Лекция № 4
Физические методы переработки сырья при производстве пищевых продуктов
План
1. Измельчение
2 Гомогенизация
3 Сортирование
4 Обработка пищевых продуктов давлением(прессованием)
5 Отделение жидкости от твердого тела
6 Придание пластическим телам определенной геометрической формы
7 Связывание частиц зернистых, сыпучих, материалов более крупные агрегаты определенной формы.
8 Перемешивание
9 Разделение неоднородных систем
10 Осаждение (отстаивание)
11 Фильтрация.
Измельчение
Измельчение твердого пищевого продукта — это процесс его деформирования до момента разрушения или определенного размера, дробление бобов какао, сахара, сухого молока или помол пшеницы в муку, куттерование мяса и др.
Измельчение жидкого пищевого продукта — это процесс диспергирования, например, при образовании эмульсии либо при образовании капелек из струй в процессе сушки распылением.
В промышленности используются различные способы измельчения:
- раздавливание между двумя поверхностями;
- разрезание (куттерование);
- удар о твердую поверхность;
- соударение частиц;
- срезание частиц в окружающей среде;
- раздавливание при трении скольжения;
- измельчение немеханическими средствами, например, излучением, теплотой, электричеством, взрывом.
Выбор способа измельчения зависит от свойств обрабатываемого продукта. Твердые, хрупкие материалы, например кристаллы сахара или сухого зерна, лучше измельчать ударом или трением, а пластичные материалы, например мясо, измельчают резанием (куттерованием).
Аналитическое описание процесса измельчения само по себе довольно сложно, так как при измельчении пищевых продуктов происходит многократное усложнение структуры вследствие гетерогенности и изменения свойств в зависимости от внешних условий.
Упругие и неупругие свойства пищевого продукта очень часто изменяются в зависимости от содержания и распределения в них влаги. Свойства продуктов изменяются в зависимости от интенсивности механического воздействия. Многие пищевые продукты являются пластичными и тягучими, если воздействие происходит медленно, и эластичными или хрупкими в случае ударных нагрузок.
Выбор метода измельчения конкретного продукта определяется необходимостью получения продукта с заданными свойствами.
Например, при измельчении свеклы в лапшевидную или желобчатую стружку толщина пластинок не должна превышать 0,5 мм, ширина лапшевидной — 4—6 мм, желобчатой — 2,5—3 мм, но она не должна быть и ниже указанный минимальных размеров. Из более крупной стружки не удается полностью извлечь весь свекловичный сок.
Вообще качество свекловичной стружки оказывает решающее влияние на работу диффузионной установки и оценивается длиной 100 г стружки в метрах (число Силипа) или отношением массы стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см (так называемый шведский фактор).
При измельчении картофеля в производстве крахмала основным фактором качества измельчения является разрушение клеток и, как следствие, степень извлечения крахмала. Качество измельчения картофеля характеризуют коэффициентом извлечения К в %:
К=А/(А+В)*100
где А — содержание свободного крахмала в кашке, %; |
В — содержание связанного крахмала в кашке, %.
При измельчении того же картофеля в спиртовом производстве требования другие. В этом случае измельченный картофель подвергается развариванию и осахариванию, слишком мелкое его измельчение ухудшает процесс осахаривания. Поэтому в измельченном картофеле не должны оставаться частицы размером менее 3 мм.
Измельчение винограда при производстве вин также должно быть ограниченным. Поэтому дробление винограда осуществляют на машинах с резиновыми валиками, которые обеспечивают раздавливание плодовой мякоти, но не разрушают семечки.
С другой стороны, выбор метода измельчения диктуется присущими ему принципиальными особенностями. Например, при помоле зерна, измельчении бобов какао и кофе, сахара в кондитерском производстве степень дробления продуктов во многом диктуется оптимальным расходом энергии, которая резко возрастает при увеличении степени измельчения.
В колбасном производстве степень измельчения мяса на куттере или машинах для тонкого измельчения мяса зависит от нагревания сырья во время измельчения; повышение температуры выше допустимой может вызвать существенное снижение качества готовых изделий.
Гомогенизация
Гомогенизация— это один из способов измельчения, который заключается в дроблении частиц или капель (дисперсная фаза) при одновременном равномерном распределении их в дисперсионной среде.
Дисперсионной средой является жидкость, а в качестве дисперсной фазы может быть другая жидкость или твердая материя, и тогда, в первом случае получаемый продукт называется эмульсией, а во втором — суспензией.
Обычно гомогенизацию проводят с целью механической стабилизации дисперсной фазы в дисперсионной среде. Известно, что неоднородная система, находящаяся в состоянии покоя, разделяется на составные части под действием массы. Осаждение частиц происходит по законам падения тел в среде, которая оказывает сопротивление их движению. Скорость осаждения взвешенных частиц зависит от их плотности, степени дисперсности и физических свойств ости, в которых они осаждаются. В начальный момент частицы падают ускоренно, но через некоторый промежуток времени, когда сопротивление жидкой фазы уравновесит действие массы, они приобретают постоянную скорость осаждения.
Следует отметить, что любому размеру частиц соответствует определенная скорость разделения, а следовательно, и продолжительность разделения фаз. При достаточно малом диаметре частиц устойчивость эмульсии может быть очень продолжительной. Однако при диаметре частиц менее 1—2 мкм большее влияние на устойчивость оказывает броуновское молекулярное движение.
Гомогенизация вызывает качественное улучшение вкусовых свойств таких продуктов, как шоколад, молочные продукты и др.
Шоколадная масса представляет собой тонкодисперсную смесь сахарной пудры, какао тертого, какао масла и добавок. Тонкое измельчение какао тертого и сахарной пудры и непрерывная обработка шоколадной массы в вымешивающем оборудовании приводит к равномерному распределению твердых частиц в какао масле и снижению вязкости массы.
Во время охлаждения происходит кристаллизация какао масла и переход шоколада в твердое состояние. При изготовлении шоколада из тонкогомогенизированного сахара и какао получают продукт с замечательными вкусовыми свойствами.
Исключительное влияние на вкусовые свойства оказывает эмульгирование жира при производстве маргарина, и особенно при производстве мороженого.
Сортирование
При обработке на пищевых производствах часто возникает необходимость разделить сыпучие смеси на фракции, различающиеся теми или иными свойствами: формой, размерами частиц, скоростью осаждения в жидкой фазе или газовой среде, электрическими или магнитными свойствами. Например, в пивоваренном и спиртовом производстве, поступающее на переработку сырье, предварительно очищается от примесей, а в мукомольном производстве помол разделяется на отруби и муку.
Разделение гранулированных или измельченных твердых продуктов по размеру с целью сортировки осуществляют просеиванием через сита или фильтрацией через фильтры пропускающие мелкие частицы, но задерживающие крупные, причем продукт можно пропускать последовательно, разделяя его на фракции, посредством осаждения в жидкости или газе.
При просеивании для отделения довольно крупных частиц применяют перфорированные сита с крупными отверстиями или сетки. Для того чтобы частицы попадали в отверстия сита подвергают вибрации или вращению.
Сортирование является самостоятельной и необходимой операцией при производстве целого ряда пищевых продуктов.
Например, помол зерна состоит из двух этапов: подготовки зерна к помолу и собственно помола. При подготовке зерно очищают от посторонних примесей, при этом удаляют оболочку и зародыш, кондиционируют и составляют помольные партии.
При помоле зерна сортировка также является одной из основных операций: после каждого вальцового станка для сортировки продукта по величине частиц устанавливается набор сит разных размеров, расположенных друг за другом.
Сортировка пищевых продуктов преследует две основные задачи обработки:
во-первых, сортировка должна обеспечить отделение некачественного сырья, посторонних примесей, загрязнений,
во-вторых, она должна обеспечить стандартизирование сырья, то есть разделение его по размеру, массе, другим свойствам. Это позволяет проводить процесс в соответствии со свойствами сырья, то есть при оптимальных условиях. Широко применяется сортировка продукта во время обработки, отделение фракций, не требующих повторной обработки, и, наоборот, соединение фракций для дополнительной обработки.
Сепарирование сыпучих продуктов происходит с целью удаления металлических примесей, оно является обязательной технологической операцией при производстве большинства пищевых продуктов.
Обработка пищевых продуктов давлением (прессование)
Прессование широко применяется в пищевой промышленности. Сущность процесса заключается в том, что обрабатываемый материал подвергается внешнему давлению при помощи специальных механических устройств — прессов.