1. Definicje: procesu technologicznego, produkcyjnego, operacji jednostkowej i procesu jednostkowego:

Procesem technologicznym -nazywa się ciąg operacji i procesów jednostkowych, następujących w określonej sekwencji czasowej, począwszy od chwili odbioru surowca do chwili otrzymania gotowego produktu

Proces produkcji – zespół czynności organizacyjnych i technicznych, koniecznych dla zapewnienia niezakłóconego procesu technologicznego.

Proces produkcji składa się z następujących elementów:

• zaopatrzenia materiałowego (surowce, materiały pomocnicze, źródła energii),

• transportu wewnętrznego (przemieszczanie surowców, półproduktów i wyrobów gotowych)

• kontroli jakości surowców, półproduktów i wyrobów gotowych,

• utylizacji odpadów i oczyszczania ścieków oraz gospodarki wodnej i energetycznej,

• magazynowania i dystrybucji gotowych wyrobów.

Operacje jednostkowe -jeżeli zachodzące w nich zmiany mają charakter fizyczny (np. rozdrabnianie, przesiewanie, mieszanie itp.

Procesy jednostkowe - jeżeli zmiany mają charakter chemiczny, biochemiczny lub biologiczny.

2. Podział operacji i procesów jednostkowych:

Operacje jednostkowe:

• operacje mechaniczne (albo dynamiczne) rządzące się prawami mechaniki ciał stałych i płynnych;

• operacje cieplne związane z ruchem (przenoszeniem) ciepła;

• operacje dyfuzyjne, podlegające prawom przenikania i wymiany mas;

• operacje fizykochemiczne, polegające głównie na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia;

Procesy jednostkowe:

• procesy chemiczne, których istotę stanowią reakcje chemiczne wymagające zastosowania określonych reagentów chemicznych i zachodzące bez udziału czynników biologicznych;

• procesy biochemiczne, związane z zastosowaniem czynników biologicznych w postaci żywych organizmów (głównie drobnoustrojów) lub enzymów

3. Wymienić podstawowe zasady technologiczne i czym się charakteryzują:

W procesach technologicznych działają podstawowe prawa natury:

• prawo zachowania masy i energii,

• prawa rządzące przenoszeniem masy i ciepła

Prawo zachowania masy znalazło praktyczne zastosowanie do obliczania bilansu materiałowego.

Bilans materiałowy można, więc przedstawić w postaci równania

G=G₁ + G₂

gdzie;

G- masa materiału (surowca) podlegającego przetworzeniu,
G₁–masa materiału po przetworzeniu (masa gotowego produktu),
G₂ – strata materiału podczas przetwarzania (produkty odpadowe).

Prawo zachowania energii -przyjmuje, że suma wszystkich rodzajów energii w układzie zamkniętym jest stała i że zmiany jednej jej postaci w inną nie zmieniają tej sumy.

∑ Q_p = ∑ Q_k

Z prawa zachowania masy i energii wynikają następujące zasady:

• zasada najmniejszego zużycia energii (oszczędności energii),

• zasada kołowego obiegu energii i masy,

• zasada ciągłości produkcji.

Zasada kołowego obiegu masy- jest powszechnie stosowana w nowoczesnym przemyśle spożywczym i chemicznym np. obieg wody technologicznej.

Z praw rządzących przenoszeniem masy i energii wynikają kolejne zasady:

• zasada prądów naturalnych- Oznacza, że kierunek przypływu płynów o różnej gęstości odbywa się zgodnie z kierunkiem sił grawitacji np. mieszanie płynów o różnej gęstości, w wymiennikach ciepła i skraplaczach, np. w procesach dyfuzji;

• zasada przeciwprądu materiałowego i cieplnego;

• zasada optymalnego rozwinięcia powierzchni;

4. Podział operacji mechanicznych:

• operacje mechaniczne (albo dynamiczne) rządzące się prawami mechaniki ciał stałych i płynnych;

• operacje cieplne związane z ruchem (przenoszeniem) ciepła;

• operacje dyfuzyjne, podlegające prawom przenikania i wymiany mas;

• operacje fizykochemiczne, polegające głównie na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia;

• procesy chemiczne, których istotę stanowią reakcje chemiczne wymagające zastosowania określonych reagentów chemicznych i zachodzące bez udziału czynników biologicznych;

• procesy biochemiczne, związane z zastosowaniem czynników biologicznych w postaci żywych organizmów (głównie drobnoustrojów) lub enzymów.

5. Rodzaje zanieczyszczeń i sposoby ich usuwania:

Rodzaje zanieczyszczeń:

-mineralne, np. ziemia, piasek, kamienie;

-roślinne, np. słoma, plewy, nasiona chwastów itp.;

-zwierzęce, np. sierść, pierze, cząstki kału, szkodniki zwierzęce;

-chemiczne, jak: pozostałości środków chemicznych używanych do zwalczania chwastów, szkodników, chorób itp.

-mikrobiologiczne, spowodowane zakażeniem mikroorganizmami różnego typu i w różnej ilości zależnej głównie od uszkodzeń tkanek roślinnych i zwierzęcych oraz od czasu przebywania w warunkach sprzyjających rozwojowi mikroorganizmów.

Sposoby usuwania zanieczyszczeń:

metody czyszczenia na sucho – przesiewanie, szczotkowanie, ocieranie, aspiracja, magnetyczne rozdzielanie,

metody czyszczenia na mokro – mycie, czyszczenie ultrasoniczne, filtracja

6. Metody usuwania części niejadalnych:

• Obieranie mechaniczne- stosuje się głównie do usuwania części niejadalnych z powierzchni ziemniaków, niektórych warzyw i owoców. Wykorzystywane są: obieraczki, urządzenia cierne

• Obieranie termiczne (obwarzanie)- polega ono na zanurzaniu owoców
  w czasie od 1/2 do kilku minut we wrzącej wodzie lub na traktowaniu wrzącą wodą surowców (np. pomidorów) przesuwających się na taśmie, co ułatwia usuwanie skórek.

• Obieranie Termiczno- Chemiczne- zanurzanie owoców (np. brzoskwiń
  i śliwek) w prawie wrzącym 1-2% roztworze wodorotlenku sodowego przyspiesza hydrolizę pektyn i przez to odstawanie skórki, którą natychmiast spłukuje się wraz z resztką ługu za pomocą silnego strumienia wody. Metoda termiczno-chemiczna może być połączona
  z wodno-szczotkowym usuwaniem skórki.

• Traktowanie parą wodna- ziemniaki, marchew lub inne surowce przesuwają się np. na taśmie siatkowej w tunelu, gdzie obustronnie są traktowane w ciągu krótkiego czasu parą o ciśnieniu 0,6-0,7 MPa i o temperaturze ok. 160°C, co wystarcza do zhydrolizowania pektyn i rozluźnienia łupiny lub skórki. Mała ilość odpadów

• Opalanie (obżarzanie) powierzchniowe- polega ono na powierzchniowym opalaniu surowców, np. ziemniaków, za pomocą gazów spalinowych (piece ropne) w temperaturze
  ok. 1200°C, a następnie na spłukiwaniu nadwęglonych części za pomocą strumienia wody o ciśnieniu 2,0-3,0 MPa.

• Inne metody usuwania części niejadalnych: Odszypułczanie, Drylowanie, Obcinanie końców fasoli, Odkiełkowywanie, Łuszczenie i szczotkowanie, Odpierzanie drobiu (oparzenie i skubanie), Usuwanie szczeciny i skóry, Odkostnianie

7. Rozdrabnianie materiałów - podać cel i sposoby:

Operacja jednostkowa polegająca na dzieleniu ciała na części pod wpływem działania sił mechanicznych.

W procesie rozdrabniania ciał stałych wykorzystuje się zwykle trzy typy sił, a mianowicie:

* ściskające - działające prostopadle do powierzchni i o kierunku powodującym zgniatanie

* rozciągające – działające prostopadle do powierzchni, ale o kierunku przeciwnym do kierunku działania sił ściskających

* ścinania – o kierunku działania stycznym do powierzchni.

W technologii żywności rozdrabnianie stosuje się przede wszystkim w odniesieniu do ciał stałych (zboża, owoce, warzywa, mięso), rzadziej w stosunku do ciał płynnych (np. emulgowanie) i gazowych (napowietrzanie środowiska czy nasycanie CO2).

Rozdrabnianie, czyli zmniejszanie cząstek ciał stałych, stosuje się w przemyśle spożywczym
w różnych celach, np.:
- do otrzymywania gotowego produktu w postaci sproszkowanej, np. cukru pudru,
- do wydobywania składników z wnętrza złożonych struktur, np. soku z owoców, krochmalu
z ziemniaków, mąki z ziarna,
- do zwiększania powierzchni ciał stałych i przyspieszenia w ten sposób wymiany ciepła (skrócenie
czasu suszenia, gotowania, sterylizacji, oziębienia) lub masy w procesie dyfuzji (ekstrakcja, absorpcja),
- w celu ułatwienia wymieszania składników, np. w produkcji koncentratów zbożowych, odżywek

W rozdrabnianiu wykorzystuje się zwykle trzy typy siły, a mianowicie: ściskania, rozciągania,ścinania.

Zależnie od konstrukcji urządzeń rozdrabnianie może następować przez:
- cięcie, - rozrywanie, - rozcieranie, - zgniatanie, - łupanie, - zginanie – łamanie.

Zalety procesu rozdrabniania

Rozdrabnianie ułatwia i umożliwia przeprowadzenie wielu operacji i procesów technologicznych ważnych ze względu na jakość gotowego produktu.

* pozwala na usunięcie z niego niektórych zanieczyszczeń i części niejadalnych

* dzięki rozdrobnieniu surowca i rozdzieleniu na odpowiednie frakcje można z niego wyprodukować wiele różnych produktów spożywczych

* stopień rozdrobnienia ma również duży wpływ na jego cechy organoleptyczne, a zwłaszcza na teksturę

Niekorzystne zmiany wywołane rozdrobnieniem

* rozdrobnienie może być przyczyną zwiększonego kontaktu produktu z destrukcyjnymi czynnikami zewnętrznymi np. tlenem z powietrza

* rozdrabnianie połączone z rozrywaniem struktury tkankowej może powodować zmiany mikrobiologiczne, chemiczne, enzymatyczne

* rozdrobniony materiał łatwiej adsorbuje zapachy i wodę, jak również szybciej traci substancje aromatyczne

8. Rozdział substancji metodą filtrowania - czynniki warunkujące ten rozdział:

Filtracja polega na zatrzymywaniu stałych (niekiedy ciekłych) cząstek zawiesin na porowatej przegrodzie (filtrze), a przepuszczaniu cieczy lub gazu, stanowiących ośrodek dyspersyjny.
Szybkość filtracji określa wydajność filtru.

gdzie:
v- szybkość filtracji (m/s)
V – objętość filtratu (m³)
F_o – powierzchnia filtru (m²)
τ – czas (s)
Szybkość filtracji może zmieniać się w czasie pracy filtru, szczególnie w filtrach pracujących okresowo i pod stałym nad – lub podciśnieniem, ze względu na zwiększający się opór filtracji

gdzie:
V-objętość przesączu (m³)
τ-czas filtracji (s)
∆p-ciśnienie filtracji albo całkowity spadek ciśnienia na filtrze (N/m²)
R0-opór warstwy osadu (Ns/m⁵)
R1-opór przegrody filtracyjnej (Ns/m⁵)

Opór warstwy osadu zależy od wielu czynników, co ogólnie można wyrazić wzorem :

w

gdzie:
α- opór właściwy osadu, wiążący się z wielkościami charakteryzującymi osad, jak jego gęstość, porowatość wypełnienia, czynniki kształtu ziaren wypełnienia, współczynnik ściśliwości osadu(N∙s/m⁵)
η - lepkość filtratu (kg/(m∙s))
w- masa fazy stałej w osadzie
Δp_o - spadek ciśnienia w warstwie filtracyjnej (N/m²)
s - współczynnik ściśliwości osadu.

Opór przegrody filtracji R₁ można obliczyć ze wzoru:

gdzie:
r₁-opór właściwy przegrody filtracyjnej (l/m)

Mechanizmy filtracji
* powstawanie warstwy osadu – mała lepkość cieczy oraz duża ilość cząstek fazy rozproszonej
* na powierzchni przegrody filtracyjnej nie tworzy się osad, cząsteczki fazy rozproszonej gromadzą się w porach przegrody – duża lepkość cieczy oraz mała ilość cząstek fazy stałej lub małe wymiary cząstek
* forma pośrednia – zachodzi wnikanie cząstek fazy stałej do kapilar i gromadzenie się osadu na powierzchni przegrody filtracyjnej
Filtry mogą być:
* okresowe lub ciągłe
* nieruchomej i ruchomej powierzchni filtrowania
Elementy filtrujące (sączące) mogą być:
* tkaninowe (len, bawełna, wełna, jedwab, nylon itp.)
* metalowe (np. siatka fosforobrązowa zwykła i posrebrzana, niklowa, aluminiowa, ze stali nierdzewnej)
* ceramiczne (np. z porowatej porcelany)
* szklane (porowata masa szklana, wata szklana)
* celulozowe i inne

Poza tym filtry mogą być:
* pojedyncze
* złożone
mogą pracować pod:
* zwykłym ciśnieniem (atmosferycznym)
* przy nadciśnieniu od strony cieczy surowej albo przy podciśnieniu po stronie filtratu
* niekiedy ciśnienie jest uzyskiwane za pomocą siły odśrodkowej (w wirówce cukrowniczej lub krochmalniczej)

W technologii żywności filtrowanie może być stosowane w celu:
* pozbawienia zmętnień ekstraktów lub roztworów (np. soki owocowe)
* oddzielenia produktu od towarzyszących mu części stałych (np. oddzielenie wina od osadu )
Filtry pracujące pod zmniejszonym ciśnieniem są stosowane do filtracji ciągłej zawiesin łatwo filtrujących się.

9. Rozdział substancji metodą wirowania - czynniki warunkujące ten rozdział:

Wirowanie polega na rozdzielaniu płynnych układów niejednorodnych pod działaniem siły odśrodkowej w urządzeniach zwanych wirówkami. W wirówce czynnikiem rozdzielczym jest siła odśrodkowa. Siła ta powstaje, gdy materiał wiruje. Prędkość przesuwania się zawiesin w kierunku do obwodu w przypadku ciał cięższych, a w kierunku doosiowym - w przypadku ciał lżejszych od ośrodka dyspersyjnego (np. kuleczek tłuszczu w mleku)

Wirówki mogą pracować w sposób: okresowy lub ciągły, a ponadto dzielą się z grubsza na sedymentacyjne i filtracyjne.
Wirówki sedymentacyjne (ogólniejsza nazwa separatory) służą do rozdzielania składników mieszaniny cieczy, różniących się gęstością oraz drobnych zawiesin (także drobnoustrojów) i składników emulsji.
Wirówki rozdzielcze są stosowane do oddzielania ciał stałych występujących w większych stężeniach w cieczach.
Wirówki filtracyjne - rozdzielające cząstki stałe od płynu przez filtrację, w której przepływ filtratu jest wymuszony przez siłę odśrodkową. Bęben wirówki filtracyjnej jest perforowany, wyłożony od strony wewnętrznej siatką z tkaniną filtracyjna i warstwą filtracyjną. Cząstki stałe są zatrzymywane przez warstwę filtracyjną, a filtrat przechodzi na zewnątrz bębna.
Oddzielanie niezbyt silnie rozproszonej fazy stałej od ciekłej lub gazowej przy zastosowaniu siły odśrodkowej może być realizowane również, z pominięciem wirówki, za pomocą hydrocyklonu lub cyklonu.
Główne różnice między cyklonem i hydrocyklonem stanowią: wielkość aparatu ,proporcje części cylindrycznej i stożkowej, sposób wprowadzania zagęszczonej zawiesiny, różnica ciśnień nadawy oraz wyprowadzanego płynu.

10. Mieszanie , podział metod mieszania, zastosowanie w przemyśle spożywczym:

Mieszanie- operacja jednostkowa, w której otrzymuje się jednorodna mieszaninę z dwóch lub wiecej składników przez dyspersję jednego z drugim.

Proces mieszania w zależności od stanu skupienia składnika tworzącego fazę zwartą można podzielić na:

• mieszanie w fazie gazowej,

• mieszanie w fazie ciekłej,

• mieszanie w fazie stałej.

W przemyśle spożywczym występują ostatnie dwa przypadki.

Mieszanie w technologii żywności ma na celu:

1) zapewnienie możliwie jednolitego składu produktów ciekłych lub stałych, szczególnie tam, gdzie się stosuje kilka składników;

2) zabezpieczenie przed rozdzielaniem się komponentów,

3) zapobieżenie przegrzewaniu się i w następstwie przypalaniu się produktów;

4) ułatwienie wymiany ciepła tak przy ogrzewaniu, jak i przy chłodzeniu systemem przeponowym;

5. niekiedy w celu wywołania pewnych zjawisk fizycznych (np. zmaślenia się śmietany, zapoczątkowania krystalizacji, wytworzenia emulsji);

6. nasycanie roztworów CO₂, O_2.

Urzadzenia do mieszania w fazie ciekłej:

- penumatyczne (w aparatach przy uzyciu sprzężonego gazu)

- cyrkulacyjne (w aparatach za pomocą pomp)

- w przewodach

- mechaniczne (za pomocą mieszadeł)

Urządzenia do mieszania ciał sypkich:

- z mieszadłami mechanicznymi

- przesypowe

- pneumatyczne

Mieszanie układów o bardzo dużej lepkości:

W urządzeniach typu zagniatarek do mieszania materiałów plastycznych są stosowane wytrzymałe konstrukcyjnie mieszadła, wykonujące ruch obrotowy, dookoła własnej osi.

11. Wymienić kryteria jakości i wartości handlowej produktów spożywczych, omówić kryterium wartości odżywczej:

Pojęcie jakości nie jest jednoznaczne.

Może być utożsamiane z „przydatnością użytkową”, „funkcjonalnością”, „zadowoleniem odbiorcy” czy „zgodnością z wymaganiami”. Zgodnie z normą krajową, ujednoliconą
z normami międzynarodowymi i europejskimi: „jakość jest to ogół cech
i właściwości wyrobu, decydujący o zdolności wyrobu do zaspakajania stwierdzonych lub przewidywanych potrzeb”.

Produktom żywnościowym przypisuje się następujące cechy, warunkujące ich jakość i wartość handlową:

• wartość odżywczą, która wynika z ogólnego składu chemicznego,

• smakowitość, która jest wynikiem jakości zestawu użytych surowców i obecności odpowiednich składników smakowo-zapachowych,

• zdrowotność, która oznacza brak drobnoustrojów chorobotwórczych i substancji szkodliwych oraz toksycznych,

• trwałość, która oznacza możliwość długiego przechowywania produktu bez zmiany składu i wyglądu,

• atrakcyjność, która wyraża się w odpowiedniej barwie, formie oraz starannym i estetycznym opakowaniu,

• dyspozycyjność, która wynika z łatwości przekształcania produktu w potrawę, łatwość otwierania, porcjowania itp.

Wartość odżywcza:

Podstawową funkcją produktów spożywczych jest zaspokojenie potrzeb pokarmowych organizmu ludzkiego.
Pożywienie ma za zadanie dostarczyć organizmowi:

• energii, potrzebnej do pracy organów wewnętrznych
  i przebiegu wielu procesów,

• składników do syntezy i budowy złożonych związków
  i struktur powstających w czasie rozwijania się organizmu lub powstawania masy organizmu,

• składników regulujących przemianę materii i energii przez utrzymywanie komórek w prawidłowym stanie.

Podstawowa cecha jakości produktów żywnościowych.

Wyróżnia się 6 grup związków chemicznych, które są składnikami pokarmowymi:

• białka pożywienia są: zasadniczym elementem budowy tkanek ustroju i związków biologicznie czynnych, źródłem energii (1g białka=16,7kJ), w technologii żywności spełnia rolę strukturotwórczą.

• węglowodany: najefektywniejsze źródło energii (1g =16,8 kJ), uczestniczą w wielu reakcjach metabolicznych, dobrze rozpuszczalne w wodzie.

• tłuszcze: skoncentrowane źródło energii (1g= 38kJ), źródło witamin oraz NNKT, nośnik energii (proces smażenia, pieczenia).

• związki mineralne: wchodzą w skład struktur organizmu, biorą udział w procesach metabolicznych:

- składniki strukturotwórcze: wapń, fosfor, siarka,

- składniki równowagi kwasowo-zasadowej
i utrzymywania ciśnienia osmotycznego komórek (Na, K, Mg, Ca, Cl)

- składniki śladowe, które wchodzą w skład układów enzymatycznych, hormonów
i białek (Fe, Cu, Zn, J, Mg, Mo, Cl, Se),

• witaminy – grupa związków organicznych o bardzo zróżnicowanej budowie chemicznej. Są one niezbędne do normalnego rozwoju i funkcjonowanie organizmu.

Witaminy dzieli się zwykle ze względu na rozpuszczalność na dwie grupy:

-witaminy rozpuszczalne w wodzie (C, z grupy B, folacyna, PP),

-witaminy rozpuszczalne w tłuszczu (A, D, E, K).

• woda.

12. Wymienić kryteria jakości i wartości handlowej produktów spożywczych, omówić kryterium zdrowotności:

Pojęcie jakości nie jest jednoznaczne.

( początek jak w pyt. 6)

Zdrowotność: cecha, która oznacza, że w składzie produktu spożywczego oprócz składników pokarmowych nie ma substancji innych, zwłaszcza składników szkodliwych, toksycznych i chorobotwórczych.

Toksyczność działania substancji, które mogą występować w żywności określa się:

• LD₅₀ - wyraża jednorazową dawkę danej substancji
  w mg, powodującą śmierć 50% zwierząt doświadczalnych w badanej grupie podczas 14-dniowej obserwacji,

• ADI – (Acceptable Daily Intake)- mg/kg ciężaru ciała – ilość substancji, która może wniknąć do organizmu
  z pożywieniem i ze wszystkich innych źródeł i nie spowoduje szkody dla zdrowia.

Zdrowotność żywności zależy od:

• jakości surowca,

• przebiegu procesu technologicznego,

• tworzywa, z którego zbudowana jest aparatura,

• opakowania żywności,

• zanieczyszczenia wody i powietrza.