Лекция № 1 Физико-химические основы получения структурированных продуктов питания (1 час) (стр. 1 )

ЛЕКЦИЯ № 1

Физико-химические основы получения структурированных продуктов питания (1 час).

Предприятия промышленности выпускают разнообразный ассортимент продуктов питания. Они отличаются химическим составом, физическими, структурно-механическими свойствами и органолептическими показателями. Производство продуктов питания также связано с переработкой сырья, которое по своим характеристикам значительно различается, даже в условиях одной отрасли и одного вида. Независимо от этого, большинство продуктов питания является дисперсными структурированными системами с развитой границей фазовой поверхности. В этой связи определяющими характеристиками пищевых продуктов являются общие характеристики дисперсных систем: однородность, степень дисперсности, концентрация, которые при одинаковых индивидуальных физических свойствах дисперсной фазы и дисперсионной среды определяют все многообразие существующих видов пищевых продуктов, а также их свойства.

Методы анализа разнообразны, и их можно классифицировать по различным признакам. В зависимости от цели исследований различают качественный и количественный анализ. Качественный анализ предназначен для установления наличия или отсутствия определяемых элементов, ионов, молекул, функциональных групп или компонентов в анализируемом образце. Количественный анализ дает сведения о количественном содержании всех или отдельных компонентов.

Методы качественного и количественного анализа в зависимости от способа регистрации аналитических свойств классифицируют на химические, физические, физико-химические, биологические.

Химические (классические) методы исследования основаны на химическом превращении анализируемого вещества в новое соединение, которое обладает характерными свойствами, позволяющими установить наличие этого вещества или определить его количество. Эффект химической реакции наблюдают визуально.

Физическими методами измеряют физические свойства  веществ – оптические, электрические, ядерные и др. При использовании физических методов химическая реакция не проводится.

В физико-химических методах анализа наблюдают изменения свойств (светопоглощения, электродного потенциала, электропроводности и др.), происходящие в ходе химической реакции. Иногда физико-химические и физические методы объединяют в одну группу и называют инструментальными методами анализа.

Биологические методы – особая группа методов, в которых для получения выходного аналитического сигнала используют реакции, протекающие в живых организмах или с участием выделенных из них биологических субстратов (ферментов, антител и других).

Химические методы  анализа.  Качественный  анализ. Количественный анализ. Физические методы анализа. Методы гравиметрического анализа. Потенциометрические  методы анализа. Кондуктометрические методы анализа. Рефрактометрические методы анализа. Физико-химические методы анализа. Классификация физико-химических методов анализа. Основные приемы, используемые в физико-химических методах анализа.

ЛЕКЦИЯ № 2

Классификация и методы расчета дисперсных систем продуктов питания (2 часа).

Исследование многообразия форм дисперсных систем, по мнению академика , является научной основой процессов, протекающих в гетерогенных дисперсных системах при получении пищевых продуктов. В связи с этим, знание физико-химических и коллоидных основ производства пищевых продуктов в настоящее время является резервом в совершенствовании технологии пищевых продуктов с заданным составом и свойствами.

Одной из важнейших проблем современной пищевой технологии следует считать образование в дисперсных системах пространственных структур различного типа, а также управление процессами структурообразования с целью получения дисперсий с требуемыми физико-химическими (деформационными и прочностными) свойствами. Основными задачами пищевой технологии в аспекте создания дисперсных структур пищевых продуктов являются изучение механизма зарождения и формирования структурированных систем, определение типов связей, обусловливающих их прочность, а также установление закономерностей разрушения сформированных структур.

Дисперсными системами (или дисперсиями) называют гетерогенные, преимущественно микрогетерогенные, двух - или многофазные системы, в которых по крайне мере одна из фаз находится в дисперсном состоянии. Обычно дисперсная система рассматривается как совокупность частиц дисперсной фазы и окружающей их сплошной дисперсионной среды. Вместе с тем, в связнодисперсных системах обе фазы могут быть непрерывными, пронизывая друг друга; такие системы называют биконтинуальными. Таковы пористые твердые тела с открытой поверхностью. К этим системам близки гели, а также студни, образующиеся в растворах высокомолекулярных соединений (ВМС), в т. ч. ВМС, обладающих клееподобными свойствами.

Дисперсной средой может быть жидкость, твердое тело или газ. В сочетании с тремя агрегатными состояниями дисперсной фазы возможны несколько видов дисперсий. По своему состоянию они являются гетерогенными системами. Согласно классификации дисперсии состоят, по крайней мере, из двух фаз, одна из которых диспергирована (раздроблена), а другая - является непрерывной (сплошной). Классифицировать дисперсные системы можно на основе следующих признаков: агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды; размер и распределение частиц дисперсной фазы по размерам; вид дисперсионной среды (табл. 1).

Таблица 1

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию

Дисперсная фаза	Дисперсионная среда
жидкая	газообразная	твердая
Твердая	Т/Ж: золи, гели, суспензии, пасты	Т/Г: дымы, пыли, порошки	Т1/Т2: сплавы
Жидкая	Ж1/Ж2: эмульсии	Ж/Г: туманы	Ж/Т: клетки тканей
Газообразная	Г/Ж: пены	__	Г/Т: пемзы

Системы с жидкой дисперсионной средой - обширный класс дисперсных систем пищевых продуктов. Сюда относятся разнообразные системы с твердой дисперсной фазой (тип Т/Ж) - высокодисперсные золи (в случае свободнодисперсных систем) и гели (в случае связанодисперсных систем), а также грубодисперсные малоконцентрированные суспензии и концентрированные пасты. Системы с жидкой дисперсной фазой (Ж1/Ж2) представляют собой эмульсии. Системы с газовой дисперсной фазой (Г/Ж) - газовые эмульсии (при малой концентрации дисперсной фазы) и пены.

Системы с газообразной дисперсной средой, объединяемые общим названием аэрозолей, включают дымы, пыли и порошки (системы типа Т/Г) и туманы (Ж/Г). Аэрозоли, в которых присутствуют жидкие и твердые частицы дисперсной фазы, называют смогами. Образование дисперсных систем типа Г1/Г2 с явными границами фаз невозможно, однако в газовых смесях возникают неоднородности, обусловленные флуктуациями плотности и концентрации, что до некоторой степени роднит эти системы с дисперсными.

Системы с твердой дисперсионной средой представлены горными породами, различными материалами, большинство из которых могут рассматриваться как системы типа Т1/Т2. Дисперсиями типа Г/Т являются разнообразные природные и искусственные пористые материалы (с закрытой пористостью), например: пенопласты, туфы. К системам типа Т/Ж можно отнести клетки и образованные ими живые организмы.

Дисперсные системы могут быть как свободнодисперсными, так и связнодисперсными, а также разбавленными и концентрированными. В свободнодисперсных системах частицы обособлены и участвуют в тепловом (броуновском) движении и диффузии. В разбавленных связнодисперсных системах частицы образуют сплошную пространственную сетку (дисперсную структуру), возникают гели.

В табл. 2 в качестве примера приведены размеры частиц дисперсной фазы пищевых продуктов. Большинство дисперсных систем пищевых продуктов относится к грубодисперсным системам с размером частиц от 5 до 100 мкм, хотя присутствуют вещества в коллоидном состоянии (мицеллы казеина, коптильный дым).

В качестве примера более подробно рассмотрим дисперсную систему молока. Как следует из табл. 3, молоко представляет собой полидисперсную систему.

Таблица 2

Размеры дисперсной фазы пищевых продуктов

Продукт	Размер частиц, мкм	Продукт	Размер частиц, мкм
Мышечные пучки и волокна мясного фарша	30-80	Жировые шарики цельного молока	2,5
Жировые клетки мясного фарша	120-160	Жировые шарики гомгенизированного молока	1,0
Кристаллы льда при медленном замораживании мяса	5-10	Кристаллы молочного сахара в сгущенном молоке	9-30
Кристаллы льда при быстром замораживании мяса	100-1000	Жировые шарики молока для мороженого	0,01-1,0
Измельченная кость для выработки желатина	5,0⋅104	Мицеллы казеина в молоке	4,0⋅104-3,0⋅105
Измельченная кость для выработки кормовой муки	2,5⋅104	Кристаллы льда в мороженом	60-80
Замороженный животный жир	2	Пузырьки воздуха в мороженом	60
Желток в желтых слоях	25-150	Капли влаги в масле	1-5
Коптильный дым	0,08-0,14	Кристаллы жира в масле	до 20
Желток в светлых слоях	4-75	Жировые микрозерна сыра	11
Порошок альбумина светлого	112	Кристаллические отложения солей кальция в сыре	19
Порошок альбумина черного	120	Микропустоты в сыре	53-745
Порошок форменных элементов крови	60	Белковые частицы кислотно-сычужно-го сгустка молока	8-54
Быстрорастворимый яичный порошок	15-150	Сухое молоко распылительной сушки	15-20
Заменитель цельного молока	30-40	Сухое молоко пленочной сушки	20-80
Сухое быстрорастворимое молоко	250-1000	Кристаллы молочного сахара	100-150

Дисперсные фазы молока находятся в ионно-молекулярном (минеральные соли, лактоза), коллоидном (белки, фосфат кальция) и грубодисперсном  (жировая фаза) состоянии.