Хранителните прахове са реактивни прахове, т.е.претърпяват частично необратими промени, когато са подложени на външни напрежения, като (ре) хидратация, нагряване и/или натоварване.

Свързани термини:

  • Пшенично брашно
  • Плодов сок
  • Храна за кърмачета
  • Сладка
  • Сушено обезмаслено мляко
  • Сушена храна
  • Сушено мляко

Изтеглете като PDF

За тази страница

Химическо влошаване и физическа нестабилност на хранителните прахове

22.1 Въведение

Напредъкът в инженеринга за агломерация на хранителни прахове

Резюме

Хранителните прахове се използват в ежедневието по много начини и предлагат технологични решения на проблема с производството на храни. Естественият произход на хранителните прахове, разнообразието в техния химичен състав, изменчивостта на суровините, хетерогенността на естествените структури и физикохимичната реактивност при хидротермални стресове допринасят за сложността в тяхното поведение. Агломерацията на хранителен прах наскоро беше разгледана съгласно многомащабен подход, който е последван в оформлението на главата: (i) в мащаба на частиците, чрез представяне на свойствата на частиците и повърхностната реактивност във връзка с механизмите за агломерация, (ii) в механизми, чрез описване на динамиката на структурата на агломератите, (iii) в мащаба на процеса, чрез представяне на агломерационни технологии и сензори и чрез изучаване на режима на предаване на напрежението в праховото легло и накрая (iv) чрез интегриране на придобитите знания, благодарение на анализ на размерите, извършен при всяка скала.

Състав на повърхността на хранителните прахове

C. Gaiani,. J. Scher, в Наръчник на хранителните прахове, 2013

Резюме:

Тъй като производството на хранителни прахове се увеличава, е време да се използват нови методологии, за да се получи подробно разбиране за тези прахове и техните функционални свойства. Все повече интересни методи са използвани за характеризиране на повърхността на праха; други се разработват (фармацевтични продукти, козметични области и др.). Досега основен проблем, пред който са изправени изследователите и производителите, беше липсата на централен източник на информация, който да предоставя практически знания, фокусирани единствено върху хранителните прахообразни повърхности. Първият раздел на тази глава очертава последните методологии, използвани за характеризиране на повърхността на хранителните прахове, преди фактори, влияещи върху повърхностния състав. Накрая се подчертават връзките между прахообразните повърхности и функционалните свойства.

Механични свойства

1. Механични свойства на хранителните прахове

Хранителните прахове често се произвеждат чрез бърза дехидратация и съдържат аморфни въглехидрати и протеини, които се пластифицират от водата. Промените в механичните свойства могат да бъдат причинени от депресия на стъкления преход под температурата на съхранение, което води до драстични промени в свойствата на потока и загуба на приемливо качество. Такива промени могат да бъдат свързани с вискозния поток на аморфни съединения в каучуково състояние и често се приема, че качеството на продукта може да се поддържа в стъкловидно състояние.

Стъкленият преход на аморфни хранителни прахове е основната причина за промените в механичните свойства по време на съхранението. Резултатите от Aguilera et al. (1993) предполагат, че течащите свойства на хигроскопичните хранителни прахове са загубени дори при кратко излагане на такива прахове на висока влажност. Такива промени в механичните свойства по време на съхранение могат да бъдат избегнати или намалени чрез установяване и прилагане на критични стойности за температура и водно съдържание.

Смесване на прах при производството на хранителни прахове

Б. Cuq,. C. Gatumel, в Наръчник на хранителните прахове, 2013

9.1 Въведение

Хранителните прахове присъстват постоянно в ежедневието в редица приложения (напр. Сол, черен пипер, подправки, захар, брашно, кафе, бадемов прах, сухи напитки, сладкиши, смеси от сладолед, оцветители и др.). Те също така предоставят технологични решения, тъй като са сравнително лесни за съхранение, транспортиране, съхранение и обработка. Въпреки че през последните 15 години са проведени значителни научни изследвания, описанията на хранителните прахове все още остават частични (Barbosa-Canovas et al., 2005; Cuq et al., 2011; Fitzpatrick and Ahrné, 2005). Необходим е глобален подход за инженеринг на прах, за да се отговори на изискванията на производството и употребата на прахове чрез интегриране на дисциплини, свързани с науката и технологиите за храните, с академични дисциплини като технологично инженерство, физикохимия или физика. Разбирането на поведението на гранулираната материя, съставена от плътни сглобки от твърди разнородни зърна при външни напрежения, остава изключително актуално.

Разнообразието на химичния състав, изменчивостта на суровините, хетерогенността на естествените структури и различната физикохимична реактивност при хидротермални напрежения са фактори, които водят до сложност в поведението на хранителните прахове. Свойствата на праха неразделно влияят на поведението на праха по време на съхранение, работа, транспортиране, смесване, компресиране или опаковане (Barbosa-Canovas et al., 2005). За разлика от моделните прахове, които се състоят от хомогенни, сферични, монодисперсни и инертни частици (напр. Стъклени мъниста), хранителните прахове показват огромна хетерогенност по размер, форма и структура. В допълнение, много хранителни прахове са съставени от смес от гранулирани съставки с различен състав, а някои продукти също могат да съдържат много различни гранулирани предмети (например суха юфка, сухи парчета зеленчуци, сухи парчета месо, малки плодове и др.). Трансформацията на различни хетерогенни сухи прахове обикновено изисква както операция на смесване за хомогенизиране, така и контрол на сегрегационните явления, които могат да възникнат след етапа на смесване.

Смесването на прах е една от най-често срещаните операции в индустрии, свързани с праховете. Това важи особено за хранително-вкусовата промишленост, която разчита на смесване, за да осигури производството на сухи прахове с постоянно качество, както и за технологичните показатели на широка гама от продукти. Широко разнообразие от хранителни прахове (напр. Брашно, захар, сол, сухи добавки, сухи съставки, сушено мляко, сушени зеленчуци, сушени плодове, зърнени храни, хлебни смеси, супа на прах, смеси от подправки, сок на прах и др.) Обикновено се смесват индивидуално или в комбинации в хоризонтални или вертикални лентови смесители (Barbosa-Canovas et al., 2005). Основната цел на смесването в хранителната промишленост е да се генерира хомогенност на продукта. Разнообразните характеристики на хранителните прахове обаче означават, че смесването се счита за сложна операция: зърната на различни прахове могат да бъдат с различни размери, лесно могат да се отделят или да са крехки, лепкави и т.н.

Механизмите за сегрегация (или демиксиране) се наблюдават, когато някои частици от гранулирана смес се отделят от останалите компоненти. Този „проблем“ се появява главно, когато има разлики в подвижността на частиците поради различия във физическите им характеристики, главно размера на частиците, но също така и формата, плътността или повърхностните свойства на частиците (Bridgewater, 2012; Fitzpatrick and Ahrné, 2005; He, 2012; Massol-Chaudeur et al., 2003). Външните механични сили (като гравитация, вибрации или напрежения на срязване) индуцират механизми за сегрегация, които могат да са в основата на технологични ограничения по време на обработка, обработка, производство и/или съхранение на гранулирани материали.

Основните проблеми със сегрегацията възникват след етапа на смесване. Много единични операции по време на преработката на храни в технологичната инсталация (напр. Пневматичен транспорт, транспорт в камион, изпразване и пълнене на контейнери, временно съхранение, машинно подаване и т.н.) могат да генерират механизми за сегрегация и хетерогенност на праха. Механизмите за сегрегация на сухи гранулирани хранителни продукти също могат да окажат въздействие след процеса на смесване, веднага щом прахът влезе в крайната опаковка, по време на транспортиране, съхранение и обработка от клиента, или по всяко време до консумацията или употребата на продукта (напр. супа на прах, смеси за безалкохолни напитки). Тези възможности трябва да се имат предвид при разработването на нови сухи хранителни смеси на прах. Сегрегацията е реален проблем за хранително-вкусовата промишленост, занимаваща се с преработка на сух прах.

Поведението на сегрегация на хранителните смеси на прах все още трябва да бъде напълно разбрано и трябва да се направят връзки към разпределението на свойствата на естествените частици, образуващи праха. Необходими са стандартизирани техники за оценка и класификация на сегрегационната тенденция на смес. Интегрираният инженерен подход би помогнал при разработването на подходящи инструменти за измерване и прогнозиране на способността за сегрегация на сложни хранителни прахове по време на тяхната преработка и употреба. Въпреки това, специфичните изследвания на сегрегацията на хранителни прахове все още са ограничени поради ниската стойност на хранителните прахове и евтиния характер на хранителния продукт на прах. Настоящата глава предлага описание на смесването на хранителен прах, от общите понятия до спецификите.

Въведение в хранителните прахове

1.14 Заключение

Хранителните прахове са най-често срещаният формат на хранителните материали. Обемът и видовете производство на прах се увеличават всеки ден, тъй като това е най-стабилната форма на храната, която също е лесна за използване, опаковане, разпространение и обработка. Сега се разработват много нови лекарствени форми чрез смесване на множество прахове и крайният продукт се получава по-късно чрез рехидратиране с вода и по-нататъшна обработка. Поради увеличеното използване на праха в хранителната промишленост е по-важно да се разберат свойствата на различните прахове, за да се контролират качеството и условията на обработка. Междувременно процесът на получаване на прахове също е важна област на изследване, тъй като редица хранителни продукти не могат просто да бъдат превърнати в прахообразна форма поради присъщия им състав и лепкаво поведение. Проектираните хранителни прахове за постигане на желана функционалност са друга област, която е фокус в последно време. Това включва контрол на повърхността и вътрешната структура на праховите частици.

Формиране на възникващ продукт

Сеид Махди Джафари,. Йоана Мандала, в Оползотворяване на хранителни отпадъци, 2015

13.6.1 Въведение

Рехидратация на хранителен прах

C. Selomulya, Y. Fang, в Наръчник на хранителните прахове, 2013

Резюме:

Специфични хранителни прахове могат да бъдат персонализирани както във функционален, така и в хранителен аспект, за да отговорят на изискванията на крайните потребители. Пример са млечните прахове, при които повърхностният и вътрешният състав водят до отличителни физико-химични свойства и функционално поведение. Рехидратацията на прах е важна като критичен критерий за качество за консумация. Стандартните методи за количествено определяне на техните свойства за възстановяване са относително прости процедури, които може да не разпознаят важни характеристики от специалните продукти. Представен е преглед на свойствата и техниките за рехидратация на прах, използвани в промишлеността и научните изследвания, с особен акцент върху млечните прахове, съставляващи по-голямата част от търговските хранителни прахове.

Свойства на прах в системите за производство на храни

12.4.3 Слепване на прах и лепкавост

Хранителните прахове могат да станат лепкави и да се запекат по време на съхранение и работа. Когато се слепва, влагата често се определя като ключов елемент или причина. Поради това е много важно да се знае чувствителността към водата и хигроскопичността на основните прахообразни компоненти за прогнозиране на кинетиката на слепване. Много хранителни прахове и смеси от хранителни съставки се усложняват от факта, че съдържат много различни компоненти и това затруднява предсказването на тяхната податливост на слепване. Освен това, по време на манипулиране, съхранение, обработка и разпространение до крайния потребител, праховете могат да изпитат промени в температурите и атмосферната влажност, които могат да променят поведението при работа и външния вид на праховете. Това е особено важно, ако праховете се транспортират до по-горещ и влажен климат, където сместа може да се изпече твърдо или да се втечни от сорбиращата вода.

Много хранителни прахове съдържат аморфни стъклени компоненти, като аморфни захари. Например, много изсушени със спрей млечни прахове съдържат лактоза в нейното аморфно състояние. Обезмасленото мляко на прах съдържа около 50% аморфна лактоза, която оказва голямо влияние върху неговото поведение на слепване (Fitzpatrick et al., 2007). Над температурата на преход на стъкло (за дадено водно съдържание) праховите частици стават лепкави (Aguilera et al., 1995) и това често се описва с температурата на лепкава точка. Точката на лепкавост обикновено е около 10–20 ° C над началната температура на стъкления преход за въглехидрати с ниско молекулно тегло (Roos and Karel, 1991), както е илюстрирано на фиг. 12.14, въпреки че това зависи от използвания метод за изпитване. Тази лепкавост се дължи на молекулярната подвижност на аморфните компоненти като силно вискозен поток между повърхностите на частиците, което позволява на повърхностите да се деформират и взаимодействат, правейки праха много по-сплотен. При движение през лепкава зона с увеличаване на водното съдържание или температура (фиг. 12.14), лепливостта първо ще се увеличи до максимум, след което след това ще намалее поради непрекъснатото намаляване на вискозитета.

хранителни

Фиг. 12.14. Стъклен преход и лепкава зона за аморфен компонент.

Слепването на прахови частици, съставени главно от аморфни вещества, силно зависи от относителната влажност на околния въздух и температурата. Когато се излагат аморфни материали на влажна среда, механизмът на свързване между единични частици е различен от този на кристалните материали, тъй като аморфните частици се синтероват заедно (Palzer, 2005). Синтерирането е процес, при който молекулите се придвижват в процепа между две съседни частици и това е разрешено над стъкления преход, тъй като молекулите са в състояние да текат. Процесът се задвижва от повърхностно напрежение и/или външна сила. Докато се затваря празнината между частиците, свободната специфична повърхностна енергия на системата се намалява. Скоростта на развитие на агломерационния мост ще зависи от молекулярната подвижност, която е свързана с вискозитета на материала, който от своя страна е свързан с температурната разлика [T - Tg] между температурата на материала (T) и температурата му на стъклен преход (Tg ).

Цикличността на влажността, където праховете са изложени на висока относителна влажност, последвана от ниска относителна влажност, може да доведе до образуването на твърди мостове между праховите частици. Това може да се случи, когато праховите частици имат съставки, които са разтворими във вода. По време на излагане на висока влажност ще се образуват водни мостове, съдържащи разтворени съставки, които се превръщат в твърди мостове, тъй като водата се изпарява при излагане на ниска влажност. Освен това, за водоразтворимите кристални прахове може да настъпи прекристализация по време на излагане с ниска влажност, тъй като водното изпаряване пренасища водния разтвор между кристалите. В някои ситуации може да се получи слепване, въпреки общото съдържание на влага, отговарящо на спецификациите на продукта, където градиенти на влагата могат да бъдат установени вътре в праха поради градиенти на температурата (Paterson et al., 2006).

Има много различни експериментални техники за измерване на якостта на тортата, включително техники за изпитване на срязване, тестер за изместване на едноосната сила (Fitzpatrick et al., 2008), тестер за пенетрометър и удар (Billings et al., 2006; Paterson et al., 2005). Те могат да се използват при опит за изследване на механизмите за слепване, свързани с различни прахове. Техниките за визуализация, използващи светлинни микроскопи и електронни микроскопи, също са полезни за изследване на слепващи механизми чрез поставяне на две частици прах в контакт и правене на снимки с течение на времето (Feeney and Fitzpatrick, 2011).

Сушене чрез замразяване за производство на хранителни прахове

3.1 Въведение

Хранителният прах може да се определи като суха твърда храна под формата на малки, рохкави частици. Ако е проектиран да осигури специфичен и полезен физиологичен ефект върху здравето, работоспособността и/или благосъстоянието, надхвърлящ предоставянето на прости хранителни вещества, тогава прахът се нарича функционален. По този начин основните процеси, участващи в производството на прах от мокро твърдо вещество, са изсушаване и/или смилане или намаляване на размера. Крайният продукт трябва да отговаря на специфични стандарти за качество като специфично съдържание на влага, морфология, размер на частиците, разпределение на частиците и повърхностна активност на интерфейса въздух-разтвор на редиспергирани водни суспензии (Chronakis et al., 2004).

Конвективното сушене на горещ въздух е традиционен метод за консервиране на храни, който осигурява удължаване на срока на годност и по-малко тегло при транспортиране. Този метод е приложен старателно за сухи плодове и нарязани храни. Все пак е добре известно, че качеството на даден хранителен продукт се влияе отрицателно от конкретните експлоатационни параметри на сушене с горещ въздух, като високи температури и присъствие на кислород. Сушенето на горещ въздух може да причини драстични промени във физическите свойства на продукта (т.е. цвета и структурата), както и влошаване на ароматните съединения или разграждане на хранителните вещества, което неизбежно ще намали качеството на продукта. Изсушаването на горещ въздух обаче е един от по-евтините методи за сушене по отношение на енергопотреблението и осигуряването на оборудване в сравнение с други процеси на дехидратация (т.е. сушене чрез пулверизиране, сушене чрез замразяване и др.).

Сушенето чрез пулверизиране е метод на дехидратация, при който течност/суспензия се напръскват във фини частици в контакт с въздух при повишени температури. Този метод обикновено се използва за получаване на прахове от мляко, суроватка, мая и други високо ценни продукти поради доброто им крайно качество. Консумацията на енергия обаче е ограничение при широкото използване на този метод на сушене. Също така кислородът, присъстващ в големите обеми въздух, смесен с капчиците храна по време на сушенето чрез пулверизиране, може също да има отрицателно въздействие върху чувствителните на топлина и окисляеми хранителни вещества.

Лиофилното сушене се основава на дехидратация чрез сублимация на замразен продукт. В статията „Химически инженерни иновации в производството на храни“ (AICHE, 2009) асоциацията AICHE посочва, че въвеждането на процеса на сушене чрез замразяване за хранителни приложения през 1930 г. може да се счита за технологичен крайъгълен камък. В сравнение с други методи за сушене, сушенето чрез замразяване може да даде висококачествени продукти, тъй като повечето от реакциите на влошаване се забавят или практически спират (т.е. минимизиране на загубите на вкус и аромат, максимизиране на задържането на хранителни вещества, пореста структура) поради липсата на течна вода, отсъствието на кислород под вакуум и използването на ниски температури (Ratti, 2001). Въпреки това производствените разходи са приблизително осем и четири пъти по-високи от конвенционалното въздушно сушене и съответно сушене чрез пулверизиране. По този начин високите експлоатационни разходи, свързани с лиофилното сушене, ограничават използването му само до продукти с висока стойност (т.е. кафе, микроорганизми, капсулиран аромат и др.).

В тази глава ще бъде описан процесът на лиофилно сушене за производството на хранителни прахове. За автора е важно да подчертае, че тази глава е ориентирана по-скоро към „храна“, отколкото към фармацевтична аудитория. Читателите се насърчават да получат задълбочена информация за конкретните теми от литературните справки, предоставени в тази глава.