Білет № 23
Які речовини називаються вуглеводами? Їх класифікація.
Наведіть теоретичні основи процесу кристалізації. Способи кристалізації.
Підвищення якості сировини за рахунок технічних і технологічних аспектів.
1 Які речовини називаються вуглеводами? Їх класифікація.
Вуглеводи представляють собою широкий клас природних органічних сполук і складають основну частину органічної речовини нашої планети.
Вуглеводи— складні природні сполуки переважно солодкі на смак, хімічна структура більшості з яких відповідає загальній формулі Сm(Н2О)n.
Завдяки тому, що вуглеводи краще за інші харчові речовини підлягають перетворенням із звільненням відповідної кількості енергії, вони особливо важливі у харчуванні як джерела енергії у разі інтенсивної фізичної праці.
До класу вуглеводів відносяться як низькомолекулярні речовини, які містять декілька атомів карбону так і речовини, молекулярна маса яких досягає декількох мільйонів.
Згідно сучасній класифікації вуглеводи поділяють на складні і прості. До простих відносятьмоносахариди, до складній — олігосахаридитаполісахариди.
Моносахаридискладаються з 3—9 атомів карбону, найбільш розповсюджені пентози та гексози. За функціональною групою вони поділяються на альдози (містять альдегідну групу) і кетози (містять кето-групу).
Молекули олігосахаридів складаються з 2—10 залишків моносахаридів, поєднаних глікозидними зв’язками.
Полісахаридиза будовою поділяються на два типи: гомополісахариди (складаються з моносахаридних одиниць одного типу) і гетерополісахариди (складаються з двох і більше типів моносахаридних ланок).
Моносахариди(або монози) за хімічною бідовою відносяться до альдегідо- і кетоспиртів. Тобто містять у молекулі функціональну карбонільну групу. В залежності від кількості атомів карбону у молекулі моносахариду розрізняють триози, тетрози, пентози, гексози, октози і нанози. Найпростішими їх представниками є альдотріоза — гліцериновий альдегід і кетотріоза — діксиацетон.
Найбільш розповсюджені серед моносахаридів пентози і гексози. Нумерують атоми карбону у моносахаридах завжди починаючи з карбонільної групи або з найближчого до неї кінця ланцюга.
Серед пентоз (моносахариди, що містять 5 атомів карбону) найбільш розповсюдженими є альдопентози, наприклад: ксилоза, рибоза, арабіноза, 2-дезокси-D-рибоза.
Серед представників гексоз (моносахариди, що містять 6 атомів карбону) найбільш поширеними є такі сполуки, як глюкоза, маноза, галактоза та фруктоза.
Олігосахаридизаймають проміжне місце між моносахаридами і полісахаридами. Вони виявляють властивості притаманні моносахаридам і разом з цим мають особливості, характерні для полісахаридів. Олігосахариди складаються із залишків моносахаридів (від 2 до 10 залишків), поєднаних глікозидними зв’язками. В залежності від кількості цих залишків розрізняють дисахариди, трисахариди та ін.
Молекули дисахаридів місять два залишки одного моносахариду або різних моносахаридів. В залежності від способу утворення глікозидного зв’язку дисахариди поділяють на два типи: відновлюючі та невідновлюючі.
До широко відомих відновлюючих дисахаридів відносяться мальтоза, лактоза, целобіоза та ін.
Полісахаридаминазиваються високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, пов’язаних один з одним глікозидними зв’язками і утворюючих лінійні або розгалужені ланцюги. Молекулярна маса полісахаридів знаходиться у межах від декількох тисяч до декількох мільйонів.
Молекули природних полісахаридів не містять хаотичного набору всіх можливих зв’язків і побудовані по чітко визначеному плану. У той же час однотипно побудовані молекули хімічно однорідного полісахариду, як правило, відрізняються за величиною, тому визначені на сьогоднішній час індивідуальні полісахариди є сумішами полімерних гомологів.
Полісахариди можуть складатися з одного або декількох типів моносахаридів, в залежності від чого розрізняють гомополісахариди і гетерополісахариди.
Навіть найбільш складні полісахариди рідко містять більше п’яти-шести різних моносахаридів. До найбільш розповсюджених з таких моносахаридів відносяться — глюкоза, галактоза, маноза, арабіноза, ксилоза. Кетози у складі полісахаридів зустрічаються рідше ніж альдози. Значна кількість полісахаридів містять замісники не вуглеводневої природи — залишки сульфатної та фосфатної кислот, органічних кислот, частіш оцтової. Змішані біополімери окрім вуглеводневої частини містять білкову або ліпідну. Серед найбільш поширених полісахаридів — клітковина, крохмаль, амілоза, амілопектин, глікоген, інулін, пектин, хітин, гепарин, геміцелюлози, поліуроніди тощо.
Полісахариди, що входять до складу рослин, називаються фітополісахаридами. Ці полісахариди можуть складати до 80 % сухої маси рослини і виконують роль структурного матеріалу для побудови клітинної стінки рослини. Основними полісахаридними компонентами рослинної клітинної стінки є клітковина (целюлоза), геміцелюлози та пектинові речовини.
До резервних полісахаридів рослин відноситься крохмаль. Він міститься у незначній кількості у листі і накопичується у насінні до 70 % (зерна злаків — пшениця, рис, кукурудза), цибулинах, серцевині стебла та бубах — до 30 %. До овочів, що містять найбільшу кількість крохмалю, належать картопля, батат, пастернак. Крохмаль - найбільш важливий за харчовою цінністю вуглевод. Він відкладається у клітинах у вигляді гранул, за розміром і формою яких можна визначити їх походження. Гранули зазвичай містять крім полісахаридів незначну кількість білків та ліпідів.
Промислові продукти неповного гідролізу крохмалю — патоки. Це густа сироподібна маса, яка представляє собою суміш декстринів, мальтози і частково глюкози. їх використовують як антикристалізатори у виробництві карамелі, повидла, у хлібопекарному, консервному виробництві, одержанні безалкогольних напоїв, морозива. Патока перешкоджає кристалізації цукру і знижує в’язкість сиропів.
Властивості модифікованих крохмалів під дією фізичних, хімічних та біологічних факторів відрізняються від властивостей звичайних крохмалів. Модифіковані крохмалі використовуються у хлібопекарному, кондитерському виробництві, для одержання безбілкових продуктів харчування.
Глікоген (тваринний крохмаль) як і амілопектин складається із залишків α-D-глюкопіранози, поєднаних 1,4-глікозидним зв’язком, і частина залишків α-D-глюкопіранози поєднані 1,6-глікозидним зв’язком. Але на відміну від амілопектину структура глікогену більш розгалужена і його молекули мають більш компактну упаковку.
Молекулярна маса глікогену складає від 270 тис. до 10 млн. Глікоген добре розчиняється у гарячій воді і на відміну від крохмалю не утворює при охолодженні клейстер.
2 Наведіть теоретичні основи процесу кристалізації. Способи кристалізації.
Кристалізація — це масообмінний процес утворення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів, розплавів, газів чи пари.
Кристал — це тверде тіло, в якому молекули простих елементів або сполук розміщені в певному порядку і об'єднані між собою завдяки їх молекулярному спорідненню, утворюючи кристалічну решітку. Просторова орієнтація цих молекул і природа зв'язку їх зумовлюють зовнішній вигляд окремих кристалів як багатогранників різної симетричної форми та їхні фізичні властивості.
За симетрією-асиметрією розрізняють 320 груп кристалів, які об'єднують у сім кристалічних систем (сингоній): триклинну, моноклинну, орторомбічну, тригональну, тетрагональну, гексагональну, кубічну.
Усі характерні особливості кристалів випливають як наслідок із закону решітчастої будови. Цими законами пояснюються основні властивості кристалів — статичність кристалічної решітки (твердість, стійкість, міцність), наявність мінімумів внутрішньої та вільної поверхневої енергій, однорідність, симетрія та властивості, що відображаються геометричними законами кристалографії.
В умовах промислової кристалізації кристали однієї речовини можуть різнитися між собою величиною і зовнішнім виглядом, проте кути між відповідними гранями цих кристалів залишаються однаковими. Деякі речовини кристалізуються із включенням у кристалічну решітку молекул води, утворюючи кристалогідрати. Включення в кристалічну решітку окремих молекул іншої речовини називають інклюзією. А механічне включення міжкристального розчину в тріщини кристала з подальшим його заростанням називають оклюзією.
У харчовій промисловості кристалізація речовин здійснюється здебільшого із пересичених розчинів. За допомогою кристалізації одержують цукор, глюкозу, лактозу, фруктозу, лимонну кислоту, соду тощо.
У промисловості використовують такі основні способи кристалізації із розчинів:
ізогідричний, коли вміст розчинника залишається постійним, наприклад кристалізація охолодженням;
ізотермічний, коли кристалізація здійснюється випарюванням розчинника, а температура кипіння розчину (суспензії) в певному інтервалі концентрації залишається постійною;
виморожування, тобто охолодження розчину до температури, нижчої за точку замерзання, коли частина розчинника кристалізується і вилучається;
висолювання, коли кристалізація відбувається завдяки створенню пересичення введенням у розчин речовин, які знижують розчинність речовин, що кристалізуються;
хімічний, коли речовина кристалізується внаслідок хімічної реакції;
комбінований спосіб, коли кристалізація відбувається завдяки спільній дії декількох факторів.
Кристалізація— це один із найефективніших методів очищення речовин. Так, у цукровому виробництві на стадії очищення соку і сиропу вилучається тільки третина нецукрів, решта їх вилучається на стадії кристалізації цукрози, залишаючись у міжкристальному розчині. Щоб отримати кристалічні речовини більш високої чистоти, застосовують розчинення їх та повторну кристалізацію.
Важливою якісною характеристикою кристалів є гранулометричний склад їх, що характеризується розміром кристалів та їхньою однорідністю.
Зворотний кристалізації процес — розчинення, при якому молекули твердої фази розподіляються між молекулами розчинника, здійснюючи перехід твердої речовини в розчинений стан.
У промислових умовах кристалізація часто супроводжується розчиненням внаслідок наявності полів концентрації та температури. В харчовій промисловості розчинення застосовують як самостійний процес у багатьох виробництвах.
За однакових умов процес розчинення речовин проходить здебільшого з більшою швидкістю, ніж процес їх кристалізації. Таке явище можна пояснити складністю кристалізації та створенням упорядкованої структури кристалів.
3 Підвищення якості сировини за рахунок технічних і технологічних аспектів.
Розглянемо на прикладі молочної сировини.
Сьогодні понад 50% сировини не відповідає вимогам переробників. Причини цього найчастіше криються у важкому фінансово-економічному становищі господарств, багато з яких не в змозі обслуговувати доїльного обладнання на належному рівні, своєчасно замінювати застаріле, не мають коштів на купівлю ветеринарних препаратів для лікування і профілактики маститів.
Між тим в сучасних умовах переробники розраховуються за продукцію з урахуванням її якості. При цьому на молокозаводах нерідкі спірні ситуації через розбіжності з оцінки якості молока.
Молоко потрапляє до споживача по ланцюжку: господарство - переробка - прилавок. І хоча якість продукту на кінцевому етапі залежить від налагодженої професійної роботи кожної ланки, все ж головна ланка в цьому ланцюжку - господарство. Необхідність створення оптимальних умов для виробництва високоякісної продукції, починаючи з ферми, диктується тим, що молоко дуже нестабільна за своїми хімічними і фізичними показниками біологічна рідина. І робота з поліпшення якості цього продукту не має сенсу після того, як він зроблений. Насамперед корисні властивості молока визначаються рівнем і типом годівлі корів. Не дарма кажуть: «Молоко у корови на язиці». Встановлено, що корова з надоєм 2500 кг на рік за лактацію виділяє з молоком близько 100 кг жиру, 85 кг білка, 125 кг молочного цукру, 17 кг мінеральних солей - всього близько 320 кг сухих речовин. У високопродуктивних корів, що відрізняються підвищеною інтенсивністю обміну речовин, маса сухих речовин, виділених за лактацію, часто перевищує їх власну. Недостатнє годування в першу чергу відбивається на величині надою. У цей час жирність молока короткочасно може бути підвищеною, але подальший недокорм призведе до її зниження.
Раціони корів, як відомо, повинні бути збалансовані за основними показниками. Недолік або надлишок хоча б одного елемента годування може серйозно відбитися на здоров'ї і продуктивності тварин. Наприклад, недостатнє білкове харчування призводить до зниження вмісту жиру і білка в молоці. Перегодовування білковими кормами пригнічує процеси бродіння в рубці жуйних. У ньому знижується утворення оцтової кислоти, що вважається «попередником» молочного жиру. Крім того, в організмі тварин тривале білкове перегодовування викликає отруєння, атонію, затримання посліду. У гонитві за молоком у господарствах часом забувають про грамотне годуванні сухостійних корів. Нерідкі випадки, коли використовують неякісні корми, що загрожує важкими наслідками для здоров’я тварин. Наприклад, барда і кислі корми призводять до абортів і підвищенню кислотності молозива до 130 ° Т, в результаті чого спостерігаються відмінки диспепсія телят.
При проведенні експерименту в ряді господарств України найкраще за вмістом соматичних клітин та рівнем бактеріального обсіменіння молоко дали корови, яких утримували безприв'язно і доїли в доїльних залах на установці типу «Ялинка». Продукція, отримана на фермі з прив'язним змістом, де тварин доїли в молокопровід на установці типу «Даугава», поступалася за якістю. Незалежно від способу доїння корів, технологічні властивості молока, призначеного для отримання масла, виявились вище при пасовищному утриманні корів.
Чим протяжніший молокопровід, тим більше виявляються втрати. Найбільш сильний вплив, що веде до ліполізу молочного жиру, надають перекачують насоси, зберігання молока в танку-охолоджувачі і, меншою мірою, проходження по молокопроводу. Віддаючи перевагу доїльним залам, слід пам'ятати, що їх висока ефективність досягається в стадах, добре відселекціонованих за технологічними властивостями вим’я. Якщо цього немає, втрати молока можуть скласти не менше 10%.
Важливий показник якості молока - кислотність. Вона може підвищуватися від похибок в годівлі, в тому числі від дачі недоброякісного силосу або його збитків в раціоні, через порушення фосфорно-кальцієвого та білкового обміну тварин, а також у перші дні після отелення. Влітку причиною підвищення кислотності молока може стати використання болотистих пасовищ. Підвищується цей показник і при нестачі в кормі кухонної солі. А знижується (до 6-8 ° Т) при захворюваннях корів маститом, розведенні молока водою, в останні дні лактації тварин. Досить стабільний показник молока - його густина (маса при 20 ° С, укладена в одиниці об'єму).
Густина, яка обумовлюється наявністю в молоці сухих речовин, визначають не раніше ніж через 2 години після доїння. За цей час випаровуються гази з парного молока.
Білки, вуглеводи і солі підвищують густину, а жир знижує. Зниження густини спостерігається у разі різкого погіршення годівлі, а також при фальсифікації молока.
Бактеріальна забрудненість молока найбільш точно відображає санітарні умови його отримання. Тут багато що залежить від чистоти вим’я корови і прилеглих до нього шкірних покривів, а також стерильності доїльних апаратів. Бактеріальна забрудненість молока може збільшитися до 19% при його охолодженні і на 44-45% при перекачуванні і транспортуванні. Чи не пізніше 2 годин після доїння молоко треба охолодити до температури 4 ± 2 ° С. При цьому зберігають його не більше 24 годин. При здачі молока на переробку його температура не повинна бути не вище 10 ° С. Це підтримує бактеріальну стабільність продукту до 10 годин, а при охолодженні до 4-6 ° С - понад 24 годин. Неохолоджене молоко останнього удою, як відомо, не можна змішувати з охолодженим, оскільки при цьому порушується бактерицидна фаза молока і підвищується біохімічна активність мікроорганізмів. Однак не слід охолодження приймати за фактор, що відновлює якість. Важливо врахувати, що при цьому тільки затримується зростання вже наявних в молоці бактерій. Якщо їх вже міститься в продукті більше 500 тис./см3, не можна очікувати, що після охолодження його приймуть I ґатунком. Тому ефект від охолодження молока буде тільки у випадку, якщо воно спочатку відповідає високій якості.
Молочна продуктивність корів при маститах може знизитися на 40%. Інший важливий показник якості молока - вміст у ньому соматичних клітин. Це клітини циліндричного, плоского і кубічного епітелію молочної залози, лейкоцити, еритроцити. У молоці навіть від здорової корови завжди містяться соматичні клітини, які відокремилися з секреторною частини вим’я. Однак при запальному процесі в молочній залозі (маститі) лейкоцити, згідно клітинної теорії запалення, створеної Мечниковим, починають процес фагоцитозу. У результаті посиленої міграції лейкоцитів в осередок запалення їх кількість, а отже, і загальне число соматичних клітин в молоці збільшується. Підвищений вміст соматичних клітин у молоці спостерігається в перші дні після отелення, перед запуском, під час тічки і в період захворювань тварини. Тому треба застосовувати всі необхідні заходи, щоб виключити з отриманої продукції домішка такого молока. Зниження якості незбираного молока в цьому випадку особливо помітно відбивається при виготовленні кисломолочних продуктів і сиру.