1. Definicje:
Proces technologiczny - nazywa się ciąg operacji i procesów jednostkowych, następujących w określonej sekwencji czasowej, począwszy od chwili odbioru surowca do chwili otrzymania gotowego produktu.
Proces produkcyjny - zespół czynności organizacyjnych i technicznych, koniecznych dla zapewnienia niezakłóconego procesu technologicznego.
Operacja jednostkowa - pojęcie operacji jednostkowej, podobnie, jak i jej dalszy podział, nie są obecnie dokładnie ustalone. Operacje wraz z procesami jednostkowymi są podstawowymi elementami procesu technologicznego.
Proces jednostkowy - pojęcie procesu jednostkowego, podobnie jak i jego dalszy podział nie są obecnie dokładnie ustalone. Proces wraz z operacjami jednostkowymi są podstawowymi elementami procesu technologicznego.
2. Podział operacji i procesów jednostkowych
OPERACJE
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
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.
ქ Qp = ქ Qk
przykład prawa zachowania energii:
Qr + Qp = Qsk +Qw + Qk + Qst
gdzie
Qr + Qp - ciepło dostarczone z roztworem i parą grzejną,
Qsk +Qw + Qk + Qst - ciepło odprowadzone ze skroplinami, wodą chłodzącą, roztworem zatężonym i stratami do otoczenia. Z bilansem energetycznym wiąże się zasada oszczędności energii.
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,
zasada przeciwprądu materiałowego i cieplnego,
zasada optymalnego rozwinięcia powierzchni.
4, omówic zasadę kompromisu technologicznego
5 omówić zasadę oszczędności energii
6. wymienić kryteria jakośći i wartości handlowej produktów spożywczych, omówić kryterium wartości odżywczej
7. wymienić kryteria jakośći i wartości handlowej produktów spożywczych, omówić kryterium zdrowotności
8. Podział operacji mechanicznych
Najczęściej dzieli się je na następujące grupy:
1) operacje mechaniczne (albo dynamiczne) rządzące się prawami mechaniki ciał stałych i płynnych;
2) operacje cieplne związane z ruchem (przenoszeniem) ciepła;
3) operacje dyfuzyjne, podlegające prawom przenikania
i wymiany mas;
4) operacje fizykochemiczne, polegające głównie na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia;
5) procesy chemiczne, których istotę stanowią reakcje chemiczne wymagające zastosowania określonych reagentów chemicznych i zachodzące bez udziału czynników biologicznych;
6) procesy biochemiczne, związane z zastosowaniem czynników biologicznych w postaci żywych organizmów (głównie drobnoustrojów) lub enzymów.
Do operacji mechanicznych zalicza się wiele operacji, z których ważniejsze są:
rozdrabnianie,
rozdzielanie,
mieszanie
dozowanie.
W operacjach mechanicznych działa się na surowce spożywcze i inne materiały siłami zewnętrznymi wywołującymi ruch materiału lub jego odkształcenie, rozdrabnianie lub aglomerację.
9. Rodzaje zanieczyszczeń i sposoby ich usuwania
Ogólnie zanieczyszczenia można podzielić na:
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.
Do czyszczenia stosuje się wiele metod, które generalnie można podzielić na:
metody czyszczenia na sucho - przesiewanie, szczotkowanie, ocieranie, aspiracja, magnetyczne rozdzielanie,
metody czyszczenia na mokro - mycie, czyszczenie ultrasoniczne, filtracja.
Czyszczenie mleka (filtry, wirówki czyszczące),
czyszczenie jaj konsumpcyjnych (na sucho; na mokro z udziałem środków dezynfekujących),
mycie ryb (płuczki),
mycie tusz (półtusz) zwierząt rzeźnych i drobiu
10. Metody usuwania części niejadalnych
OBIERANIE MECHANICZNE stosuje się głównie do usuwania części niejadalnych z powierzchni ziemniaków, niektórych warzyw i owoców.
W metodzie tej wykorzystywane są obieraczki, urządzenia cierne.
OBIERANIE TERMICZNE 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 WODNĄ 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. Ilość odpadów jest tu wyjątkowo mała.
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.
Odszypułczanie,
Drylowanie,
Obcinanie końców fasoli,
Odkiełkowywanie,
Łuszczenie i szczotkowanie,
Odpierzanie drobiu (oparzenie i skubanie),
Usuwanie szczeciny i skóry,
Odkostnianie mięsa
11. Rozdrabnianie materiałów - podać cel i sposoby
Operacja jednostkowa polegająca na dzieleniu ciała na części pod wpływem działania sił mechanicznych. 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).
CELE:
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 procesie rozdrabniania ciał stałych wykorzystuje się zwykle trzy typy sił,
a mianowicie:
ściskające,
rozciągające,
ścinania.
Zależnie od konstrukcji urządzeń rozdrabnianie może następować przez:
- cięcie,
- rozrywanie,
- rozcieranie,
- zgniatanie,
- łupanie,
- zginanie - łamanie.
12. 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.
Filtrowanie często związane jest z procesem klarowania, który wymaga zastosowania środka klarującego. 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 ).
13. 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. Wielkość siły wirowania można wyliczyć z równania P = m · ၡc gdzie:
P- siła wirowania [N],
m - masa [kg],
ၡc - przyspieszenie odśrodkowe [m/s2]
Prędkość przesuwania się zawiesin odbywa się w kierunku do obwodu w przypadku ciał cięższych, a w kierunku doosiowym - w przypadku ciał lżejszych od ośrodka dyspersyjnego (np. kuleczek tłuszczu w mleku).
10. Mieszanie podział metod, zastosowanie w przemyśle spożywczym
Mieszanie jest to operacja jednostkowa, w której otrzymuje się jednorodną mieszaninę z dwóch lub więcej składników przez dyspersję jednego z drugim (z drugimi). 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;
niekiedy w celu wywołania pewnych zjawisk fizycznych (np. zmaślenia się śmietany, zapoczątkowania krystalizacji, wytworzenia emulsji);
nasycanie roztworów CO2, O2.
Ogólnie rozróżnia się:
1) mieszalniki - urządzenia służące do mieszania ciał ciekłych z ciekłymi,
2) mieszarki - do mieszania materiałów sypkich z ewentualnymi dodatkami stałymi lub ciekłymi,
3) zagniatarki, wygniatarki i ugniatarki do mieszania materiałów plastycznych
z ewentualnym częściowym oddzieleniem części fazy ciekłej, jak w przypadku wygniatania masła.
W fazie ciekłej można rozróżnić następujące metody mieszania:
mieszanie pneumatyczne w aparatach przy użyciu sprężonego gazu,
mieszanie cyrkulacyjne w aparatach za pomocą pomp,
mieszanie w przewodach,
mieszanie mechaniczne za pomocą mieszadeł.
15. Podział metod termicznego ogrzewania
Blanszowanie, rozparzanie, gotowanie, smażenie, pieczenie, prażenie, ogrzewanie mikrofalowe, ekspandowanie, ekstrudowanie.
16. Prażenie, cel procesu, metody
Jest to poddawanie ciał stałych działaniu podwyższonej temperatury, niższej jednak od ich temperatury topnienia, w celu spowodowania określonych przemian fizycznych lub chemicznych. W technologii żywności prażenie najczęściej realizowane jest w temperaturze od ponad 1000C do ok. 2500C, bez dodatku wody. Prażenie jest podstawową operacją technologiczną w procesie przerobu np. orzechów, ziarna kawowego, kakaowego czy kukurydzy. Pod wpływem działania wysokiej temperatury w tych surowcach następuje wiele przemian fizykochemicznych, które w zasadniczy sposób zmieniają aromat, barwę oraz strukturę ziaren. prażenie łagodne do temperatury 1400C, stosowane do surowców zawierających także tłuszcz, np. ziaren kakaowych, w celu nadania im lepszego aromatu i barwy oraz usunięcia cierpkości i lotnych kwasów dość silne i silne prażenie, znacznie zróżnicowane, zależnie od wymagań jakościowych, stawianych gotowym produktom.
17. blanszowanie, cel procesu, metody
Jest ważnym procesem w przygotowaniu warzyw, niekiedy owoców, mięsa i innych surowców. Głównym zadaniem tego procesu jest inaktywowanie rodzimych enzymów, zawartych w surowcu, które mogą powodować wiele niekorzystnych zmian barwy, zapachu i smaku podczas przerobu surowca i jego ewentualnego przechowywania. Blanszowanie powoduje również:
usuwanie gazów z komórek oraz przestrzeni z międzykomórkowych,
poprawę struktury żywności,
straty rozpuszczalnych w wodzie składników
Metody:
immersyjna,
parą wodną,
przez ogrzewanie mikrofalowe,
ogrzewanie gorącym powietrzem.
18. pieczenie, cel procesu, metody
Jest procesem obróbki cieplnej, w której półprodukty ogrzewane są suchym lub nawilżonym powietrzem o temperaturze 170-2500C w czasie od kilkudziesięciu minut do kilku godzin. W trakcie procesu pieczenia w produkcie zachodzi wiele zmian, nie tylko fizycznych, ale również chemicznych i biochemicznych. Podczas wypieku ciasta zachodzą następujące procesy fizykochemiczne:
- wytwarzanie składników pokarmowych łatwo przyswajalnych przez organizm,
- zatrzymanie procesów biochemicznych i utrwalenie wypieku,
- uszlachetnienie smaku przez wytworzenie substancji o niskiej masie cząsteczkowej i połączeń białkowo-cukrowych,
- utrwalenie kształtu i porowatej struktury,
- poprawienie wyglądu zewnętrznego przez uzyskanie substancji barwnych.
19. gotowanie, cel procesu, metody
Jest to ogrzewanie produktów we wrzącej wodzie lub innym płynie (mleko, wywar), albo w nasyconej parze wodnej pod normalnym albo zmienionym (zwiększonym lub zmniejszonym) ciśnieniem. Gotowanie uważane jest za najkorzystniejszy sposób obróbki termicznej pozwalający na uzyskanie produktu o dobrej strawności składników żywności (m. in. skrobi, białek, błonnika) dzięki zmianom fizykochemicznym jakie zachodzą w surowcach pod wpływem dostarczonego ciepła. Wadą gotowania w dużej ilości płynów są znaczne ubytki masy oraz duże straty składników mineralnych i rozpuszczalnych witamin.
20. smażenie, cel procesu, metody
Jest to silne ogrzewanie surowca odpowiednio przygotowanego, pod normalnym ciśnieniem, zwykle w gorącym tłuszczu, niekiedy w syropie z sacharozy lub w mieszaninie sacharozy z syropem skrobiowym. W produkcie smażonym powstają na ogół cenione zmiany takie jak: tworzenie brunatnej, często chrupiącej skórki, które są spowodowane takimi przemianami jak: odwodnienie powierzchniowe, dekstrynizacja skrobi, reakcje Maillarda, koagulacja białek, karmelizacja cukrów i inne.
21. ogrzewanie mikrofalowe
Zasadą grzejnictwa mikrofalowego jest bezpośrednie działanie fal elektromagnetycznych o odpowiedniej częstotliwości (2450 lub 915 MHz), które przy pochłanianiu ich przez napromieniowywany materiał, a głównie przez zawartą w nim wodę, powoduje szybkie nagrzewanie się produktu. Mikrofale po wniknięciu do produktu, oddziałują z dipolami i jonami, powodując ich reorientację, rozrywanie wiązań wodorowych i generowanie ciepła poprzez tarcie molekularne.
22,podstawy procesy dyfuzyjnego
Dyfuzja - zjawisko wzajemnego przenikania cząsteczek jednej substancji względem cząsteczek drugiej w gazach, cieczach i ciałach stałych. Nosi ona również nazwę przenoszenia molekularnego masy, którego siłą napędową jest różnica potencjałów chemicznych. Dyfuzja przebiega w kierunku od większego do mniejszego stężenia (przy zupełnie przepuszczalnej przegrodzie lub przy braku przegrody), a szybkość dyfuzji jest uwarunkowana przede wszystkim tzw. gradientem stężenia składnika c na drodze x. Na ogół wyższa temperatura sprzyja zjawiskom dyfuzyjnym i w praktyce przemysłowej operacje typu dyfuzyjnego zazwyczaj są pobudzane lub związane integralnie z operacjami termicznym.
Do operacji dyfuzyjnych zalicza się typowe dla technologii żywności operacje, jak:
ekstrakcję,
suszenie,
destylację i
sorpcję.
Wzór (Ficka) na ilość substancji G dyfundującej przez powierzchnię F w czasie dτ przedstawia się następująco:
G= DF
d
gdzie:
G - ilość substancji dyfundującej w [kg],
D - kinematyczny współczynnik dyfuzji, w [m2 /s]
F powierzchnia ekstrakcji w [m2], c- stężenie substancji w [kg/m3],
τ - czas w [s].
-różnica stężeń składnika na drodze o długości x
23. Pojęcie ekstrakcji i metody prowadzenia procesu
Operacja (lub zespół operacji) wydobywania z mieszaniny stałej, płynnej lub gazowej określonego składnika lub grupy składników, za pomocą odpowiedniego rozpuszczalnika, w którym składniki wykazują różną rozpuszczalność. Oddzielenie ekstrahowanego składnika od rozpuszczalnika odbywa się przez: destylację, krystalizację, ultrafiltrację lub inną operację.
Do metod tych należą przykładowo:
maceracja, polegająca na zalaniu rozdrobnionego surowca rozpuszczalnikiem w temp. 15-20°C na określony czas i oddzieleniu ekstraktu od ekstrahowanej substancji.
Zależnie od temperatury i czasu działania rozpuszczalnika wyróżnia się takie odmiany maceracji jak:
- digestia (wytrawienie) w temp. 30-40°C,
- infuzja (naparzanie) we wrzącej wodzie,
- dekokcja (wygotowywanie) w temperaturze powyżej 60°C przez dłuższy czas;
perkolacja (wypieranie), w której rozpuszczalnik przepływa pod wpływem siły ciężkości przez materiał ekstrahowany;
metoda immersyjna lub dyfuzyjna, gdzie surowiec jest całkowicie zanurzony w rozpuszczalniku będącym w ciągłym przepływie;
ekstrakcja wielostopniowa, polegająca na kilkakrotnym przemywaniu surowca najpierw ekstraktem, a pod koniec ekstrakcji czystym rozpuszczalnikiem przepływającym
w przeciwprądzie.
24. Możliwości wykorzystania procesu ekstrakcji w przemyśle spożywczym
Ekstrakcja znalazła powszechne zastosowanie w takich działach przemysłu spożywczego jak: cukrownictwo, przetwórstwo surowców tłuszczowych, piwowarstwo, przemysł koncentratów spożywczych.
25. Wymagania w odniesieniu do rozpuszczalników selektywnych
Z uwagi na ekonomię ciepła i sprawność procesu ekstrakcji od rozpuszczalnika ekstrakcyjnego wymaga się:
małego ciepła właściwego,
małego ciepła parowania.
dość niskiej (nie za niskiej) temperatury wrzenia.
wybiórczości (selektywności) w rozpuszczaniu,
małej zapalności,
małej toksyczności,
bierności chemicznej (braku agresywności),
możliwie bezwonności.
26.Możliwości zastosowania adsorpcji w przemyśle spożywczym
Adsorpcja to proces zachodzący podczas zetknięcia się dwóch faz i polega na zwiększeniu stężenia substancji na granicy faz (adsorpcja dodatnia) lub zmniejszenia tego stężenia (adsorpcja ujemna). Charakterystyczną cechą adsorpcji jest selektywność i odwracalność. Dzięki temu można w wyniku procesu adsorpcji wydzielić jeden lub kilka składników z mieszaniny gazowej, a następnie, stwarzając odpowiednie warunki prowadzić proces odwrotny, tzw. desorpcję, a więc oddzielić od adsorbenta składniki przez niego pochłonięte w procesie adsorpcji.
W przemyśle spożywczym stosuje się jako adsorbent najczęściej węgiel aktywny. Adsorpcja ma praktyczne wykorzystanie w wielu operacjach w technologii produkcji żywności. Jako przykład można tu podać:
adsorbowanie na powierzchni cieczy substancji obniżających napięcie powierzchniowe, substancje te nazywane powierzchniowo czynnymi albo kapilarnie aktywnymi wykorzystuje się w procesie mycia, w wytwarzaniu i stabilizacji różnych układów dyspersyjnych typu emulsji, pian itp.;
wymiana jonów adsorbentu z jonami znajdującymi się w roztworze, która znalazła zastosowanie m.in. w odkwaszaniu żywności, usuwaniu soli mineralnych z mleka i z serwatki przy produkcji odżywek dla niemowląt i dzieci, otrzymywaniu laktozy itp.;
adhezja, polegająca na łączeniu i zlepianiu się pod wpływem różnych sił powierzchniowych warstw stykających się z sobą faz stałych i ciekłych, zjawisko to wykorzystywane jest np. przy aglomerowaniu substancji sproszkowanych,
chłoniecie rozpuszczalnika i pęcznienie ciał, np. chłonięcie wody przez ziarenka skrobi przy jej kleikowaniu, czy przez ziarna zbóż podczas kiełkowania związanego np. z otrzymaniem słodu.
27,Możliwości zastosowania absorpcji w przemyśle spożywczym
Proces absorpcji jest to proces pochłaniania substancji z równomiernym jej rozprowadzeniem w całej masie jednej z faz. Jest on prowadzony w celu oczyszczenia mieszaniny gazów przez wydzielenie składnika gazowego stanowiącego składnik zanieczyszczający, lub w celu wydzielenia z niej składników cennych.
Spośród różnych typów absorpcji największe zastosowanie w technologii żywności ma pochłanianie gazu przez ośrodek ciekły. W przemyśle urządzenia służące do absorpcji nazywa się absorberami. Gaz przepuszcza się tu albo :
nad powierzchnią cieczy,
doprowadza od dołu przewodem z drobnymi otworkami (barbotaż),
miesza się rozpyloną ciecz z gazem w odpowiedniej wieży.
W przemyśle spożywczym absorpcję gazów stosuje się w kilku ważniejszych przypadkach.
W siarkowaniu (sulfitacji) win,
Konserwowanie moszczów owocowych za pomocą SO2,
Produkcja win szampańskich oraz różnych napojów gazowanych
W cukrownictwie (saturacja soków cukrowniczych).
Absorpcja odgrywa również ważną rolę w napowietrzaniu podłoża w hodowli tlenowych drobnoustrojów.