Тепло- и электрофизические свойства пищевых продуктов

Теплофизические свойства характеризуют индивидуальное термодинамическое состояние продукции. К ним относятся температура, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность.

Теплофизические свойства продуктов широко используют в пищевой промышленности и общественном питании для расчета изменения температуры внутри сырья, продолжительности его термической обработки (нагревания, охлаждения) и др. В практике торговли теплофизические характеристики применяют для определения необходимого количества тепловой энергии с целью создания оптимальной температуры продуктов в процессе их хранения и транспортирования.

Температура - основная физическая величина, которая характеризует термодинамическое состояние пищевых продуктов и зависит от температуры окружающей среды. При изменении температуры окружающей среды, как в сторону понижения, так и в сторону повышения, изменяется и температура продуктов. Нагревание является одним из основных технологических процессов производства пищевых продуктов, при котором сырье претерпевает комплекс сложных физико-химических, структурных и других изменений и превращается в готовый продукт. На охлаждении и замораживании основаны лучшие методы длительного хранения скоропортящихся продуктов с минимальными изменениями их химического состава.

Температура плавления и застывания - температура, при которой отдельные компоненты пищевых продуктов переходят из твердого состояния в жидкое (плавление) или из жидкого в твердое. На эти изменения в зависимости от температуры влияют в основном жиры, жироподобные вещества (воск, кутин). При высоких температурах плавлению подвергаются и сахара.

Температура плавления и застывания влияет на консистенцию пищевых продуктов. Так, жирнообразные продукты имеют жидкую консистенцию, если входящие в их состав жиры плавятся и застывают при низких температурах (подсолнечное масло плавится при температуре -16°С), и твердую консистенцию при высоких температурах плавления и застывания этих жиров (бараний жир плавится при температуре 44-55⁰С и застывает при температуре 34-35°С).

Температура плавления и застывания имеет важное значение при определении свойств и качества жиров.

Температура замерзания – температура, при которой вода переходит из жидкого состояния в твердое. Замерзание по-разному влияет на качество пищевых продуктов. При образовании кристаллов льда объем продукта увеличивается, что приводит к разрушению стеклянной тары и вздутию металлической или полимерной тары. Кроме того, часто нарушается свойственная продукту структура, например, гомогенизированные продукты могут расслаиваться (молоко, пюре, соки и т. п.). Вместе с тем замораживание ряда пищевых продуктов (хлеба, плодов, овощей, мяса, рыбы) позволяет улучшить их сохраняемость и удлинить сроки хранения.

Температура замерзания большинства продуктов колеблется в пределах от 0 до -5°С и зависит от содержания воды и сухих веществ, в том числе соли, сахаров и спирта. Чем выше содержание воды, тем ближе к 0°С температура замерзания.

Теоретически температура пищевых продуктов и окружающей среды должны совпадать, однако практически этого не всегда удается достигнуть, что обусловлено разной теплоемкостью и теплопроводностью пищевых продуктов и воздушной окружающей среды, влияющих на скорость выравнивания температуры указанных объектов.

Теплоемкость характеризует количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта определенной массы в определенном интервале температур. Показателем теплоемкости служит удельная массовая теплоемкость, которая определяется количеством тепла, необходимого для повышения температуры 1 кг продукта на 1^оС. Удельная массовая теплоемкость воды равна 4,19, углеводов - 1,42, жиров – 1,76, белков – 1,55 кДж/кг^.К.

Теплоемкость товаров зависит от их химического состава и температуры. С увеличением влажности и температуры теплоемкость, как правило, увеличивается. Для продуктов с большой влажностью (овощей, мяса и др.) характерна высокая теплоемкость, близкая по значению к теплоемкости воды. Содержание жира снижает теплоемкость продукта.

Удельная теплоемкость рассчитывается для определения количества тепла, которое нужно передать продукту для его нагревания или отнять для его охлаждения.

Теплопроводность – свойство материала проводить тепло. Показателем этого свойства является коэффициент теплопроводности, который характеризуется количеством тепла, проходящего через слой продукта толщиной 1 м на площади 1 м² за 1с при разности температур на противоположных поверхностях в один градус.

Коэффициент теплопроводности воздуха при 20 ^оС равен 0,0259 Вт/м^.К. Очень высокую теплопроводность имеет вода – 0,60 Вт/м^.К. Чем ниже влажность продуктов, тем меньше их теплопроводность. Следовательно, сухие продукты пропускают тепло хуже, чем продукты с высокой влажностью.

Очень важно учитывать теплопроводность пищевых продуктов, которые хранятся при пониженной температуре (мясо, рыба, плоды и овощи, молочные товары), а также продуктов, выделяющих физиологическое тепло (мука, крупа, зерно). Низкая теплопроводность последних может вызвать разогрев продукта при его длительном хранении и усиление ферментативных процессов в его внутренних слоях, что приводит к порче.

Температуропроводность характеризует скорость изменения (выравнивания) температуры продуктов. Коэффициент температуропроводности (м²/с) зависит от теплоемкости, теплопроводности и плотности продукта и определяется опытным путем или рассчитывается, исходя из коэффициента теплопроводности, теплоемкости и плотности материала.

Коэффициент температуропроводности обусловливает скорость их прогрева или охлаждения продуктов. На температуропроводность влияют влажность, температура, плотность, пористость, жирность и другие свойства продукта. Это влияние строго индивидуально для каждого пищевого продукта.

Электрофизические свойства - способность пищевых продуктов изменяться под влиянием внешнего электрического поля. Показателями этих свойств являются электропроводность и диэлектрическая проницаемость. На электрофизические характеристики пищевых продуктов влияют температура, влажность, плотность и другие факторы.

Электропроводность - способность объектов проводить электрический ток. По электропроводности некоторых пищевых продуктов можно косвенно судить об их качестве и сохраняемости. Так, повышение электропроводности молока может быть следствием его низкой жирности, разбавления или прокисания. Электропроводность тесно связана с влажностью продукта и с увеличением последней возрастает. На измерении электропроводности основано определение влажности многих пищевых продуктов - муки, сахара-песка, зерна и др., а также титруемой кислотности темноокрашенных продуктов.

Диэлектрическая проницаемость - величина, влияющая на количество энергии, которая может быть аккумулирована в форме электрического поля. Диэлектрические свойства присущи потребительским товарам, которые представляют собой гетерогенные смеси, содержащие воду, водные растворы солей, а также белки, жиры и углеводы, относящиеся к разряду диэлектриков с потерями. Этот показатель зависит от температуры и химического состава объекта. Так, диэлектрические характеристики мышечной ткани мяса тем выше, чем ниже его жирность. Диэлектрическую проницаемость учитывают при обработке пищевых продуктов токами ВЧ и СВЧ, ИК-излучением.