ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА И МЕТОДЫ

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ

Часть 3.

Учебно-практическое пособие для студентов

специальности 351100 всех форм обучения

УДК 541.18/075.8

ã Грузинов Е.В., Улитина Ю.И. Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров. Часть 3. Учебно-практическое пособие.- М.: МГУТУ, 2004.

Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО.

В учебно-практическом пособии доктора химических наук, профессора Е.В. Грузинова и кандидата технических наук, доцента Ю.И. Улитиной в кратком и систематическом виде изложены основные понятия физико-химических свойствах дисперсных систем как разновидностей пищевых масс. После каждой темы даны вопросы для самоконтроля и тесты. Имеется словарь основных понятий.

Пособие предназначено для студентов специальности 3511 «Товароведение и экспертиза товаров» всех форм обучения.

Автор: Грузинов Евгений Владимирович, Улитина Юлия Игоревна

Рецензенты:

Грицкова И.А. д.х.н., профессор кафедры «Синтез полимеров» Московской академии тонкой химической технологии;

Ливинская С.А. к.т.н., доцент, зав. Кафедрой «Технология жиров и биоорганического синтеза» Московского государственного университета пищевой промышленности.

Редактор: Свешникова Н.И.

ãМосковский государственный университет технологий и управления, 2004.

109004, Москва, Земляной вал, 73.

Содержание

Введение …………………………………………………………………. 4

1. Общие сведения о физико-химических свойствах

дисперсных систем ……………………………………………. 4

1.1. Класификация дисперсных систем ………………………………. 4

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 7

Тест по теме ………………………………………………………….. 7

1.2. Виды дисперсных систем …………..………………………….. 7

1.2.1. Золи, суспензии, гели, пасты ……………………………………….. 7

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 8

Тест по теме ………………………………………………………..… 9

1.2.2. Эмульсии ………………………………………………………….. 9

1.2.2.1. Получение эмульсий …………………………………………….. 12

1.2.2.2. Разрушение эмульсий ……………………………………… 12

1.2.2.3. Эмульсии в производстве и потребление их

в качестве продуктов питания ……………………………………... 13

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 13

Тест по теме ………………………………………………………….. 14

1.2.3. Пены …………………………………………………………………. 14

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 15

Тест по теме ………………………………………………………….. 15

2. Пищевые массы как структурированные системы …………… 15

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 18

Тест по теме ………………………………………………………….. 18

3. Особенности пищевых масс как дисперсных систем ………………….. 18

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 19

Тест по теме ………………………………………………………….. 19

Вопросы по дисциплине …………………………………………….. 20

Вопросы для самоконтроля …………………………………………….. 21

Список рекомендуемой литературы ………………………………………. 22

Словарь основных понятий …………………………………………….. 23

Введение

Подавляющее большинство пищевых масс представляет собой коллоидные /дисперсные/ системы. В дальнейшем будет употребляться термин «дисперсные системы». Без понимания особенностей дисперсных систем, их физико-химических свойств невозможно правильное применение тех или иных современных методов исследования для получения точной оценки качества продовольственных товаров.

1. Общие сведения о физико-химических свойствах дисперсных систем

1.1. Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы – такие гетерогенные системы, которые по крайней мере состоят из двух фаз. Одна из них – дисперсная фаза – является раздробленной /прерывной/, а другая – дисперсионная среда – представляет собой непрерывную нераздробленную часть системы.

Фаза – гомогенная, т.е. одинаковая однородная во всех точках система.

Между дисперсной фазой и дисперсионной средой образуется граница раздела. Необходимым условием образования дисперсных систем является нерастворимость или ограниченная растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде. Дисперсионной средой может быть жидкость, твердое тело или газ.

Рис. 1. Дисперсная система

1. – дисперсионная среда

2. – дисперсная фаза

3. – граница раздела фаз

Классифицировать дисперсные системы можно на основе следующих общих признаков:

1. Агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды.

2. Размер и распределение частиц дисперсной фазы по размерам.

3. Вид дисперсной фазы.

Таблица 1

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию

Дисперсионная среда Дисперсионные системы для дисперсных фаз

Твердых Жидких Газовых

Жидкая твердожидкие (золи, суспензии, гели, пасты) жидко-жидкие (эмульсии, кремы) газо-жидкие (газовые, эмульсии, пены)

Твердая твердо-твердые (твердые золи, сплавы) жидко-твердые (твердые, эмульсии, простые тела) твердо-твердые (твердые пены, пористые тела)

Газовая твердо-газовые (дым, пыль) жидко-газовые (туман) газо-газовые (маловероятно)

На основании классификации, представленной в таблице №1, может быть проведена характеристика продовольственных потребительских товаров, как дисперсных систем.

Таблица №2

Характеристика некоторых пищевых продуктов как дисперсных систем

Их применение в отраслях пищевой промышленности

Системы Пищевые продукты Отрасли

твердо-жидкие Фруктовый сок, производство сахара, расплавленные шоколадные и конфетные массы Консервы, сахарное производство безалкогольных напитков, кондитерская

жидко-жидкие Соусы, молоко, майонез, кремы, десерты, маргарин Молочная, масложировая, маргариновая

газо-жидкие Полупродукты бродильного производства, шипучие напитки, игристые и шампанские вина Пивоваренное производство, производство безалкогольных напитков, виноделие

твердо-твердые Мясо, рыба, колбаса, шоколадные массы Мясорыбная, колбасная, кондитерская

жидко-твердые Жировые включения в тесто и кондитерские массы Кондитерская, хлебопекарная

газо-твердые Хлеб, сыр, пастила, зефир, яблоки и т.д. Хлебопекарная, кондитерская, производство сыра

твердо-газовые Мука, крупа, крахмал, сухое молоко, молотый кофе, какао-порошок Мукомольная, крупяная, хлебопекарная, кондитерская

жидко-газовые Сырье (зерно и т.д.) Практически любая

Некоторые пищевые продукты (хлеб, мука и другие) являются простыми дисперсными системами, то есть в них раздробленные и непрерывные части системы состоят из одной фазы. Однако чаще встречаются сложные дисперсные системы, состоящие из трех и более фаз. Само раздробленное вещество (дисперсная фаза), может быть многофазовая.

Следующий отличительный признак, по которому классифицируются все дисперсные системы, является – размер частиц. Обычно принято использовать величину, обратную размеру частиц, называемую дисперсность.

1

D = ,

a

где D – дисперсность, а- размер частиц. Для сферических частиц величина «а» равна диаметру этих частиц.

Таблица 3

Классификация дисперсных систем в зависимости от размера частиц дисперсной фазы.

Класс дисперсных систем Размеры частиц (Мк м) Пищевые продукты

высокодисперсная 10-3 – 10-1 Диффузионный сок в производстве сахара

среднедисперсная 0,1 – 10 Растворимый кофе, какао-порошок

грубодисперсная > 10 Крупа, сахарный песок

Свойства грубодисперсных и высокодисперсных систем отличаются во многом, но наличие границы раздела фазы и раздробленность одной из них, то есть дисперсность, гетерогенность, есть то общее, что объединяет эти системы.

С увеличением дисперсности, то есть по мере снижения размеров частиц интенсифицируются молекулярно-кинетические явления, то есть бройновское движение, диффузия. Возрастает удельная поверхность, ускоряются физико-химические процессы на границе раздела фаз, уменьшается скорость седиментации частиц под действием гравитации.

Для пищевых масс характерен весь спектр размеров частиц. При этом значительная часть их является средне дисперсными и грубодисперсными системами. При чем один и тот же продукт может относиться к различным системам.

Следующим отличительным признаком является классификация по виду дисперсной фазы.

Таблица 4

Классификация дисперсных систем по виду дисперсных фаз

Вид Характеристика Пищевые продукты

трехмерные Твердые частицы, капли, пузырьки Мука, крупа, сахар песок, молоко, шипучие напитки

двухмерные Нити, волокна, поры Хлеб, сухари, молоко, мясо

одномерные Пленки, мембраны Пленка жира

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое дисперсные системы и из чего они состоят?

2. По каким признакам можно произвести классификацию дисперсные системы?

3. Как произвести классификацию дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния, дисперсной фазы и дисперсионной среды?

4. Что такое дисперсность, высокодисперсные и грубодисперсные системы?

5. Что такое фаза?

Тест по теме

1. С увеличением дисперсности молекулярно-кинетические явления:

а) становятся менее интенсивными?

б) интенсифицирются?

в) не изменяются?

3. Дисперсные системы состоит из:

а) одной фазы?

б) трех фаз?

в) из двух фаз?

4. Дисперсионной средой является:

а) жидкость?

б) фаза?

в) твердое тело?

г) система?

д) газ?

1.2. Виды дисперсных систем

1.2.1. Золи, суспензии, гели, пасты

Пасты и гели представляют собой, по сути однотипную дисперсную систему, типа твердо-жидкая. Данная система отличается размерами и концентрацией частиц дисперсной фазы.

Золи – являются коллоидными растворами и относятся к высокодисперсным системам.

В зависимости от дисперсионной среды различают гидро золи органозоли, пирозоли.

Суспензии – являются средне- и грубодисперсными системами.

Таблица 5

Сравнительная характеристика золей и суспензий

золи суспензии

Класс дисперсных систем Высокодисперсные Средне- и грубодисперсные

Молекулярно-кинетические свойства Проявляются в полной мере Проявляются слабо

Рассеяние света Имеет место Отсутствует

Образующиеся дисперсные системы Гели Пасты

Гели и пасты являются производными от золей и суспензий.

Золи: мука (частицы муки коллоидных размеров), крахмальная патока (фруктоза), вино и вино материалы (белки, дрожжи, микроорганизмы), томатный сок (пектины, частицы мякоти томата), овощные и фруктовые соки (частицы исходного сырья, пектины).

Суспензии: кукурузный крахмал, диффузионный сок сахарной свеклы (пектины, клетчатка), неочищенные растительные масла.

Суспензии часто получаются в процессе приготовления пищи. Суспензии используются для некоторых технологических процессов (отбеливание растительного масла основано на использовании суспензии).

При увеличении концентрации частиц дисперсной фазы системы из свободнодисперсных систем превращаются в связнодисперсные системы. Связнодисперсные системы, в которые переходят суспензии, называются пастами.

Пасты представляют собой концентрированные системы или осадок, который образуется в результате потерей суспензией седиментационной устойчивости.

Гелеобразование происходит в процессе перехода золя в гель и обусловлено возникновением пространственной структуры. К гелям можно отнести тесто, мармелад.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается отличие золей от суспензий?

2. Приведите примеры использования золей и суспензий в пищевой промышленности.

3. В чем заключаются особенности формирования паст и гелей как структурированных систем?

Тест по теме

1. Что представляют собой частицы муки коллоидных размеров:

а) суспензию?

б) золь?

в) гель?

2. Золи относятся к:

а) высокодисперсным системам?

б) средне дисперсным системам?

в) грубодисперсным?

3. Суспензии являются:

а) высокодисперсными системами?

б) средне дисперсными системами?

в) грубодисперсными?

1.2.2. Эмульсии

Эмульсии представляют собой особый вид дисперсной системы, дисперсная фаза и дисперсионная среда которых являются взаимно нерастворимыми или плохо растворимыми жидкостями.

Специфическим свойством эмульсии является образование дисперсной системы со сферическими частицами дисперсной фазы в широком диапазоне ее концентраций от 0,01 до 74%.

Другим специфическим свойствам эмульсий является их способность к образованию фаз.

Фаза – гомогенная, т.е. одинаковая, однородная во всех точках, система.

Рис. 2. Прямая эмульсия - М/В Рис. 3. Обратная эмульсия – В/М

В зависимости от состава дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсии могут быть прямыми и обратными.

Прямые эмульсии – дисперсия масла в воде.

Обратная эмульсия –дисперсия воды в масле.

В обратной эмульсии частицы воды распределены в масляной среде. Примером такой эмульсии является маргарин.

В зависимости от концентрации дисперсной фазы эмульсии могут быть разбавленными (Vоб. ≤ 0,1%), концентрированными (0,1 < Vоб. ≤ 74%) и высоконцентрированными (74% < Vоб. ≤ 99%).

К последнему типу эмульсий относятся: маргарин, содержание масляной фазы в котором до 82%; сливочное масло – от 55 до 82%.

Значительная часть эмульсий относится к средне- и грубодисперсным системам, размеры частиц которых превышают 1 микрон; 1 микрометр. Например, майонез представляет собой концентрированную прямую эмульсию (М/В), где Vоб. от 40 до 65%. Размеры жировых шариков от 1 до 10 микрон.

Устойчивость – эмульсий, определяющая время их жизни, является важным фактором, обуславливающим применение эмульсий. Эмульсии менее устойчивы, чем золи – они могут существовать сутками, месяцами, но не десятками лет.

Большинство эмульсий относится к лиофобным системам. Они не могут образовываться самопроизвольно, существуют ограниченное время и нуждаются в стабилизации.

Лиофобные эмульсии – нуждаются в повышении их агрегативной устойчивости. Её можно достичь введением веществ – эмульгаторов, способных придать эмульсии устойчивость.

Агрегативная устойчивость эмульсий – её устойчивость к процессам слияния капель с образованием агрегатов и с последующей их седиментацией (осаждением).

Разрушение и потеря агрегативной устойчивости проходят несколько стадий.

Эмульгаторы, порой, определяют не только устойчивость, но и тип эмульсий.

В зависимости от взаимодействия с жидкой фазой эмульгаторы могут быть гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофобные эмульгаторы используют для получения эмульсий в пищевой промышленности.

Гидрофильные эмульгаторы наиболее распространены, и определяются как поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Например, такие ПАВ, как стеарат натрия (С17Н35СООNa) и аналогичные соли других металлов, других жирных кислот.

Они лучше растворяются в воде, чем в углеводах; способны придавать устойчивость прямым эмульсиям типа М/В.

Рис. 4. Схема нарушения агрегативной устойчивости эмульсий.

Рис. 5. Схема действия гидрофильных и гидрофобных эмульгаторов

Стабилизация обратных эмульсий (В/М) производится при помощи ПАВ, которые лучше растворяются в масле, чем в воде. При этом полярная группа молекулы ПАВ обращена к полярной жидкости, а неполярный радикал к неполярной.

Эффективность эмульсий можно охарактеризовать соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями.

Уравновешивание гидрофильного и липофильного взаимодействий или гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) определяет условие эмульгирования. ГЛБ является безразмерной величиной и определяется по формуле:

ГЛБ = (b + ψ + υ)/а, где

b – безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ;

Ψ – свободная энергия взаимодействия в расчете на одну –СН2- группу;

υ – число групп –СН2- в углеродном радикале;

а – сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде.

1.2.2.1. Получение эмульсий

Для получения эмульсий в пищевой промышленности используют следующие эмульгаторы: желатин, альбумин, крахмал, декстран, лецитин.

К пищевым эмульгаторам относятся и моноглицериды жирных кислот, сахароглицериды, сложные эфиры сахарозы глицерида.

Эмульсии могут образовываться самопроизвольно. Искусственно их можно получить в результате механического диспергирования жидкости, гомогенизацией и другими способами.

Самопроизвольное эмульгирование характерно только для лиофильных систем. Полученные в этих условиях эмульсии полидисперсны, т.е. размер их капель характеризуется определенным разбросом.

Механическое диспергирование достигается перемешиванием, встряхиванием или вибрацией. Интенсификация процесса диспергирования возможно и при помощи ультразвука.

Гомогенизация – используется только для получения эмульсий; заключается в продавливании жидкости через тонкие отверстия. Образующиеся тонкие струйки жидкости не устойчивы и распадаются на капли, из которых формируется дисперсная фаза. Гомогенизация позволяет уменьшать размеры капель эмульсий, что повышает её устойчивость.

1.2.2.2. Разрушение эмульсий

Разрушение эмульсий или деэмульгирование может происходить самопроизвольно или под действием деэмульгаторов. Самопроизвольное разрушение характерно для лиофильных эмульсий.

В качестве своебразного способа разрушения эмульсий можно рассматривать обращение фаз, когда прямая эмульсия (М/В) переходит в обратную (В/М). Обращение фаз означает, что дисперсная среда одной системы превращается в дисперсную фазу другой системы, т.е.

В/М ⇆М/В,

а дисперсная фаза другой жидкости переходит в дисперсную среду вновь образованной эмульсии. Обращение фаз характерно для высококонцентрированных эмульсий, где Vоб. дисперст. фазы > 74%.

Например, в процессе взбивания сливок, под действием продолжительных механических усилий, получают сливочное масло.

Прямая высококонцентрированная эмульсия типа М/В (сливки) характеризуется значительным содержанием масла и небольшим количеством воды (до 30% жидкости), переходит в обратную эмульсию типа В/М (сливочное масло).

Обращение фаз эмульсии можно осуществлять с помощью эмульгаторов.

Например, при введении стеората кальция в эмульсию типа М/В, которая стабилизирована стеоратом натрия, происходит самопроизвольное обращение фаз, т.е. эмульсия становится типа В/М – обратной.

1.2.2.3. Эмульсии в производстве и потребление их в качестве продуктов питания

Значительная часть продуктов питания представляют собой эмульсии, к которым относится молоко, сливки, сливочное масло, сметана, маргарин и т.д.

В состав молока (эмульсия М/В) входят жидкие и, отчасти, твердые жиры, представляющие собой дисперсную фазу, а в водной дисперсной среде содержатся белки, соли, молочный сахар.

Сливки – более концентрированная эмульсия по сравнению с молоком.

Маргарин – концентрированная эмульсия типа В/М в которой дисперсной фазой является вода, а дисперсной средой – пищевой жир.

Пищевой жир получают из соевых бобов, подсолнечного, рабсового, хлопкового или кукурузного масел. В маргарин вводят витамины, красители и др. вещества.

Майонез – концентрированная эмульсия растительного масла типа М/В, где дисперсной средой является вода, содержащая яичный желток, уксус, горчицу, сахар, специи. В его состав входят прямая и обратная эмульсии: в большей степени В/М и, отчасти, М/В.

Кремы – применяются для отделки кондитерских изделий и имеют различный состав.

Масляные кремы получают взбиванием сливочного масла с сахарным сиропом с добавлением молока и яиц.

Белковые кремы получают из белков, растворов сахара и агар – агара. Подобные кремы представляют собой концентрированную прямую эмульсию типа М/В.

В тесто жиры вводят в виде эмульсии типа М/В, что значительно улучшает качество хлеба и хлебобулочных изделий.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое эмульсии?

2. Какие эмульсии относятся к прямым и обратным?

3. Как классифицировать эмульсии в зависимости от концентрации дисперсной фазы?

4. В чем особенности устойчивости эмульсии по сравнению с золями и суспензиями?

5. Где применяются эмульсии?

Тест по теме

1. Чтобы разрушить эмульсию, надо:

а) перелить её из одной ёмкости в другую?

б) прибегнуть к методу обращения фаз?

в) прибегнуть к механическому диспергированию?

2. Прямые эмульсии это:

а) дисперсия воды в масле?

б) дисперсия масла в воде?

3. Какие основные эмульгаторы используют в пищевой промышленности для получения эмульсий:

а) желатин?

б) студни?

в) крахмал?

г) гидрозоли?

д) органозоли?

1.2.3. Пены

Пены представляют собой дисперсную систему типа газ-жидкость, в которой дисперсной фазой является газ или пар, а дисперсионной средой – жидкость. Поскольку масса и объем газовой дисперсной фазы непостоянны, то пены характеризуются величиной их кратности β, которая показывает, во сколько раз объем пены Vп превышает объем жидкости Vж, необходимой для её формирования.

Vп Vг + Vж Vг

Β = —— = ————— = 1 + —— , где

Vж Vж Vж

Vп – объем пены;

Vг – объем газовой дисперсионной среды;

Vж – объем жидкой дисперсионной среды соответственно.

Влажные / низкократные / пены – если β < 10.

Сухие / высокократные / пены – если β > 100.

Полусухие пены – если 10 ≤ β ≤ 100.

Пены являются крайне неустойчивыми дисперсными системами. Они относятся к грубодисперсным системам.

Разрушению пен способствует укрупнение пузырьков пены. Кроме того, разрушение пены вызывают внешние факторы, такие как уменьшение или увеличение давления и ряд других.

Таблица 6

Возможные источники образования, тип и форма некоторых пен в пищевой промышленности и продуктах питания

Источники образования Тип пены Пищевые массы, продукты питания, полуфабрикаты

Технологические процессы:

вспенивание твердые, образованные из жидких кондитерские массы, патока, зефир, суфле, халва, мороженое

жидкие взбитые сливки, коктейли

пеносушка жидкие, переходящие в твердые сухое молоко, кофе, пюре

брожение жидкие вина, пиво

сопутствующие процессы жидкие сахар, продукты брожения, дрожжи

готовая продукция жидкие игристые вина, пиво, прохладительные напитки

твердые хлеб

Таким образом, пены находят себе достаточно широкое применение в пищевой промышленности.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое пены?

2. Как классифицируют пены по кратности?

3. Как можно разрушить пену?

4. Перечислите области применения пен в пищевой промышленности.

Тест по теме

1. Укрупнение пузырьков пены способствует:

а) стабилизации пены?

б) росту пены?

в) разрушению пены?

2. Пены относятся:

а) к грубодисперсным системам?

б) средне дисперсным системам?

в) к высокодисперсным системам?

2. Пищевые массы как структурированные системы

Поведение пищевых масс в различных технологических процессах, качество и товарный вид продуктов питания определяются их структурно=механическими свойствами. С этой точки зрения дисперсные системы подразделяются на свободнодисперсные и связнодисперсные системы, а также твердые структуры.

Свободнодисперсная система – это система, в которой частицы дисперсной фазы могут свободно перемещаться по всему объему системы.

Связнодисперсная система – это система, в которой частицы дисперсной фазы связаны между собой и неспособны перемещаться друг относительно друга.

Рис. 6.

Связнодисперсные системы образуют кондитерские массы, студни, тесто, мясо и мясные изделия и т.д. Связнодисперсные системы в отличие от свободнодисперсных систем обладают новым качеством – прочностью. Они способны к деформации, простейшие виды которой – растяжение и сдвиг. При упругой деформации напряжение и деформация связаны следующим образом: Р = Е • ε, где Р – напряжение; Е – модуль упругости / модуль Юнга / ; ε – деформация.

Возможен переход упругой деформации в пластическую. Этот переход осуществляется при Р = Рт, где Рт – предел текучести.

Деформация тел непосредственно связана со структурой. Структурированные системы в зависимости от концентрации, свойств и взаимодействия частиц дисперсной фазы могут обладать признаками жидкости или твердых тел, т.е. все тела можно разделить на жидкообразные и твердообразные.

Течение жидкообразных тел происходит при сколь угодно малых значениях предела текучести, т.е. при Рт ≈ о.

Течение твердообразных /твердых/ тел имеет место при определенном значении предела текучести, когда Рт > 0.

Жидкообразные системы обладают вязкостью. Течение вязких тел определяется законом Ньютона:

d ɣ

Р = ——— , где

d Р

η – коэффициент вязкости;

d ɣ

—— - скорость деформации. Если обозначить скорость деформации через ɣ,

d Р

то вязкость системы определяется как η = Р/ ɣ.

Жидкости, вязкость которых не зависит от приложенной скорости деформации, называются ньютоновскими.

В отличие от ньютоновских жидкостей, характер течения которых отличается тем, что вязкость является величиной постоянной, вязкость структурированных жидкообразных систем зависит от внешнего воздействия. Подобные структурированные системы называют неньютоновскими / бингамовскими / жидкостями.

Для них характер течения определяется полной реологической кривой течения. Здесь ηmax – наибольшая вязкость практически неразрушенной структуры, ηmin – наименьшая вязкость предельно разрушенной структуры.

Рис.7. Полная реологическая кривая течения неньютоновской жидкости

Таблица 7

Классификация пищевых масс по структурно-механическим свойствам

Типы структурированных систем Е, Па η, Па•с Тип дисперсных систем Пищевые массы

Свободнодисперсные < 10 < 10 твердо-жидкие /золи, суспензии/ майонез, соусы, фруктовые, ягодные, овощные соки

жидко-жидкие /эмульсии/

твердо-газовые /сыпучие материалы/ зерно, рис, крупа, сахар-песок

Связнодисперсные 10-104 102-106 газо-жидкие, твердо-жидкие /гели, студни, пасты/ патока, мед, сливочное масло, маргарин, тесто, творог, сметана, халва и др.

Твердые структуры > 104 > 106 жидко-газо-твердо-твердые /твердые пены/ конфеты, шоколад, печенье, хлеб, сыр, сухари и др.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие системы являются свободнодисперсными, а какие – связнодисперсными?

2. По какому признаку все структурированные системы можно разделить на жидкообразные и твердообразные?

3. В чем особенности структурно-механических свойств различных групп пищевых масс?

Тест по теме

1. В связнодисперсной системе частицы:

а) разобщены?

б) связаны?

в) образуют кристаллы?

2. Течение жидкообразных тел происходит при:

а) Рт ≥ О?

б) Рт ≈ О?

в) Рт > О?

3. Течение твердообразных тел происходит при:

а) Рт < О?

б) Рт ≈ О?

в) Рт > О?

4. Пищевые массы классифицируются по:

а) структурно механическим свойствам?

б) структурным свойствам?

в) механическим свойствам?

3. Особенности пищевых масс как дисперсных систем

Пищевые массы как дисперсные системы имеют ряд особенностей. Эти особенности заключаются, во-первых в наличии более двух фаз у некоторых систем и многокомпонентности самих фаз. Во-вторых, в том, что в процессе получения продуктов питания происходят изменения агрегативного состояния фаз дисперсных систем и типа самой системы. Так, при получении зефирных масс образуется система, в жидкой дисперсионной среде которой находятся одновременно две раздробленные фазы – твердое тело и газе.

При производстве сухого молока распыляют жидкость, которая превращается в твердые частички. Тесто после замеса представляет собой сложную дисперсную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Зерна крахмала и набухшие нерастворимые в воде белки составляют твердую фазу. В несвязанной воде находятся в виде растворов минеральные и органические вещества / водорастворимые белки, декстрины, сахар, поваренная соль и др. / Часть белков образует коллоидные растворы, способные к набуханию. Жир, вносимый в тесто, может находится в виде капель. Газообразная фаза образуется за счет захвата пузырьков воздуха при замесе и в процессе брожения.

В результате технологических процессов при производстве продуктов питания может изменяться вид дисперсной системы. Подобное изменение можно проследить на примере выпечки хлеба. Технологический цикл хлебопекарного производства с учетом изменения агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды можно представить следующей схемой:

Мука / твердое тело - газ / Тесто / твердое тело, газ, жидкость – твердое тело / Хлеб /газ - твердое тело/.

Вопросы для самоконтроля

1. Могут ли пищевые массы состоять из двух или более фаз?

2. Может ли при производстве продуктов питания меняться вид дисперсной системы?

3. К какому типу дисперсных систем можно отнести хлеб?

Тест по теме

1. При получении зефирных масс дисперсной средой является:

а) твердое тело?

б) жидкость?

в) газ?

2. В результате технологических процессов при производстве продуктов питания может изменяться:

а) фаза дисперсной системы?

б) дисперсионная среда?

в) вид дисперсной системы?

3. Могут ли пищевые массы состоять из двух или более фаз:

а) да?

б) нет?

ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

1. Что такое дисперсные системы и из чего они состоят?

2. Какие качества сообщают дисперсной системе раздробленность дисперсной фазы?

3. По каким признакам можно классифицировать дисперсные системы?

4. Как классифицировать пищевые массы по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды?

5. Что такое дисперсность, высокодисперсные и грубодисперсные системы?

6. Что такое эмульсии?

7. Где применяются эмульсии?

8. Как классифицировать эмульсии в зависимости от концентрации дисперсной фазы?

9. Как получить эмульсии?

10. Что такое устойчивость эмульсий?

11. Как зависит эффективность эмульгирующей способности ПАВ от сочетания гидрофильных и липофильных свойств их молекул?

12. Как разрушить эмульсию?

13. Как разрушить пену?

14. По какому признаку все структурированные системы можно разделить на жидкообразные и твердообразыне?

15. В чем особенности структурно-механических свойств различных групп пищевых масс?

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что такое истинные растворы?

2. Что такое коллоидные растворы?

3. Что такое эмульсии?

4. Классификация эмульсий.

5. Какими способами можно получить эмульсии?

6. Как разрушить эмульсию?

7. Как разрушить пену?

8. Приведите классификацию основных видов пищевых продуктов по их структурно-механическим свойствам.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

основной

1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: изд. 2-е, перераб. И доп. М.: Химия. 1889, 463с.

2. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия: изд. 2-е, перераб. И доп. М.: Высшая школа. 1990, 463с.

3. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. Учебник для вузов. – М.: Химия, 1995. 336с.

дополнительной

1. Урьев Н.Б., Талейсник М.А. Пищевые дисперсные системы. М.: 1985. 296с.

2. Горбатов А.В., Маслов А.М., Мачихин Ю.А. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов. «Легкая промышленностьт», 1982г.

СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ

Аэрозоли – дисперсные системы, в газовой / воздушной / дисперсионной среде которых находятся твердые во взвешенном состоянии и / или / жидкие частицы дисперсной фазы.

Броуновское движение – беспорядочное непрекращающееся движение мелких частиц в газе или в жидкости, вызванное тепловым воздействием молекул окружающей среды.

Гидрозоли – высокодисперсные системы, где дисперсионной средой является вода.

Истинные растворы – представляют собой термодинамически устойчивые равновесные системы, так как они образуются самопроизвольно /при простом смешивании их компонентов, причем растворение сопровождается уменьшением свободной энергии/. Поскольку истинные растворы находятся в состоянии равновесия, концентрация их не меняется со временем.

Коллоидные растворы – дисперсные системы, занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами /суспензиями, эмульсиями/. Размер коллоидных частиц от 10-5 до 10-7 см.

Концентрация – величина, выражающая относительное содержание данного компонента /составной части/ в смеси или в растворе.

Органозоли – высокодисперсные системы, где дисперсионной средой является органическая среда.

ПАВ /поверхностно-активные вещества/ - вещества, которые самопроизвольно концентрируются на поверхности раздела фаз и снижают межфазовое поверхностное натяжение.

Пирозоли – это расплавы, содержащие высокодисперсные частицы.

Студни – структурированные системы, заполненные жидкостью, каркас которых образуется из молекул высокомолекулярных соединений.

Евгений Владимирович Грузинов, Юлия Игоревна Улитина

Физико-химические свойства и методы контроля

ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА И МЕТОДЫ

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ