Структурные особенности технологических линий

Особенности и структуру технологических линий пищевых производств во многом определяет состав сырья, применяемого в производственном процессе (однокомпонентное сырье и многокомпонентные смеси), и полнота его использования (полное включение сырья в состав продукта или неполное, с образованием технологических отходов).

В структуре любой технологической линии можно выделить три стадии: подготовительную, основную и заключительную. На подготовительной стадии производства сырье подготавливают к переработке (очистка, мойка, сортировка и т.д.), на основной - происходят превращения, необходимые для получения готовой продукции, а на заключительной - продукции придают товарный вид.

Все технологические линии пищевых производств можно условно разделить на три основные группы.

Первую группу составляют производства, продукцию которых получают на основе обработки многокомпонентных смесей (рис. 2). Входящие в них отдельные виды сырья и полуфабрикатов полностью включаются в состав целевой продукции (кондитерское, хлебопекарное, молочноконсервное, колбасное производства). Подготовительная стадия данной группы производств характеризуется большим количеством параллельных потоков, которые затем объединяются в один общий поток на основной стадии. Параллельные потоки на основной стадии используются только для увеличения производительности либо для выпуска других сортов или видов продукции.

Вторая группа объединяет производства, продукция которых не отличается по составу от используемого сырья (консервирование продуктов сушкой, замораживанием, стерилизацией). Структура этих линий (рис. 3) характеризуется последовательным проведением технологических операций от начальной стадии до конечной. Параллельные линии, как и в первой группе, применяются для выпуска других сортов продуктов либо для повышения производительности.

Рис. 3. Структура технологической линии, перерабатывающей

однокомпонентное сырье с неизменным в процессе переработки составом

В третью группу входят производства, в которых пищевой продукт извлекают одним или несколькими способами (экстракция, фильтрование, сортирование). К этой группе производств относятся производства сахара, крупы, растительных масел, пищевых животных жиров и др. Линии этих предприятий (рис. 4) состоят из последовательно выполняемых технологических операций с большим количеством возвратных потоков (рециклов) продукта и рабочих агентов. Это обусловлено тем, что превращение продукта происходит в результате многократно повторяемых воздействий, которые целесообразно осуществлять в однотипных машинах и аппаратах. В свою очередь, это объясняет сложность структуры основной стадии производства. Заключительная стадия данной группы также усложняется при выпуске многосортной продукции и наличии отходов.

Рис. 4. Структура технологической линии, перерабатывающей

однокомпонентное сырье с извлечением ценных веществ

Многие пищевые производства представляют собой комбинации трех групп технологических линий. Например, в микробиологических производствах (ферментном, дрожжевом) питательный субстрат является сложной смесью ингредиентов, прошедших начальную переработку на подготовительной стадии. Целевой продукт выделяют из этой смеси путем сложных биохимических превращений с последующим концентрированием. Таким образом, здесь сочетаются особенности технологических линий первой и третьей групп.

При рассмотрении структуры предприятия с позиций управления выделяют два его уровня: технологический и организационно-экономический. Главной целью технологического управления является получение продукции высокого качества благодаря обеспечению заданных технологических режимов на всех участках технологического процесса. Организационно-экономическое уп-равление в целом направлено на получение эффективных результатов хозяйственной деятельности предприятия.

1. Назовите признаки пищевого продукта, определяющие его ценность.

2. Приведите классификацию пищевых производств.

3. Каковы особенности технологий пищевых продуктов?

4. На какие виды подразделяют пищевые отрасли в зависимости от вида сырья и способа воздействия на него?

5. На какие виды подразделяют пищевые производства по способу получения целевого продукта?

6. Какие стадии выделяют в структуре технологической линии?

7. На какие основные группы подразделяются технологические линии производства пищевых продуктов? В чем особенность структуры предприятий первой группы?

8. Каковы особенности структуры пищевых производств второй группы?

9. В чем особенность структуры линии предприятий третьей группы?

10. Каковы основные цели технологического и организационно-экономичес-кого уровней управления предприятием?

Пищевые вещества и их роль в пищевых технологиях

Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов, подразделяются на две основные группы - группу органических и группу минеральных веществ. К первой группе относятся белки, углеводы, жиры, пищевые кислоты, витамины, ферменты. Ко второй группе пищевых веществ относятся вода, макро- и микроэлементы.

Белки (или пептиды) - это азотистые соединения. В их состав входит углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N) и сера (S). Содержание этих компонентов в отдельных белковых веществах изменяется незначительно: С - 51,0…55,0 %; Н - 6,5…6,7 %; О - 21,5…23,5 %; N - 15,0…18,6 %; S - 0,3…2,5 %.

В химическом отношении белки являются полимерами 22 аминокислот. Аминокислоты (R - СН - СООН) являются своеобразными кирпичиками, из ко-

торых строится белковая молекула. Основной связью в молекулах белка является пептидная связь (- СО - NН -). В образовании этой связи участвует карбоксильная группа одной аминокислоты (- СООН) и аминогруппа другой (- NН₂). Кроме пептидной в молекуле белка важную роль играют и дисульфидные связи (- S - S-).

Среди аминокислот, являющихся составными частями белков, различают так называемые незаменимые аминокислоты. Незаменимые аминокислоты - это кислоты, которые не вырабатываются организмом человека, их поступление в готовом виде осуществляется с белками пищи. Таких кислот восемь - триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин. Применимо для детского организма еще две аминокислоты считают незаменимыми - гистидин и аргинин. Количество незаменимых аминокислот в пищевом белке определяет его полноценность.

В зависимости от происхождения различают растительные и животные белки. Белки животного происхождения (белки мяса, рыбы, яйца, молока и молочных продуктов) более полноценны по аминокислотному составу, чем растительные белки.

По растворимости белковые вещества делятся на белки, растворимые в воде и других жидкостях, и нерастворимые белки. К группе растворимых белковых веществ относятся альбумины, глобулины, проламины, глютелины, протамины и гистоны.

Альбумины растворимы как в воде, так и в солевых растворах, кислотах и щелочах. Денатурируют при нагревании, механическом воздействии. Содержатся в животном и растительном сырье.

Глобулины в чистой воде не растворяются, хорошо растворимы в слабых растворах (5-15 %) нейтральных солей. В растворах большей концентрации осаждаются (коагулируют). Встречаются в основном в растительном мире (в семенах). Подобно альбуминам денатурируют при нагревании и механическом воздействии.

Проламины - растительные белки, растворимы в этиловом спирте концентрацией 60-80 %. В зерновых культурах (например, в пшенице) эта группа белков составляет примерно половину белков клейковины.

Глютелины также содержатся в семенах злаков, входят в состав клейковины. Не растворяются в воде, спирте, нейтральных солях, растворимы в слабых растворах кислот и щелочей.

Протамины и гистоны входят в состав белков клеточных ядер, что говорит об их важной роли в жизненных процессах. Встречаются в основном в белках животного происхождения, обладают выраженными щелочными свойствами, растворимы в воде, при нагревании не свертываются.

К группе нерастворимых белков относятся белки животного происхождения. Они не растворяются в солевых растворах, органических растворителях, растворимы только при длительном нагревании в воде. К этой группе относятся белки соединительной ткани мяса - коллаген и эластин, белок шерсти, копыт и рогов - кератин.

По структуре белковой молекулы различают простые белки (протеины) и сложные (протеиды). Структура протеинов представлена только белковой частью. В состав протеидов входит белковая молекула и небелковый компонент, представителем которого могут быть минеральные компоненты, а также органические соединения. К этой группе белков относятся следующие.

Фосфопротеиды - соединения белка с фосфорной кислотой. Не растворяются в воде, растворимы в щелочах. Эти белки представлены в молоке казеином. Казеин осаждается (коагулирует) в молоке слабыми растворами кислот.

Гликопротеиды - соединения белка и углеводов, встречаются в хрящевых тканях животных.

Липопротеиды - нерастворимые соединения белка и липидов. Встречаются в веществе плазмы клеток, в клеточных мембранах, яичном желтке.

Нуклеопротеиды - белки, связанные с нуклеиновой кислотой. Содержатся в большом количестве в клеточных ядрах, в плазме клеток и отвечают за наследственность организма.

Хромопротеиды состоят из белка и красящего вещества небелковой природы (например, минеральных веществ). Их представителем является гемоглобин крови, имеющий в своем составе железо и выполняющий роль переносчика кислорода в организме.

К наиболее важным технологическим свойствам белковых веществ относятся следующие.

Денатурация - это изменение пространственной ориентации белковой молекулы, не сопровождающееся разрывом ковалентных связей. Денатурация может вызываться повышением температуры, механическим или химическим воздействием, ультразвуком, ионизирующим облучением и другими факторами. Денатурация белков играет важную роль в технологических процессах, связанных с образованием структурных систем полуфабрикатов и готовых продуктов (хлеба, макаронных, кондитерских, колбасных изделий, рыбных продуктов горячего копчения и др.).

Коагуляция - это осаждение белка в жидких средах под воздействием слабых кислот. Это свойство белковых веществ положено в основу получения творога, кисломолочных сыров.

Набухание обусловлено способностью белков, относящихся к гидрофильным веществам, поглощать воду и при определенных условиях образовывать растворы, называемые студнями. Набухший в воде белок пшеничной муки образует клейковину. Студни и клейковина обладают свойствами упругости и эластичности, пластичности и ползучести, т.е. свойствами твердого и жидкого тела. Свойство набухания играет большую роль в различных технологиях - при замесе теста, в производстве кисломолочных продуктов, при созревании мяса, в производстве зельцев и студней и др.

Пенообразование - это способность белков образовывать в системе «жидкость - газ» эмульсии, называемые пенами. Белки как пенообразователи широко используются при изготовлении многих кондитерских изделий, в пивоварении белки также ответственны за пенообразование и пеностойкость пива.

Углеводы - это самые распространенные в природе органические вещества. Они состоят из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). Соотношение элементов в молекуле следующее: на один атом углерода приходится одна молекула воды (отсюда и название углевод) С - 1, Н - 2, О - 1. Углеводы подразделяются на два класса: моносахариды и полисахариды. Полисахариды, в свою очередь, подразделяются на полисахариды 1-го порядка (дисахариды, трисахариды, тетрасахариды) и полисахариды 2-го порядка, состоящие из 5 и более (п) молекул моносахаров. Наиболее распространенные моносахариды - это глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза; дисахариды - сахароза (свекловичный или тростниковый сахар), мальтоза (крахмальный сахар), лактоза (молочный сахар). Из полисахаридов 2-го порядка широко известны крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества, гемицеллюлоза, слизи и др.

Моносахара играют важную роль в формировании сладкого вкуса пищевых продуктов, легко усваиваются организмом. В пищевых продуктах и сырье они находятся как в свободном виде, так и образуются в результате гидролиза полисахаридов. В процессе технологической обработки пищевого сырья могут вступать в химические взаимодействия с другими органическими соединениями, например с аминокислотами (реакция меланоидинообразования - при производстве топленого молока, при сушке солода и др.). Кроме того, служат энергетическим источником для микроорганизмов при различных видах брожения (спиртового, молочнокислого и др.).

Крахмал - наиболее распространенный в природе растительный углевод, состоящий из п -молекул глюкозы. Различают клубневый крахмал (картофельный) и зерновой (зерен злаков - кукурузы, пшеницы и др.). Крахмал не является химически индивидуальным веществом, он откладывается в клетках растений в виде зерен. В холодной воде крахмальные зерна набухают. При нагревании крахмальной суспензии в воде зерна крахмала набухают сильнее, и при достижении определенной температуры образуется очень вязкий раствор - клейстер. Это явление имеет место в производстве пива, спирта при приготовлении сусла.

Гликоген - углевод животного организма. При гидролизе гликогена образуется глюкоза. Ферментативный распад гликогена является пусковым механизмом для развития последующих биохимических и физико-химических процессов, происходящих в мышечной ткани животного после убоя. Это очень важный процесс на стадии созревания мяса и мясных продуктов (колбасных, соленых изделий).

Клетчатка (целлюлоза) подобно крахмалу и гликогену при гидролизе дает только глюкозу. Не усваивается организмом человека. Относится к балластным веществам пищевого сырья и продуктов. Целлюлоза и гемицеллюлоза входят в состав зерновых оболочек и служат основой фильтрующего слоя при фильтровании сусла в процессе приготовления пива.

Пектиновые вещества содержатся в плодах и овощах как в виде протопектина, нерастворимого в холодной воде, так и в виде растворимого пектина. При нагревании протопектин гидролизуется, переходя в растворимую форму. Пектиновые вещества обладают важным технологическим свойством образовывать в кислой среде в присутствии сахара и кислоты прочные фруктовые студни. На этом свойстве основано производство джемов, повидла, пастилы, мармелада, фруктовых начинок для молочных десертов и др.

Жиры и жироподобные вещества (липоиды) объединяются общим названием липиды. Липиды являются запасными веществами, накапливающимися в больших количествах в семенах и плодах многих растений и в жировых тканях животных. В химическом отношении они являются смесью сложных эфиров трехатомного спирта (ацилглицерина) и высокомолекулярных жирных кислот. Липиды в зависимости от их отношения к щелочам подразделяют на две группы: омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при взаимодействии с щелочами гидролизуются, отщепляя жирные кислоты и образуя соли высокомолекулярных жирных кислот - мыла. Неомыляемые липиды не содержат жирнокислотных остатков, соединенных эфирной связью, поэтому при контакте с щелочами не гидролизуются и не образуют мыл. Состав липидов представлен на рис. 5.

простые сложные пигменты провитамины витамины

ацилглицерины фосфолипиды каротиноиды каротины (А, Д, Е, К)

Пищевая ценность жира обусловлена наличием в его составе полиненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая, арахидоновая), содержащих несколько двойных связей. Эти кислоты относятся к незаменимым, т.к. выполняют важную роль в жировом обмене, а возможности их синтеза в организме ограничены. Полиненасыщенные жирные кислоты содержатся в большом количестве в растительных маслах и меньше в животных жирах.

Наиболее существенными свойствами жиров являются их нерастворимость в воде, способность образовывать эмульсии (используется при производстве майонеза и маргарина), омыляться под действием щелочей (производство мыла). Жиры способны также переходить из жидкого состояния в твердое в результате различных воздействий, например, вследствие насыщения водородом полиненасыщенных жирных кислот (стадия гидрогенизации при производстве пищевого саломаса); вследствие термомеханического воздействия на высокожирные сливки в производстве сливочного масла. Также в результате биохимических превращений липидов образуются вещества, участвующие в формировании вкусоароматических веществ (при созревании сыров, в колбасном производстве и др.).

При хранения сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов в неблагоприятных условиях (повышенная температура, влажность, свет) следует учитывать, что жиры под действием фермента липазы гидролизуются на глицерин и свободные жирные кислоты. Последние, особенно ненасыщенные, под действием кислорода воздуха окисляются с образованием продуктов горького вкуса. Этот процесс называется прогорканием.

В процессе технологической тепловой обработки пищевого сырья, полуфабрикатов необходимо учитывать такое свойство жиров, как способность их при высоких температурах (250…300 °С) гидролизоваться на жирные кислоты и глицерин, который разлагается до акролеина - вещества с неприятным запахом.

Пищевые кислоты содержатся практически во всех продуктах, придавая им специфический вкус. В хлебных, молочных и мясных изделиях преобладает молочная кислота, в кондитерских, плодовоовощных продуктах - яблочная, лимонная и винная кислоты. В некоторых продуктах кислоты образуются в результате технологической обработки, например при брожении, в другие продукты кислоты переходят из сырья. Пищевые кислоты, участвуя в различных биохимических и химических превращениях в течение производственного процесса, формируют определенные вкус и аромат продуктов (например, при созревании сыров, приготовлении сырокопченых колбас, в производстве пива, вина и др.). Кроме того, пищевые кислоты участвуют в формировании рН полуфабрикатов и продуктов.

Витамины - органические вещества. Витамины не синтезируются в организме человека, поступают в него в готовом виде с пищей. Они относятся к категории незаменимых факторов, т.к. регулируют обмен веществ в организме человека, входят в состав ферментов. Витамины обычно классифицируют по растворимости, выделяя при этом две группы - водорастворимые и жирорастворимые витамины. К водорастворимым витаминам относятся витамины группы В, витамины С, РР и др., к жирорастворимым - витамины А, Д, Е, К.

В основном витамины синтезируются растениями, однако животные, питаясь растительной пищей, способны накапливать витамины в отдельных тканях и органах. Поэтому источниками витаминов являются продукты не только растительного происхождения, но и животного. Витамины легко разрушаются под воздействием высокой температуры, кислорода воздуха и света. Поскольку большинство продуктов при приготовлении подвергается термической обработке, необходимо учитывать это свойство витаминов. Кроме того, при хранении содержание витаминов в продуктах снижается практически пропорционально срокам хранения (особенно это касается сочных пищевых продуктов - плодов и овощей). При консервировании некоторые витамины также разрушаются.

Вода - важнейший компонент всех пищевых продуктов. Влажность сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов является одним из главных свойств материалов, определяющих их качество и оказывающих влияние на технологические процессы, а также на хранение.

Вода - это основная среда, в которой протекают все химические, а также биохимические реакции, при этом она является катализатором протекающих реакций. Вода выполняет транспортные функции в обмене веществ, играет важную роль в явлениях осмоса, диффузии, является хорошим проводником тепла.

Вода, входящая в состав пищевых продуктов, связана с сухими веществами различными силами. В зависимости от энергии, необходимой для удаления влаги из материала, всю влагу условно разделяют на свободную и связанную.

Свободной влагой называют влагу, которая имеет непрочную связь с продуктом и может быть удалена механическими способами (отжатием на прессах или под действием центробежной силы в центрифугах). Свободную влагу также легко можно удалить путем высушивания или вымораживания. Эта способность воды лежит в основе получения большинства пищевых продуктов (выпечка хлебобулочных изделий, получение сгущенного и сухого молока, производство кофе и др.). Свободная влага, являясь растворителем органических и неорганических соединений, участвует во всех биохимических процессах, протекающих при хранении и переработке продуктов.

Связанная влага по своим свойствам значительно отличается от свободной: она не замерзает при низких температурах (вплоть до -40 °С), не растворяет электролиты, имеет плотность, вдвое превышающую плотность свободной воды, не всегда удаляется при помощи высушивания и не доступна для микроорганизмов.

Минеральные вещества являются важным компонентом пищевых продуктов. Они не только присутствуют как естественная составная часть, но и попадают в продукты в ходе технологического процесса из оборудования, тары, упаковки при хранении и транспортировании, а также в качестве вкусовой добавки (поваренная соль). Содержащиеся в сырье и готовых продуктах минеральные вещества часто связаны с высокомолекулярными органическими веществами (белками, углеводами), а также частично находятся в виде солей различных кислот.

Минеральные вещества, концентрация которых в продукте невелика и измеряется в микрограммах на 100 г, принято называть микроэлементами (медь, цинк, молибден, кобальт, никель и др.). Минеральные вещества, концентрация которых измеряется в миллиграммах на 100 г, называются макроэлементами (калий, кальций, фосфор, железо, хлор и др.).

Минеральные вещества участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, способствуют установлению кислотно-щелочного равновесия. Важной функцией макроэлементов, таких как натрий, калий, хлор, является поддержание определенного осмотического давления, от которого зависит количество воды, удерживаемой внутри продукта.

1. Что такое белки? Какие вещества определяют полноценность белков?

2. Приведите классификацию белков в зависимости от происхождения и растворимости. Приведите примеры.

3. Что такое простые и сложные белки? Приведите примеры.

4. Перечислите наиболее важные технологические свойства белков.

7. Какую роль играют моносахариды в продуктах и технологии?

8. Какова роль наиболее широко известных полисахаридов в пищевых производствах?

11. Назовите существенные свойства жиров с точки зрения технологии.

12. Приведите характеристику пищевых кислот и охарактеризуйте их роль в пищевых производствах.

13. Что такое витамины? Какие изменения претерпевают витамины в процессе технологической обработки сырья и продуктов?

14. Какими свойствами обладает вода как важный пищевой компонент с технологической точки зрения?

15. Приведите характеристику минеральных компонентов пищи. Какова их роль в пищевых продуктах?

Классификационная система основных процессов и аппаратов пищевых производств включает шесть классов: механические, гидромеханические, массообменные, тепловые, химические, биологические (биохимические).

Механические процессы - это процессы чисто механического взаимодействия тел. Процессы, которые определяются не только законами механики, но и гидродинамики, называются гидромеханическими. Массообменные, или диффузионные, процессы связаны с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. Теплообменные процессы связаны с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. В основе ряда пищевых производств лежат химические превращения веществ, которые влекут изменения свойств и состава этих веществ. Скорость протекания этих превращений определяется законами химической кинетики. Многие пищевые технологии основаны на использовании биохимических процессов, которые осуществляются с помощью живых микроорганизмов.

Для некоторых пищевых производств характерно специфическое проявление общих процессов химической технологии и соответствующее им оформление оборудования, которое учитывает свойства пищевых продуктов. Например, специфичность перемешивания при производстве хлеба проявляется не только в требовании равномерного распределения по всей массе продукта ингредиентов очень малой концентрации, но и в том, что перемешивание должно придать тесту должные физические свойства.

В пищевой технологии используются отдельные процессы, присущие только этой отрасли: обжарка овощей, рыбы, мяса, бланширование овощей, сульфитирование соков, сбивание эмульсий в структурированные продукты, квашение, жиловка мяса, копчение мясо- и рыбопродуктов, замес теста, выпечка хлеба и др.

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: