При конвективної сушінні волога видаляється з матеріалу за рахунок випаровування з поверхні. На зміну випарувалася з глибини матеріалу вологи під дією градієнта концентрації переміщається наступний потік вологи. Під дією температурного градієнта волога переміщається від більш нагрітих шарів на поверхні матеріалу до менш нагрітих - всередині. Це називається термовлагопроводность. Таким чином виникає два потоки вологи.
Під дією градієнта концентрації
і під дією градієнта температур
kw і kt - коефіцієнти масопередачі в цих Процес, що залежать від структури матеріалу і виду зв'язку вологи з матеріалом.
Сумарно потік переміщається вологи
залежить від величин діючих градієнтів.
Щоб уникнути негативного впливу градієнта температури на швидкість сушіння намагаються знизити температуру сушильного агента, вдаються до переривчастим процесам сушіння з короткочасним прогріванням і потім охолодженням і т. Д.
Роль фізико - хімічних реакцій в технології
Перетворення різноманітної сировини в продукти харчування пов'язане з протіканням багатьох фізико-хімічних реакцій. До них відносять отримання патоки способом кислотного, кислотно - ферментативного, ферментативно - кислотного методів, різних жирів способом гідрогенізації і переетерифікації, інвертного цукру шляхом кислотного гідролізу сахарози і т.д.
Швидкість хімічних реакцій має велике значення. Вона характеризується зміною концентрації одного з вихідних речовин в одиницю часу. Якщо зміна концентрації віднести до нескінченно малому проміжку часу, то похідна концентрації по часу становитиме справжню швидкість реакції в даний момент:
Оскільки швидкість реакції завжди позитивна, а зміна концентрації вихідних речовин негативно, то в правій частині рівняння ставлять знак мінус.
Фактори, що впливають на швидкість хімічних реакцій
Основні чинники - це концентрація реагуючих речовин, температура, наявність каталізатора.
Вплив концентрації. Залежність швидкості хімічних реакцій від концентрації визначається законом дії мас, який в загальному вигляді записується так:
де К - коефіцієнт пропорційності, званий константою швидкості реакції.
Ca і Cв - концентрації речовин а й в, що беруть участь в хімічній реакції.
n і m - стехіометричні коефіцієнти.
Вплив температури. З підвищенням температури швидкість реакції зростає, що пов'язано зі збільшенням константи швидкості реакції. Згідно з правилом Вант-Гоффа підвищення температури на 10 0 С збільшує швидкість реакції в 2-4 рази. Можна розрахувати температурний коефіцієнт швидкості реакції:
де Kt + 10 - константа при температурі t + 10 0.
Kt - константа швидкості реакції при температурі t.
Вплив каталізатора. Каталізатор - речовина, яка різко змінює швидкість реакції. При внесенні каталізатора реакція проходить через кілька проміжних стадій, що потребують меншої енергії активації, ніж пряма реакція без каталізатора, що призводить до колосального зростання швидкості реакції.
Повільно протікає процес, наприклад реакція А + В = АВ
в присутності каталізатора К проходить в дві стадії:
А + К = АК (проміжне з'єднання)
Більшість каталітичних реакцій позитивно, т. Е. В присутності каталізатора їх швидкість зростає. Однак зустрічається негативний каталіз. В цьому випадку каталізатор називають інгібітором. Якщо інгібітор гальмує процес окислення, його називають антиоксидантом.
Гідроліз - реакція розкладання складних речовин (білків, жирів, вуглеводів) до більш простих під дією кислот і лугів з приєднанням молекули води.
Гідроліз білків. Білки ® пептиди ® пептони ® амінокислоти.
Гідроліз жирів. Жири (прості) ® вищі жирні кислоти і гліцерин.
Гідроліз вуглеводів, наприклад сахарози:
HCl глюкоза фруктоза
Отриманий інвертний сироп має властивості антикристаллизатором і гігроскопічністю, тобто здатністю поглинати вологу з навколишнього повітря.
Антікрісталлізаціонние властивості інвертного сиропу використовують при виробництві карамелі.
Гідроліз сахарози може відігравати негативну роль, наприклад, в цукровому виробництві, тому що при цьому збільшуються втрати сахарози за рахунок її розкладання
Не менш важлива роль при належить гідролізу крохмалю. При кип'ятінні з кислотами крохмаль перетворюється на глюкозу.
крохмаль декстрини мальтоза глюкоза
Залежно від глибини гідролізу отримують патоку різних властивостей і складу. Патока - продукт неповного ги дроліза крохмалю.
Суть реакції. Низькомолекулярні продукти розпаду білків (пептиди, амінокислоти), що містять вільну амінну групу (- NH2), можуть вступати в реакцію з сполуками, до складу яких входить карбонильная група = С = О, наприклад, з альдегідами і відновлюють цукрами (фруктозою, глюкозою, мальтозою ), в результаті чого відбувається розкладання як амінокислоти, так і цукру. З амінокислоти утворюються альдегід, аміак і діоксид вуглецю, а з цукру-фурфурол і оксиметилфурфурол. Альдегіди надають аромат харчових продуктів. Фурфурол і оксиметилфурфурол вступають в з'єднання з амінокислотами, утворюючи Темна продукти, звані меланоидинов.
Освіта меланоидинов - основна причина потемніння харчових продуктів в процесі їх виготовлення, сушіння та зберігання. Особливо інтенсивно ця реакція протікає при підвищених температурах під час випічки хлібобулочних і борошняних кондитерських виробів; в процесі уварювання цукрових розчинів при виробництві цукрового піску; при сушінні солоду; при самозігріванні зерна; в процесі теплової обробки вин; при приготуванні ірисний і помадних мас типу крем-брюле. Темніють фруктово - ягідні пюре, соки, повидла при тривалому нагріванні цих продуктів при високій температурі, при фасуванні їх в гарячому вигляді і зберіганні при підвищеній температурі. При виробництві деяких продуктів створюють спеціальні умови для реакції меланоидинообразования. У хлібопеченні, наприклад, для отримання пшеничного хліба приємного смаку і аромату, з рум'яною скоринкою, технологічний процес ведуть так, щоб до моменту випічки в тесті містилося 2-3% цукру до маси сухих речовин борошна і необхідну кількість амінокислот, які можуть вступити в хімічну взаємодія.
Дегідратація. Одна з реакцій, що протікають в процесі меланоидинообразования, пов'язана з дегідратацією і розкладанням цукрів при нагріванні. Вона може протікати і самостійно під впливом високих температур на середовища і концентрації цукру. Моносахариди при нагріванні в кислому або нейтральному середовищі дегідратірующая, тобто розкладаються з виділенням однієї або двох молекули води, викликаючи ряд їх перетворень. Характер цих перетворень різний і залежить від умов нагрівання, при цьому утворюються ангідриди цукрів. Ці сполуки реакційно здатні і можуть з'єднуватися один з одним або з незмінною молекулою глюкози і утворювати продукти конденсації (реверсії). При тривалому тепловому впливі отщепляется третя молекула води і утворюється оксиметилфурфурол, який при подальшому нагріванні може розпадатися з руйнуванням вуглецевого скелета.
Продукти розкладання цукрів мають різні властивості. Оксиметилфурфурол, фарбувальні і гумінові речовини підвищують кольоровість і гігроскопічність продуктів і негативно позначаються при виробництві цукру і карамелі. Ангідриди і продукти конденсації здатні затримувати кристалізацію сахарози з карамельної маси і не впливають на гігроскопічність і кольоровість продукту.
На характер реакції впливає температура (при підвищенні на кожні 10 0 С наростання кольоровості збільшується в 3 рази) і рН середовища (з підвищенням кислотності, в лужному середовищі посилюється накопичення забарвлених продуктів).
Ці властивості цукрів враховують при розробці параметрів технологічних процесів.
У загальному вигляді схему змін сахарози можна змалювати таку картину:
Сахароза ® Моносахариди ® Ангідриди ® оксиметилфурфурол
(Суміш глюкози цукрів
і фруктози) ¯ ¯
Продукти реверсії Барвники Мурашина
Сульфітація. При переробці плодів і овочів потемніння відбувається за рахунок біохімічних процесів і освіти меланінів. Для запобігання потемніння їх сульфитируют, тобто обробляють діоксидом сірки або H2 SO3.
При сульфітації продукту йде освіту сірчистої кислоти, яка є сильним відновником,
Частково сірчиста кислота переходить в сірчану:
Вирізняється водень надає знебарвлюється дію.
Органічні барвники завжди містять ненасичені хромофорні групи, при відновленні їх H2 SO3 за місцем розриву подвійних зв'язків приєднується водень, в результаті забарвлені речовини перетворюються в безбарвні лейкосполуки. Ефект знебарвлення може досягати 30%.
Сульфітують дифузний сік при його очищенні в цукровому виробництві, овочі і плоди при їх переробці.
При консервації плодів і овочів сульфітування, тобто діоксид сірки, сірчиста кислота і її солі виконують роль антисептика, викликаючи глибокі зміни в клітинах мікроорганізмів, особливо молочнокислих і .уксуснокіслих бактерій. Дія її на мікроорганізми пов'язано з властивостями, що відновлюють - будучи акцептором кисню, сірчиста кислота затримує дихання мікроорганізмів, що веде до загибелі мікрофлори.
Окислення. Велику роль цей процес відіграє при зберіганні жирів, масел і містять жири. Жири при тривалому зберіганні прогоркают, що пов'язано як з хімічними перетвореннями під дією світла і кисню повітря, так і з дією деяких ферментів.
Найбільш простий випадок прогоркания, часто спостерігається при зберіганні коров'ячого масла і маргарину, полягає в обмиленні жиру і появі у вільному вигляді масляної кислоти.
Зустрічається прогоркание, обумовлене окисленням ненасичених жирних кислот, у вигляді масляної кислоти, яка надає продукту неприємний запах, властивий цій кислоті. Кисень приєднується за місцем подвійних зв'язків, утворюючи пероксиди,
В результаті розкладання пероксидів жирних кислот утворюються альдегіди, які надають жиру неприємні запах і смак. Для запобігання окислення жирів їх можна зберігати в вакуумі або застосувати антиоксиданти - бутілоксіанізол і бутилокситолуол, їх вводять в малих колочествах, 0,01% до маси жиру.