Методика определения химического состава и энергетической ценности продуктов питания, продовольственных пайков и рационов питания, поступающих на снабжение личного состава войск национальной гвардии Российской Федерации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика определения химического состава и энергетической ценности продуктов питания, продовольственных пайков и рационов питания, поступающих на снабжение личного состава войск национальной гвардии Российской Федерации



Содержание

Введение

1. Проблема, задача и гипотеза исследования

2. Разработанность проблемы

2.1 Основные понятия и термины

2.2 Методы и методики применяемы для определения химического анализа и энергетической ценности готовых блюд

3. Изменения происходящие при кулинарной обработке

3.1 Качественные изменения при кулинарной обработке

3.2 Количественные изменения при кулинарной обработке

3.3 Внешние и внутренние изменения

3.4 Изменения основных пищевых веществ при кулинарной обработке

4. Методика определения химического состава и энергетической ценности изделий питания, продовольственных пайков и рационов питания

5. Практические рекомендации по организации питания военнослужащих

Заключение

Библиографический список

Приложение



Введение

Актуальность темы заключается в том, что наиболее приоритетными направлениями в войсках национальной гвардии являются жизнеспособность и выносливость военнослужащих. Жизнеспособность и выносливость зависит не только от личного мастерства и уровня овладения военным искусством, но так же и напрямую от питания военнослужащих. Рациональное и сбалансированное питание личного состава с учетом особенностей местности дислоцирования помогает повысить общее физическое и морально-психологическое состояние военнослужащих.

Перед службами тыла стоят цели по качественному обеспечению личного состава полноценным, здоровым и сбалансированным питанием, что в свою очередь обеспечит выполнение боевых задач. Меню-раскладка является основой качественного, количественного и соответствующего питания военнослужащих, и от его грамотного составления зависит успех в этом направлении в целом.

В данной дипломной работе мы рассмотрим методику определения химического состава и энергетической ценности изделий питания, продовольственных пайков и рационов питания, поступающих на снабжение личного состава войск национальной гвардии Российской Федерации.

Приоритетными задачами дипломной работы выступают:

1. Расчет калорийности и содержания пищевых веществ в суточном рационе питания по меню-раскладке.

2. Анализ полученных данных и разработка рекомендаций по оптимизации питания военнослужащих.



1. Проблема, задача и гипотеза исследования

Питание является одним из важнейших факторов определяющих здоровье человека и боевую готовность военнослужащих в частности. Для построения тканей и обеспечения процессов обмена веществ необходимы все составные части продуктов, однако, к основным пищевым веществам относят белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества. Потребность в энергии удовлетворяется в основном за счет белков, жиров и углеводов.

Пищевая ценность - понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах, энергию и органолептические достоинства. Характеризуется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятых количествах.

Энергетическая ценность - количество энергии, высвобождаемой из пищевого продукта в организме человека для обеспечения его физиологических функций. Энергетическая ценность пищи характеризуется количеством тепла, выделяемого в организме человека при биохимических реакциях. Ее измеряют в единицах тепловой энергии - килокалориях (ккал)

Чтобы определить количество пищи, которое требуется человеку для восполнения его энергетических затрат, необходимо рассчитать калорийность потребляемой пищи. Известно, что белки, жиры, углеводы и другие нутриенты при полном окислении в организме человека выделяют различное количество тепловой энергии:

1. 1 г усвояемых углеводов - 4 ккал

2. 1 г жиров - 9.0 ккал

3. 1 г белков - 4.0 ккал

Зная вышеуказанные энергетические коэффициенты, можно рассчитать калорийность всего дневного рациона или калорийность любого пищевого продукта, если известен его химический состав.



2. Разработанность проблемы

Аналитическая химия , наука об определении химического состава веществ и, в некоторой степени, химическим строения соединений. Аналитическая химия развивает общие теоретические основы химического анализа, разрабатывает методы определения компонентов изучаемого образца, решает задачи анализа конкретных объектов.

Основная цель аналитической химиии - обеспечить в зависимости от поставленной задачи точность, высокую чувствительность, экспрессность и (или) избирательность анализа. Разрабатывают методы, позволяющие анализировать микрообъекты (Микрохимический анализ), проводить локальный анализ (в точке, на поверхности и т.д.), анализ без разрушения образца (Неразрушающий анализ), на расстоянии от него (дистанционный анализ), непрерывный анализ (например в потоке), а также устанавливать, в виде какого химического соединения и в составе какой фазы существует в образце определяемый компонент (фазовый анализ). Важные тенденции развития аналитической химии - автоматизация анализов, особенно при контроле технологических процессов (Автоматизированный анализ), и математизация, в частности широкое использование ЭВМ.

Можно выделить три крупных направления аналитической химии : общие теоретические основы; разработка методов анализа; аналитическая химия отдельных объектов. В зависимости от цели анализа различают качественный анализ и количественный анализ. Задача первого - обнаружение и идентификация компонентов анализируемого образца, второго - определение их концентраций или масс. В зависимости от того, какие именно компоненты нужно обнаружить или определить, различают изотопный анализ, элементный анализ, структурно-групповой (в т. ч. функциональный анализ), молекулярный анализ, фазовый анализ. По природе анализируемого объекта различают анализ неорганических и органических веществ.

В теоретических основах аналитической химии, существенное место занимает метрология химического анализа, в том числе статистическая обработка результатов. Теория аналитической химии включает также учение об отборе и подготовке аналитических проб, о составлении схемы анализа и выборе методов, принципах и путях автоматизации анализа, применения ЭВМ, а также основы народнохозяйственного использования результатов химического анализа Особенность аналитической химии - изучение не общих, а индивидуальных, специфических свойств и характеристик объектов, что обеспечивает избирательность многих аналитических методов. Благодаря тесным связям с достижениями ,физики , математики биологии и различных областей техники (это особенно касается методов анализа) аналитическая химия превращается в дисциплину на стыке наук.

2.1 Основные понятия и термины

Качество пищевых изделий - комплекс свойств, отражающих способность изделия обеспечивать органолептические характеристики, потребность организма в пищевых веществах, безопасность его для здоровья, надежность при изготовлении и хранении.

Качество продукции определяется комплексом свойств, обусловливающих пригодность ее удовлетворять определенные потребности человека в соответствии с назначением. Для оценивания потребительских достоинств пищевых изделий широко используются сенсорные, или органолептические, методы, основанные на анализе ощущений органов чувств человека.

Под органолептическим оцениванием качества пищевых и вкусовых изделий понимают общие приёмы оценивания, при которой информация о качестве пищевых изделий воспринимается посредством органов чувств человека. Органолептический анализ основан на применении научно обоснованных методов и условий, гарантирующих точность и воспроизводимость результатов.

Органолептические свойства - это свойства объектов, оцениваемые органами чувств человека (вкус, запах, консистенция, окраска, внешний вид и т.д.). Органолептический анализ пищевых и вкусовых изделий проводится посредством дегустаций, т. е. исследований, осуществляемых с помощью органов чувств специалиста - дегустатора без применения измерительных приборов.

Показатели качества, определяемые с помощью зрения:

внешний вид - визуальный образ продукта;

форма - геометрические параметры изделия;

цвет - световой импульс;

блеск - свойство отражать большую часть лучей;

прозрачность - степень пропускания света через слой жидкости определенной толщины.

Показатели качества, определяемые с помощью глубокого осязания:

консистенция - свойство изделия, обусловленное его вязкостью;

плотность - свойство сопротивления изделия давлению;

эластичность - способность изделия возвращать первоначальную форму после прекращения местного давления, не превышающего критической величины .

Показатели качества, определяемые обонянием:

запах - впечатление, возникающее при возбуждении рецепторов обоняния, определяемое качественно и количественно;

аромат - приятный естественный характерный запах исходного сырья (молока, фруктов, специй и др.);

«букет» - приятный развивающийся запах под влиянием сложных процессов, происходящих во время созревания, брожения и ферментации (например, «букет» выдержанного вина).

Показатели качества, определяемые в полости рта:

сочность - впечатление осязания, производимое соками изделия во время разжевывания (например, изделие сочный, малосочный, суховатый, сухой);

однородность - впечатление осязания, производимое размерами частиц изделия (однородность шоколадной массы, конфетных начинок);

консистенция - осязание, связанное с густотой, клейкостью изделия, силой нажима; она чувствуется при распределении изделия на языке (консистенция жидкая, сиропообразная, густая, плотная);

волокнистость - впечатление, вызываемое волокнами, оказывающими сопротивление при разжевывании изделия, которое можно ощущать качественно и количественно (например, мясо с тонкими волокнами);

крошливость - свойство твердого изделия крошиться при раскусывании и разжевывании, обусловленное слабой степенью сцепления между частицами;

нежность - условный термин, оценивается как сопротивление, которое оказывает изделие при разжевывании (например, мягкое яблоко, хрустящий огурец, нежное мясо);

терпкость - чувство осязания, вызванное тем, что внутренняя поверхность полости рта стягивается и при этом появляется сухость во рту;

вкус - чувство, возникающее при возбуждении рецепторов и определяемое как качественно (сладкий, соленый, кислый, горький), так и количественно (интенсивность вкуса);

флевор, или вкусность - комплексное впечатление вкуса, запаха и осязания при распределении изделия в полости рта, определяемое как качественно, так и количественно.

2.2 Методы и методики применяемы для определения химического анализа и энергетической ценности готовых блюд

Определения химического состава и энергетической ценности продуктов питания, продовольственных пайков и рационов 1. Потребность человека в различных пищевых веществах зависит от многих факторов: физической нагрузки, условий окружающей среды, пола, возраста, физического развития и др., что особо важно учитывать при нормировании питания различных контингентов военнослужащих советской армии и военно-морского флота. В этой связи обеспечение военнослужащих количественно и качественно полноценным питанием обусловливает необходимость детальной оценки соотношений поступающих в организм пищевых веществ и ,степени ,соответствия ,их потребностям организма, основанным на концепции сбалансированного питания 2. Наибольшее значение в питании имеют белки, являющиеся основой жизнедеятельности любого живого организма. Они необходимы для осуществления обменных процессов, постоянного воспроизводства основных структурных элементов, воссоздания жизненно важных веществ: ферментов, гормонов, антител и т. Д. Эта разносторонняя функция белка, участвующего в многосложных превращениях, происходящих в организме, обусловливает необходимость регулярного поступления с пищей д оста-точного количества белковых веществ. От величины поступления с пищей белка в значительной степени зависят состояние здоровья, физическое развитие и работоспособность человека. Известно, что белковая недостаточность сопровождается серьезными нарушениями в обмене веществ вплоть до гибели организма. Проблема полноценного белкового питания помимо количественной стороны имеет также качественную, определяемую аминокислотным составом потребляемых белков. Наличие всех незаменимых аминокислот (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин -е- цистин + фенилаланин + тирозин, триптофан, лизин) в количествах, удовлетворяющих потребности при условии оптимальности соотношения незаменимых и заменимых аминокислот, служит определяющим фактором установления норм потребления белка. 1* зак. 2632 длг

Белки животного происхождения характеризуются достаточ-но хорошей сбалансированностью аминокислотного состава в хорошо усваиваются, в то время как белки растительного происхождения, как правило, дефицитны по некоторым незаменимым аминокислотам, а степень усвоения их ниже. Оптимальная потребность организма человека в белке составляет 11-14% энергетической ценности рациона, в том числе не менее 50-6о% белка животного происхождения энергетическая ценность 1 г белка после пересчета ва усвояемую часть составляет в среднем 4,3 ккал. 3 исследованиями последних лет установлено участие жи-ров в пластических процессах организма, что отчасти изменило взгляд на их нормирование в питании. Особый интерес представляют голиневасыщенные жирные кислоты: ливолевая, лино леновая, арахидоновая, не синтезируемые в организме человека. Важность этих жирных кислот заключается в том, что они участвуют в образовании гормоноподобных веществ, которые влияют на регуляцию обменных процессов. Согласно физиологическим нормам для обычных условий среднесуточная потребность организма человека в жирах составляет 28-35% энергетической ценности рационов, в том числе жиров растительного происхождения. При повышенной физической нагрузке, а также в чрезвычайных условиях обитания (преимущественно в условиях холодного климата) содержание жира в рационах может быть увеличено. Энергетическая ценность 1 г жира после пересчета на усвояемую часть составляет в среднем 9,3 ккал. 4. Углеводы в рационе питания являются основным источником энергии в за их счет покрывается более 50-60% энерготрат. В организм человека углеводы поступают в виде сахаров, крахмала и клетчатки. Усвояемые углеводы (сахара и крах-мал) расщепляются в всасываются, клетчатка выполняет функцию наполнителя», утоляя чувство голода и способствуя перистальтике кишечника энергетическая ценность 1 г углеводов после пересчета на усвояемую часть составляет в среднем 4,1 ккал. При резком увеличении физической нагрузки энергетические затраты рекомендуется компенсировать преимущественно за счет легкоусвояемых углеводов: моно- и дисахаридов. 5. Оптимальное соотношение по массе белков, жиров и углеводов для обычных условий равно 1 : 1 : 4 и при повышенной физической и психической нагрузках может быть доведено до 1 : 1 : 5-б. Б. Исследованиями последних лет установлено, что высокое физическое, а также нервно-эмоциональное напряжение ведет к изменению потребности организма не только в основных пищевых веществах и энергии, но и в витаминах, макро- и микроэлементах, что приводит к необходимости учета этих важных фак-торов при разработке рационов питания.

Содержание белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей, аминокислот в пищевых продуктах, пайках и рационах даны в приложениях 1-3: - химический состав в энергетическая ценность пищевых продуктов (приложение 1); - сводные показатели химического состава и энергетиче-ской ценности продовольственных пайков и рационов для личного состава войск национальной гвардии; - примерное содержание аминокислот в продовольственных пайках в рационах для личного состава советской армии и военно-морского флота (приложение з). 8. Процентное содержание продуктов в нормах продовольственных пайков для личного состава советской армии и военно-морского флота для подсчета их химического состава и энергетической ценности даны в приложении 4. 9. Потери отдельных витаминов при тепловой обработке продуктов даны в приложении

Расчет количества белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ в пищевых продуктах производится путем умножения массы продукта на количество содержания их в 100 г данного продукта, указанное в приложении 1, с последующим делением полученного произведения на 100. Определение этих пищевых веществ в суточном рационе производится путем суммирования данных, полученных по отдельным видам продуктов. Для подсчета энергетической ценности рациона найденное количество белков, жиров и углеводов умножается соответственно на коэффициенты 4, 3, 9, 3, 4,

Сумма произведений составляет энергетическую ценность рациона. В указанном примере энергетическая ценность рациона определяется следующим расчетом: количество белков (10зх4,з); энергетическая ценность белков -443 ккал (1853 кдж); количество жиров (98х9,3) энергетическая ценность жиров - 91 1 ккал (3812 кдж); количество углеводов (670х4,1) энергетическая ценность углеводов - 2746 ккал (11489 кдж). Общая энергетическая ценность рациона 4100 ткал (17 154 кдж).

Для подсчета энергетической ценности рациона найденное количество белков, жиров и углеводов умножается соответственно на коэффициенты 4, 3, 9, 3, 4, 1. Сумма произведений составляет энергетическую ценность рациона. В указанном примере энергетическая ценность рациона определяется следующим расчетом: количество белков (10зх4,з); энергетическая ценность белков -443 ккал (1853 кдж); количество жиров (98х9,3) энергетическая ценность жиров - 91 1 ккал (3812 кдж); количество углеводов (670х4,1) энергетическая ценность углеводов - 2746 ккал (11489 кдж). Общая энергетическая ценность рациона 4100 ткал (17 154 кдж).



3. Изменения происходящие при кулинарной обработке

Механические способы обработки вызывают в продуктах изменения: при очистке и измельчении продуктов повреждаются клеточные оболочки, ускоряются ферментативные процессы - темнеют кaртофель, грибы, яблоки, окисляются витамины. Овощи после механической кулинарной обработки сразу подвергают тепловой обработке,

При тепловой обработке овощей происходят следующие изменения.

В сырых овощах клетки растительной ткани связаны между собой склеивающим веществом - протопектином, который при тепловой обработке переходит в растворимое вещество - пектин, связь между клетками ослабляется и овощи размягчаются. В кислой среде овощи размягчаются плохо, так как процесс перехода протопектина в пектин замедляется.

Крахмал, содержащийся в овощах, клейстеризуется: при температуре 55-70 °С образует студенистую массу - клейстер.

При нагревании крахмала выше 120 °С происходит декстринизация -крахмал расщепляется, образуя растворимые в воде вещества коричневого цвета - пиродекстрины. Поэтому при жарке овощей, содержащих крахмал, на поверхности образуется румяная корочка.

В овощах, содержащих сахара, при нагревании происходит распад сахара - кaрамeлизация. Образуются темноокрашенные вещества - кaрмелен, кaрмелaн и др. В результате кaрамeлизации количество сахара в овощах уменьшается, а на поверхности образуется поджаристая корочка.

В овощах при тепловой обработке происходит реакция мелaноидинообразования, при которой простые сахара вступают в реакцию с азотистыми веществами и образуются мелaноидины - темноокрашенные соединения и влияют на образование поджаристой корочки.

Зеленый цвет овощей (щавель, шпинат, салат, зеленый горошек и др.) зависит от содержания пигмента хлорофилла. При тепловой обработке органические кислоты овощного сока в сочетании с хлорофиллом образуют новое соединение бурого цвета.

Желтый, оранжевый, красный цвета овощей (морковь, репа, тыква, помидоры, красный перец) дают пигменты - кaротиноиды. Они устойчивы к действию тепла, кислот, щелочей и не изменяют цвет при тепловой обработке. Кaротиноиды нерастворимы в воде, но растворяются в жирах, поэтому при пассеровании овощей пигменты переходят в жир, окрашивая его в оранжевый цвет.

В свекле содержатся красящие вещества - антоцианы, которые представляют собой два пигмента - пурпурный и желтый. Пурпурный пигмент при тепловой обработке легко разрушается, а желтый более устойчив. Антоцианы свеклы хорошо сохраняются в кислой среде, если добавить уксус или лимонную кислоту.

Бело-желтый цвет овощей объясняется содержанием пигментов - флавонов, которые при гидролизе приобретают желтую окраску. Поэтому при варке кaртофеля, капусты они желтеют, а при взаимодействии с солями железа темнеют.

При тепловой обработке масса овощей уменьшается. Это зависит от вида овощей, способа тепловой обработки, формы нарезки.

Витамины устойчивы к тепловой обработке и почти не изменяются. Часть витаминов при варке переходит в отвар. Витамин С при тепловой обработке сохраняется, если добавить кислоту. Значительно лучше он сохраняется при варке на пару и при жарке, так как жир предохраняет овощи от кислорода.

3.1 Качественные изменения при кулинарной обработке

Кулинарная обработка, особенно тепловая, вызывает в продуктах глубокие физико-химические и коллоидно-химические изменения. Эти изменения могут приводить к потерям питательных веществ, существенно влиять на усвояемость и пищевую ценность продуктов, изменять их цвет, приводить к образованию новых вкусовых и ароматических веществ. Без знания сущности происходящих процессов нельзя сознательно подходить к выбору режимов технологической обработки, обеспечить высокое качество готовых блюд, уменьшить потери питательных веществ.

Теплообменные процессы

Задачей тепловой обработки является создание и поддержание в продукте определенного температурного поля.

Тепловая обработка продуктов осуществляется различными способами: погружением в жидкую среду, обработкой паровоздушной и пароводяной смесями, острым паром, нагревом в поле сверхвысокочастотных электрoмагнитных колебаний (СВЧ), инфракрасным облучением, контактным нагревом.

Все способы нагрева пищевых продуктов можно разделить на две группы: поверхностный и объемный нагрев.

Поверхностный нагрев. Этот вид нагрева может быть контактным, конвективным или радиационным.

При контактном нагреве продукт помещают на нагретые поверхности. Вначале в результате контакта с теплопередающей поверхностью нагревается поверхность продукта. От нагретой поверхности тепло передается за счет теплопроводности вглубь продукта, и вся его масса постепенно прогревается. Создается перепад температур между наружными и внутренними слоями и определенный температурный градиент от поверхности к центру продукта.

При помещении на нагретую поверхность продукт нагревается только с одной стороны, и в процессе обработки его надо переворачивать.

При конвективном нагреве продукт помещают в греющую среду (воду, пар, жир, нагретый воздух). Вначале в результате конвективного теплообмена с греющей средой нагревается поверхность продукта. От нагретой поверхности тепло передается вглубь продукта за счет теплопроводности. При длительном нагревании (например, при варке продукта в воде) температура на поверхности и в центре продукта практически выравнивается, и температурный градиент становится незначительным.

При радиационном нагреве продукт облучают инфракрасными лучами (ИКЛ). Источником ИКЛ могут быть нагретые поверхности (стенки жарочных шкафов, электрoнагревательные элементы и др.) или специальные источники ИК-излучения. ИКЛ проникают в продукт на глубину 1-2 мм, и в этом слое энергия излучения превращается в тепловую. Поэтому поверхность продукта очень быстро нагревается, и образуется обезвоженная корочка, в которой температура быстро достигает 130-150 °С. От нагретой поверхности тепло передается вглубь продукта за счет теплопроводности. Этот способ нагрева используется в гриль-аппаратах и шашлычных печах.

При всех способах поверхностного нагрева создается разность температур между поверхностью и внутренними частями изделия. Перепад температуры усиливает перемещение влаги в капиллярах от поверхности к центру изделия (термoкапиллярный эффект). Он способствует более быстрому образованию на поверхности продукта корочки и уменьшению испарения влаги при жарке, а также снижению интенсивности экстракции водорастворимых компонентов при варке. Вопросы термoвлагопереноса более подробно рассмотрены далее.

Объемный нагрев. При объемном нагреве энергия электрoмагнитных колебаний или электрического тока превращается в тепловую энергию во всем объеме продукта, и почти вся его масса нагревается практически одновременно. Существуют два способа объемного нагрева: электрoконтактный и сверхвысокочастотный (СВЧ-нагрев).

При электрoконтактном способе через продукт пропускают электрический ток. В соответствии с законом Джоуля-Ленца при прохождении тока через проводник выделяется тепло. Однако при этом в продукте происходит коагуляция белков и другие необратимые изменения пищевых веществ, поэтому электрoконтактный способ применяют очень редко.

При СВЧ-нагреве продукт помещают в переменное СВЧ-электрoмагнитное поле, специфически воздействующее на дипольные молекулы, в которых электрические заряды пространственно разделены.

Например, молекула воды поляризована таким образом, что один конец ее (атомы водорода) несет частичный положительный заряд, а другой -- частичный отрицательный заряд (два неспаренных электрoна у атома кислорода).

Кроме того, даже неполяризованные молекулы в электрическом поле могут стать диполями. Объясняется это тем, что симметрично расположенные в них заряды могут сдвигаться под действием внешних полей (происходит вторичная поляризация).

Если дипольную молекулу поместить в электрoмагнитное поле, то она повернется так, чтобы расположиться вдоль силовых линий. В переменном СВЧ-электрoмагнитном поле диполи начинают колебаться, выделяется кинетическая энергия движения молекул, и продукт быстро нагревается.

Глубина проникновения электрoмагнитных колебаний в продукт зависит от их частоты и диэлектрических характеристик продукта.

При использовании СВЧ-нагрева сокращаются сроки тепловой обработки, уменьшается расход электрoэнергии, снижаются потери массы и растворимых веществ, в меньшей степени денатурируют белки и окисляются ненасыщенные жирные кислоты.

Изменения пищевых веществ под действием СВЧ-нагрева, их влияние на организм человека еще недостаточно изучены. СВЧ-нагрев рекомендуется использовать в основном для разогрева охлажденных и замороженных блюд, для оттаивания замороженных продуктов.

При объемном нагреве не возникает перепада температур внутри продукта, Температура на поверхности продукта не достигает 130 оС, и поэтому не образуется корочка. СВЧ-нагрев можно сравнить с варкой в собственном соку -- припусканием.

3.2 Количественные изменения при кулинарной обработке

Как отмечалось выше, тепловая обработка продуктов сопровождается явлениями массопереноса воды, водо- и жирорастворимых компонентов самого продукта. Кроме того, при использовании некоторых пищевых компонентов (поваренная соль, лимонная кислота, сахар, вкусовые добавки, специи и др.) возникает задача более или менее равномерного распределения этих добавок в массе продукта, то есть создания поля концентраций определенных компонентов.

Наоборот, при вымачивании соленой рыбы, грибов, при отваривании почек возникает задача освобождения этих продуктов от излишка поваренной соли, горечи, некоторых природных компонентов, неблагоприятно влияющих на организм.

Массоперенос ускоряется при добавлении компонентов к измельченным или жидким продуктам (напитки, фарши, пасты, измельченные овощи), особенно при достаточном перемешивании.

Если же кулинарная продукция сохраняет природную структуру и разделена на части определенного размера, протекающие процессы массопереноса определяются интенсивностью диффузии компонентов в жидких средах и эффективностью их водной или масляной экстракции из твердых пористых тел.

Влияние клеточной структуры тканей пищевых продуктов на интенсивность процессов массопереноса. Продовольственное сырье и пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные биологические системы, претерпевающие необратимые изменения на различных стадиях технологического процесса производства продукции общественного питания. Интенсивность процессов массопереноса в этих системах в определенной степени зависит от сохранения прижизненной клеточной структуры тканей, а также от степени удерживания влаги основными биополимерами пищевых продуктов -- белками и полисахаридами.

Растительные продукты -- плоды и овощи - представляют собой живые организмы, которые сохраняют дыхание и обмен веществ, хотя и с несколько уменьшенной интенсивностью.

В живой растительной клетке поверхность ядер, пластид и других цитоплазматических структур покрыта двойной полупроницаемой мембраной Цитоплазматические мембраны регулируют клеточную проницаемость, избирательно задерживая либо пропуская молекулы и ионы тех или иных компонентов в клетку и за ее пределы.

Мышечная ткань теплокровных животных и рыб находится в состоянии посмертных изменений (автолиза), интенсивность которых зависит от сроков и температурных режимов сохранения продукта. Однако и в этом случае сохраняется роль полупроницаемых клеточных мембран, отвечающих в значительной степени за концентрацию внутриклеточных растворов и перераспределение влаги в мышечных волокнах при различных изменениях гидратации белков.

Имеющиеся экспериментальные данные позволяют рассматривать продовольственное сырье и пищевые продукты как дисперсные коллоидные системы и коллоидные капиллярно-пористые тела. Массо- и влагоперенос в таких системах осуществляется путем диффузии, осмоса и капиллярного переноса.

Диффузия. Диффузией называется процесс самопроизвольного выравнивания концентраций растворенных веществ в жидкой или газовой фазе в условиях, исключающих конвекцию. Диффузия происходит без перемешивания раствора, движущей силой процесса является разность концентраций растворенного вещества.

В кулинарной практике диффузия происходит при посоле, мариновании и в других случаях, когда распределение пищевых добавок происходит без перемешивания, в жидких продуктах или в жидкости, заполняющей капилляры капиллярно-пористых твердых тел.

Диффузия подчиняется закону Фика, согласно которому количество вещества, переносимое через сечение, нормальное к направлению диффузии, пропорционально площади сечения, градиенту концентрации растворенного вещества, времени и коэффициенту диффузии. Как следует из формулы Эйнштейна, величина коэффициента диффузии обратно пропорциональна радиусу растворенных молекул (или коллоидных частиц в коллоидных растворах) и вязкости раствора.

Порядок величин коэффициента диффузии составляет 10-5 для обычных молекул и 10-7 - 10-9 см2/с для коллоидных частиц и молекул высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов).

Исследования показали, что для обычных молекул время диффузии на 1 см составляет несколько часов, а для молекул высокомолекулярных соединений (белков и других биополимеров) и коллоидных частиц -- около 3 лет.

Таким образом, в реальных условиях следует учитывать диффузию только небольших молекул и ионов: поваренной соли, органических кислот, моно- и дисахаридов, низкомолекулярных водорастворимых белков и др. При посоле крупнокусковых полуфабрикатов продукт следует выдержать достаточное время для равномерного распределения соли в толще продукта. Для ускорения этого процесса применяют шпигование продуктов, а особо крупные экземпляры рыбы шприцуют раствором соли.

Осмос. Осмосом называется диффузия молекул растворителя через полупроницаемую перегородку. Причина возникновения диффузии и осмоса одна и та же -- выравнивание концентрации. Однако способы выравнивания резко отличаются друг от друга. Диффузия осуществляется перемещением растворенного вещества, а осмос -- перемещением молекул растворителя и возникает при наличии полупроницаемой перегородки. Этой перегородкой в растительных и животных клетках служит мембрана. Таким образом, осмотический перенос воды происходит только в тех случаях, когда при кулинарной обработке растительных и животных продуктов сохраняются полупроницаемые мембраны.

В соответствии с законом Вант-Гоффа, в идеальных растворах осмотическое давление пропорционально молярной концентрации частиц растворенного вещества. Например, осмотическое давление раствора яичного альбумина концентрацией 0,001 М (34 г/дм3) составляет 22 см. вод. ст. (2,24 кПа). Осмотическое давление равного по массовой концентрации раствора хлористого натрия (0,586 М), каждая молекула которого диссоциирует на два иона, составляет около 2,6 МПа.

Следовательно, внутриклеточное осмотическое давление определяется, в первую очередь, концентрацией солей и низкомолекулярных соединений в клеточном соке. Осмотическое давление растворов высокомолекулярных соединений (белков и других биополимеров) крайне мало.

В кулинарной практике явление осмоса используется при замачивании частично увядших корнеплодов, клубней кaртофеля, корней хрена для облегчения очистки, снижения количества отходов. При замачивании овощей вода поступает через полупроницаемую мембрану внутрь клетки до наступления концентрационного равновесия, объем раствора в клетке увеличивается, возникает избыточное осмотическое давление. Осмотическое давление в растительных клетках придает овощам и другим растительным продуктам прочность, упругость, называемую тургором.

Если поместить овощи или фрукты в раствор с высокой концентрацией сахара или соли, то наблюдается явление, обратное осмосу -- плазмолиз. Оно заключается в обезвоживании клеток и имеет место при консервировании плодов и овощей, при квашении капусты, солении огурцов и др.

При плазмолизе осмотическое давление внешнего раствора больше, чем давление внутри клетки. В результате происходит выделение воды из клетки через полупроницаемую перегородку, концентрирование компонентов клеточного сока, уменьшение объема клетки, нарушение нормального протекания в ней физических и химических процессов. Таким образом, действие плазмолиза эквивалентно высушиванию продукта и способствует его консервированию.

Подбирая концентрацию раствора (например, сахара при варке фруктов в сиропе), температурный режим варки и ее продолжительность, можно избежать сморщивания плодов, уменьшения их объема, ухудшения внешнего вида.

Экстракция. При промывании, замачивании, варке и припускании продукты соприкасаются с водой, и из них могут извлекаться водорастворимые вещества. Процесс этот по существу является водной экстракцией водорастворимых компонентов из капиллярно-пористых твердых тел.

Интенсивность экстрагирования водорастворимых компонентов пропорциональна площади поверхности продукта и разности концентраций извлекаемого компонента на поверхности продукта и в контактирующей с ним жидкой среде. Это необходимо учитывать при хранении очищенных овощей в воде или при их промывании, варке.

Так, площадь поверхности клубней 1 кг кaртофеля среднего размера поставляет примерно 160 - 180 см2, а нарезанного брусочками -- более 4500 см2, то есть в 25 - 30 раз больше. Соответственно, из нарезанного кaртофеля будет извлечено растворимых веществ несколько больше, чем из целых клубней за один и тот же период хранения. Поэтому не следует хранить в воде или варить основным способом предварительно нарезанные овощи.

Следует учитывать, что интенсивность экстракции зависит не только от площади поверхности продукта, но и от концентрации растворимых веществ на поверхности продукта и в экстрагирующей среде.

Концентрация растворимых компонентов в продукте может быть очень значительной. Например, концентрация сахаров в свекле составляет 8 - 10 %, моркови -- 6,5 %, брюкве -- 6 %. При погружении овощей в воду экстракция растворимых веществ вначале идет с большой скоростью из-за значительной разницы концентраций, а затем постепенно замедляется и при выравнивании концентраций прекращается.

Концентрационное равновесие наступает тем быстрее, чем меньше объем жидкости. Поэтому при припускании и варке продуктов паром потери растворимых веществ меньше, чем при варке основным способом.

Внешняя диффузия растворимых компонентов происходит с поверхности продукта в слой жидкости, граничащий с его поверхностью. Если варка идет без интенсивного кипения и перемешивания, концентрация извлекаемых веществ в пограничном слое будет больше, и интенсивность экстракции будет снижаться. Наоборот, при интенсивном кипении пограничный слой будет быстро перемешиваться с основной массой варочной среды, при этом интенсивность экстракции повышается.

Для уменьшения потерь питательных веществ при варке продуктов жидкость берут с таким расчетом, чтобы только покрыть продукт. И, наоборот, если надо извлечь как можно больше растворимых веществ (варка говяжьих почек, отваривание некоторых грибов перед жаркой и др.), то воды для варки должно быть больше.

Экстракция растворимых веществ осложняется особенностями структуры пищевых продуктов. Растворимые вещества, прежде чем перейти в варочную среду с поверхности продукта, должны подойти к поверхности продукта по капиллярам из глубинных слоев. Следовательно, лимитирующей стадией всего процесса является внутренний массоперенос.

Уменьшить переход питательных веществ из продукта в варочную среду можно, не только сократив объем жидкости, взятой для варки, но и замедлив внутренний массоперенос растворимых веществ в самом продукте. Для этого овощи для винегрета рекомендуется отваривать целиком, не измельчая их. По той же причине мясо и рыбу для салатов отваривают кусками среднего размера.

Если надо извлечь как можно больше растворимых веществ, продукт рекомендуется нарезать более мелкими кусками и при варке закладывать в холодную воду.

Аналогичным образом при пассеровании овощных смесей происходит масляная экстракция растворимых в масле красящих веществ, вкусовых и ароматических компонентов.

Капиллярные явления и капиллярный массоперенос. Многие пищевые продукты могут рассматриваться как капиллярно-пористые тела. Вода удерживается в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения, создающих капиллярный потенциал. Высота подъема воды в капиллярах обратно пропорциональна диаметру капилляра.

В зависимости от вида продукта капилляры могут быть различного диаметра (микрокапилляры диаметром менее 10-7 м или макрокапилляры диаметром более 10-7 м), цилиндрической или конической формы, открытые с одного конца или с обоих концов. В капиллярах таких размеров вода поднимается на сотни метров: при радиусе капилляра 1 мм высота подъема воды 1,5 см, при радиусе 0,01 мм-- 1,5 м, при радиусе 10-7 м --150 м. Таким образом, в реальных условиях капилляры мышечной ткани мяса, рыбы, свежих овощей и плодов полностью заполнены водой. Только очень крупные капилляры мышечной ткани мяса (кровеносные сосуды) могут легко отдавать влагу.

При замачивании сухих грибов, сухофруктов и других сухих продуктов вода очень быстро и полностью заполняет капилляры продукта, и начинается процесс набухания частично обезвоженных студней белков и полисахаридов.

В капиллярах цилиндрической формы, открытых с обоих концов, жидкость с двух сторон ограничена менисками и находится под действием сил, направленных в разные стороны. Если эти силы равны, то жидкость в капиллярах находится в равновесии.

Силы поверхностного натяжения, а значит и капиллярный потенциал, уменьшаются при нагревании. Поэтому, если нагреть один конец открытого капилляра, то с этой стороны капиллярный потенциал уменьшится, и жидкость перемещается от нагретого конца к холодному.

При варке овощей с погружением в кипящую воду поверхность их быстро нагревается, а в центре еще сохраняется первоначальная температура. Перепад температур составляет 60-80 оС и теоретически может способствовать переносу влаги и растворенных в ней веществ по ходу теплового потока, то есть от наружных слоев клубней, корнеплодов к их центральным слоям. Однако на практике капилляры овощей и плодов полностью заполнены водными растворами, так что при равномерном нагреве продукта со всех сторон перемещения влаги не происходит.

Если же при кулинарной обработке продуктов одновременно происходят процессы со значительным поглощением влаги (клейстеризация крахмала, разваривание коллагена), термoкапиллярный перенос водных растворов от наружных слоев вглубь продукта может способствовать сохранению питательных веществ и получению более сочного продукта.

При жарке продуктов на хорошо разогретой жарочной поверхности влага в капиллярах поверхностных слоев продукта частично испаряется, а частично перемещается вверх, к менее нагретой части. Это приводит к быстрому образованию обезвоженной корочки, в которой температура достигает 120-130 оС, и происходят реакции мелaноидинообразования и кaрамeлизации.

Следует отметить, что и при одностороннем нагреве продукта, и при его нагреве со всех сторон действие термoкапиллярного эффекта направлено в ту же сторону, что и действие капиллярного поднятия жидкости.

В капиллярах, закрытых с одного конца, влага удерживается капиллярными силами даже после частичного испарения ее из открытого конца капилляра. Таким образом, не происходит пополнения поверхностных слоев продукта влагой по мере их обезвоживания за счет испарения во внешнюю среду. В результате изделия получаются сочными и ароматными.

При погружении продуктов в холодный жир обезвоживание их происходит за счет испарения в течение более длительного времени, при этом образуется более толстая корочка.

Аналогичными явлениями капиллярного массопереноса объясняется образование корочки у выпечных изделий и повышенная влажность в центре их при выпечке.

Капиллярная конденсация. При хранении сухих и частично обезвоженных продуктов (мука, крупа, сухофрукты, сухие грибы и овощи, кaртофельные чипсы, воздушная кукуруза, печенье, вафли и др.) без герметичной упаковки происходит их увлажнение за счет поглощения влаги из воздуха -- капиллярной конденсации.

Предполагается, что конденсация водяных паров из воздуха начинается в капиллярах постоянного диаметра (цилиндрических) и в капиллярах, сужающихся к центру продукта (конических), открытых с одного конца. В результате адсорбции пара на внутренней поверхности капилляра образуется жидкий адсорбированный слой, обладающий кривизной. На поверхности вогнутого мениска жидкости водяные пары конденсируются под давлением тем меньшим, чем меньше радиус кривизны.

Таким образом, раньше заполняются конденсатом наиболее тонкие капилляры. Постепенное заполнение капилляра жидкостью происходит вплоть до заполнения всего капилляра и выравнивания мениска.

3.3 Внешние и внутренние изменения

Набухание. Сухие порошки белков и полисахаридов (желатина, казеина, су­хого обезжиренного молока, крахмала, целлюлозы) и частично обезвоженные продукты, содержащие высохшие гели этих биополимеров, способны набухать - поглощать жидкость, при этом их объем и масса значительно увеличиваются.

Набухание следует отличать от впитывания жидкости порошкообразными или капиллярно-пористыми телами без увеличения объема, хотя эти два процесса часто происходят одновременно.

Набухание, как и растворение, носит избирательный характер. Белки (поляр­ные биополимеры) хорошо набухают в полярных жидкостях. Например, желатин хорошо набухает в воде. Мерой набухания служит степень набухания -- отноше­ние прироста массы набухшего биополимера к массе исходного биополимера.

Набухание представляет собой взаимодействие биополимеров с растворите­лем. Специфика процесса заключается в том, что взаимодействуют и смешива­ются молекулы, резко различающиеся по своим размерам и подвижности. По­этому переход макромолекул в фазу растворителя происходит очень медленно, тогда как молекулы растворителя быстро проникают в сетку полимера, раздвигая цепи и увеличивая его объем.

Таким образом, процесс набухания представляет собой одностороннее смешение, обусловленное большим различием в размерах молекул. Оно протекает с выделением теплоты набухания. Растворитель, вступающий в структуру биополимера, создает в ней значительное осмотическое давление, равное давлению набухания. Это давление достигает десятков атмосфер и может служить причиной разрыва емкостей, заполненных набухающими материалами (горохом, зерном и др.).

В зависимости от структуры биополимера набухание может быть ограниченным (набухшее вещество остается в состоянии студня) и неограниченным (вещество после набухания переходит в раствор). При повышении температуры ограниченное набухание часто переходит в неограниченное. Так, желатин при температуре 20 - 22 °С набухает ограниченно, а при более высокой -- неограниченно (растворяется практически полностью).

Пространственно сшитые полимеры (например, целлюлоза) набухают ограниченно.

Набухание либо является целью обработки (замачивание сушеных грибов, овощей, круп, бобовых, желатина), либо сопровождает другие способы обработки (варка крупы, макaрон и других продуктов).

Увеличение массы крупы, бобовых, сушеных грибов и овощей при замачивании обусловливается не только набуханием белковых и углеводных студней, но и осмосом и капиллярным впитыванием. Замачивание ускоряет последующую тепловую обработку продуктов, способствует равномерному провариванию их. энергетический блюдо кулинарный питание

Изменение адгезии. Адгезия (от лат. adhaesio) -- слипание поверхности двух разнородных тел. Сухие поверхности не слипаются. Адгезия тем больше, чем больше смачивание.

В кулинарной практике явление адгезии довольно широко распространено и часто играет отрицательную роль. Так, при жарке мясных и рыбных полуфабрикатов прилипание их к жарочной поверхности крайне нежелательно. Для уменьшения адгезии полуфабрикаты панируют в муке или сухарях и используют при жарке жир.

Отрицательную роль играет адгезия и при транспортировке мясного фарша по трубам в поточных линиях при производстве котлет. Трубопроводы засаливаются, на их стенках нарастает слой жира. Адгезия затрудняет и формовку изделий.

Уменьшение адгезии весьма актуально при выпечке изделий из теста, а также при изготовлении самого теста (потери в деже, на лопастях тестомесильных машин, на разделочных столах и т.д.). Одним из способов снижения степени адгезии является использование муки «на подпыл» при формовке изделий.

Для предупреждения прилипания кулинарной продукции в процессе ее тепловой обработки в последние годы широко используют оборудование и инвентарь со специальным покрытием, прослойки из полимерных материалов, так называемых антиадгезивов (силиконовые формочки, коврики, покрытия из тефлона).

Использование антиадгезивов повышает культуру производства и производительность труда. Обязательным условием применения полимерных материалов является их безопасность, инертность по отношению к пищевому продукту и устойчивость при нагревании, причем термoстойкость должна сохраняться длительное время.

Эмульгирование. Для получения некоторых кулинарных изделий применяют эмульгирование. При эмульгировании одну жидкость (дисперсную фазу) диспер­гируют мелкими каплями в другой жидкости (дисперсионная среда). Для этого соединяют две несмешивающиеся жидкости (масло и воду) и интенсивно разме­шивают их, при этом значительно возрастает поверхность раздела жидкостей.

В поверхностном слое капли действуют силы поверхностного натяжения, и поэтому отдельные капельки стремятся укрупниться, в результате чего умень­шается свободная энергия. Постепенное укрупнение капель в результате их слияния (коалесценции) приводит к разрушению эмульсии.

Чтобы придать эмульсии стойкость, применяют эмульгаторы. Это вещества, которые либо уменьшают поверхностное натяжение, либо образуют вокруг капе­лек раздробленной жидкости (масла) защитные пленки.

Эмульгаторы бывают двух типов: порошкообразные и молекулярные.

Порошкообразные эмульгаторы-- это тонкие порошки горчицы, молотого перца и других продуктов, которые на границе раздела двух жидкостей создают защитный слой и мешают капелькам слипаться. Порошкообразные эмульгаторы используют для получения малостойких эмульсий (заправки на растительном масле).

Молекулярные эмульгаторы-- это вещества, молекулы которых состоят из двух частей: длинных углеводородных цепей, имеющих сродство с жиром, и полярных групп, имеющих сродство с водой. Молекулы эмульгатора располага­ются на поверхности раздела двух жидкостей так, что углеводородные цепи направлены в сторону жировой фазы, а полярные радикалы -- в сторону водной. Таким путем на поверхности капелек эмульсии образуется прочная защитная пленка, обеспечивающая устойчивость эмульсии.

Молекулярные эмульгаторы (например, фосфолипиды, содержащиеся в яич­ных желтках) используют для приготовления стойких эмульсий, например, соуса майонез и голландского.

Пенообразование (взбивание) заключается в интенсивном перемешива­нии одного или нескольких продуктов для получения вспененной массы.

Пенообразование, так же как эмульгирование, связано с увеличением повер­хности раздела двух несмешивающихся фаз: газа и жидкости. В пенах газовые пузырьки разделены тончайшими пленками жидкости, образующими пленочный кaркас. Устойчивость пен зависит от прочности этого кaркаса, которая обеспечивается присутствием поверхностно-активных веществ - пенообразователей.

Двойной ряд ориентированных слоев эмульгатора, между которыми заключена дисперсионная среда, обусловливает прочность тонких пленок жидкости и сообщает системе твердообразные свойства. Например, эффективным пенообразователем является белок яйца.

Пены характеризуются двумя показателями: кратностью и стойкостью.

Кратностью называется отношение объема пены к объему жидкой фазы. Для «влажных» пен, состоящих из сферических пузырьков газа, разделенных довольно толстыми прослойками жидкости, кратность пены меньше 10.

Стойкость -- это время полураспада пены при ее хранении.

Если объем газовой фазы близок к 74 % от общего объема пены, то пена приобретает структурно-механическую прочность, и взбитые изделия хорошо сохраняют форму и долго не оседают. Кратность пены в этом случае примерно равна 4 (100/26).

Можно добиться еще большего объема газовой фазы (более 74 %), но в этом случае оболочки пузырьков теряют эластичность и при нагревании (выпечка бисквита, бизе, суфле и др.) лопаются, вследствие чего изделия оседают. Такую пену кулинары называют «перебитой».

В кулинарной практике приходится взбивать сливки, белки яиц, крахмальные отвары (муссы на манной крупе), растворы желатина (муссы, самбуки).

...