Основы технологии пищевых производств

Слово «технология» объединяет два понятия: “techne” - искусство, ремесло, техника и “logos” – учение, наука.

Таким образом, слово «технология» означает учение или наука о способах и средствах переработки материала.

Современная пищевая технология базируется практически на всех фундаментальных науках. Сложные процессы, происходящие при переработке сырья в продукты питания, основаны на законах физики, теплофизики, химии, биохимии, микробиологии, механики и др. По-настоящему грамотным может быть только технолог, владеющий знаниями в этих областях науки.

Технология – это совокупность процессов, приводящих к получению из сырья пищевых продуктов. Основными этапами получения пищевых продуктов является: прием, хранение и подготовка сырья, получение полуфабрикатов и готовых изделий. Технология производства продуктов питания базируется на основных законах природы: закона сохранения массы и закона сохранения энергии. Вместе с тем в технологии присущи свои специфические понятия и законы, которым подчиняются технологические процессы, превращающие сырье в продукты питания. Изучение многих технологических процессов позволило выявить нечто общее, характерное для всех производств. Этим общим является перенос массы или перенос энергии на каждой стадии превращения сырья в полуфабрикат или конечный продукт.

1. Возьмем какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рис. 1). Если в аппарат подаются два вида сырья в количестве М_А и М_В и технологические добавки в количестве М_С, а из аппарата выходят готовый продукт в количестве М_D и отходы производства М_Е, то по закону сохранения массы получим уравнение:

или

МА

Это уравнение называется материальным балансом. Из уравнения видно, что в процессе производства происходит перенос массы из одних компонентов, входящих в аппарат, в другие.

МD

МВ

МE

МС

Рис. 1- К уравнению материального баланса.

2. Каждый компонент входящий в аппарат и выходящий из него, вносит или выносит определенное количество энергии. Это теплота материалов, нагретых до определенной температуры (так называемая внутренняя энергия, или энтальпия) Е_А, Е_В, Е_D и Е_F; а также кинетическая энергия движущихся потоков Е_С. Наконец, это любой вид энергии, которые возникают в результате протекания процессов, например потери теплоты в окружающую среду Е_пот и потери на трение при прохождении потоков через аппарат Е_тр (рис. 2).

Закон сохранения энергии в этом случае выразится следующим уравнением:

или

Епр

ЕА

ЕD

ЕF

ЕВ

ЕС

Етр

Епот

Рис. 2 – К уравнению энергетического баланса

Движущая сила процесса

Всякий перенос вещества или энергии не совершается сам по себе. Причиной переноса является наличие в системе неравновесия.

Скорость процесса тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление осуществляемому действию.

где:	L – скорость протекания процесса;
	R – сопротивление переносу;
	Δ – движущая сила.

Величину 1/R можно заменить проводимостью К, и полученное выражение примет вид

Это выражение носит название основного (общего) кинетического уравнения. Зная движущую силу конкретного процесса, воспользовавшись общим кинетическим уравнением, можем получить основное уравнение для любого процесса.

Для процесса теплопередачи:

где:	q – скорость переноса теплоты, удельный тепловой поток, Дж/(м2·К·с);
	k – коэффициент теплопередачи, Дж/(м2·К·с); [или Вт/(м2·К)];
	Δt – движущая сила, т.е. средняя разность температур, К или (0С).

Для процесса массопередачи уравнение примет вид [кг/(м²·с)]:

где:	Km – коэффициент массопередачи, размерность которого зависит от размерности концентрации, например, кг/[м2·(кг/м3)с] либо (м/с);
	ΔC – движущая сила – средняя разность концентраций, кг/м3.

Для гидродинамических процессов, например для фильтрования, кинетическое уравнение примет следующий вид:

где:	V – объем получаемого фильтрата, м3;
	F – площадь, через которую осуществляется фильтрование, м2.
	τ – время, с;
	v - скорость фильтрования, м3/(м2·с) или м/с;
	K – коэффициент, характеризующий проводимость фильтрующей перегородки, м3/(м2·с·Па) или м2·с/кг;
	Δp – разность давлений, Па.

Анализ общего кинетического уравнения показывает, что увеличить скорость процесса можно, увеличивая движущую силу либо уменьшая сопротивление.