Технологічні закономірності харчової технології

1. Особливості дії законів фундаментальних наук у харчовій промисловості

Всі явища, які відбуваються в одиночних технологічних процесах і являють основу технологічних операцій, підкорюються однаковим кінетичним закономірностям у вигляді загального кінетичного закону. Незалежно від природи, всі ці явища є проявленням одних і тих же законів матеріального світу, які є предметом фундаментальних наук – математики, фізики, хімії, біології та ін. Тому без дотримання цих природних законів неможливо забезпечити виконання головного завдання харчових виробництв – виготовлення продукції в максимальному обсязі і заданої якості при мінімальних витратах матеріальних, енергетичних ресурсів і часу.

Слід відзначити, що закони фундаментальних наук сформульовані для «ідеальних» систем, в яких вивчається взаємний вплив тільки обмеженої кількості факторів. Дія всіх інших факторів або не враховується зовсім, або враховується у вигляді коефіцієнтів пропорційності, числові значення яких залежать від багатьох факторів. В умовах технологічних процесів неможливо створити «ідеальні» умови, тому що значна частина факторів не є керованою, але їх вплив слід враховувати. Тобто закони фундаментальних наук дають лише якісну характеристику технологічних процесів – вказують напрям їх перебігу. А для управління процесами необхідна точна кількісна оцінка перебігу процесів саме в конкретному виді сировини у конкретних умовах. Крім того, суворе дотримання вимог законів фундаментальних наук у харчовій технології часто вступає в суперечність з економічною або практичною доцільністю. Наприклад, найбільш економним буде технологічний процес, який має найбільшу швидкість перебігу на всіх етапах виробництва при максимальному використанні ресурсів і часу, мінімальних витратах і найбільшому виході готового продукту необхідної якості. Згідно до основного кінетичного закону, такий процес має відбуватися при найбільш можливому потенціалі, тобто рушійній силі системи. Наприклад, при виробництві консервованої продукції найбільшу швидкість і отримання гарантовано безпечного продукту в санітарному відношенні можна досягти лише при максимальному рівні термічної обробки, максимальній концентрації консерванту або при створені асептичних умов на виробництві. Але максимальна термічна обробка знижує харчову і біологічну цінність продукту, високі дози консервантів небезпечні для організму людини, а створення асептичних умов виробництва практично неможливе і економічно не вигідне.

Тому в технологічній практиці для пошуку оптимальних рішень необхідно враховувати велику кількість факторів і вибрати найбільш прийнятні умови для виготовлення продукції, що можна досягти тільки експериментальним шляхом. В сучасних умовах необхідні результати можливо отримати шляхом використання сучасних комп’ютерних технологій обробки значних обсягів інформаційних даних. Але в зв’язку з тим, що комп’ютерні технології у харчовій технології тільки починають поширюватись, а для деяких технологічних завдань вони ще взагалі відсутні, в практиці продовжують використовувати методи дослідження експериментальних моделей, а також методи, що ґрунтуються на основних технологічних принципах організації процесів, до яких відноситься – принцип раціонального використання сировини, енергії, устаткування, інтенсифікації процесу, оптимального варіанту, утилізації відходів та ін.

2. Принцип раціонального використання сировини

Особливістю більшості харчових виробництв є те, що основною складовою собівартості продукції до 60-80 % є вартість сировини. Тому ефективне використання сировини є дуже важливим в харчовій технології. Раціональне використання сировини і матеріалів харчового виробництва залежить від багатьох факторів: 1/ від відповідності сировини меті виробництва; 2/ від якості і безпеки сировини; 3/ від стану технологічного обладнання; від рівня технології.

Відповідність сировини меті виробництва означає її придатність для виготовлення певної продукції. Наприклад, для виробництва цільноконсервованих томатів, головними вимогами до сировини є розмір, форма, забарвлення, ступінь стиглості. Для виробництва томатної пасти або пюре, головними вимогами до сировини є не форма і розмір, а показники від яких залежить вихід готової продукції, це вміст сухих розчинних речовин і ступінь стиглості.

На використання продовольчої сировини впливають також такі показники, як якість та безпечність. Від якості і безпечності сировини, залежить собівартість готової продукції. Основними критеріями якості і безпеки харчової сировини є вміст корисних компонентів, наявність сторонніх домішок, пошкоджень і дефектів сировини, що збільшує кількість відходів і втрат сировини при її переробці. Наприклад, на виробництво 1 т 30 % томатної пасти витрачається 5,5 т томатів з вмістом сухих розчинних речовин 8 %, а при використанні томатів з 4 % сухих розчинних речовин необхідно 11 т сировини. Крім того, збільшується тривалість технологічного процесу, а значить втрачаються біологічно цінні речовини, збільшується навантаження на технологічне обладнання.

Використання комбайнів для збору томатів сприяє збільшенню сторонніх домішок у вигляді землі, піску, листя, що потребує сортування і додаткової обробки.

При виготовленні харчових продуктів дитячого і дієтичного харчування. Лікувального та спеціального призначення, натуральних вин, соків, молочних продуктів, вимоги до сировини більш жорсткі.

Раціональне використання сировини передбачає можливість її глибокої переробки, тобто безвідходне виробництво. Наприклад, при виробництві соків з яблук відходи складають 20-40 %, які доцільно використовувати як сировину для отримання фруктових порошків або пектинових речовин. Пектинові речовини використовують в якості згущувачів при виробництву концентрованої солодкої продукції – повидла, джемів, конфітюру, начинок для борошняних виробів. В теперішній час на Україні пектини не виробляються, а завозяться із-за кордону.

Найбільш поширеним способом оцінки раціональності використання сировини є складання матеріального балансу, коли враховуються всі компоненти складу сировини та їх теоретично можливий вихід на всіх технологічних операціях. Основою продуктових розрахунків є рівняння матеріального балансу, що відображає закон збереження маси. Тобто маса сировини, яка поступає на переробку дорівнює масі вихідних продуктів, відходів і втрат у виробництві.

3. Принцип раціонального використання енергоресурсів та устаткування

Харчові виробництва відносяться до енерговитрат них. В якості енергоресурсів використовується гаряча водяна пара, гаряча вода, електричний струм, природній газ, тверде та рідке томливо.

Гаряча пара і вода є основними теплоносіями в технологічних процесах нагрівання, пастеризації, стерилізації, уварювання, випаровування, дистиляції, сушіння та ін.. Гаряча вода і пара широко використовується для миття і стерилізації, санітарної обробки технологічного устаткування, виробничих приміщень.

Електрична енергія використовується у приводах технологічного обладнання, електротранспортних машинах, холодильних установках, сушарках. При випіканні, обжарюванні, коптінні, сушінні, застосовують природній газ, тверде та рідке паливо.

У харчових виробництвах переважним видом енергії є тепловий баланс, який враховує тепловий ефект самого процесу та втрати енергії в оточуюче середовище.

4. Принцип інтенсифікації технологічних процесів

Під інтенсифікацією технологічних процесів розуміють збільшення швидкості його перебігу наслідком чого є зростання продуктивності за одиницю часу. Згідно з загальним кінетичним законом, цього можна досягти збільшенням потенціалу процесу, збільшенням кінетичного коефіцієнту або одночасним збільшенням обох ефектів.

Шляхом підвищення температури інтенсифікують процеси термічного сушіння, уварювання, випарювання, розчинення та ін.

Поєднання зміни температури і тиску широко використовується в харчових технологіях при проведенні сорбційних, хімічних, гідромеханічних та ін. процесів Наприклад, в цукровій промисловості, вино-, пиво- та безалкогольному виробництвах для прискорення насичення розчинів вуглекислотою, підвищують її тиск та знижують температуру рідкої фази. Для інтенсифікації процесів сушіння, випарювання, уварювання поєднують підвищення температури до найбільш можливої межі з одночасним зниженням тиску (вакуумуванням). У процесах конденсації навпаки, знижують температуру і підвищують тиск. Для прискорення фільтрування за допомогою мембран, збільшують тиск над мембраною, або зменшують – під нею.

1. Принцип оптимізації

Сутність його полягає в виборі серед багатьох можливих варіантів одного або декількох. Які є найбільш придатними, оптимальними для конкретних умов підприємства, технологічного процесу або окремої операції. В якості критеріїв вибору можуть бути різні показники – собівартість, продуктивність, якість, безпечність та ін.

У технологічній практиці цей принцип використовують найчастіше при проектуванні, модернізації або дослідженні процесів. Математичні методи дають можливість отримувати точні кількісні оцінки того чи іншого варіанта тільки за одним критерієм. Якщо ж треба мати оцінку за декількома критеріями, то вибирають компромісний варіант.

Використання принципу оптимального варіанта дає можливість ефективності впровадження в харчових виробництвах новітніх досягнень науки, техніки та передового досвіду; оптимальних параметрів технологічних режимів високопродуктивного обладнання; ресурсо- та енергозберігаючих технологій.