1. Тема лекции: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ОБЕЗВОЖИВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
План проведения лекции:
1 Растительное сырье как объект сушки
2 Виды связи влаги в материале
2.1 Химическая связь
2.2 Физико-химическая связь
2.3 Механическая связь
Лектор: к.т.н., доцент Усупкожоева А.А.
Технология сушки
ЛЕКЦИЯ №1
2. Технология сушки
Растительное сырье как объект сушки
Растительное сырье имеет капиллярно-пористую структуру.
Химический состав
растительного сырья
углеводы белки
липиды
3. Эти компоненты наиболее подвержены неблагоприятным
изменениям при подготовке материала к сушке, а также в процессе
самой сушке, что и приводит к снижению биологической ценности
готового продукта.
Растительное сырье как объект сушки
Технология сушки
В небольших количествах содержатся биологически
активные вещества, которые определяют вкус и
биологическую ценность сырья:полифенолы
витамины
органические
кислоты
минеральные
вещества
4. Технология сушки
Гидрофильные вещества в клетке находятся в виде водных растворов.
Гидрофобные – в виде эмульсий и коллоидных растворов.
Наибольшее количество воды содержится в паренхимных тканях,
меньше в покровных и совсем мало - в семенах. Поэтому очищенное,
подготовленное к сушке сырье содержит больше воды, чем исходное.
Большую часть сухих веществ растительного сырья составляют
углеводы. Они обусловливают вкусовые качества, консистенцию,
технологические особенности переработки сырья. Картофель и бобовые
из углеводов содержат преимущественно крахмал, овощи и фрукты –
моно- и дисахара: глюкозу, фруктозу, сахарозу.
Высокое содержание моносахаров приводит при сушке к реакции
меланоидинообразования и потемнению продукта. Высокое содержание
сахаров в плодах и ягодах приводит к увеличению продолжительности
процесса сушки.
5. Технология сушки
Целлюлоза, гемицеллюлоза – основные компоненты, которые образуют
каркас растительной клетки, в воде не растворяются и при сушке практически не
изменяются.
Пектиновые вещества – обладают способностью связывать влагу и
увеличивают продолжительность сушки.
Белки при сушке денатурируют, частично гидролизуются, изменяется
аминокислотный состав сушеной продукции.
Полифенольные вещества обладают высокой биологической активностью,
играют роль в формировании вкуса, цвета, запаха. При технологической обработке
часто являются причиной ферментативного потемнения.
Органические кислоты легко растворяются в воде и при мойке (особенно
очищенного и нарезанного сырья) наблюдаются значительные их потери.
Витамины являются очень лабильными и чувствительны к изменению
температуры и воздействию кислорода. Это необходимо учитывать, как при
подготовке сырья к сушке, так и в процессе самой сушки.
Минеральные вещества при сушке практически все сохраняются. Но во
избежание их потерь нельзя долго держать в воде очищенное и нарезанное сырье.
6. Виды связи влаги в материале
Технология сушки
Процесс удаления влаги сопровождается изменением физико-химических
показателей продукта, его теплофизических характеристик и
структурно-механических свойств.
Вода – основной компонент растительных клеток, на ее долю
приходится от 75 до 90 %. Различают свободную и связанную влагу.
Влажные пищевые продукты
твердый сухой каркас вода воздухпар
7. Технология сушки
Свободная влага – не связана с молекулами вещества, может свободно
перемещаться из клетки в клетку. Она используется для питания и
поддержания жизнедеятельности клетки. Это основное количество влаги.
Связанная влага – образуется в результате взаимодействия с
молекулами вещества и характеризуется следующими физико-химическими
свойствами:
слабо, либо совсем не растворяет вещества, которые растворимы в
свободной воде;
имеет удельную теплоемкость ниже обычной и примерно равной
теплоемкости льда;
замерзает при низких отрицательных температурах
обладает повышенной плотностью по сравнению со свободной влагой;
не электропроводна, в отличие от чистой воды, так как не содержит
растворимых веществ.
Виды связи влаги в материале
8. Технология сушки
Энергия, затраченная на удаление 1 кг/моль воды из влажного
материала, определяется по уравнению (1.1):
А = -R*T*lnφ (1.1)
где: А – энергия связи влаги, Дж/моль;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль*К);
Т – температура, 0С
φ – относительная влажность воздуха.
При наличии в материале свободной влаги А=0. По мере удаления влаги
прочность ее связи с материалом увеличивается и энергия связи А
возрастает. Чем меньше влагосодержание материала, тем больше величина
энергии связи.
Виды связи влаги в материале
9. Химическая связь
Технология сушки
Химически связанная влага подразделяется на воду, связанную в виде
гидроксильных ионов и воду, заключенную в кристаллогидраты. Первая
образуется в результате химического взаимодействия воды с материалом в
определенном соотношении, при котором вода, как таковая, исчезает. Удалить
эту влагу можно только в результате химического взаимодействия, реже при
прокаливании.
Кристаллогидратная влага входит в структуру кристалла и удаление ее
возможно только при прокаливании. Эта влага характеризуется количеством
молекул воды, которые входят в состав кристалла.
Химическая связь самая прочная, химически связанная влага при сушке
практически не удаляется и на процесс сушки не влияет. Энергия связи
химической влаги самая высокая (1-100*105 Дж/моль).
10. Физико-химическая связь
Технология сушки
Адсорбционно-связанная влага. Эта влага удерживается у поверхности
раздела коллоидных частиц с окружающей средой, благодаря молекулярно-
силовому взаимодействию поверхности мицелл и гидрофильных центров
белков, углеводов и липидов.
Большинство растительных продуктов – гидрофильные коллоиды с высокой
молекулярной массой, высокой степенью дисперсности (размер частиц 10 -7-
10 -9 м), большой поверхностью раздела, а это приводит к появлению
значительной поверхностной энергии. Под действием избыточной энергии
на внутренней и внешней поверхности материала происходит поглощение
молекул воздуха и водяного пара из окружающего пространства. Это
явление называется адсорбция. Кроме этого, на поверхности может
происходить обычное растворение влаги с проникновением внутрь
вещества. Это явление называется абсорбция. Или же может происходить
химическое взаимодействие между влагой и поверхностными веществами.
Это явление называется хемосорбция. Все эти процессы в совокупности
называются сорбцией. Но так как преобладает в растительных продуктах
адсорбция, то связанную таким образом влагу называют адсорбционной.
11. Физико-химическая связь
Технология сушки
Осмотические связанная влага. Эта влага отличается от адсорбционной тем,
что соединение с материалом не сопровождается выделением теплоты и связь
менее прочная.
Высокая растворяющая способность воды объясняется дипольным
характером ее молекул и их способности к образованию водородных связей.
Свойства водных растворов зависят от сил взаимодействия между
молекулами воды и растворенных веществ. Осмос – процесс диффузии
растворителя через полупроницаемую мембрану под действием кинетической
энергии молекул. А оболочки соединений, входящий в состав продукта,
являются полупроницаемыми. Диффузия растворителя (воды) происходит из
области с более высоким парциальным давлением (меньшей концентрации
раствора) в сторону меньшего парциального давления (большей
концентрации раствора). В результате этого процесса возникает осмотическое
давление – сила, которая обусловливает диффузию молекул.
Для растворов величина осмотического давления (Росм) равна:
Росм. = С*R*T (1.2)
где: С – молярная концентрация раствора;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль*К);
Т – температура, 0С.
12. Механическая связь
Технология сушки
Механически связанная влага самая слабая, удерживается за счет заполнения
макро- и микрокапилляров. Растительные ткани имеют в зависимости от
размера пор микро- или макрокапиллярное строение. Поэтому эту влагу также
называют капиллярно-связанной.
Капиллярно-связанная влага обусловлена поверхностным натяжением и
капиллярным давлением. Под действием давления происходит поднятие влаги
в капиллярах. Высота поднятия воды зависит от радиуса капилляра: при
радиусе 10 -1 см, высота подъема равна 1,5 см; при 10 -6 см – высота подъема
1,5 км. В зависимости от размера капилляры делятся микрокапилляры (радиус
меньше 10 -7 м) и макрокапилляры (радиус больше 10 -7 м).
Капилляры с меньшим радиусом имеют меньшее поверхностное давление, чем
более широкие, поэтому вода в них поднимается на большую высоту. В
процессе сушки вода из макрокапилляров перемещается в более мелкие и
оттуда испаряется. При этом уровень влаги в крупных капиллярах
уменьшается, а в мелких – остается постоянным.
13. Вода, находящаяся в микрокапиллярах, отличается от свободной меньшей
вязкостью и поверхностным натяжением и большей теплоемкостью.
Температура замерзания такой влаги меньше 00С. Энергия связи в
микрокапиллярах определяется по уравнению (1.4):
А = 2*σ*V0/r (1.4)
где: σ - поверхностное натяжение на границе воды с паровоздушной
смесью, Н/м;
V0 – удельный объем кг/м3;
r – радиус капилляра, м
Это уравнение указывает на увеличение энергии связи с уменьшением
радиуса капилляров. Механически связанная влага практически не
отличается от свойств свободной воды, ее можно рассматривать как
свободную влагу, которая при сушке легко удаляется в первую очередь.
Свободная влага находится на поверхности продуктов, в крупных порах и
макрокапиллярах, она легко удаляется механическим путем (отжатием,
прессованием).
Механическая связь
Технология сушки
