Главная | Обратная связь

Характеристика процесса набухания

РЕФЕРАТ

Выполнил студент гр.1491

«10» декабря 2012г.

Андреева Алёна Александровна/__________/

 

Проверил: Заведующий кафедрой ТПСП

«_____» декабря 2012г.

Глущенко Л. Ф. /___________

 

Великий Новгород

2012 год

Содержание

1. Характеристика процесса набухания……………………………………3

2. Факторы влияющие на процесс набухания……………………………10

3. Процесс набухания в перерабатывающем производстве……………..11

3.1.Технология производства киселей…………………………………11

3.2. Технология производства колбасы…………………………………14

3.3. Технология производства пастилы………………………………...16

3.4. Технология приготовления теста……………………………….....18

3.5. Технология приготовления пудинга ……………………...………20

4. Пределы изменения параметров процесса набухания в технологических процессах ………………………………………………………………..…22

4.1 Условия клейстеризации крахмала при приготовлении киселя…………………………………………………………………….22

4.2 Условия протекания процесса набухания при приготовлении колбасы…………………………………………………………………...25

4.3 Условия протекания процесса набухания при приготовлении пастилы…………………………………………………………...………28

4.4 Условия протекания процесса набухания при приготовлении муки………………………………………………………………………29

5. Технологические средства для контроля за изучением процесса набухания. Обоснование возможности автоматизации процесса набухания в изучаемых технологических процессах………………………………………………..…..32

5.1 Технологическая схема приготовления теста.……………………..33

5.2. Технологическая схема приготовления колбасы…………...……35

5.3. Технологическая схема приготовления пастилы…………………38

Заключение …………………………………………………………………….41

Характеристика процесса набухания

Для начала дадим характеристику, что же такое набухание.

Набухание- это увеличение объема (массы) полимерного тела в результате поглощения жидкости или ее пара при сохранении им свойства нетекучести (т.е. форма образца обычно не изменяется). Набухание - увеличение объема твердого тела вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости.

Набуханием называется процесс увеличения первоначального объема твердого высокополимерного соединения.

Набухание часто является начальным этапом растворения высокомолекулярных веществ. Существуют органическое и неорганическое набухание. И масса полимера достигают определенных значений и дальнейший контакт полимера с растворителем не приводит к каким-либо изменениям. Ограниченно набухший полимер называется студнем. Процесс неограниченного набухания не имеет предела набухания. С течением времени полимер поглощает все большее количество жидкости и набухание переходит в растворение.

Причиной набухания является диффузия молекул низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество. Между макромолекулами полимера обычно имеются небольшие промежутки, размер которых соизмерим с размером молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро проникают между макромолекулами, раздвигая молекулярные цепи. Если макромолекулы полимера гибкие, то благодаря их тепловому движению диффузия растворителя ускоряется. Полимеры с жидкими молекулярными цепями всегда набухают значительно хуже.

Набухание включает не только простую диффузию – проникание молекул жидкоти в полимер, но и сольвацию макромолекул, т.е. взаимодействие молекул растворителя с молекулами полимера. Макромолекулы полимеров состоят из полярных и неполярных групп. При взаимодействии высокомолекулярного вещества с полимером сольватирует не вся макромолекула. Если растворитель полярен, то сольватируются полярные группы, если неполярен, то сольватируются неполярные группы. В зависимости от того, каких групп в полимере больше, он будет быстрее набухать в полярном или неполярном растворителе. Обычно набухание – избирательное явление, так как полимер набухает в жидкостях, близких к нему по химическому строению. Так, углеводородные полимеры типа каучука набухают в неполярных жидкостях – бензине, бензоле. Полимеры, в состав молекул которых входят полярные группы, набухают в воде и спиртах.

Процесс набухания можно разделить на две основные стадии. На первой стадии низкомолекулярный растворитель, диффундируя в высокомолекулярное вещество, сольватирует его макромолекулы. Образование сольватной (гидратной, если средой является вода) оболочки молекулы полимера сопровождается выделением теплоты, поэтому первая стадия набухания сопровождается тепловым эффектом.

Молекулы растворителя в сольватной оболочке обладают плотной оболочкой, которая обуславливает близким расположением молекул около сольватируемых групп, и, следовательно, растворитель в сольватной оболочке имеет более высокую плотность. Вследствие сжатия растворителя в сольватных оболочках на первой стадии набухания наряду с увеличением объема полимера происходит уменьшение суммарного объема всей системы. Сумма объемов полимера до набухания и поглощенной полимером жидкости больше, чем объем набухшего полимера. Это явление называется внутренним сжатием или контракцией.

На второй стадии набухания, идущей без теплового эффекта, а иногда и с поглощением теплоты, обычно наблюдается основные увеличение объема полимера. Молекулы жидкости на этой стадии набухания диффундируют в полимер, в результате чего происходит смешивание больших и гипких макромолекул с молекулами растворителя. Из-за односторонней диффузии, характеризующей эту стадию, её называют осмотической.

Иногда на второй стадии набухания происходит переход некоторой части макромолекул в низкомолекулярный растворитель. Ограниченное набухание заканчивается на второй стадии неограниченное набухание приводит к растворению полимера.

Набухание полимера характеризуется степенью набухания. Степень набухания зависит от прочности и числа межмолекулярных связей в полимере. Чем прочнее межмолекулярные связи и чем их больше, те хуже набухает полимер.

Если набухание высокомолекулярного вещества идет в каком – либо ограниченном пространстве, препятствующем увеличению объема, то возникает давление набухания, достигающее на начальной стадии набухания нескольких мегапаскалей. Оно может стать причиной разрыва емкостей, наполненных набухающими материями. При хранении и перевозке многих пищевых продуктов, таких, как зерно, крупа, мука, необходимо учитывать возможность их набухания.

Чаще всего жидкой дисперсионной средой в пищевых производствах служит вода. При этом следует учитывать, что часть воды находится в свободном состоянии, а часть - в связанном.

В системах, в состав которых входит биополимеры (высокомолекулярные природные соединения – белки, полисахариды), часть воды, прочно связанная с поверхностью этих макромолекул, образует гидратную оболочку. Например, 1 г яичного альбумина связывает 0,25 г воды, образую гидратный слой толщиной 0,25 нм. В связи с присутствием макромолекул связанная вода значительно отличается по своим свойствам от обычной воды. Её нельзя использовать в качестве растворителя веществ, она не замерзает даже при t = -70⁰С. Для связанной воды характерна пониженная электропроводность. Свободная же вода служит реакционной средой и растворителем вещества. При участие гидролитических ферментов она вступает во множество реакций, в результате которых образуются новые вещества. Таким образом, свободная вода является и активным участником биохимических реакций.

Ярким примером процесса набухания высокополимеров служит процесс замеса и образования теста из пшеничной муки, ведущая роль в котором принадлежит гидратации ( сольватации в водных растворах) ВМС муки. Мука, состоящая главным образом из сухих протеиновых гелей и крахмальных зерен, при замешивании теста ( при взаимодействии с водой) проявляет коллоидные свойства.

Крахмал муки, смоченный водой при комнатной температуре, может адсорбционно связать 35….40% влаги. При более высокой температуре и достаточном количестве воды связанные крахмала с водой увеличивается, а при температуре 60⁰С и избытке воды происходит процесс клейстеризации крахмала, т.е. нарушение структуры крахмальных зерен и образование коллоидного раствора.

Крахмал, смоченный водой в любом соотношении и в любых условиях, не образует связанного тесла.

Ведущая роль в образовании теста принадлежит белкам пшеничной муки.

Белки способны набухать в холодной воде и удерживать воду в количестве в 2….2,5 раза больше своей массы. При замешивании теста из пшеничной муки при достаточном количестве воды легко и сравнительно быстро ( через 3…5 мин) образуют тончайшие нити и пленки, связывающие и склеивающие между собой зерна увлажненного крахмала. Благодаря этому пшеничное тесто приобретает упруговязкопластичные свойства, какими не обладает тесто из других злаков.

Взаимодействие белков с водой состоит из двух основных стадий, тесно связанных между собой.

Первая стадия набухания – связывание ничтожных количеств воды благодаря активности гидрофильных групп белков с образованием вокруг них сольвативных групп белков с образованием вокруг них сольватированных оболочек. На этой стадии набухании значительного увеличивается объема не происходит, так как количество связанной воды невелико – около 30 %.

Вторая стадия набухания протекает без выделения теплоты, но со значительным увеличением объема, так как количество воды, связанное белками на этой стадии, составляет свыше 200%. Белки пшеничной муки неоднородны и представляют собой комплекс различных фракций с разной молекулярной массой и различной водопоглотительной способностью. Низкомолекулярная фракция легко подвергается разрыхляющему действию воды и частично пептизируется, т.е. распадается на более мелкие частицы. Последнее создает в белковом комплексе осмотическое давление, которое обуславливает диффузию воды внутри комплекса, сопровождающуюся увеличением объема.

Крахмал муки состоит из двух основных фракций – амилозы и амилопектина. Амилоза содержится внутри крахмальных зерен, а амилопектин образует их наружную оболочку. Амилоза отличается меньшей величиной частиц и меньшей молекулярной массой ( около 80 000), а амилопектин – большей величиной частиц и большей молекулярной массой ( 115 000 ). Это позволяет рассматривать зерно крахмала как осмотическую ячейку, внутри которой находится растворяемая низкомолекулярная фракция – амилоза, обусловливающая избыточное осмотическое давление и приток воды внутри ячейки.

Гидротация муки при разных температурах зависит от поведения белков и крахмала. В температурном интервале 25 …. 40⁰С гидратация муки происходит преимущественно за счет белков клейковины. Повышение температуры до 60 ⁰С приводит к резкому усилению этого процесса в результате значительного увеличения гидратации крахмала при понижении этой способности у белков клейковины.

Таким образом, набухание пшеничной муки при низкой температуре (25..40^оС) в основном протекает вследствие осмотического набухания белков, а при более высокой температуре (60^оС) – в результате осмотического связывания воды крахмалом.

В связи с этим схему образования теста можно представить в следующем виде.

Белки, содержание которых в пшеничной муке составляет 10..20%, при температуре замеса около 30 ^оС поглощают незначительное количество воды за счет взаимодействия гидрофильных групп белка с водой, а значительное количество воды диффундирует внутрь белка в результате наличия в нем избыточного осмотического давления.

Крахмал, содержание которого в пшеничной муке достигает 70%, при той же температуре теста поглощает до 30% воды благодаря активности гидрофильных групп. Так как в муке количественно преобладает крахмал, то содержание влаги, связанное крахмалом и белками клейковины, приблизительно одинаково. При неограниченном оводнении коллоидов муки часть воды находится в капиллярах теста в свободном состоянии. Незначительная часть растворимых белков, а также сахара и неорганические соли находится в растворе.

Набухшие белки во время замеса плотно соприкасаются друг с другом и образуют сплошную белковую сетку с адсорбционно связанными с ними, слабо набухшими крахмальными зернами. В белковую сетку, кроме того, входят другие нерастворимые вещества. Это приводит к образованию массы (теста), обладающей упруговязкопластичными свойствами.

Недостаточное количество воды при замесе теста приводит к получению несвязной массы увлажненного сырья. При избыточном количестве воды, добавляемой к муке, не образуется связанного теста, а получатся мучная болтушка, в которой частицы набухшего белка разделены водными оболочками, препятствующими соприкосновению их и образованию клейковинных нитей.

Тесто, используемых для мучных кондитерских изделий, - более сложное, так как в состав его кроме муки и воды входят и другие виды сырья, в первую очередь сахар и жир, влияющие на набухаемость коллоидов муки.

Сахар, присутствующий в кондитерском тесте в виде водного раствора, оказывает влияние на степень набухания белков клейковины. С увеличением концентрации сахара степень набухания белков снижается.

Жир, адсорбируется на поверхности белков, образует пленки, препятствующие проникновению воды внутрь макромолекул белков, что ослабляет связь между ними, при этом увеличивается упругость и увеличивается пластичность теста.

Таким образом, регулируя количество сахара и жира, добавляемых при замесе теста, можно получить тесто с определенными физическими свойствами.