УМК. умк общие принципы переработки сырья. Кыргыз республикасынын билим беруу жана илим министирлиги

• Название: Кыргыз республикасынын билим беруу жана илим министирлиги
• Дата: 30.04.2022
• Размер: 3.07 Mb.
• Имя файла: умк общие принципы переработки сырья.docx
• Тип: Самостоятельная работа; #505282
• страница: 2 из 10

Тема Основные понятия и законы пищевой технологии

 Ключевые вопросы

1.                Два вида переноса.

2.                Движущая сила процесса.

3.                Закономерности переноса массы и энергии.

4.                Классификация основных процессов.

5.                Принципы оптимизации технологических процессов.

Цель и задачи

 Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания базируется на закономерностях фундаментальных наук – физики, химии, биологии и др. В основе же науки о технологических процессах лежат основные законы природы – закон сохранения энергии и закон сохранения массы. Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания

Предыдущие знание Основы экологии. Физиология растений. Агрохимия с основами почвоведения. Химия. Биохимия с/х продукции. Микробиология.

Результат обучения является подготовка студентов для последующей работы в отраслях промышленности, связанных с производством продуктов питания, для чего им предстоит ознакомиться с технологическими приемами при получении основных видов пищевых продуктов из сырья различного происхождения.

Информация по теме

В этой лекции рассмотрим два вида переноса, движущую силу процесса, закономерности переноса массы и энергии, классификацию основных процессов и принципы оптимизации технологических процессов.

Два вида переноса. Изучение многих технологических процессов позволило выявить общее, характерное для всех производств. Этим общим является наличие одного из двух видов переноса на каждой стадии превращения сырья в полуфабрикат или конечный продукт. Это перенос энергии или перенос массы.

Возьмем какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рис. 1).

 В аппарат подается сырье в количестве М_А и М_В и технологические добавки в количестве М_С, а из аппарата выходят готовый продукт в количестве М_D и отходы производства М_Е. Воспользовавшись законом сохранения массы получим

 М_А + М_В + М_С = М_D + М_Е  или   ΣМ_вх  =   Σ М_вых                        (1)

Это уравнение будем называть материальным балансом. Из уравнения (1) видно, что в процессе производства происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат в другие.

Для жидкости, движущейся в потоке, изменяющем свою конфигурацию (рис.2), уравнение материального баланса принимает форму неразрывности потока 

w₁S₁ = w₂S₂ = w₃S₃,                                                                           (2)

где w₁  w₂ w₃ - средние скорости движения жидкости в соответствующем сечении; S₁ S₂ , S₃ -площади живого сечения в плоскостях 1-1; 2-2; 3-3. Живое сечение – это сечение, заполненное жидкостью. 

              Каждый компонент, входящий в аппарат и выходящий из него, вносит или выносит определенное количество энергии. Это теплота материалов, нагретых до определенной температуры (внутренняя энергия или энтальпия) Е_А, Е_В, Е_D, E_F; а также кинетическая энергия движущихся потоков Е_С. Наконец, это любой вид энергии, сообщаемой потокам в аппарате для осуществления необходимых преобразований Е_пр  и необратимые потери энергии, которые возникают в результате протекания процессов, например, потери теплоты в окружающую среду Е_пот и потери на трение при прохождении потоков через аппарат Е_тр (рис.3).

Закон сохранения энергии в этом случае выразится следующим уравнением:

Е_А+ Е_В+ Е_С + Е_пр = Е_D+ E_F + Е_пот + Е_тр  или  ΣЕвх =  Σ Евых               (3)

Уравнение (3) получило название энергетического или теплового баланса аппарата. Наиболее часто технологические процессы сопровождаются переносом тепловой энергии или кинетической энергии – количества движения.

 Движущая сила процесса. Всякий перенос вещества или энергии не совершается сам по себе. Причиной переноса является наличие в системе неравновесия или градиента. Например, точечный источник теплоты образует вокруг себя температурное поле. Полем будем называть совокупность значений какой-либо величины в каждой точке рассматриваемого пространства. При этом температура в пространстве зависит от положения точки и от времени:

T = f (x, y, z, τ)                                                                                       (4)

Рассмотрим  этот точечный источник теплоты q в плоском сечении пространства без изменения температуры по времени (рис. 4). Легко представить вокруг этого источника некоторые криволинейные поверхности, вдоль которых температура остается постоянной. Пусть на поверхности А поддерживается температура Т = const, а на поверхности В – температура на ΔТ выше: Т+ΔТ=const

В этом случае возникнет определенное движение, например тепловое из точки с более высокой температурой в точку с меньшей температурой. Таким образом, движущая сила процесса является разность температур, разность концентраций, разность электрических или химических потенциалов.

Скорость изменения температуры от поверхности А к поверхности В можно охарактеризовать отношением ΔТ к отрезку, на котором оно достигнуто (Δn). Если рассмотреть предел этого отношения ΔТ/ Δn,  при     n     0, то получим выражение  называемое градиентом. Градиент – векторная величина. Он показывает, что температура увеличивается в направлении к источнику, т.е. навстречу потоку теплоты. Таким образом, градиент какой-то величины в технологическом процессе и есть его движущая сила.

lim (ΔТ/Δn) = (ðТ/ðn) n = grad Т   (5)

  Закономерности переноса массы и энергии. Экономическая эффективность любого производства в значительной степени зависит от скорости протекания технологических процессов. Эта скорость тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление этому действию:

L =  Δ/R,                                                                                           (6)

где L – скорость протекания процесса, R – сопротивление переносу, Δ – движущая сила.

Это выражение носит название основного кинетического уравнения. Зная движущую силу можно получить основное уравнение для любого процесса.

Для процесса теплопередачи:

q= k ΔТ ,                                                                                            (7)

где q – скорость переноса теплоты, удельный тепловой поток, Дж/(м².с); k – коэффициент теплопередачи, Дж/(м².К.с); ΔТ – движущая  сила, т.е. средняя разность температур, К (или ^оС).

Тепловой поток – это количество теплоты, переносимое через единицу поверхности в единицу времени,

 q= Q/ F τ,                                                                                              (8)

где Q – количество теплоты, Дж; F -  площадь поверхности, через которую передается теплота, м²; τ – время, с.

Для процесса массопередачи удельный поток массы [кг/(м².с)] равен:

m= K_m ΔC  или   m= М/ F. τ,                                                            (9)

где K_m – коэффициент массопередачи, размерность которого зависит от размерности концентрации, например, кг/[м².(кг/м³)с] либо м/с; ΔC – движущая сила – средняя разность концентраций, кг/м³; М – количество переносимого вещества, кг.

Для гидродинамических процессов, например, для фильтрации, кинетическое уравнение примет следующий вид (уравнение фильтрования Дарси):

V/ F. τ  = v = K Δp,                                                                              (10)

где V – объем получаемого фильтрата, м³; F – площадь, через которую осуществляется фильтрование, м²; τ – время, с; v – скорость фильтрования, м³/м².с или м/с; К – коэффициент, характеризующий проводимость фильтрующей перегородки, м³/(м².с.Па) или м².с/кг; Δp – разность давлений, Па.

 Классификация основных процессов 

Все процессы по движущей силе и типу переноса можно разделить следующим образом (таблица 3).

Таблица 3

Классификация основных процессов пищевых технологий

Тип переноса	Движущая сила	Процессы	Технологические операции
Перенос количества движения	Механическая сила, давление	Механические	Дробление, резание, сортирование, прессование, классификация, дозирование
		Гидромеханические	Отстаивание, фильтрование, перемешивание жидкостей или газов, осаждение, центрифугидрование
Перенос теплоты	Разность температур	Тепловые	Нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация
Перенос массы	Разность концентраций	Массообменные (Физико-химические)	Сушка, экстракция, адсорбция, абсорбция, кристаллизация, растворение, перегонка
		Химические	Превращения веществ, гидролиз, меланоидинообразование, дегидратация, сульфитация, окисление
	Деятельность микроорганизмов	Биохимические	Катализ химических процессов ферментами
		Микробиологические	Брожение, плесневение, окисление

 Принципы оптимизации технологических процессов. Технологический процесс может осуществляться при различных параметрах. При этом затраты энергии, скорость процесса, а, следовательно, выход продукции, затраты живого труда, материалов и т.д. будут различными. Совершенствование производства направлено на поиск таких режимов, при которых затраты были бы наименьшими, а выход продукции – наибольший. Такой поиск называется оптимизацией, а режим работы аппарата в наилучших условиях – оптимальным. Для оценки эффективности процесса на основании экспериментальных и теоретических исследований выводится критерий оптимизации, куда входят параметры, противоположно влияющие на процесс. Оптимизация при этом будет означать поиск компромисса между этими параметрами.

Первый принцип оптимизации формулируется следующим образом: «оптимально организованный процесс» – это, как правило, непрерывный, автоматически управляемый процесс.

Второй принцип – оптимальным является противоточное движение взаимодействующих веществ.

Вопросы для закрепления

1. 
   Принципы оптимизации технологических процессов
   
2. 
   Классификация основных процессов пищевых технологий
   
3. 
   Закономерности переноса массы и энергии
   

Домашнее задание

ответьте на ниже перечисленные вопросы письменно

Что называется движущей силой процесса? Какие движущие силы вы знаете? 3. Законы переноса массы и энергии. Что учитывает основное кинетическое уравнение? 4. Классификация основных процессов. Принципы оптимизации технологических процессов

Принципы оптимизации технологических процессов

Литература.

1. Абакумова Т.Н., Кичаева Т.Г. Технология пищевых производств. Общая часть: учебное пособие. – Kемеровский технологический институт пищевой промышленности, Кемерово. – 2004. – 88с., (стр.17¸23).

Лекция № 3

Тема: Неорганическая часть пищевых продуктов

 

 

Ключевые вопросы

 

1. Основы науки о питании.

      1.1. Пища и питание. Потребность организма в энергии

      1.2. Роль отдельных пищевых веществ в жизнедеятельности организма и в пищевых технологиях.

2. Вода. Её значение для организма и в технологии различных производств.

 2.1. Свободная и связанная вода в пищевых продуктах.

 2.2. Свойства воды в пищевых продуктах.

       2.3.Формы связи влаги с сухими веществами  пищевых продуктах.

       2.4. Значение воды (влажности) в пищевых продуктах при их переработке и  хранении.

       2.5. Содержание воды  пищевых продуктов и влияние её на их качество.

       2.6. Требования стандартов к качеству питьевой воды.

       2.7. Методы определения влажности в пищевых продуктах.

3.Минеральные вещества, их функции в организме и технологии различных производств.

 3.1. Макроэлементы.

2. 
   Микроэлементы.
   

Цель и задачи

 Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания базируется на закономерностях фундаментальных наук – физики, химии, биологии и др. В основе же науки о технологических процессах лежат основные законы природы – закон сохранения энергии и закон сохранения массы. Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания

Предыдущие знание Основы экологии. Физиология растений. Агрохимия с основами почвоведения. Химия. Биохимия с/х продукции. Микробиология.

Результат обучения является подготовка студентов для последующей работы в отраслях промышленности, связанных с производством продуктов питания, для чего им предстоит ознакомиться с технологическими приемами при получении основных видов пищевых продуктов из сырья различного происхождения.

Информация по теме

 

 

1. Основы науки о питании.

 

Питание является важнейшим условием существования человека, а производство продуктов питания  одной из сторон человече­ской культуры. Качество продуктов, своевременность и регуляр­ность приема их в пищу решающим образом влияют на человече­скую жизнь во всех ее проявлениях.

Проблема пищи всегда была одной из самых важных проблем, стоящих перед человечеством. Оно испытывало и продолжает испытывать дефицит продуктов питания, особенно не хватает продуктов с высоким содержанием белка, однако простое увеличение потребления пищи не может решить всех проблем, связанных с питанием. Оно должно быть рациональным, соответствовать основным положениям науки о питании, требования которой должны учитываться при разработке стратегии развития пищевой промышленности.

Правильная организация питания требует знания, хотя бы в самом общем виде, химического состава пищевого сырья и готовых продуктов питания, представлений о способах их получения, о превращениях, которые происходят при их получении и при кулинарной обработке продуктов, а также сведений о пищеварительных процессах.

  Наука, которая занимается изучением пищи, питания, продуктов питания, пищевых веществ и других компонентов в составе продуктов,  их действие и взаимодействие, их потребление, усвоение, расходование и выведение из организма, их роль в поддержании здоровья или в развитии болезней называется нутрициологией.

К сфере данной науки относится также пищевое поведение человека,  выбор продуктов питания,  их обработка и хранение, пищевое законодательство и ряд других вопросов. 

Первый большой раздел науки о питании  включает информацию  о пище, продуктах, нутриентах, их видах, сведения о количестве пищевых веществ в продуктах и о метаболизме (витаминном, жировом, белковом и других).

Раздел пища и питание является одним основных в общей части курсов «Общая технология пищевых производств» для учащихся по специальности 050642. Часть материала, которая входит в этот раздел был выбран из специальной медицинской литературы.

В тоже время этот раздел курса очень важен при подготовке будущих инженеров-пищевиков, так как знание физиологических основ питания необходимо для всех специалистов. Они должны быть знакомы с основами рационального питания.

 

1.1. Пища и питание. Потребность организма в энергии

 

С употребляемыми в пищу продуктами организм получает весь пластический материал, расходуемый им на построение кле­ток,  тканей  и  всех

других частей организма, находящегося в про­цессе непрерывного и постоянного обновления. Пищевые продук­ты являются также источником энергии, затрачиваемой организ­мом на выполнение разнообразных функций. Пищевые продукты доставляют в организм резервные материалы, откладываемые в некоторых тканях, так называемых депо-тканях, например жир в жировых тканях, животный крахмал (гликоген) в печени. И на­конец, с пищей в организм поступают регуляторы жизненных функций, витамины и другие необходимые вещества.

Питание - это процесс усвоения организмом питательных ве­ществ, необходимых для поддержания жизни, здоровья и работо­способности человека. Все нужные для этого вещества организм человека получает с пищей.

Пища – это готовые к употреблению пищевые продукты, натуральные либо подвергнутые  дополнительной обработке  (кулинарной, промышленной), которые могут быть использованы в качестве источника энергии и строительного материала.  Это могут продукты различного характера: растительные, животные, минеральные, синтетические (произведенные технологическим путем).

К пищевым продуктам относят также продукты детского и диетического питания, минеральную воду, алкогольную продукцию, безалкогольные напитки,  жевательную резинку, кроме того, "функциональные" пищевые продукты, пищевые добавки, БАДы, продовольственное сырье.

Пищевые продукты - это продукты, которые снабжают организм материалом для по­строения его тканей и постоянного обновления их; энергией, необходимой для жизнедеятельности и совершения работы; ве­ществами, играющими важную роль в регулировании обмена веществ.

Ткани тела человека массой около 70 кг состоят из 40...45 кг воды, 16..17 кг  белка, 7...10 кг жира, 2,5...3,0 кг минеральных солей и 0,5...0,8 кг углеводов. Для жизнедеятельности нашего организма требуется постоянное поступление всех вышеперечис­ленных веществ, в том числе биологически активных соедине­ний - витаминов, ферментов и т. д.

Питание представляет собой сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и ассимиляции органических ве­ществ, участвующих в покрытии энергетических затрат, постро­ения и возобновления клеток и тканей тела, регуляции функций организма.

Питание должно быть организовано таким образом, чтобы оно обеспечивало гармоническое развитие и слаженную деятель­ность организма. Для этого пищевой рацион должен быть по количеству и качеству сбалансирован с потребностями человека соответственно его полу, профессии и возрасту.

Режим питания - являет собой характеристику питания, в понятие которой входит время приема пищи, кратность и распределение ее по химическому составу и калорийности, кроме того, поведение человека в процессе питания.

Рациональное питание - это обеспечение нормальной жизне­деятельности организма путем снабжения его необходимым коли­чеством энергии и белка при соблюдении в суточном рационе оп­тимальных соотношений всех незаменимых факторов питания.

Потребность человека в энергии различна и зависит от его возраста, пола, характера выполняемой работы, условий внешней среды и многих других факторов. Энергия расходуется организ­мом на основной и дополнительный обмен веществ. Их сущность рассматривается чуть ниже.

При рациональном питании должны соблюдены три основные принципы:

1. Равновесие между поступающей с пищей энергией и энергией, расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности, т. е. баланс энергии;

2. Удовлетворение потребностей организма в определенном количестве и соот-ношении пищевых веществ;

3. Со­блюдение режима питания.

Физиологические потребности организма зависят от множест­ва условий. Большинство их постоянно меняется, так что точно сбалансировать питание на каждый момент жизни невозможно.

Но организм обладает специальными регуляторными механизма­ми, позволяющими использовать из принятой пищи и усваивать необходимые питательные вещества в таком количестве, которое ему требуется в данный момент.

Однако регуляторные способности организма имеют опреде­ленные пределы, особенно в детском и пожилом возрасте. Кроме того, многие пищевые вещества (некоторые витамины, незаме­нимые аминокислоты и др.) человеческий организм не в состоя­нии образовать в процессе обмена веществ, поэтому недостаток этих веществ должен быть восполнен за счет питания. В против­ном случае могут возникнуть болезни, связанные с неполноцен­ным питанием.

Питательные вещества в организме человека подвергаются сложным изменениям. Под действием пищеварительных фер­ментов они разлагаются, поступают в лимфу и кровь, т. е. в организме человека происходит образование сложных веществ из более простых. Этот процесс называется ассимиляцией или анабо­лизмом.

Одновременно с созданием клеток и тканей в организме по­стоянно происходит частичное их разрушение. Процесс распада веществ, входящих в состав клеток и тканей, называется дисси­миляцией или метаболизмом и происходит с выделением энергии, затрачиваемой на все виды работы органов. Оба процесса нахо­дятся в тесной взаимосвязи. В совокупности эти два процесса называются обменом веществ.

Обмен веществ бывает основной и дополнительный.

Основной обмен веществ и затраты на него связаны со всеми жизненными, физиологическими процессами, протекающими в организме (дыхание, крове-творение, пищеварение и т. д.) т. е. с процессами ассимиляции и диссимиляции пи­тательных веществ.

Условно можно сказать, что основной обмен веществ - это минимальное количество энергии, необходимое человеку для поддержания жизни в состоянии полного покоя. Он рассчитыва­ется обычно на «стандартного» мужчину (30 лет с массой тела 65 кг) или «стандартную» женщину (30 лет с массой тела 55 кг). Основной обмен у мужчины 1600 ккал (6704 кДж), у женщины - 1400 ккал (5866 кДж). Основной обмен зависит от возраста (у маленьких детей он в 1,3..1,5 раза выше, чем у взрослых), массы тела (поэтому основной обмен часто рассчитывают на 1 кг массы тела), внешних условий, индивидуальных особенностей человека.

При приеме пищи наибольший расход энергии вызывает переваривание белков. Поступление их в пищеварительный тракт увеличивает основной обмен на 30...40%. При приеме жиров и углеводов основной обмен увеличивается на 4...14 и 4...7% соответственно. При смешанном питании основной обмен увеличивается на 10...15%.

Дополнительный обмен веществ вызывается затратами энер­гии на выполняемую человеком работу. Эти затраты тем выше, чем интенсивнее труд. Это в основном расход на мышечную деятельность. Он также зависит от многих факто­ров: типа деятельности, массы тела, возраста и т. д.

Процесс усвоения и использования в организме пищи схож с горением. Большая часть продуктов превращается в тепло (энер­гию), диоксид углерода и воду.

Единственным источником энергии для организма человека является пища. Энергию, поставляемую организму продуктами питания, принято выражать в килокалориях (ккал) или килоджо­улях (кДж).

Количество энергии, выделяемой при усвоении организмом того или иного пищевого продукта, называется калорийностью этого продукта. Установ-лено, что при окислении 1 г жира орга­низм получает 9 ккал, или 37,7 кДж; 1 г белка - 4 ккал, или 16,7 кДж; 1 г углеводов - 3,75 ккал, или 15,7 кДж. Это калорий­ность брутто, т. е. та, которая содержится в продукте и выделя­ется при его сгорании. Но питательные вещества усваиваются организмом не полностью. Так, белки усваиваются на 94,5%, жиры - на 94, углеводы - на 95,6%. Поэтому для определения истинной калорийности следует калорийность брутто умножить на коэффициент усвояемости. Коэффициент усвояемости саха­розы 1, животных жиров 0,85 (за исключением сливочного масла), растительных жиров 0,95, белков в зависимости от их природы 0,85...0,95.

Потребность в различных пищевых веществах и энергии зави­сит от пола, возраста, характера трудовой деятельности.

Для правильного составления рациона питания с энергетичес­кой точки зрения и с учетом характера трудовой деятельности специалисты в области гигиены питания подразделяют все взрослое население на 4 группы.

К первой группе относятся лица, работа которых не связана с затратами физического труда или требует незначительных физи­ческих усилий. Энергетический обмен у мужчин 2600...2700 ккал (10894...11313 кДж), у женщин - 2200...2400 ккал (9218... 10056 кДж).

Ко второй группе относятся работники механизированных производств и работники сферы обслуживания, труд которых не требует большого физического напряжения  у мужчин 2700... 3000   ккал   (11313...12570   кДж),   у  женщин   3000...3200   ккал (12570... 13408 кДж).

К третьей группе относятся работники производств с частично механизиро­ванными процессами труда и работники сферы обслуживания, труд которых связан со значительным физическим напряжением у мужчин 2900...3200 ккал (12151...13408 кДж), у женщин 3100...3400 ккал (12989…14246 кДж).

К четвертой группе относятся работники полумеханизированных или немеха­низированных производств средней и большой тяжести труда у мужчин 3400...3700 ккал (14246…15503 кДж), у женщин 3600...3900 ккал (15084...16341 кДж). Лица, труд которых связан с большим нервным напряжением (работники пультов управле­ния, диспетчеры и т. д.), по потребности в энергии и белках приравниваются к первой группе интенсивности труда.

Правильно составить индивидуальный рацион питания можно лишь при знании химического состава пищевых продуктов.

Мы говорили лишь об одной стороне питания - энергетичес­кой. Это не значит, что «пищевая» энергия может быть получена в результате потребления любых продуктов, т. е. за счет общей калорийности.

Для организма важно, какие группы веществ обеспечивают калорийность питания. Для нормальной жизнедеятельности че­ловека необходимо определенное соотношение белков, жиров и углеводов, а также наличие витаминов и минеральных веществ.

Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов, подраз­деляются на две группы: органические (белки, углеводы, жиры, пищевые кислоты, витамины, ферменты) и минеральные (вода, макро- и микроэлементы). Их роль в жизнедеятельности орга­низма человека и их свойства, которые могут быть использованы в пищевых технологиях, мы рассмотрим далее.

Человек непрерывно связан с окружающей средой, которая оказывает на него разнообразное и глубокое влияние. Эта связь осуществляется в разнообразных формах при посредстве воздуха, воды и пищевых продуктов. Че-рез пищевые продукты человек вступает ежедневно в тесный контакт с органическими веществами растительного и животного мира.

Посредством питания организм воспринимает и уподобляет себе вещества внешней среды, превращая в процессе ассимиляции неживое в живое, а при диссимиляции, обратно, превращая живое в неживое. Прекращение пи-тания ведет за собой прекращение обмена веществ и неизбежно приводит к смерти.

Известный русский физиолог академик И.П. Павлов в своих трудах отмечал, что пища «представляет ту древнейшую связь, которая соединяет все живые существа, в том числе и человека, со всей окружающей их природой.  Пища, которая попадает в организм и здесь  изменяется, распадется, вступает в новые комбинации и вновь распадается, олицетворяя собой жизненный процесс во всем его объеме».

Пища в организме человека, во-первых, является источником энергии; во-вторых, используется в качестве строительного материала, являясь источником веществ, обеспечивающих развитие пластических процессов формирования новых клеток в организме; в-третьих влияет на все сложные физические и химические процессы, происходящие в тканях при обмене веществ организма.

В рекомендациях учтено необходимое содержание в суточном рационе белков, жиров, в том числе растительных масел, углево­дов, витаминов В₁, В₂, РР, В₆, А, С и D (для детей). Потребность в витаминах рассчитана по рекомендациям ФАО [1]; указана по­требность в Са, Мg, Р и Fе. Рекомендации составлены с учетом полного удовлетворения потребности организма человека во всех незаменимых факторах.

На современном этапе развития науки о питании пищевые вещества называют нутриентами. Пищевые вещества или нутриенты  представляют собой неорганические и органические вещества, которые входят в состав продуктов. Они используются организмом с целью построения и обновления тканей и клеток, с целью регуляции физиологических и биохимических и функций, с целью получения энергии,  для поддержания температуры тела. Все пищевые вещества или нутриенты, входящие в состав пищи, подразделяются на две группы: группу органических и группу минеральных веществ. К первой группе относятся белки, углеводы, жиры, пищевые кис­лоты, витамины, ферменты, а ко второй группе относятся вода, макро- и микроэле­менты.

Нутриенты подразделяют на виды: макронутриенты и микронутриенты.

1) Макронутриенты  – это пищевые вещества, которые необходимы организму в больших количествах и измеряются десятками граммов каждый день. К макронутриентам относят углеводы, жиры, белки - основные пищевые вещества, дающие при окислении организму энергию для осуществления всех его функций и "строительный материал".   

К данному виду пищевых веществ, причисляют и воду, которую употребляют ежедневно в количестве 1,5-2 литра, не смотря на то, что она не является источником энергии.

Часть продуктов представлена пищевыми волокнами, которые активно способствуют процессу пищеварения.

2) Микронутриенты – это пищевые вещества,  необходимые организму в небольших количествах и измеряются долями граммов – микрограммами и миллиграммами.  К микронутриентам относят витамины,  биоэлементы,  ряд минеральных веществ и т.д.

Микронутриенты принимают участие в усвоении энергии, в регуляции разного рода функций и в процессах роста и развития организма.

1) Эссенциальные нутриенты или незаменимые – это жизненно необходимые пищевые вещества для организма. Их дефицит или отсутствие в рационе питания провоцируют заболевания, длительный недостаток становится причиной гибели организма. Эссенциальные пищевые вещества – это незаменимые  аминокислоты, биоэлементы (минералы), витамины.

2) Заменимые нутриенты могут синтезироваться внутри организма при помощи бактериальной микрофлоры кишечника.  К ним можно отнести некоторые витаминоподобные вещества, витамины, заменимые аминокислоты.

Но какое-то количество заменимых веществ должно поступать с пищей, поскольку в организме человека содержится только определенный запас нутриентов.  Так, например, жировые резервы истощаются в течение нескольких недель при недостаточной калорийности пищи. Запас воды израсходуется за 4 дня, поэтому человек в состоянии прожить без воды 5-7 дней.

 

1.2. Роль отдельных пищевых веществ в жизнедеятельности

организма и в пищевых технологиях.

 

Пища человека состоит из разнообразных пищевых средств животного и растительного происхождения. Каждое пищевое средство включает в себя питательные вещества – белки, жиры, углеводы, которые служат источником энергии и материалом для построения веществ клеток тканей при обмене веществ организма.

Кроме питательных веществ, в состав пищевых продуктов входят – вода, растворенные в ней минеральные соли и витамины. Они не являются источниками энергии, но наличие их в пище необходимо для поддержания нормальных физиологических функций человека. Химический состав пище-вых средств в значительной мере отражает их пищевую ценность. Но для того чтобы получить полное представление о питательной живости продукта необходимо знать не только его химический состав, но и физиологическое значение отдельных веществ, входящих в состав пищевых продуктов.

Пищевая ценность – это комплекс свойств пищевых продуктов, обеспечивающих физиологические потребности человека в энергии и в основных питательных веществах. Главный источник энергии для человека, как уже было сказано выше – это белки, жиры и углеводы. Но к ним должен добавляться набор еще более, чем сотни химических соединений:  витамины, минеральные вещества, микроэлементы, биологически активные компоненты.

Полезность пищевых продуктов зависит от их химического состава и особенностей превращений отдельных пищевых веществ в организме ребенка. Пищевая ценность характеризует всю полноту полезных свойств продукта и его вкусовые достоинства, обусловленные содержащимися в нем разнообразными питательными веществами. Пищевая ценность тем выше, чем в большей степени продукт удовлетворяет физиологические потребности организма в этих веществах и обеспечивает его нормальное функционирование.

Таким образом, пищевые вещества или микронутриенты в зависимости от их значения для организма человека можно разделить на две группы:

1) незаменимые микронутриенты, т.е. те, которые или совсем не могут синтезироваться в организме или синтезируются в количестве, недостаточном для удовлетворения его потребностей;

2) заменимые микронутриенты.

Учитывая обширную информацию на сайтах интернета и обобщая вышеизложенное для ясности можно сделать следующее заключение: Пищевые вещества называют также нутриентами. Все пищевые продукты состоят из пищевых веществ или нутриентов. Пищевые продукты состоят из органической и неорганической части (или из органических и неорганических веществ. Можно сказать и по другому: пищевые вещества или нутриенты состоят из органических и неорганических веществ). Органическая часть или органические вещества пищевых продуктов – это белки, углеводы, жиры, пищевые кис­лоты, витамины, ферменты, а неорганическая часть или неорганические вещества пищевых продуктов – это вода, макро- и микроэле­менты. С энергетической точки зрения пищевые вещества (или нутриенты) подразделяются на две группы: вещества, т.е. макронутриенты, которые являются источником энергии (это белки, углеводы, жиры); и вещества, т.е. микронутриенты, которые не являются источником энергии (это пищевые кис­лоты, витамины, ферменты, волокно, вода, макро- и микроэле­менты).

 

2. Вода. Её значение  для организма и в технологии различных производств.  

 

Вода - это самое распространенное вещество и занимает по своей значимости особое место среди всех соединений на земном шаре. Все явления жизни на земле происходят с обязательным участием воды, так как она является одним из основных факторов, определяющих активность течения жизненных процессов в живых организмах:

1) вода растворяет вещества, помогает химическим реакциям;

2) вымывает отходы из клеток;

3) служит смазочным материалом в суставах и в тех местах, где соприкасаются различные органы человека;

4) предохраняет организм от опасных перегревов и охлаждений и равномерно распределяет в нем поглощенное тепло;

5) все реакции гидролиза сложных органических веществ в организме, в том числе и в пищевом тракте человека в процессе пищеварения, происходят с обязательным участием воды.

Жизнь человека без воды невозможна. Если без пищи можно прожить 30 дней и более, то без воды человек погибает на 4-5 сутки.

Вода составляет до 60% протоплазмы клеток, 85% ее входят в состав головного мозга и даже в костях человека сдержится около 20% воды.

В среднем в состав животного организма входит около 65% воды. В тканях молодых организмов процесс обмена веществ происходит более интенсивно, поэтому среднее содержание воды в них выше, чем в тканях старых организмов.

Потеря 10% воды в организме человека приводит к симптомам, угрожающим жизни человека.

В среднем организм человека расходует около 2,5 литров воды: около 1500 мл выделяется почками, около 150 мл – пищеварительным трактом, около 600 мл – испарением через кожу и около 350 мл – в процессе дыхания.

Утраченная организмом влага должна регулярно восполняться. Поступление воды в организм человека за сутки в мл примерно составляет: питьевой воды – 900; с жидкими блюдами – 650; с твердыми пищевыми продуктами – 700 и за счет процесса окисления водорода органических веществ пищи и самого организма – 350 мл.

2.1. Свободная и связанная вода в пищевых продуктах. Вода, содер-жащаяся в пищевых продуктах может находиться в двух формах: в виде свободной и связанной воды.

Свободной (слабосвязанной) считается вода, которая находится в макрокапиллярах, клеточном соке и в виде капель в массе продукта. Свободная вода растворяет кристаллы, активизирует биохимические процессы, способствует развитию микроорганизмов. Эта вода легко выделяется из продукта при высушивании и вымораживании, имеет плотность около единицы и замерзает при 0ºС.

Несвободная вода в продукте обычно связана микрокапиллярами, коллоидами, кристаллами, гидрофильными поверхностях частиц. Связанная вода замерзает при температуре 25-71°С и плотность ее равна 1,2 и более.

Для качества и хранения пищевых продуктов, состояние воды в них имеет большое значение. Продукты, содержащие воду в связанном состоянии, на ощупь сухие (не комкаются) и как правило, обладают хорошей сохранно-стью. Свободная же вода стимулирует развитие микроорганизмов и деятельность ферментов.

 

Химические, биохимические и микробиологические процессы

Биохимическими процессами называют процессы направленной жизнедеятельности микроорганизмов, скорость которых определяется приростом биомассы либо продуктов их метаболизма.

Биохимические процессы осуществляются с помощью живых микроорганизмов, которые потребляют из окружающей среды-субстрата питательные вещества - сахарозу, глюкозу, лактозу и другие углеводы. Микроорганизмы дышат, растут и размножаются (т.е. реализуют прирост биомассы), выделяют в среду продукты метаболизма (спирт, ароматические вещества, органические кислоты).

Так, при производстве дрожжей (хлебопекарных, пивных, спиртовых, молочнокислых и др.) целевым продуктом является биомасса. В других случаях, например при микробиологическом синтезе, в качестве целевого продукта метаболизма получают ферменты, бактериальные препараты и закваски.

В пищевой промышленности микроорганизмы используют в пивоварении, виноделии, в производстве спирта и органических кислот, в производстве кисломолочных продуктов, сметаны, сыров, сырокопченых колбас и др. При этом микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют продукты метаболизма (спирт, ароматические вещества, органические кислоты), формируя тем самым определенные органолептические свойства пищевых продуктов.

В основе ряда пищевых технологий лежат химические превращения. К ним относятся получение патоки, кристаллической глюкозы путем кислотного гидролиза крахмала, различных жиров способом гидрогенизации и переэтерификации, инвертного сахара путем кислотного гидролиза сахарозы. Важная роль отводится химическим процессам на отдельных стадиях производства хлеба, мучных кондитерских изделий, сахара, шоколада, растительных масел, прессованных дрожжей, топленого молока, ряженки, темного и красящих солодов для пивоварения, а также при хранении продуктов. Одни из них связаны с реакциями гидролиза, другие - с окислительно-восстановительными реакциями (меланоидинообразование, сульфитация, окисление и др.).

Гидролиз - это реакция разложения сложных веществ (белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением молекулы воды. Например, сахароза при нагревании с кислотами гидролизуется, образуя инвертный сахар (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы):

 

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆.

 

Инверсия сахарозы происходит при уваривании яблочно-сахарной смеси в производстве фруктово-ягодного мармелада. Образующийся инвертный сахар предотвращает засахаривание мармеладной массы и образование грубокристаллической корочки. Однако гидролиз сахарозы не должен проходить чрезмерно глубоко, т.к. избыток инвертного сахара может вызвать намокание поверхности мармелада при его хранении.

В основе производства патоки лежит реакция неполного ферментного или кислотного гидролиза картофельного или кукурузного крахмала. Патока представляет собой смесь глюкозы, мальтозы и декстринов, широко применяется в кондитерском производстве.

Меланоидинообразование - это сложный окислительно-восстановительный процесс, включающий в себя ряд реакций, которые протекают последовательно и параллельно. В упрощенном виде сущность этого процесса можно свести к следующему. Низкомолекулярные продукты распада белков (пептиды, аминокислоты), содержащие свободную аминогруппу (- NН₂), могут вступать в реакцию с соединениями, в состав которых входит карбонильная группа (= С = О), например, с различными альдегидами и восстанавливающими сахарами (фруктозой, глюкозой, лактозой, мальтозой). В результате происходит разложение как аминокислоты, так и реагирующего с ней сахара. При этом из аминокислоты образуются соответствующие альдегид, аммиак и диоксид углерода, а из сахара - фурфурол и оксиметилфурфурол. Альдегиды обладают определенным запахом, от которого зависит в значительной мере аромат многих пищевых продуктов. Фурфурол и оксиметилфурфурол легко вступают в соединение с аминокислотами, образуя темноокрашенные продукты, называемые меланоидинами. Белки также могут вступать во взаимодействие с сахарами, но менее активно, чем аминокислоты, т.к. содержат меньше аминогрупп.

Меланоидинообразование - основная причина потемнения пищевых продуктов в процессе их изготовления, сушки и хранения. Особенно интенсивно эта реакция протекает при повышенных температурах во время технологического процесса производства. При приготовлении некоторых пищевых продуктов (например, при выпечке хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, при сушке солода, приготовлении топленого молока, ряженки и др.) создают специально условия для реакции меланоидинообразования. В ряде производств эта реакция нежелательна (например, в процессе уваривания сахарных растворов при производстве сахарного песка, при самосогревании зерна, в процессе тепловой обработки вин и др.).

Процесс окисления играет большую роль при хранении жиров, масел и жиросодержащих продуктов. Жиры при длительном хранении приобретают неприятные вкус и запах - прогоркают, что связано как с химическими превращениями под действием света и кислорода воздуха, так и с действием некоторых ферментов. Наиболее простой случай прогоркания продуктов (например, сливочного масла, маргарина, животного жира) заключается в омылении жира и появлении в свободном виде масляной кислоты, которая и придает продукту неприятный запах. Прогоркание, обусловленное окислением ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха, наиболее распространенный вид прогоркания. В результате образуются пероксиды, которые при дальнейшем разложении образуют альдегиды, придающие жиру неприятные вкус и запах. При отсутствии кислорода этот процесс не идет.

 

Вопросы для закрепления

 

1. Какие механические процессы используются в пищевых производствах?

2. Охарактеризуйте гидромеханические процессы (отстаивание и центрифугирование/сепарирование).

3. Каковы особенности фильтрования пищевых суспензий?

4. С какой целью применяют перемешивание пищевых продуктов?

5. Чем характеризуются массообменные процессы пищевых технологий?

6. Что такое адсорбция?

7. Какие процессы применяют для разделения однородных смесей?

8. Охарактеризуйте процесс экстракции.

9. Что такое сушка продуктов? Какое применение нашел этот процесс в пищевых технологиях?

10. Охарактеризуйте процесс кристаллизации. Как этот процесс применяется в пищевых производствах?

11. Охарактеризуйте теплообменные процессы, используемые в пищевых технологиях.

12. Какие процессы называются биохимическими? Какое отражение они находят в пищевой промышленности?

13. Какова роль химических процессов в пищевых технологиях?

14. Какова сущность процесса меланоидинообразования и его роль в пищевых производствах?

15. Какова роль процесса окисления в пищевых производствах?

Литература.

1. Абакумова Т.Н., Кичаева Т.Г. Технология пищевых производств. Общая часть: учебное пособие. – Kемеровский технологический институт пищевой промышленности, Кемерово. – 2004. – 88с., (стр.17¸23).

Лекция

Тема ПРОИЗВОДСТВО МУКИ

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МУКИ

Ключевые вопросы

1. 
   Зерно — плод хлебных злаков
   
2. 
   По химическому составу все зерновые культуры принято делить на три группы
   

Цель и задачи

 Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания базируется на закономерностях фундаментальных наук – физики, химии, биологии и др. В основе же науки о технологических процессах лежат основные законы природы – закон сохранения энергии и закон сохранения массы. Вместе с тем этой науке присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания

Предыдущие знание Основы экологии. Физиология растений. Агрохимия с основами почвоведения. Химия. Биохимия с/х продукции. Микробиология.

Результат обучения является подготовка студентов для последующей работы в отраслях промышленности, связанных с производством продуктов питания, для чего им предстоит ознакомиться с технологическими приемами при получении основных видов пищевых продуктов из сырья различного происхождения.

Информация по теме

Основным сырьем для производства муки служит зерно пшеницы (90%) и ржи (8%). Зерно других культур (тритикале, ячмень, рис, овес, гречиха, кукуруза и зернобобовые) также может быть переработано в муку, но ее количество в общем объеме незначительно.

Зерно — плод хлебных злаков (зерновка) и семя зернобобовых культур.

Классификация основных зерновых и зернобобовых культур осуществляется по целевому назначению, химическому составу и ботаническим признакам.

Целевую классификацию применяют для рационального использования зерна с учетом его потребительских свойств.

По целевому назначению зерновые культуры подразделяют на продовольственные (мукомольные и крупяные), фуражные и технические.

Продовольственные служат сырьем для производства муки и крупы.

Технические культуры — сырье для различных технических целей. Семена масличных (подсолнечник, лен, хлопковое семя) относят к техническим культурам. Так, кукуруза применяется для производства крахмалопродуктов (крахмал, патока, глюкоза и др.) и спирта, ячмень — сырье для получения солода в пивоварении и спиртовом производстве; рожь применяется для получения красного солода, используемого в хлебопечении и для приготовления хлебного кваса. Масличные семена служат сырьем для получения растительных масел, а также жмыха от них — для корма скота и в некоторых случаях для пищевых целей (например, жмых сои служит для приготовления муки).

Фуражные культуры используют на корм скоту или как сырье для производства комбинированных кормов: овес, ячмень, вика, кукуруза и др. (рис. 3.1).

По ботаническим признакам возделываемые зерновые культуры относят к трем семействам: злаковые, гречишные (однодольные) и бобовые (двудольные).

По химическому составу все зерновые культуры принято делить на три группы:



Рис. 3.1. Классификация основных зерновых и зернобобовых культур

• 
  • I группа — зерновые культуры, богатые крахмалом (крахмал содержащие). Эта группа представлена хлебными злаками (пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, рис, просо и семейство гречишных). Содержание крахмала и других углеводов 70—80%, белков 10—15%, жиров 1,5—6%;
  
• 
  • II группа — зерновые культуры, богатые белком (белковые). Группа представлена семейством бобовых (горох, чечевица, фасоль, чина, нут) и пшеницей твердых сортов. Содержание углеводов 50—55%, белков 25—40%;
  
• 
  • III группа — зерновые культуры, богатые жиром (масличные). Объединяет масличные культуры разных ботанических семейств (в частности, подсолнечник, сою, лен, конопля, горчица, рапс, сурепка). Содержание жиров в зерне таких культур составляет 25—60%, белков — 20—40%.