерности распределения дисперсных фаз в объеме системы. Поэтому достижение необходимой дисперсности, создание и поддержание в ходе технологического процесса высокой величины действующей (активной) поверхности — общий принцип повышения эффективности процессов получения пищевых дисперсных систем.
4. Преобладающим видом воздействия в огромном большинстве случаев является механическое, вместе с тем целесообразно осуществлять комплекс воздействий (в сочетании механических с другими видами воздействий).
Следовательно, разделение всех объектов технологии должно осуществляться по тем признакам, которые являются главными определяющими с точки зрения выбора вида воздействий или их совокупности, а также их интенсивности и последовательности.
До настоящего времени современная технология в должной мере не учитывала то обстоятельство, что подход должен быть всесторонним — комплексным, начиная с изучения свойств сырья и кончая требованиями к готовым изделиям. Это влечет за собой необходимость знания и учета совокупности химических, физико-химических, биологических, структурно-механических, технологических свойств сырья как до их технологической переработки, так и в ходе ее проведения.
Это не означает, конечно, что в существующих технологических процессах не создаются в ряде случаев близкие к оптимальным условия. Однако строгому определению технологических параметров состояния систем, характеризуемых в первую очередь оптимальным уровнем структурно-механических свойств, и их изменению в процессе переработки до сих пор не придавалось столь важного значения.