Технология продуктов общественного питания 3

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ

ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

Москва, 2011 год

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Способ тепловой кулинарной обработки продуктов объемным нагревом.

2. Физическая сущность клейстеризации крахмала.

3. Изменение содержания прочно- и слабосвязанной воды в процессе тепловой обработки мяса.

4. Виды и прочность контактов между частицами и тиксотропия.

5. Задача № 1.

6. Задача № 2.

7. Задача № 3.

8. Задачи № 4.

9. Список используемой литературы

Вопрос № 1

Способ тепловой кулинарной обработки продуктов объемным нагревом

При доведении продуктов до состояния кулинарной готовно­сти стремятся обеспечить такой режим тепловой обработки, при котором готовая продукция высокого качества получается с ми­нимальными затратами.

Способы тепловой кулинарной обработки, применяемые на предприятиях общественного питания, основаны на определен­ных теплофизических и технологических принципах передачи тепла продукту: поверхностный нагрев (контактный); излучени­ями инфракрасного спектра (ИК-нагрев); объемный нагрев про­никающим излучением сверхвысокой частоты (СВЧ-нагрев); комбинированный нагрев (ИК-нагрев в сочетании с поверхност­ным или СВЧ-нагревом).

В результате тепловой кулинарной обработки температура продукта повышается до 80... 100 о
С, а в поверхностном слое при жарке — до 120... 130 °С. Движущей силой процесса при поверх­ностном нагреве служит разность температур между продуктом и греющей средой, а также между наружными и внутренними сло­ями продукта; при нагреве электромагнитными излучениями — ускорение движения атомов и молекул пищевых веществ.

Под действием тепловой энергии в продукте возникают такие сложные физико-химические процессы, как клейстеризация крахмала, денатурация белков, гидротермическая дезаг­регация биополимеров (коллаген мяса, рыбы, протопектин растительных продуктов), образование новых вкусовых и аро­матических веществ, изменение цвета продукта, разрушение витаминов и др. В результате протекания перечисленных, час­то накладывающихся друг на друга процессов, в окружающую среду выделяются водорастворимые вещества и жиры; проис­ходят потеря воды и уменьшение массы продукта (мясо, птица, рыба); поглощение воды продуктом и увеличение его массы (крупы, бобовые, макаронные и мучные изделия); разрушение некоторой части витаминов; переход в воду при варке витами­нов, экстрактивных, минеральных и других веществ.

Способ тепловой кулинарной обработки
продуктов объемным нагревом
(токами сверхвысокой частоты)

Объемный нагрев в электрическом поле сверхвысокой часто­ты (СВЧ) основан на диэлектрических свойствах практически всех пищевых продуктов и кулинарных полуфабрикатов. В про­дукте, помещенном в поле СВЧ, происходит поляризация молекул и ионов воды и пищевых веществ, преодоление ими сопро­тивления, связанного с ориентацией этих молекул и ионов в на­правлении приложенного электромагнитного поля, и превраще­ние электромагнитной энергии в тепловую. Тепловая энергия распространяется спонтанно по всему объему продукта, в резуль­тате чего он нагревается до 100 °С за несколько минут. Однако продукт при этом не достигает кулинарной готовности, так как физико-химические превращения пищевых веществ, в результате которых формируются вкус, запах и консистенция готового про­дукта, протекают во времени. В связи с этим СВЧ-аппараты (микроволновые печи) более эффективны при разогревании го­товой охлажденной и замороженной пищи, а также в сочетании с другими видами нагрева.

СВЧ-аппараты работают от обычной городской сети пере­менного тока, в магнетроне аппарата электрическая энергия преобразуется в электромагнитные колебания (излучения) сверхвысокой частоты. Затраты электроэнергии на это преобра­зование достаточно высоки.

Вопрос № 2

Физическая сущность клейстеризации крахмала.

Крахмал — один из продуктов фотосинтеза, протекающего в зеленых листьях растений. Он откладывается в растительных тканях, в форме своеобразных зерен, имеющих слоистое строе­ние и размеры от долей до 100 мкм и более.

Различают клубневое крахмалсодержащее сырье (клубни кар­тофеля, батата, маниока и др.) и зерновое (зерно кукурузы, пше­ницы, риса, сорго, ячменя и др.) и в соответствии с этим клубневый и зерновой крахмалы.

При кулинарной обработке крахмалсодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации, в нем могут протекать процессы деструкции и агрегации молекул.

Интенсивность всех этих процессов зависит от происхожде­ния и свойств самого крахмала, а также от технологических фак­торов — температуры и продолжительности нагревания, соотно­шения крахмала и воды, вида и активности ферментов и др.

Растворимость
. Нативный крахмал практически нераст­ворим в холодной воде. На этом свойстве основан метод его вы­деления из растительных продуктов. Однако вследствие гидрофильности он может адсорбировать влагу в количестве до 30 % собственной массы. Низкомолекулярные полисахариды, в част­ности амилоза, содержащая до 70 глюкозных остатков, раствори­мы в холодной воде. При дальнейшем увеличении длины моле­кулы полисахариды могут растворяться только в горячей воде. Процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно из-за относительно большого размера молекул. Изве­стно, что линейные полимеры перед растворением сильно набу­хают, поглощая большое количество растворителя, и при этом резко увеличиваются в объеме. Растворению крахмальных поли­меров в воде также предшествует набухание.

Набухание и клейстеризация
. Набухание — одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалсодержащих продуктов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. Так, при нагревании водной сус­пензии крахмальных зерен до 55 °С они медленно поглощают во­ду (до 50 %) и частично набухают, но вязкость не увеличивается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур 60... 100 °С) набухание крахмальных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.

В центре крахмального зерна образуется полость (пузырек), а на его поверхности появляются складки, бороздки, углубления. Свой­ство крахмальных зерен расширяться под действием термической обработки с образованием внутренней полости связывают с тем, что внутри крахмального зерна (в точке роста) происходят разрыв и ослабление некоторых водородных связей между крахмальными цепями, которые в результате этого раздвигаются, что приводит не только к увеличению размеров крахмального зерна, но и к разру­шению его кристаллической структуры. В процессе набухания крахмальных зерен часть полисахаридов растворяется и остается в полости крахмального зерна, а часть — диффундирует в окружающую среду.

Растворение полисахаридов при нагревании крахмала в воде подтверждается данными хроматографического анализа центрифугата крахмальной суспензии на колонках из окиси алюминия (рис. 1). Известно, что при пропускании раствора крахмальных полисахаридов через колонку амилопектин адсорбируется в верхней ее части, амилоза — в нижней. При последующем про­пускании через колонки раствора йода амилопектин окрашива­ется в фиолетовый цвет, амилоза — в синий.

При нагревании крахмальной суспензии до 50 °С полисахари­ды практически не растворяются, а при 55 о
С на колонке появля­ется зона амилозы, хотя и незначительной высоты, что указывает на растворение этого полисахарида и переход его из крахмальных зерен в окружающую среду. С повышением температуры нагрева­ния суспензии количество растворенной амилозы возрастает, что подтверждается увеличением высоты зоны, окрашенной в синий и темно-синий цвета. Нагревание крахмальной суспензии при 80 °С вызывает растворение как амилозы, так и амилопектина.

Дисперсия, состоящая из набухших крахмальных зерен и рас­творенных в воде полисахаридов, называется крахмальным клей­стером, а процесс его образования — клейстеризацией
. Таким об­разом, клейстеризация

— это изменение структуры крахмального
зерна при нагревании в воде, сопровождающееся набуханием.

Процесс клейстеризации крахмала
происходит в определен­ном интервале температур, обычно от 55 до 80 °С. Один из при­знаков клейстеризации — значительное увеличение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не столько присутствием набухших крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большее количество воды, чем крахмальные зерна.

Рис. 1. Схемы хроматограмм полисахаридов пшеничного крахмала:

/—без нагрева; II
-
сухой нагрев до 120 °С; ///— сухой нагрев до 150 °С

Этой способностью в наибольшей сте­пени обладает амилоза, так как ее молекулы находятся в растворе в виде изогнутых нитей, отличающихся по конформации от спиралей. Хотя амидоза составляет меньшую часть крахмально­го зерна, но именно она определяет его основные свойства — способность к набуханию и вязкость клейстеров.

В табл. 1 приведены данные о примерном содержании ами­лозы в крахмале различного происхождения, температуре его клейстеризации и степени набухания в горячей воде (90 °С), опре­деляемой объемным методом, а также рассчитанные по вязкости коэффициенты замены одного вида крахмала другим при изго­товлении клейстеров. При этом за единицу принимается вязкость клейстера картофельного крахмала 2%-ной концентрации.

Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количест­во амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и спо­собность к набуханию. Коэффициент замены крахмала показы­вает, каким количеством крахмала других видов можно заменить картофельный для получения клейстеров одинаковой вязкости.

Из различных видов крахмала в основном образуются два типа клейстеров: из клубневых — прозрачный бесцветный желе­образной консистенции, из зерновых — непрозрачный молочно-белый пастообразной консистенции. Клейстер кукурузного амилопектинового крахмала по своим свойствам ближе к клейстеру картофельного. Физико-химические свойства необходимо учи­тывать при замене одного вида крахмала другим.

Таб.1. Физико-химические свойства крахмала,
выделенного из различных растений

Виды крахмала	Количество амилозы, %	Температура клейстериза- ции, °С	Степень набухания, %	Коэффи циент замены
Клубневые: картофельный маниоковый бататный					32,10 22,56 21,84	58...62 60...68 58...72	1005 775 862	1,00 2,50 1,70
Зерновые: пшеничный кукурузный рисовый кукурузный амилопектиновый рисовый амилопектиновый
	21,37 19,25 20,02 5,76 2,91	50...90 66...86 58...86 62...70 54...68	628 752 648 608 405	2,70 2,30 2,20 1,55 2,75

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах-пюре обладают относитель­но жидкой консистенцией из-за невысокой концентрации в них крахмала (2...5 %). Более плотную консистенцию имеют клейсте­ры в густых киселях (до 8 % крахмала). Еще более плотная конси­стенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1 : 2... 1 : 5.

В изделиях из теста, содержащих, как правило, небольшое ко­личество воды (менее 100 % массы крахмала), состояние крахма­ла отличается от его состояния в упомянутых выше изделиях. Крахмальные зерна в них мало обводнены, частично сохраняют форму и структуру; в окружающую среду переходит незначитель­ное количество растворимых полисахаридов.

На вязкость клейстеров влияют не только концентрация крахмала, но и другие факторы. Например, сахароза в концент­рациях до 20 % увеличивает вязкость клейстеров, натрия хлорид даже в очень незначительных концентрациях — уменьшает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем, в интервале рН от 4 до 7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается не­значительно. Однако при более низких значениях рН (около 2,5) она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-активные вещества, в частности глицериды, которые снижают вязкость клейстеров, но являются их стабилизаторами. Причем моноглицериды проявляют эту способность в большей степени, чем диглицериды. Моноглицериды снижают липкость макарон­ных изделий, предупреждают образование студня в супах, соусах, задерживают черствение хлеба.

Белки оказывают стабилизирующее влияние на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хране­нии, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, вы­деленном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клей­стер относительно высокой концентрации превращается в студень.

Вопрос № 3

Изменение содержания прочно- и слабосвязанной воды в процессе тепловой обработки мяса

Вода — естественный компонент мяса, образующий устойчи­вые структурированные системы с другими его частями. Формы и прочность связи воды в этих системах влияют на свойства мя­са, в том числе на водоудерживающую способность, по характе­ру изменения которой можно судить об изменении потерь массы в процессе тепловой обработки и о качестве продукта. В настоя­щее время под водоудерживающей способностью мяса понима­ется сила, с которой часть его собственной воды или собственной с небольшим количеством добавленной воды удерживается белками, а также другими веществами и структурными система­ми мяса при воздействии на него каких-либо сил извне.

На изменение водоудерживающей способности мяса в, про­цессе его тепловой обработки влияют многие факторы: темпера­тура, до которой оно нагревается, длительность выдержки при ней, температура среды, способ тепловой обработки, скорость нагрева, величина рН обрабатываемого сырья, реологические характеристики, химический состав продукта, количество добав­ленной поваренной соли, воды, вид мяса, анатомическое проис­хождение мышц, возраст животных и др.

Структура воды и изменение ее в процессе на­грева. Белковая макромолекула окружена водой, которую нель­зя рассматривать как нейтральное вещество, так как благодаря своим уникальным свойствам она, с одной стороны, подвергает­ся воздействию растворенных в ней белковых макромолекул, с другой — сама активно влияет на конформацию белка. Известно, что вода служит связующим звеном между белковыми молекула­ми. Составляя 70...75 % массы живой клетки (в протоплазме ее со­держится около 70...80 %, в фибриллах — около 70, в саркоплаз­ме - 20, во внеклеточном пространстве — 10 %), вода представ­ляет собой ту жидкую среду, в которой осуществляются обмен и транспортировка веществ. Стабилизация пространственной структуры белка и других биополимеров в значительной мере осу­ществляется в результате их взаимодействия с водой.

Уникальные свойства воды обусловлены ее способностью об­разовывать четыре водородные связи между молекулами и одно гидрофобное взаимодействие, в результате которых возникают сильные межмолекулярные связи, приводящие к образованию ассоциации. При этом две водородные связи включают два атома водорода молекулы воды, а две другие — неспаренные электроны кислорода и два атома водорода соседних молекул, поэтому мо­гут выступать одновременно в роли донора и акцептора электро­нов в процессе образования водородных связей. В этом случае одна из взаимодействующих молекул получает избыточный по­ложительный заряд, приобретая «кислые свойства», а другая — отрицательный заряд и «основные» свойства. В результате моле­кулы, соединенные водородной связью, способны образовывать более прочные связи с другими молекулами. Таким образом, во­дородные связи в воде носят кооперативный характер, т. е. одно­временно образуются или рвутся большие группы связей.

Следует отметить, что большинство исследователей связыва­ют снижение водосвязывающей способности и потери влаги в процессе нагрева мяса только с изменением конформационной структуры белка. Белковая макромолекула в мясе всегда находит­ся в окружении воды. Растворы неполярных веществ являются структурообразователями по отношению к воде. Наличие непо­лярного углерода в ней способствует возникновению гидрофоб­ного взаимодействия. На основании этого можно считать, что вода в значительной степени определяет конформацию макро­молекул. Однако это свойство воды обусловлено непосредствен­но структурой, которая, в свою очередь, может изменяться под воздействием различных факторов, в частности температуры.

Рис. 2. График зависимости снижения содержания влаги от температуры образца и рН фарша

Известны четыре характерные температуры (15, 30, 45, 60 °С), при которых происходят резкие изменения состояния воды. Считают, что при указанных температурах в воде совершаются качественные структурные переходы.

Исследования зависимости снижения содержания влаги от тем­пературы и рН образца фарша показали, что отделение влаги начи­нается уже при температуре 35 °С (рис. 2). Однако, начиная с температур 45...50 0
С, влага выделяется более интенсивно. Это объясняется изменением, с одной стороны, структуры воды при указанных температурах, с другой — конформацией белковой мак­ромолекулы, которая обусловлена комплексом внутри- и межмоле­кулярных водородных связей и гидрофобных взаимодействий.

Поскольку нагрев сопровождается разрушением структур во­ды (водородных связей и гидрофобных взаимодействий), действующие между протофибриллами вторичные силы Ван-дер-Ваальса стягивают молекулу белка в более компактную форму, т. е. происходят полимеризация дискретных белков и увеличение их молекулярной массы. При этом с повышением температуры контакт воды с углеводородом приводит к энергетически менее выгодной замене взаимодействия вода—вода взаимодействием углерод—вода, структура белка уплотняется, что вызывает зна­чительное выделение влаги в виде бульона.

Формы связи воды с дисперсными системами.

Формы связи воды в дисперсных системах, по П. А. Ребиндеру, классифицируют следующим образом: химическая, физико-химическая, физико-механическая.

К химической связи относятся ионная и молекулярная, кото­рые характеризуются связью в строго молекулярных соотноше­ниях. Химически связанная — гидратационная вода — является прочносвязанной, ее количество составляет 6... 10 % к массе су­хого вещества.

К физико-химической связи относятся адсорбционная и ос­мотическая, которые осуществляются в различных не строго определенных соотношениях.

К физико-механической относятся связи: в микро-( r < 10-7
м) и макрокапиллярах (r > 10-7
м), структурная и смачивания Удер­живание воды физико-механическими связями осуществляется в неопределенных соотношениях.

Ионная, очень сильная связь может быть нарушена при хими­ческом взаимодействии или прокаливании. Молекулярная связь также относится к сильным и может быть нарушена при нагреве мяса до температуры выше 150 °С.

Наибольшее влияние на качество продукта и потери массы в процессе его тепловой обработки, по-видимому, оказывает физико-химически и физико-механически связанная вода. Ис­пользуя классификацию форм связи П. А. Ребиндера, связанную в мясе воду подразделяют на четыре основных вида.

Первый (слой а) — гидратационная вода, связанная электро­статически с полярными группами белков посредством положи­тельных или отрицательных зарядов водных диполей. Второй (слой b) — связан с белками посредством притяжения водных ди­полей (диполь—диполь). Третий (слой с) — капиллярно связан­ная и адсорбированная вода. Четвертый (слой d) — вода смачи­вания.

Выделяют три формы связывания воды с белком: гидратаци­онная, иммобилизованная и свободная вода.

Гидратационная вода составляет примерно 10 % всей имеющейся в мясе воды, адсорбированной белком. Вследствие двухполюсного характера молекул она присоединяется к ионам и другим полярным группам, имеет измененные физические пока­затели, не поддается физиологическому воздействию, не влияет на колебания водоудерживающей способности.

Иммобилизованная (связанная) вода прочно удерживается сетью мембран и волокнами мышечных белков, а также сцеплениями водородных носителей зарядов. Эта часть воды с большим трудом выжимается и не вытекает из мяса.

Свободная вода находится между клетками, очень «рых­ло» связана и легко вытекает при нагреве. Это обусловливает, с одной стороны, потери массы от испарения при замораживании и холодильном хранении мяса и от вытекания сока при его раз­мораживании, с другой — способствует сушке мясопродуктов.

В зависимости от состояния мышечных белков изменяется со­отношение между иммобилизованной и свободной водой, причем оба ее вида следует рассматривать как единое целое: если количест­во иммобилизованной воды увеличивается, то свободной — сокра­щается, и водоудерживающая способность возрастает; при умень­шении количества иммобилизованной воды повышается содержа­ние свободной, и влагоудерживающая способность понижается.

Для оценки прочности связи воды в мясных изделиях А. А. Со­колов предложил следующую динамическую схему: вода, содер­жащаяся в мясе, подразделяется на прочносвязанную и слабо­связанную, а слабосвязанная — на полезную (которая остается в продукте после тепловой обработки) и избыточную.

В этом случае к прочносвязанной воде относится адсорбци­онная, удерживаемая молекулярно-силовым полем у поверхно­сти раздела дисперсных частиц — мицелл с окружающей средой и гидрофильными центрами белковых молекул, а также влага микрокапилляров с r < 10-7 м и механически удерживаемая.

Вода слабосвязанная необходима для обеспечения желатель­ных свойств и нормированного выхода продукта. Вода слабосвя­занная избыточная в основном отделяется при тепловой обработке мясопродуктов. Повышение влагосодержания фарша пу­тем увеличения доли слабосвязанной избыточной воды приво­дит к значительному ее отделению в процессе нагрева продукта и, следовательно, к снижению качества готовых изделий.

Считают, что ионная связь особенно важна для увеличения водоудерживающей способности мяса. Поскольку некоторые аминокислоты содержат две карбоксильные и две аминогруппы, то помимо блокированных пептидной связью имеются группы с кислой и щелочной реакцией, которые образуют анионы и ка­тионы. Кроме названных в молекуле аминокислот содержатся и другие функциональные группы, например гидроксильные (—ОН) и сульфгидрильные (—SH). Они имеют полярный харак­тер, вследствие чего также могут удерживать воду.

В зависимости от того, являются ли заряды соседствующих ионов одноименными или противоположными, они взаимно притягиваются либо отталкиваются. Известно, что количество зарядов в изоэлектрической точке (рН ~ 5,0) минимально. Мясо, нагретое при изоэлектрическом состоянии белков, характеризу­ется максимальным отделением бульона и минимальной водо­удерживающей способностью.

Изменение водоудерживающей способности в процессе на­грева соленой говядины (2 %) в зависимости от рН сырья, темпе­ратуры образца и греющей среды представлено на рис. 3 и 4 Нагрев проводили при температурах греющей среды 75, 100 и 145 °С до достижения в центре образца температур 35, 45, 50, 55, 65, 75, 90, 115, 125 и 135 °С.

Как видно из рис. 3, количество влаги, отд

еляемой при прессовании, зависит в большей степени от величины рН сырья и температуры образца и в меньшей — от температуры греющей среды. Максимальное количество влаги, выделяющейся из об­разца при прессовании (слабосвязанной), наблюдается у мяса с исходным значением рН 5,25 при нагреве до 75 °С. С увеличени­ем рН при нагреве мяса до одинаковой температуры, не превы­шающей 75 °С, количество слабосвязанной влаги снижается. Особенно резко это наблюдается в случае нагрева фарша до 35 и 45 °С при увеличении рН с 5,25 до 5,75. При нагреве мяса выше 75 °С закономерность отделения слабосвязанной влаги изменя­ется: при температуре образца 90 °С и выше количество ее возра­стает с увеличением рН.

При определении влияния температуры образца на измене­ние количества слабосвязанной влаги отмечено, что при нагреве соленого мяса при всех исследуемых значениях рН до температу­ры 45 °С наблюдаются некоторое уменьшение ее количества (см. рис. 3) и повышение содержания неотпрессованной влаги (см. рис. 4). По-видимому, процесс денатурации белков со­провождается повышением водосвязывающей способности, хотя и в небольшой степени. Это подтверждается данными, получен­ными П. Л. Приваловым и Г. М. Мревлишвили, которые свиде­тельствуют о том, что гидратация макромолекул действительно изменяется при денатурации, причем это изменение всегда по­ложительно — гидратация денатурированных макромолекул больше, чем нативных. Этот факт свидетельствует о тесной взаи­мосвязи между конформацией макромолекул и состоянием воды в прилегающих к ним слоях. Обычно этим обстоятельством пре­небрегают при рассмотрении изменений водосвязывающей спо­собности и конформационных превращений макромолекул в во­де, что вряд ли допустимо.

Нагрев образца до температуры от 45 до 50 о
С вызывает резкое увеличение количества отпрессованной и снижение неотпрессо­ванной влаги.

Рис. 3. График зависимости количества отпрессованной влаги от температуры и рН исходного фарша

В интервале температур 50...55 °С количество отпрессованной и неотпрессованной влаги не изменяется. Это свидетельствует о том, что изменение водоудерживающей способности происхо­дит ступенчато. Дальнейшее повышение температуры до 65 °С при рН 5,25...6,00 и до 75 °С при рН 6,25...7,00 вызывает при прессовании значительное снижение количества неотпрессован­ной влаги и увеличение отпрессованной.

При температуре выше 65 (75) °С происходит дополнительное уплотнение структуры в результате образования дисульфидных сшивок и выпрессовывания влаги в процессе нагрева. При этом ведущая роль в формировании белкового каркаса мясопродукта принадлежит миозину.

Повышение температуры до 75 °С вызывает изменение зако­номерностей количества отпрессованной и неотпрессованной влаги на противоположные, что, по-видимому, означает завер­шение процесса коагуляции белков. Дальнейший нагрев фарша до 135 °С способствует снижению количества отпрессованной и увеличению неотпрессованной влаги. Интенсивность этих изме­нений зависит от рН сырья, температур образца и греющей сре­ды. Так, по достижении образцом температуры 90 °С потери мас­сы и снижение количества отпрессованной влаги превосходят соответствующие значения, достигаемые при температуре грею­щей среды 100 °С. Такое явление можно объяснить следующим образом: по достижении температуры 90 °С дезагрегация коллаге­на в обоих случаях пока еще незначительна, а продолжительность нагрева в интервале температур 75...90 °С существенно различает­ся и составляет 395 с при температуре греющей среды 100 о
С про­тив 34 с при 145 °С. Таким образом, длительность тепловой обра­ботки при исследуемых режимах оказывает большее влияние, чем температура греющей среды. В целом снижение количества от­прессованной и увеличение неотпрессованной влаги могут быть объяснены развитием процесса дезагрегации коллагена.

Влияние рН мясного фарша. Кроме изменения структуры воды, денатурационных изменений мышечных белков и дезагрегации коллагена существенное влияние на изменение водоудерживающей способности оказывает рН сырья. Результа­ты исследований изменения рН мяса в процессе нагрева в зави­симости от температуры образца и первоначальной величины рН представлены на рис. 5.

На изменение рН в процессе нагрева мяса более сильное вли­яние, чем температура греющей среды, оказывают рН исходного сырья и температура образца. Несмотря на то что с повышением последней прирост рН возрастает (величина прироста зависит от рН исходного фарша), водоудерживающая способность его сни­жается, так как параллельно происходит сдвиг изоэлектрической точки фибриллярных белков к более высоким значениям рН.

Рис. 4. График зависимости количества неотпрессованной влаги от температуры и рН исходного фарша (температура греющей среды 145 °С)

Состав мясных и костных бульонов из мяса птицы и субпродуктов. Качественный состав бульонов, приготовляемых из мяса и мясопродуктов, одинаков, в него входят экстрактив­ные и минеральные вещества, белки, липиды, витамины. Белки представлены в основном глютином, который образуется в резуль­тате деструкции коллагена в условиях влажного нагрева. Белки мышечных волокон переходят в бульон в количествах, не превы­шающих 0,2 % массы мясного сырья. Эмульгированный жир со­держится в бульонах, приготовляемых из жирного мяса (грудинка, покромка), жирной птицы (утки, гуси), языков; количество его не превышает 0,8 % массы мясного сырья. Таким образом, основны­ми водорастворимыми компонентами мясных и костных бульонов являются экстрактивные, минеральные вещества и глютин. Коли­чественное содержание указанных компонентов в бульоне зависит от вида мясного сырья, использованного для варки.

Рис. 5. График зависимости изменения рН мясного фарша в процессе нагрева до заданной температуры от исходного рН (температура греющей среды 145 °С)

Вопрос № 4

Виды и прочность контактов между частицами и тиксотропия

Тиксотропия — способность некоторых дисперсных сис­тем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она свойственна дисперсным сис­темам и обнаружена у многих полуфабрикатов и пищевых про­дуктов.

Реологические свойства продукта во многом определяются его структурой и текстурой. Структура — от лат. structura -совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе; текстура - от лат. textura — ткань, связь, строение.

Многие пищевые массы помимо твердого и жидкого состоя­ний обладают структурами, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белко­вые и углеводные студни, суспензии разной концентрации (пас­ты, эмульсии, пены и др.).

Наличие внутренней структуры придает таким системам оп­ределенные механические свойства — упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют их кон­систенцию. Механические свойства зависят от природы входя­щих в систему веществ и их соотношения, а также от сил взаимо­действия между ними.

Таб. 2. Типы дисперсных систем пищевых продуктов (по А. В. Горбатову и др., 1982)

Дисперсион- ная среда	Дисперсная фаза	Дисперсная система	Продукт (в том числе сырье, полуфабрикаты)
Газ	Жидкость	Жидкий аэрозоль	Экстракт кофе при распылительной сушке
Твердое тело	Твердый аэрозоль	Мука при пневмо- транспортировании
Жидкость	Газ	Пена	Белковая пена
Жидкость	Эмульсия	Молоко, майонез
Твердое тело	Золь	Какао-масса
Суспензия	Фруктовый сок
Твердое тело	Газ	Твердая пена, пористое твердое тело	Мороженое, безе, сухари
Жидкость	Твердая эмульсия, пористое твердое тело, заполненное жидкостью	Масло, маргарин, овощи и фрукты
Твердое тело	Твердая суспензия	Макаронные изделия, шоколад, карамель

Таб. 3. Сложные дисперсные системы пищевых продуктов (по Ю. А. Мачихину и др., 1990)

Продукт	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда
Шоколад	Кристаллы сахара, твердые частицы какао, пузырьки воздуха	Кристаллическая форма какао-масла
Мороженое	Пузырьки воздуха, капельки жира, белковые макромоле- кулы	Кристаллическая водянистая фаза
Мякиш хлеба	Пузырьки воздуха, частично кристаллические молекулы крахмала, частицы отрубей	Крахмальный и белковый гель
Фрукты, овощи, картофель, зерно, масличные семена	Капельки жидкости, пузырьки воздуха, крахмальные зерна	Целлюлоза, белковая оболочка
Мясо	Капельки жидкости, кости, капельки жира	Белковые макромолекулы

В соответствии с представлениями академика П. А. Ребиндера принято различать два основных типа дисперсных структур: коагуляционную и конденсационно-кристаллизационную. Коагуляционные структуры удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, действующими через жидкие прослойки. Основные условия их образования — неоднородность поверхности соприкосновения частиц и наличие гидрофобных участков, на которых возникают точечные контакты — начальные звенья будущей структуры. Эти структуры могут обладать свойствами неньютоновских жидко­стей и сильно изменяются при нагреве, введении ПАВ, измене­нии кислотности и других воздействиях.

Конденсационно-кристаллизационные структуры образуют­ся в процессе конденсации полимеров или кристаллизации их растворов и расплавов; их существование определяется прочны­ми химическими связями, отдельные частицы срастаются, жид­кие прослойки между ними отсутствуют. Системы с такой струк­турой обладают большей прочностью, хрупкостью и необрати­мостью при разрушении.

Коагуляционные структуры могут переходить в конденсационно-кристаллизационные в процессе обработки продукта, ког­да создаются условия для удаления жидких прослоек между час­тицами, например при сушке или прессовании.

Дисперсная система	Продукт (в том числе сырье, полуфабрикат)	Типичные реологические свойства	Типичные текс­турные признаки продукта
Чистая жидкость	Вода, спирт, масло	Ньютоновская вязкость	Водянистый, жидкий
Чистый расплав	Расплавленные жиры (какао-масло), расплавленный сахар	Преимущественно ньютоновская вязкость	Жидкий, густой, маслянистый
Истинный раствор	Солевые и сахарные растворы, экстракты, пиво, напитки	То же	Жидкий, густой
Коллоид­ный раствор	Белковые растворы, мутные фруктовые и ягодные соки	Ньютоновская вяз­кость, возможны вязкоупругость, тиксотропия	Жидкий, густой слизистый
Жидко-образная	Суспензии (какао, фруктовые и овощные соки, супы), эмульсии (молоко, сливки, майонез)	Ньютоновская и неньютоновская вязкость, тиксотро­пия, вязкоупругость	Жидкий, густой, кремообразный, тягучий, вязко-текучий, клейкий
Пасто­образная	Фруктовое пюре (яблочный мусс), ореховый мусс, творог, фарш	Неньютоновская вязкость, тиксотро­пия, реопексия, вязкоупругость	Густой, клейкий, кашицеобразный резинообразный, слизистый, тягучий
Связанная мягкая	Масло, пенная масса, желе, тесто, йогурт, суп, паштет, картофельное пюре	Пластичная вязкость, обратимая и необра­тимая тиксотропия, упругость, вязко­упругость	Мягкий, мажу­щийся, скользкий кремообразный, пастообразный, клейкий, эластич ный
Связанная полутвердая	Мякиш хлеба, вареная колбаса, вареный картофель	Упругость, пластич­ная вязкость, вязко­упругость	Мягкий, крепкий резинообразный вязкий
Прочная	Свежие яблоки, груши, картофель, огурцы, мясо, хлебо­булочные продукты длительного хранения, шоколад, конфеты	То же	Мягкий, прочный хрупкий, ломкий вязкий
Твердая	Карамель, зерно, ядра орехов, макарон­ные изделия, морковь	Упругость, твердость, высокая текучесть и прочность, хрупкость	Крепкий, твердый хрупкий, ломкий стекловидный

Пищевые продукты, включая сырье и полуфабрикаты, в зави­симости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами и текстурными отли­чительными признаками (табл. 2 и 3).

Наиболее сложными реологическими свойствами обладают высококонцентрированные дисперсные системы (табл. 4) с пространственными структурами. Образование и изменение структур, обусловленные физико-химическими, биохимиче­скими, коллоидно-химическими или чисто физическими про­цессами, всегда приводят к изменениям их реологических свойств.

Задача № 1

Приведите уравнение реакции, с помощью которой можно различить глюкозу и сахарозу.

Решение

Отличить: а) глюкозу от фруктозы и б) сахарозу от мальтозы можно с помощью реакции «серебряного зеркала». Глюкоза и мальтоза дают осадок серебра в этой реакции, а фруктоза и сахароза не реагируют.

Реакция «серебряного зеркала»:

Задача № 2

Определите параметры течения сыпучего материала и сделайте вы­вод о характере его течения. Если известна зависимость между усилием сдвига и нормальным давлением при движении внутри сухого молока (1), по отношению к стальной поверх­ности (2).

1	Рк , кПа	1,25	1,88	2,63	3,31	4,38
	Fτ отр. ,кПа	1,88	2,25	2,75	3,19	3,75
2	Рк , кПа	1,13	1,88	3,25	4,38	-
	Fτ отр. ,кПа	0,5	0,88	1,38	1,88	-

Решение

Когда движение сыпучей массы происходит по поверхности разнородных тел, т.е. осуществляется адгезионное движение, то согласно двучленному закону трения его можно представить следующим образом:

Fт
отр.
= m×(FN
ад.
+ Рвд.
),

где m – коэффициент внешнего трения.

Результаты измерений можно представить прямыми 3 и 3`, коэффициент внешнего трения равен тангенсу угла наклона этих прямых; т.е.

tga = m.

Отрезок, отсекаемый на оси ординат равен сцеплению при адгезии:

Сад.
= m×FN
ад.

Рис. 6. Зависимость сопротивления сдвига
F
т
отр.
от нормальной нагрузки Рв.д.
: 1 - при отсутствии адгезии или аутогезии; 2 ,2` - аутогезионный отрыв (движения); 3,3`- адгезионный отрыв (движения).

Прямые 2 и 2` рис. 1отражают аутогезионное движение сыпучей массы, которое аналитически определяется уравнением:

Fт
отр.
= mв
×(FN
аут.
+ Рвд.
)

Отрезок, отсекаемый на оси ординат,в этом случае, равен сцеплению при аутогезии:

Саут.
= mв
×FN
аут.

Представим экспериментальные данные в виде графика на рис.7.

1) По углу a определяем коэффициент внешнего трения уравнения и внутреннего трения (9) при аутогезионном движении сыпучей массы. Для облегчения расчетов используем программу Excel и модуль статистической обработки данных, позволяющий вывести параметры линейного тренда методом наименьших квадратов по точкам экспериментальных зависимостей.

Имеем:

- коэффициент внутреннего трения µв
= 0,606

- коэффициент внешнего трения µ = 0,415

2) Величины сцепления определяем как отрезок, отсекаемый продолжениями линейных трендов на оси ординат:

Саут.
=1,134 кПа;

Сад.
=0,056 кПа = 56 Па;

3) Далее по известному коэффициенту трения в соответствии с формулами Сад.
= m×FN
ад.
, Саут.
= mв
×FN
аут.
рассчитываем FN
ад.
, а также FN
аут.
, т.е. адгезию и аутогезию в расчете на 1 м2
поверхности.

Имеем:

FN
ад
= Сад.
/ m = 0,056 / 0,415 = 0,135 кПа = 135 Па (Н/м2
);

FN
аут
= Саут.
/ mв
= 1,134 / 0,606 = 1,871 кПа (Н/м2
);

Рис. 7 Зависимость между усилием сдвига и нормальным давлением при движении сухого молока

Вывод
: в данном случае значительно преобладает процесс аутогезии и движение будет осуществляться преимущественно по линии адгезии (стальная поверхность), что обеспечит в целом монолитное движение массы.

Задача № 3

Какова вязкость глицерина, если из капилляра длиной l=6ּ10-2
м и с радиусом сечения r = 25ּ10-5
м глицерин вытекает с объёмной скоростью 14ּ10-10м3/с под давлением р = 200 Па.

Решение

Для решения этой задачи следует использовать формулу Пуазейля:

где V – скорость истечения из капилляра; r – радиус капилляра; Р – давление, под которым вытекает жидкость; l – длина капилляра; η – вязкость жидкости.

Примем 8ȠƖ за х, тогда получим:

V
=
πr
4
P
;

x

х =
πr
4
P
;

V

x
= 3.14 * (25.
10-5
м)2
* 200Па
= 0,001752

14.
10-10
м3
/с

Решим уравнение:

8ȠƖ = 0,001752

Ƞ = 0,001752
= 0,00365 с.
Па = 365.
10-5
с.
Па

8*6.
10-2
м

Можно сделать вывод, что процесс проиходит при
t
10-15 о
С

Ответ: 365.
10-5
с.
Па

Задача № 4

Для различных реологических свойств теста, представленных в виде модели, состоящей из элементов, и характеризующих зависимость между напряжением деформации (s) и деформацией (g), определить вид содержание элементов (последовательное и параллельное), суммарное напряжение деформации и деформацию при различном сочетании элементов моделей. Изобразить, схематически, соединения элементов с указанием численных значений g, s.

Номера задач	№ моделей в соответствии с номером задач	Деформация, g	Напряжение деформации, s, кПа.
66	1	0,09	0,9
	2	0,11	0,9
	3	0,2	0,9

Решение

Так как напряжение деформации одинаково для всех элементов, то подходящая модель – последовательное соединение моделей.

При последовательном соединении элементов полная нагрузка Р приходится на каждый элемент, а полная деформация g или ее скорость складываются из дефор­маций и скоростей составляющих элементов:

Р = Р1
= Р2
=¼= Рn

g = g1
+g2
+¼+gn
и = 1
+2
+¼+n

Имеем: Р = Р1
= Р2
= Р3
= 0,9 кПа.

g = g1
+g2
+ g3
= 0,09+0,11+0,2 = 0,40.

Рис. 8 Последовательное соединение элементов модели.

Р = Р1
= Р2
= Р3
= 0,9 кПа – суммарное напряжение;
g
=
g
1
+
g
2
+
g
3
= 0,09+0,11+0,2 = 0,40 – суммарная деформация.

Список используемой литературы

1. Голубев В.Н. Справочник работника общественного питания / В.Н. Голубев, М.П. Могильный, Т.В. Шленская; под ред. В.Н. Голубева. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 590 с.

2. Могильный М.П. Технология продукции в общественном питании: справочное пособие / М.П. Могильный. – М.: ДеЛи принт, 2005. – 320 с.

3. Общественное питание. Справочник кондитера / Под ред. М.А. Николаевой, Н.И. Номофиловой. – М.: Экономические новости, 2003. – 640 с.

4. Ратушный А.С. Технология продукции общественного питания. В 2-х т. Т. 1. Физико-химические процессы, протекающие в пищевых продуктах при их кулинарной обработке / А.С. Ратушный, В.И. Хлебников, Б.А. Баранов, Т.В. Журбрева, Л.В. Бабиченко, Е.Я. Троицкая, Л.М. Алешина, Н.С. Алекаев; под ред. д-ра техн. наук, проф. А.С. Ратушного. – М.: Мир, 2004. – 351 с.

5. Ратушный А.С. Технология продукции общественного питания. В 2-х т. Т. 2. Технология блюд, закусок, напитков, мучных, кулинарных, кондитерских и булочных изделий / А.С. Ратушный, Б.А. Баранов, Н.И. Ковалев, Г.Н. Ловачева, Т.В. Жубрева, Е.Я. Троицкая, Н.Н. Лучкина, А.Н. Трегубова, Л.М. Алешина; под ред. д-ра техн. наук, проф. А.С. Ратушного. – М.: Мир, 2004. – 416 с.

6. Рогов И.А. Химия пищи. Кн. 1 / И.А. Рогов, Л.В. Антипова, Н.И. Дунченко, Н.А. Жеребцов. – М.: Колос, 2000. – 384 с.