Раздел 3. Принципы хранения продовольственных товаров.

Вопросы:

Классификация принципов хранения

Биоз,

Анабиоз,

Ценоанабиоз,

Абиоз.

Классификация принципов хранения. Способы хранения (или консервирования*) продуктов, применяемые на практике, основаны на частичном или полном подавлении протекающих в них биологических процессов. Исходя из этого положения, профессор Я. Я. Никитинский систематизировал их, выделив четыре принципа: биоз, анабиоз, ценоанабиоз и абиоз. У каждого из них несколько модификаций. Общее представление о принципах дает следующая схема:

Принципы хранения (консервирования) продуктов

Биоз

Эубиоз Содержание и транспортирование скота, птицы, рыбы, других живых организмов

Гемибиоз Хранение в свежем виде плодов и овощей

Анабиоз

Термоанабиоз (психро- и криоанабиоз) Хранение в охлажденном или замороженном) состоянии

 

Ксероанабиоз Сохранение в результате частичного или полного - обезвоживания продукта

Осмоанабиоз Повышение осмотического давления в продукте

Ацидоанабиоз Изменение кислотности среды в продукте введением кислоты

Наркоанабиоз Применение анестезирующих веществ

Ценоанабиоз

Ацидоценоанабиоз Повышение кислотности среды в продукте в результате развития определенных групп микроорганизмов

Алкоголеценоанабиоз Консервация спиртом, выделенным микроорганизмами

Абиоз

Термостерилизация Нагревание до высоких температур

Лучевая стерилизация Применение различных лучей

Химическая стерилизация Введение антисептиков

Механическая стерилизация Фильтрация

Принцип биоза. Как показывает само название, в данном случае продукт сохраняется в живом виде. Любой здоровый организм, обладая естественными иммунными свойствами, защищает себя от воздействия различных биологических агентов и в какой-то степени от других неблагоприятных воздействий окружающей среды. Принцип биоза подразделяют на два вида:

истинный, или полный,—эубиоз и частичный—гемибиоз.

Э у б и о з. Сохранение живых организмов до момента их использования. Так содержат предназначенных для убоя домашний скот и птицу, а также сохраняют живую рыбу, устриц, раков и др. Во избежание потерь массы и ухудшения качества продукта соблюдают рациональные условия содержания, включая и обеспечение скота и птицы кормами.

Принцип эубиоза имеет огромное народнохозяйственное значение. Так, откорм скота экономически выгодно проводить на отгонных пастбищах, затем доставлять животных к местам переработки или потребления мяса. Он позволяет также более планомерно загружать перерабатывающие предприятия (мясокомбинаты, консервные заводы и т. д.) и холодильники. Принцип эубиоза дает возможность населению крупных городов получать свежие мясные и другие продукты. Расходы на кормление и уход за животными, транспортирование оправдываются большим количеством доброкачественных продуктов и более высокой ценой на них:

Нарушение условий эубиоза — недостаточное или неполное кормление животных, несвоевременное поение, неправильное содержание или транспортирование—наносит огромный ущерб как производителям, так и народному хозяйству. Скот и птица теряют массу и общую упитанность. Производители получают меньше денежных доходов, страна недополучает мяса, потребитель вынужден пользоваться продукцией пониженного качества.

Гемибиоз*(геми- перевод «полу») (принцип частичного биоза). Пользуясь иммунными и в широком смысле защитными свойствами таких частей растений, как клубни, корнеплоды, луковицы, плоды, ягоды и т. д., удается в течение того или иного времени хранить их в свежем Состоянии. Продолжительность сохранности продуктов зависит от особенностей последних и условий хранения. Например, тыква длительное время сохраняет пищевые достоинства при комнатной температуре, свежие огурцы—лишь несколько дней. Яблоки многих зимних сортов обладают лежкостью в течение нескольких месяцев, яблоки летних сортов непригодны к длительному хранению. •

Для сохранения продуктов данной группы в свежем состоянии более длительное время, для поддержания их сопротивляемости заболеваниям и регулирования процессов жизнедеятельности создают условия, замедляющие развитие биологических процессов и исключающие заметное обезвоживание продуктов. Это достигается хранением продуктов при температуре, близкой к 0 °С, и определенной влажности воздуха. Принцип гемибиоза очень важен. Правильное его применение позволяет снабжать население свежими (сырыми) растительными продуктами, содержащими витамин С и другие биологические стимуляторы.

Прицип анабиоза*. Это приведение продукта в состояние при котором резко замедляются или совсем не проявляются; биологические процессы. В таком продукте слабо протекают, процессы обмена веществ в клетках, приостановлена активная деятельность микроорганизмов и других живых существ (клещей, насекомых), если они имеются. Однако при подобном состоянии продукта живые организмы в нем не уничтожены. Возникновение более благоприятных условий вновь активизирует те или иные (иногда все) процессы жизнедеятельности. Поэтому принцип анабиоза иногда называют принципом скрытой жизни.

Термоанабиоз. Так называют хранение продуктов при пониженных и низких температурах. Оно основано на чувствительности живых организмов и их ферментных систем к темпе­ратуре. Различают два вида термоанабиоза: психро- и криоанабиоз. В первом случае продукты находятся при температурах, близких к 0 °С, но так, чтобы они не замерзали; во втором — их замораживают до температуры ниже 0 °С. Выбор вида термоанабиоза прежде всего зависит от рода продуктов, характера их использования в дальнейшем и возможностей предприятия.

Психроанабиоз ( приставка «а» перед согласными (или «ан» перед гласными в иностранных словах, преимущественно греческого происхождения, выражает отрицание ) -(хранение в охлажденном состоянии). Применяют для сохранения овощей и плодов, яиц, молочных продуктов, мяса и рыбы, семян, продовольственного и кормового зерна. Оптимальная температура хранения овощей, плодов и ягод —1...5°С, мясных и рыбных продуктов —4...О, яиц до —1, сливочного масла (при кратковременном хранении) —1...0°С. Повышение температуры от указанных пределов обычно сопровождается понижением сохранности продуктов в результате развития микроорганизмов, а у некоторых (овощи, картофель, плоды) и вследствие интенсификации процессов обмена веществ (дыхания, гидролитических процессов и т.п.). В более широкой амплитуде психроанабиоз проявляется в зерновых массах. Так, уже при температуре ниже 8 °С процессы жизнедеятельности в них замедляются и не представляют опасности в течение длительного времени.

При хранении в охлажденном состоянии особенного соблюдения температурного режима требуют скоропортящиеся продукты (например, мясо и рыба). Такие продукты хранят с использованием постоянных и регулируемых источников холода (в холодильниках).

Криоанабиоз (хранение в замороженном состоянии). Обеспечивает сохранность продуктов в течение длительного времени. Перед употреблением их по определенным правилам оттаивают (дефростируют). Существенную роль играют как температура, при которой идет замораживание, так и скорость процесса. При замораживании в продуктах происходят изменения физического, гистологического и коллоидного характера; наблюдаются изменения и в составе их микрофлоры. От режима и способа замораживания зависят размеры потерь массы продукта, его пищевые и вкусовые достоинства после дефростации и приготовления пищи. Все это привело к необходимости глубокого изучения теории процессов и техники замораживания. Возникла и специальная отрасль науки — холодильная технология.

Для успешного хранения скоропортящихся продуктов применение искусственного холода необходимо. В нашей стране построено много холодильников. Созданы холодильные и морозильные установки для использования их в местах производства. Предусмотрено дальнейшее оснащение сельского хозяйства установками для охлаждения молока и молочных продуктов, универсальными холодильными и морозильными установками для битой птицы, ягод, плодов и др.

Термоанабиоз применяют при хранении зерновых масс, картофеля и овощей с использованием природного холодного воздуха. Для понижения температуры в хранилищах и массе продуктов созданы установки активного вентилирования, позволяющие использовать для охлаждения объектов суточные перепады температуры. Холодильными установками оснащают и хранилища для картофеля, овощей, семян, зерна и др.

Ксероанабиоз. Это хранение продуктов в сухом состоянии (от греч. ксеро—сухой). Частичное или полное обезвоживание продукта приводит практически к полному прекращению в нем различных биохимических, процессов, лишает микроорганизмы возможности развиваться. При значительном обезвоживании в продукте нет условий и для существования насекомыхи клещей. В зерне злаковых влажностью 12...14 % интенсивность дыхания ничтожна, а у микроорганизмов, населяющих его, нет условий для активного развития. При влажности зерновых продуктов менее 10 % не развиваются многие насекомые. До этих пределов обезвоживают и овощи; большее количество воды (18...24 %) оставляют в плодах, содержащих много сахара.

Таким образом, обезвоживание продуктов следует рассматривать как прием, повышающий концентрацию субстрата (продукта) до таких пределов, при которых нет условий для нормального обмена веществ в клетках самого продукта, клетках микробов и организме насекомых. Влагу из продукта в большинстве случаев удаляют созданием условий, способствующих ее испарению. Процесс удаления влаги таким путем называют сушкой. Сушка — один из старейших способов предохранения продуктов от порчи. Используя солнечные лучи, теплый и сухой воздух | атмосферы, подогретый воздух около костра (очага), обогревательные приспособления (печи или нагретые поверхности), сушили (или вялили) рыбу, нарезанное полосами мясо, плоды, овощи и другие продукты. Позднее создали специальные сушильные устройства (овины для сушки снопов, сушилки для вяления с рыбы, печи для сушки овощей и т.д.). Сушильная техника; превратилась в самостоятельную отрасль научных знаний, базирующихся на законах тепло- и массообмена, коллоидно-физических и биохимических свойствах объектов.

Наряду с совершенствованием методов и техники давно известных объектов сушки (зерно и семена, овощи и плоды, рыба и мясо) появилась возможность обезвоживать и такие продукты, как молоко, яйца, соки. После вакуумной сушки получаются почти полностью обезвоженные продукты: сухое молоко (воды 3….7%), яичный порошок (воды 6...9%) и др. Разработаны и получили распространение методы сублимационной сушки (вымораживанием), сушка токами высокой частоты, инфракрасными лучами и др.

Современные методы и режимы сушки позволяют получать полноценные продукты с сохранением их природных свойств, а нередко сушеные продукты даже обладают преимуществами по сравнению со свежими. Так, они занимают меньший объем, содержат питательные вещества в концентрированном виде и лучше усваиваются (например, порошки из овощей), более транспортабельны и т. д. Многие высушенные продукты при соответствующей обработке восстанавливают свои исходные свойства (молоко). В сухом виде их используют как компоненты для приготовления новых продуктов, пищевых концентратов, кормовых смесей и полнорационных комбикормов.

Отрасли пищевой, мясо-молочной и рыбной промышленности имеют мощные сушильные установки различных типов, специальные цехи и заводы (например, овощесушильные). В сельском хозяйстве наиболее широко распространена сушка зерна и семян, плодов и овощей, волокнистых материалов (тресты и др.), травы. Техника и режимы сушки различных объектов рассмотрены в соответствующих главах книги.

Степень воздействия сушки на живые организмы, присутствующие в продукте, может быть различной. Во время сушки семян применяют режимы, сохраняющие их посевные качества, то есть полную жизнеспособность. При сушке многими способами в продуктах остаются живыми различные микроорганизмы и их споры (бактерии, дрожжи и плесневые грибы). При создании благоприятных условий (увлажнении продукта при хранении или перевозках) микроорганизмы активизируются, развиваются и портят продукт.

Осмоанабиоз. Метод сохранения продуктов основан на создании повышенного осмотического давления в среде (продукте). Повышение осмотического давления до определенного максимума защищает продукт от воздействия на него микроорганизмов, и тем самым исключаются нежелательные микробиологические процессы (гниение, плесневение, а если нужно, то и брожение). При таком положении в клетках микробов нарушается состояние тургора, происходит отдача влаги в окружающий субстрат и наблюдается явление плазмолиза.

Отдельные группы микроорганизмов характеризуются неодинаковым внутриклеточным осмотическим давлением, в связи с чем выдерживают различные концентрации субстрата. Так, молочнокислые бактерии и дрожжи выдерживают значительно большие концентрации субстрата, чем бактерии, вызывающие гниение. Это позволяет регулировать ход микробиологических процессов в продукте или останавливать их.

Повышения осмотического давления в продуктах достигают главным образом введением соли или сахара. До разработки новых приемов консервирования посол (приготовление солонины) был важнейшим способом сохранения мяса. Соление применяют для консервирования рыбы (особенно сельди), овощей (огурцов, капусты, томатов, арбузов, пряной зелени) и шкур сельскохозяйственных животных. При солении, овощей используют ограниченное количество соли. Ее берут в концентрациях, угнетающих гнилостные микроорганизмы и не ограничивающих развитие молочнокислых бактерий. Так, при квашении капусты вводят соль 1,6...2 % массы продукта.

Для полного консервирования продуктов методом посола требуется соли 8....12 % массы продукта, что соответствует осмотическому давлению 5050...7373 кПа. Соль применяют в сухом виде («сухой посол») или в растворе («мокрый посол»). При сухом посоле мясо и рыбу натирают солью или обваливают в ней, затем укладывают в тару и пересыпают солью. Растворяясь, она проникает в ткани продукта, из него выделяется вода, в результате чего образуется рассол (тузлук). Шкуры животных засыпают солью со стороны мездры — до 50 % массы шкуры. При мокром посоле готовят рассол (искусственный тузлук), которым и заливают продукт или погружают в него шкуры. Технология посола очень разнообразна. Она зависит от вида продуктов, их состояния, последующей обработки, технической базы и места обработки.

Для консервирования плодов и ягод используют значительное количество сахара, так как дрожжи, находящиеся в ягодах, способны выдерживать очень высокое осмотическое давление. Даже при консервировании кипящим сиропом сахара (приготовление варенья) его нужно не менее 60 % массы продукта. При этом осмотическое давление достигает 35 350 кПа. Если консервируют | целые или растертые ягоды без кипячения, в продукт вводят удвоенное количество сахара по отношению к массе. Подобный способ позволяет получать особо ценные продукты с полным "сохранением витамина С и почти без изменений химического состава.

Ацидоанабиоз. Данный метод консервирования основан на создании в продуктах более кислой среды введением допустимых в пищевом отношений кислот. Гнилостные бактерии {рrоteus,fluorescens, sublitus и др.) успешно развиваются при рН, близком к 7, хорошо существуют в щелочной среде (рН более 7) и значительно хуже в кислой среде. При рН ниже 5 большинство из них не размножается. Поэтому при подкислении продуктов некоторыми органическими кислотами происходит частичная консервация. Для пищевых целей используют разведенную уксусную кислоту, виноградный и плодово-ягодный уксусы, также содержащие уксусную кислоту (З...5 %) и обладающие хорошими ароматом и вкусом.

Применение уксусной кислоты совместно с пряностями (душистым перцем, корицей, гвоздикой и Др.) называют маринованием. Маринады готовят из овощей, плодов, грибов и рыбы с пастеризацией или без нее. В последнем случае увеличивают количество уксусной кислоты. Ее содержание в продуктах должно составлять 0,2...0,9 %. При испарении или разложений уксусной кислоты маринады очень быстро портятся.

Важнейший прием, основанный на принципе ацидоанабиоза,— искусственное силосование зеленых кормов. Введение в силосную массу органических или минеральных кислот (иногда их смесей) позволяет получать хороший силос. Такой способ распространён в странах Северо-Западной Европы и некоторых северных областях нашей страны.

Наркоанабиоз. Принцип назван так потому, что пары некоторых веществ (хлороформа, эфира и др.) оказывают анестезирующее действие на организмы, находящиеся в продукте. Отсутствие кислорода (аноксианабиоз) исключает возможность развития аэробных микроорганизмов (в том числе плесневых грибов), насекомых и клещей.

Дыхание клеток самого продукта приобретает анаэробный характер и вскоре прекращается совсем; Таким образом, происходит консервация продукта, сопровождающаяся гибелью многих организмов.

На практике аноксианабиоз создают при содержании продуктов в герметических условиях. В емкости, где они хранятся, для ускорения консервации вводят диоксид углерода, азот, вытесняя кислород. Возможна и самоконсервация (автоконсервация) продукта, наступающая после периода, в течение которого кислород расходуется при дыхании компонентов, находящихся в продукте. Рассматриваемый метод используют при хранении зерна продовольственного и кормового назначения, травяной муки (с сохранением в ней каротина), плодов, мяса и других продуктов в специальных герметизированных камерах. Состав газовой среды для хранения различных продуктов строго определяют по соотношению кислорода, азота и диоксида углерода. Разработаны режимы применения регулируемых газовых сред (РГС). '

Принцип ценоанабиоза. Создавая при хранении продуктов благоприятные условия для определенной группы микробов, желательных для развития, предупреждают размножение других, портящих продукт. Последние не могут развиваться вследствие накопления в среде веществ, выделяемых полезной микрофлорой. В некоторых случаях для создания определенной направленности микробиологических процессов в продукт вводят чистую культуру или накопленную массу тех или иных видов микробов.

Обычно используют две группы микроорганизмов: молочно-кислые бактерии и дрожжи. Первые, развиваясь в продукте, накапливают в нем молочную кислоту до 1...2 % (принцип ацидоценоанабиоза). Вторые выделяют значительное количество этилового спирта (до 10...14 %) —сильного яда для бактерий (принцип алкоголеценоанабиоза). Часто оба вида брожения протекают параллельно. При достижении максимальной концентрации в продукте молочной кислоты или спирта прекращают свою жизнедеятельность и микроорганизмы, продуцирующие данные вещества.

А ц и д о ц е н о а н а б и о з. Метод широко распространен. На его основе силосуют зеленые корма, приготовляют и сохраняют молочнокислые продукты, солено-квашеные овощи и мочено-квашеные плоды. В качестве сопутствующего брожения наблюдается и спиртовое.

Алкоголеценоанабиоз. В чистом виде используют в виноделии. Сбраживанием виноградного, плодового или ягодного соков (сусла) дрожжами получают натуральные столовые вина, содержащие до 9...14 объемных процентов спирта. При этом сохраняются все полезные свойства сока. Более крепкие вина (крепленые, в которые добавляют спирт) также проходят этап сбраживания сусла.

Принцип абиоза. Как показывает название, данный принцип предусматривает отсутствие живых начал в продукте. При этом возможны разнообразные вариации. Либо весь продукт превращается в мертвую и стерильную органическую массу, либо в нем (или на его поверхности) уничтожаются определенные группы организмов, например микробы или насекомые. В связи с изложенным и применением различных.способов уничтожения тех или иных организмов у принципа абиоза много модификаций.

Основные из них перечислены ниже.

Термостерилизация (термоабиоз). Это обработка продуктов повышенной температурой. При нагревании продуктов до температуры 100 °С и выше все живое гибнет. Для разных продуктов, в зависимости от их физического состояния, химического состава и обсемененности микроорганизмами, необходимы и различные температурные воздействия. Наиболее распространенный способ термостерилизации — консервирование в герметической (жестяной или стеклянной) таре. Предварительно подготовленные продукты закладывают в банки, которые затем закатывают (герметизируют) и подвергают действию высоких температур. Так вырабатывают овощные, плодовые, мясные, рыбные, молочные и смешанные (например, мясо-овощные) консервы. Консервы стерилизуют в автоклавах, насыщенных паром при повышенном давлении, что обеспечивает получение температуры выше 100 °С. При наименьшей температуре (100°С) стерилизуют плодовые консервы, при 112...120°С—мясные и рыбные. Продолжительность нагрева зависит от природы продуктов, их консистенции, размера и материала банок и т. д. За единицу условной консервной банки принята жестяная банка вместимостью 353 мл. При производстве некоторой продукций (соки, пюре, маринады, сахарная продукция) условная банка равна 400 г.

Применяют и другие способы стерилизации. Так, используют токи высокой частоты (ВЧ) и ультравысокой частоты (УВЧ). Консервы в стеклянной таре помещают в поле УВЧ с длиной волны менее 10 м всего на 30...120 с. За данное время продукт нагревается до кипения, стерилизуется. Кратковременность стерилизации объясняется тем, что генерация тепла происходит внутри стерилизуемого материала. Правильно приготовленные консервы хранят длительное время без изменения пищевых И вкусовых достоинств.

Термостерилизацию проводят.и при более низкой температуре. Если желательно сохранить продукт в свежем виде сравнительно короткое время, его нагревают 10...30 мин до температуры 65...85 °С. В результате гибнут все вегетативные клетки микробов, а в продукте не наблюдается изменений, происходящих при нагреве его до температуры 100 °С и выше. Прием получил, название пастеризации по имени Л. Пастера — основоположника методов промышленного консервирования продуктов на основе термостерилизации. Пастеризацию применяют в молочной промышленности, пивоварении, выработке некоторых консервов и т.д.

Х и м с т е р и л и з а ц и я (химабиоз)., Продукты обрабатывают химическими средствами, чаще всего веществами, убивающими.микроорганизмы (антисептиками) и насекомых (инсектицидами). Применение данных средств ограничено различными причинами, и прежде всего тем, что многие из химических соединений ядовиты для человека.

Для консервирования плодов, плодово-ягодных пюре, соков, безалкогольных напитков и некоторых кондитерских изделий применяют бензойно-натриевую соль. В больших количествах в плодоовощной промышленности используют сернистую кислоту ^(действующее начало 802). Свежие яблоки и виноград обраба^ бывают сернистым ангидридом. Обработку плодов и овощей соединениями серы называют сульфитацией.

Плоды и ягоды консервируют сорбиновой кислотой. Сорбаты тормозят развитие плесневой и дрожжевой микрофлоры. Добавление сорбатов при засолке капусты, огурцов и других овощей.способствует получению готовой продукции, более устойчивой.при хранении и лучшего качества.

Для консервирования зерна с повышенной влажностью, предназначенного на кормовые цели, с успехом используют препараты, содержащие серу (пиросульфит натрия), и препараты карбо-новых кислот.

Химические средства применяют для уничтожения в пищевых продуктах насекомых. Зерно, муку и крупу обрабатывают препаратом 242 и др. Семена стерилизуют заблаговременно или перед посевом. Такая обработка защищает их во время хранения от активного развития плесневых грибов и другой микрофлоры. Химабиоз применяют для консервирования пушно-мехового и кожевенного сырья.

Химическими средствами в жидком, аэрозольном или парообразном состоянии дезинфицируют плодо- и овощехранилища и проводят дезинсекцию зернохранилищ. Химические соединения используют и для уничтожения опаснейших вредителей запасов — крыс и мышей. Газовое затравливание грызунов и применение отравленных приманок — широко распространенные мероприятия. Для химической стерилизации пригодны только вещества, разрешенные органами здравоохранения. При этом учитывают допустимые дозировки и соблюдают технику применения веществ.

К средствам химического абиоза относится копчение — самый древний способ химического консервирования продуктов. Его применяют для консервирования изделий из мяса и рыбных I продуктов. Дым, образующийся при сжигании древесины различных пород — хороший антисептик. В нем содержатся фенолы и метиловые эфиры, альдегиды (муравьиный, фурфурол), кетоны (ацетон и др.), спирты (метиловый и др.), кислоты (уксусная, пропионовая, масляная, валерьяновая, муравьиная), смолы и другие соединения. Бактерицидное действие дыма очень велико. Бактерии не образующие спор, погибают при копчении в течение 2...3 ч. Даже споры сенной (Вас.subtilis} палочки выдерживают копчение не более 8...10 ч. Стойкость копченых продуктов возрастает и вследствие их частичного обезвоживания. Особенно большой консервирующий эффект наблюдается при так называемом холодном копчении (20...40 °С), когда продукт находится в коптильной камере несколько дней.

Механическая стерилизация. Микроорганизмы удаляют из продукта фильтрованием или центрифугированием. Пропуская через обеспложивающие фильтры, задерживающие дрожжевые клетки плодово-ягодных соков, последние частично стерилизуют без нагревания.

Лучевая стерилизация. Новый прием абиоза, в основном направленный на уничтожение микроорганизмов или насекомых. Для этого применяют ультрафиолетовые, инфракрасные, рентгеновы и g-лучи. Облучение скоропортящихся продуктов или окружающей их среды ультрафиолетовыми лучами позволяет некоторое время сохранять продукты без применения холода. Разработаны методы дезинсекции и дезинфекции некоторых продуктов облучением инфракрасными лучами. Хороший стерилизующий эффект без изменения вкусовых и пищевых достоинств продукта дают определенные дозы р- и g-лучей. Созданы промышленные установки для лучевой стерилизации товарного зерна и других продуктов. Однако метод требует совершенствования.

Раздел 4. Термодинамические процессы при хранении пищевых продуктов.

Вопросы:

1. Теплоемкость

2 Теплопроводность

3 Температуропроводность

4 Термовлагопроводность

5 Влагообменные процессы

6 Тепломассобмен в пищевых продуктах при хранении в складских помещениях

7 Усушка. Факторы, влияющие на процесс усушки

Сырье, материалы и продукты пищевых промышленности представляют собой гетерогенные системы (твердые тела и жидкости), которые в зависимости от способа и скорости нагрева или охлаждения могут по-разному изменять свою структуру и свойства, а для влажных коллоидных капиллярно-пористых материалов имеет значение также взаимовлияние процессов переноса теплоты (энергии) и влаги (массы).

Это вызывает необходимость учитывать теплофизические, термодинамические и массообменные характеристики продуктов.

К теплофизическим характеристикам относят следующие показатели:

- теплоемкость

- теплопроводность

- температуропроводность

- термовлагопроводность

К термодинамическим относят:

- потенциал переноса массы (химический потенциал)

- единый потенциал массопереноса

- удельная массоемкость

- энергия связи влаги с материалом

- коэффициент влаго-, массопереноса

- коэффициент диффузии вещества.

Теплоемкость

Теплоемкость характеризуется количеством тепла, требуемого для нагревания продукта, и выражается величиной удельной теплоемкости.

Удельная теплоемкость - средневзвешенная величина между теплоемкостью сухого вещества и теплоемкостью воды.

Выражается Дж/ (кг × ⁰К)

Теплоемкость воды - 4,19 Дж/(кг × ⁰К)

Зависимость между теплоемкость материала и его влажностью имеет линейный характер. С увеличением влажности, температуры материала его теплоемкость увеличивается.

Теплопроводность

Теплопроводящую способность материала характеризует коэффициент теплопроводности

l, Вт / (м × ⁰К)

На коэффициент теплопроводности материала наибольшее влияние оказывает ее влажность. С увеличением влажности теплопроводность материала увеличивается. С увеличением температуры теплопроводность материала также увеличивается.

Температуропроводность

Температуропроводность определяет скорость изменения температуры в исследуемом материале, его теплоинерционные свойства.

Скорость нагревания или охлаждения материала прямо пропорциональна коэффициенту температуропроводности а (м²/с)

а = l / с × r

где l - коэффициент теплопроводности, Вт / (м ⁰К)

с - удельная теплоемкость Дж / (кг ⁰К)

r - плотность, кг / м³.

Чем выше коэффициент температуропроводности, тем быстрее происходит нагревание или охлаждение материала.

Скорость изменения температуры в материале зависит от способа хранения и вида хранилищ.

С точки зрения сохранности низкие тепло- и температуропроводность имеет как положительные, так и отрицательные значение.

Положительное значение: позволяет при правильно организованном режиме сохранять в них низкую температуру даже в теплое время года, что замедляет или приостанавливает все физиологические процессы

Отрицательное значение: при благоприятных условиях для жизнедеятельности сырья, микробов, клещей и насекомых выделяемое ими тепло может задерживаться в сырьевой массе и повышать ее температуру.

Термовлагопроводность

Термовлагопроводность - перемещение влаги в сырьевой массе, обусловленное градиентом температуры.

В результате этого явления происходит перемещение влаги вместе с потоком тепла в более холодные слои или участки массы сырья. Многочисленные опыты показали, что влага перемещается по направлению тепла в любой сырьевой массе.

Перемещение влаги в виде пара мигрирует вместе в конвективными токами воздуха.

Перемещение влаги по направлению потока тепла может сопровождаться образованием в отдельных участках сырьевой массы значительного количества капельножидкой влаги, т.е. конденсата водяных паров. Таким образом, в результате термовлагопроводности отдельные слои сырья увлажняются и усиливают свою жизнедеятельность, что приводит к образованию очагов порчи продукции.

Важными характеристиками тепло- и массообменных процессов являются равновесная температура и равновесная относительная влажность. При этом на равновесную температуру основное воздействие оказывает относительная влажность воздуха.

Влагообменные процессы

При хранении пищевых продуктов необходимо знать, при каких условиях изменяется направление потока влаги, т.е процессов влаго- и массообмена.

Если температура продукта выше температуры поверхностной влаги (точки росы), то в этом случае происходит испарение. Если же температура продукта меньше или равна температуре точки росы, то происходит увлажнение продукта за счет конденсации влаги из окружающего воздуха.

Равновесная относительная влажность устанавливается при хранении пищевых продуктов самопроизвольно в результате постоянно протекающего тепломассобмена между продуктами и окружающей средой.

Основным фактором, стабилизирующим относительную влажность воздуха, является испарительная способность продукта.

Испарительная способность продукта - интенсивность испарения влаги, направленная по градиенту изменения влажности. При испарении этот градиент направлен от поверхности продукта к воздуху, а при конденсации - от воздуха к поверхности.

Испарительная способность зависит от вида продукта, его начальной влажности, упаковки продукта.

На относительную влажность воздуха оказывает также влияние процесс испарения влаги с охлаждающих конструкций.

Так как температура охлаждающих приборов ниже точки росы, то при работе на поверхности приборов появляется свободная влага. В этом случае относительная влажность воздуха устанавливается в результате равновесия между влажность воздуха и влагопотоком от влажной поверхности.

Для определения влагопереноса в пищевых продуктах вводится показатель химический потенциал (m).

Химический потенциал численно равен энергии связи влаги с материалом или работе, которую необходимо затратить для отрыва 1 моль воды от сухой части материала.

m = R · Т · ln· j

где R - газовая постоянная

Т - температура продукта

j - равновесная относительная влажность над поверхностью пищевого продукта

j = Pu / Pн

где Pu - парциальное давление равновесного пара над материалом с влагосодержанием U

Pн - давление насыщенного пара свободной воды

 

Для свободной влаги Pu = Pн j =1 m = 0 - энергия связи воды с материалом =0 (продукты с высокой влажность)

Для других случаем Pu < Pн j < 1 m > 0 - более сильная связь влаги с материалом

Химический потенциал является величиной, характеризующей способность данного компонента (вода) к выходу из данной фазы (продукта_ путем испарения или конденсации.

На влагоперенос в продуктах влияет коэффициент массообмена b.

Коэффициент массообмена характеризует интенсивность диффузионно-конвективных потоков массы влаги через пограничный слой материала.

Различают конвективную и молекулярную диффузию.

Конвективная диффузия - это поток влаги в свободном воздушном пространстве, т.е. определяет поток влаги с поверхности продукта в окружающую среду.

Молекулярная диффузия определяет движение влаги внутри продукта к его поверхности.

Плотность потока влаги при испарении определяет усушку продукта, а конденсация водяного пара, происходящая при определенных условиях, - увлажнение материала.