Физические методы

Переработка большинства пищевых продуктов начинается с обработки их физическими методами, например с мойки. К физическим методам обработки принято относить измельчение, сортирование, обработку давлением, перемешивание, разделение неоднородных систем, осаждение, фильтрацию.

Измельчение твердого пищевого продукта – это процесс его деформирования до момента разрушения или разрыва, например дробление какао-бобов, помол пшеницы или куттерование мяса.

Измельчение жидкого пищевого продукта – это процесс диспергирования, например образование эмульсий, образование капелек из струй при распылительной сушке.

В промышленности используют различные способы измельчения: раздавливание между двумя плоскостями, разрезание или куттерование; соударение частиц; измельчение немеханическими средствами, например излучением, электричеством, взрывом; удар о твердую поверхность. Выбор способа измельчения зависит от свойств обрабатываемого продукта. Твердые, хрупкие продукты, например, кристаллы сахара или зерно, лучше измельчать ударом или трением, а пластичные материалы, например мясо, измельчают резанием или куттерованием.

Аналитическое описание процесса измельчения довольно сложно, потому что происходит многократное усложнение структуры вследствие гетерогенности и изменения свойств в зависимости от внешних условий. Свойства структуры часто изменяются и в зависимости от содержания и перераспределения в нем влаги. Кроме того, разные слои продукта могут иметь разные механические характеристики.

На свойства продукта влияет и интенсивность механического воздействия. Некоторые пищевые продукты становятся пластичными и тягучими, если воздействие происходит медленно, и эластичными или хрупкими в случае ударных нагрузок.

Например, ширина стружки сахарной свеклы должна составлять 4-6 мм и толщина 0,5 мм, но она не должна быть и меньше приведенных размеров. При более крупной невозможно достичь полного извлечения всего свекловичного сока, а более тонкая забивает ситочные поверхности, что также приводит к снижению выхода сока.

В колбасном производстве степень измельчения мяса зависит от нагревания сырья во время измельчения, так как повышение температуры выше допустимой может вызвать существенное снижение качества готовых изделий.

Одним из способов измельчения является гомогенизация, которая заключается в дроблении частиц или капель (дисперсная фаза) при одновременном распределении их в дисперсной среде. Дисперсной средой является жидкость, а в качестве дисперсной фазы может быть другая жидкость или твердая материя. В первом случае получаемый продукт называется эмульсией, во втором – суспензией. Гомогенизацию обычно производят с целью механической стабилизации дисперсной фазы в дисперсной среде. Гомогенизация вызывает качественное улучшение вкусовых свойств продуктов: шоколада, молока, фруктово-ягодных пюре, мороженого т. д.

Сортирование. При обработке пищевого сырья часто возникает необходимость разделить сыпучие смеси на фракции, различающиеся теми или иными свойствами. Сортировка должна обеспечить отделение некачественного сырья, посторонних примесей, загрязнений, а также стандартизирование сырья или разделение по размеру, массе и другим свойствам. Сортировку гранулированных или измельченных пищевых продуктов по размеру осуществляют просеиванием через вращающиеся сита или сетки; жидких – фильтрацией через фильтры, пропуская мелкие частицы, но задерживая крупные. При этом продукт можно пропускать по фракциям посредством осаждения гранул в жидкости или газе.

Например, в пивоваренном или спиртовом производстве зерно, поступающее на переработку, предварительно очищается от примесей, а в мукомольном производстве после размола сырья помол распределяется на отруби и муку различных сортов.

При подготовке зерна к помолу его сначала очищают от примесей, а после составления помольной партии, удаления отрубей после каждого вальцового станка для сортировки продукта по величине частиц применяют набор сит разных размеров, расположенных друг под другом.

Прессование также широко применяется в пищевой промышленности. Сущность процесса прессования заключается в том, что обрабатываемое сырье подвергается внешнему давлению при помощи специальных механических устройств или прессов. Существуют следующие способы прессования в зависимости от цели его использования.

Физическая сущность отжатая жидкой фазы заключается в следующем. Сначала частицы сырья сближаются и жидкость, находящаяся на поверхности частиц, движется по каналам между частицами. Далее она перемещается в слое пористого вещества по капиллярам переменного сечения и направления, то есть осуществляется движение жидкой фазы в слое. Одновременно с отжатием жидкости происходит уплотнение и брикетирование остатка. Отжатие жидкости от твердого тела применяется, например, при извлечении растительного масла из масличного сырья.

Формование – это процесс, при котором продукту придается определенная структурированная форма. Формование или штамповка пищевого сырья применяется, например, в кондитерском и макаронном производстве для придания тесту определенной формы. К формованию также относят брикетирование и таблетирование пищевых продуктов с добавлением связующих компонентов, агломерацию в производстве сухого молока, кофе и др.

Перемешивание – это процесс, при котором достигается беспорядочное распределение двух и более разнородных материалов с различными свойствами. От полноты смешивания существенно зависит качество пищевых продуктов. Действительно, качество большинства пищевых продуктов определяется однородностью их состава по всему объему продукта. Например, хорошо промешанный колбасный фарш не имеет серых пятен на разрезе, равномерное распределение добавок в булочных и кондитерских изделиях (орехи, изюм) во многом определяют внешний вид изделия. Тщательное перемешивание, кроме того, обеспечивает одинаковое протекание всех физико-химических процессов по всему объему продукта и часто является условием быстрого и правильного осуществления технологического процесса. Особенно это важно в процессе посола колбасных изделий, при внесении бактериальных заквасок в молочные продукты.

Перемешивание ингредиентов можно осуществлять следующими способами.

Ингредиенты помещают в емкость, которая вращается и опрокидывается, в результате чего и происходит перемешивание. Перемешивание может осуществляться и в емкости лопастями самой различной конструкции. Смесь ингредиентов может перекачиваться через решетку с отверстиями, клапаны, штуцера или в другие устройства, в которых осуществляется перемешивание.

Перемешивание жидкостей осуществляется путем размешивания или взбалтывания, например размешивание молока и заквасок в сыроделии, производство мороженого, вина, ароматизация алкогольных напитков. Перемешивание вязких материалов осуществляется замешиванием, например перемешивание теста, колбасного фарша. Перемешивание твердых материалов осуществляется механическим смешиванием, например при приготовлении пищевых концентратов, сухих молочных смесей.

Разделение неоднородных систем. Каждая неоднородная система состоит из двух фаз (сред) – дисперсионной, или внешней, сплошной и дисперсной – внутренней, мелкораздробленной. В зависимости от того, какая фаза перемещается относительно другой, различают два основных метода разделения: осаждение и фильтрование.

В процессе осаждения или отстаивания частицы движутся относительно сплошной среды.

Осаждение, особенно с применением центробежных сил, широко используется в пищевых производствах. Например, в сахарном производстве его применяют для очистки диффузиозного сока, в молочном – для отделения сливок.

Фильтрация широко применяется в пищевой промышленности. В свеклосахарном производстве фильтрованием удаляют осадок от диффузиозных соков, в пивоварении отделяют дробину от сусла и осветляют готовый продукт. При фильтрации дисперсионная среда проходит сквозь концентрированную дисперсную фазу или специально предназначенное для разделения пористое тело.

Фильтрацию разделяют на два вида: поверхностную и объемную. Поверхностную фильтрацию применяют для выделения твердых частиц из раствора, то есть для разделения твердой и жидкой суспензий.

Объемную применяют для осветления напитков, удаления пыли из воздуха и других сред, то есть для разделения коллоидной, жидкой или газообразной фаз коллоидных растворов, золей или аэрозолей.

В качестве фильтрующих элементов используют тканевые салфетки или фиброзные материалы. Применяют и ультрафильтрацию для концентрирования белковых растворов, крахмала и других макромолекул при производстве молочной сыворотки, яичных белков.

Микропористые фильтрующие элементы применяют для выделения из жидкостей очень мелких частиц, в основном для разовых операций, так как поры быстро засоряются.

Ультрафильтрационные мембраны отличаются от микропористых тем, что каждая пора открывается в сторону низкого давления и любая малая частица проходит через мембрану, тогда как крупная остается на ее поверхности.

Мембраны для обратного осмоса – это полимерные гели, то есть они не имеют пористой структуры. Перемещение воды и растворенных веществ через мембраны осуществляется вследствие диффузии, а разделение происходит потому, что скорость диффузии воды на несколько порядков выше скорости диффузии растворенных веществ. Промышленностью освоены мембраны из ацетата целлюлозы, мембраны из ароматических полиамидов и других материалов, лучше удерживающих органические вещества.

Поиск по сайту: