شیمی و تکنولوژی مواد غذایی
 
بخشی از مطلب
 
بسیاری از غذاهای مایع، طی فراورش از محلی به محل دیگر منتقل می‌شوند .
 غذاهایی به صورت گرد نرم و یا متشکل از قطعات کوچک را نیز برای سهولت عمل به شکل سیال در می‌آورند. 
سیالات معمولاً به استاتیک (ایستایی) و دینامیک (پویایی) تقسیم می‌شوند.
 
 
جریان سیال با عدد رینولدز (Re) مشخص می‌شود. عدد مذکور به صورت زیر محاسبه می‌شود:
 
 
که D(m) قطر لوله ،  ( m.s-1) vسرعت متوسط ،
 .m-3)kgp( چگالی سیال و(N.sm-2) μ گرانروی سیال است.
 
عدد رینولدز کوچکتر از 2100 مبین جریان آرام است.
عدد رینولدز بزرگتر از 4000 نشانه‌ جریان آشفته است. 
در اعداد رینولدز بین 2100 و 4000، جریان، گذرا نامیده می‌شود. 
 
بسیاری از عملیات واحدی در فراورش غذا با تبادل حرارت با ماده‌ غذایی همراه است. 
حرارت معمولاً به سه طریق منتقل می‌شود: 
تابش
رسانش 
مرفت
 
دمای هر نقطه از غذا، طی فراورش بستگی به مدت حرارت دادن و یا خنک کردن و نیز محل مورد نظر دارد. لذا دما به طور مداوم تغییر می‌کند. عوامل مؤثر بر تغییرات دما عبارت‌اند از:
دمای منبع حرارت دهنده
گرمارسانندگی غذا
گرمای ویژه‌ غذا 
 
سرعت انتقال حرارت از یک سیال داغ به سطح غذا، از معادله‌ زیر به دست می‌آید:
 
 
 
كه Q(Js-1) سرعت انتقال حرارت، A(m2)  سطح انتقال، s θ دمای سطح ،b θ دمای توده سيال و hs(Wm-2K-1)   ضريب انتقال حرارت سطحی ( يا لايه ای ) است. 
 
ضریب انتقال حرارت سطحی بستگی به خواص فیزیکی سیال(مثلاً چگالی، گرانروی، گرمای ویژه) و شتاب گرانشی (که به علت تغییر در چگالی سبب چرخش سیال می‌شود) و اختلاف دما و نیز طول یا قطر محفظه‌ی مورد بررسی دارد. 
عبارت‌هایی که این عوامل را به یکدیگر ارتباط می‌دهند. به صورت یک دسته اعداد بدون بعد داده می‌‌شوند:
عدد نوسلت
عدد پرنتل
عدد گراشوف                                        
 
مجموع مقاومت‌های موجود در برابر جریان حرارت، به ضریب انتقال حرارت کلی                  موسوم است. 
سرعت انتقال حرارت را می‌توان با رابطه‌ زیر بیان کرد:
 
                کمیت مهمی است که از آن می‌توان در محاسبه کارآیی گرمایشی یا سرمایشی تجهیزات مختلف فراورش سود جست.
 
اگر یک ماده‌ غذایی جامد توسط سیالی گرم و یا سرد شود، مقاومت‌های موجود در برابر انتقال حرارت شامل ضریب سطحی انتقال حرارت و گرمارسانندگی غذاست. 
این عوامل از طریق عدد بیو (Bi) به یکدیگر ارتباط می‌یابند:
 
اگر عدد بیو کوچک باشد (Bi<0.2)، لایه‌ سطحی، مقاومت اصلی را در برابر جریان حرارت تشکیل می‌دهد. 
اما در اغلب موارد   Bi>0.2، گرمارسانندگی غذا محدود کننده‌ سرعت انتقال حرارت است. 
 
منابع انرژی فراورش غذا
برق 
گاز طبیعی و گازهای نفتی مایع شده
سوخت‌های مایع نفتی  
سوخت‌های جامد (آنتراسن، زغال سنگ، چوب و زغال‌چوب)
 
در روش مستقیم، محصولات گرمای حاصل از احتراق یک سوخت در تماس مستقیم با غذا قرار می‌گیرند و لذا خطر آلودگی غذا به مواد بودار و یا مواد حاصل از احتراق ناقص وجود دارد. به این دلیل، فقط از سوخت‌های گازی و به میزان کمتری از سوخت‌های مایع استفاده می‌شود.
در روش‌های گرمادهی غیرمستقیم از یک تبادلگر حرارتی به منظور جدا ماندن غذا از محصولات احتراق، استفاده می‌شود.
 
متداولترین سیستم گرمادهی غیر مستقیم در فرآورش غذا ، بخار است. عملکرد دیگ بخار با اعمال زیر بهبود می‌یابد:
استفاده از بخار مایع شده به عنوان آب ورودی به دیگ  
گرم کردن هوا قبل از مصرف در احتراق سوخت 
عایق‌کاری دیگ بخار 
بازیابی حرارت از گازهای حاصل از احتراق 
 
صرفه جویی در بخار عرضه شده به محوطه‌ فراورش به طرق زیر امکان‌پذیراست:
عایق‌کاری دقیق لوله‌های بخار و آب داغ 
به حداقل رساندن نشت بخار 
قرار دادن تله‌های بخار 
 
اگر دمای غذا به حدی افزایش یابد که باعث انهدام میکروارگانیسم‌ها شود، در یک فاصله زمانی معین درصد موجوداتی که از بین می‌روند مقداری ثابت و مستقل از تعداد اولیه‌ آنها ست. این پدیده به مرتبه‌ لگاریتمی مرگ موسوم است. 
مدت لازم جهت از بین رفتن 90% میکروارگانیسمها به مدت کاهش اعشاری یا مقدار D معروف است. مقادیر D بر حسب نوع میکروارگانیسمها متفاوت است و D بزرگتر نشانه‌ مقاومت بیشتر در برابر حرارت می‌باشد.
 
 
دو نتیجه‌ مهم از مرتبه‌ لگاریتمی مرگ حاصل می شود: 
 هر چه تعداد میکروارگانیسم‌ها در مواد اولیه بیشتر باشد، مدت بیشتری برای رساندن تعداد آنها به یک حد معین مورد لزوم است. 
 نظر به اینکه انهدام میکروب‌ها به صورت لگاریتمی انجام می‌شود، از بین رفتن تمامی سلول‌ها، از نظر محاسباتی، فقط با حرارت دادن غذا به مدت بی‌نهایت میسر است. لذا هدف از فراورش، کاهش تعداد میکروارگانیسم‌های باقیمانده تا یک حد از پیش تعیین شده است.
 
عوامل متعددی در تعیین مقاومت حرارتی میکروارگانیسم‌ها نقش دارند.:
نوع میکروارگانیسم
شرایط کشت 
   (الف) دما 
   (ب) مدت کشت 
   (ج) محیط کشت
شرایط در هنگام عملیات گرمایی
   (الف) pH غذا 
   (ب) فعالیت آب موجود در غذا 
   (ج) ترکیب نسبی غذا 
   (د) محیط و شرایط کشت
 
فساد غذا بر اثر وجود میکروارگانیسم‌ها خیلی سریع صورت می‌گیرد حال آنکه واکنش‌های آنزیمی و شیمیایی آهسته‌تر عمل می‌کنند. در هر دو مورد، آب مهمترین عامل تعیین کننده‌ سرعت فساد است. رطوبت موجود در غذا را یا بر مبنای مرطوب:
 
 
 
 
 
یا بر مبنای خشک بیان می‌کنند:
 
 
مقدار ضروری آب جهت فعالیت‌های میکروبی، آنزیمی یا شیمیایی، زمان ماندگاری غذا را تعیین می‌کند و این ضرورت با میزان فعالیت آب(aW) در غذا مشخص می‌شود. با عملیات واحدی گوناگون مانند رطوبت‌زدایی، تبخیر، خشک کردن ، تغلیظ انجمادی و استفاده از مواد جاذب موجودی آب در غذا را کاهش می‌دهند. 
 
آب موجود در غذا دارای فشار بخار معینی است. مقدار بخار حاصل به عوامل زیر بستگی دارد:
مقدار آب موجود 
دما 
غلظت حل شده‌ها (به ویژه املاح و قند) در آب 
 
فعالیت آب به صورت نسبت فشار بخار آب در غذا به فشار بخار آب سیر شده در همان دما تعریف می‌شود:
 
 
کهP(Pa) فشار بخار آب در غذا و P0(Pa) فشار بخار آب خالص در همان دماست. 
 
فعالیت آب به وسیله رابطه‌ی برونوئر-امت-تلر (BET) به میزان رطوبت موجود در غذا وابسته می‌شود.
 
 
       فعالیت آب،  M، رطوبت به صورت درصد وزنی خشک، M1 رطوبت (بر مبنای خشک) تک لایه‌ مولکولی و C، عدد ثابت است.
 
رطوبت نسبی هوای محل نگهداری غذا، رطوبت نسبی تعادلی نامیده می‌شود. 
اگر نمودار تغییرات رطوبت نسبی را در مقابل رطوبت تعادلی موجود در دماهای مختلف رسم نمایند، منحنی‌ای حاصل می‌شود که به همدمای جذب آب معروف است. 
منحنی همدما نشان‌دهنده‌ میزانی از فعالیت آب است که غذا در آن پایدار می‌ماند و به علاوه امکان پیشگویی اثر تغییرات رطوبت بر فعالیت آب و در نتیجه مدت انبارداری را میسر می‌سازد. همچنین جهت تعیین سرعت و گستردگی خشک‌شدن، از مناسبترین دمای مخزن نگاهداری غذای منجمد و ویژگیهای مواد بسته‌بندی (برای جلوگیری از ورود رطوبت)، استفاده می‌شود.
 
فرآورش غذا به روشهای نا پیوسته و پیوسته انحام می گیرد. به طور کلی مزایای فرایندهای ناپیوسته عبارت‌اند از: 
انعطاف‌پذیری در تغییر خط تولید محصول یا میزان محصول 
سرمایه‌گذاری کمتر در تهیه‌ تجهیزات 
عملکرد و کنترل ساده‌ تجهیزات 
 
معایب اساسی فرایندهای ناپیوسته به قرار زیرند:
هزینه‌ کارگری بالاتر 
هزینه‌ جاری بیشتر از نظر انرژی و آب و بازدهی کمتر مواد و انرژی 
اشغال فضای بیشتر توسط تجهیزات 
یکنواختی کمتر محصولات 
 
آماده سازی مواد خام
تمیز کردن، نوعی عملیات واحدی است که در آن مواد آلاینده، از غذا جدا و حذف می‌شوند و در نتیجه سطح خارجی غذا شرایط مناسبی جهت فراورش‌های بعدی پیدا می‌کند. 
در فراورش غذا، تمیز کردن بایستی در اولین فرصت ممکن انجام گیرد تا دستگاه‌های فراورش در اثر سنگ، استخوان و یا فلزات همراه با غذای خام دچار آسیب نشوند و نیز وقت و هزینه‌ی اضافی جهت فراورش مواد ناخواسته‌ای که در نهایت باید به دور ریخته شوند بیهوده صرف نگردد. 
 
جداسازی سریع مواد آلاینده به کمک میکروارگانیسم‌ها مانع رشد میکروبی در طول تأخیر احتمالی تا شروع فراورش یا در ضمن انبارداری مواد خام، خواهد شد. بنابر این تمیز کردن، روش مؤثری در کاهش ضایعات غذا، بهبود اقتصاد فرایند و حمایت از مصرف کننده محسوب می‌شود.
 
تمیز کردن در دستگاه‌های ویژه به دو روش 
مرطوب (نظیر خیساندن، پاشش‌آب، غوطه‌ور ساختن و استفاده از امواج فراصوت) 
 خشک (جداسازی با هوا، میدان مغناطیسی و یا روش‌های فیزیکی) انجام می‌گیرد.
 انتخاب روش تمیز کردن، بر اساس وضعیت مواد خام و نیز نوع آلاینده‌های موجود در آنها انجام می‌گیرد. 
 
تمیز کردن با آب مؤثرتر از روش‌های خشک در جداسازی خاک و گل از ریشه‌ی سبزیجات و غلات و باقیمانده‌ سموم دفع آفات و گرد و خاک از میوه و سبزی‌های نرم و تازه است.
 این روش ایجاد گرد و خاک نمی‌کند و کمتر از روش‌های خشک به غذا آسیب می‌رساند.
 در روش‌های مرطوب حجم قابل توجهی پساب تولید می‌شود. 
بهای آب مصرفی و هزینه‌ی دفع پساب هم منظور شود. 
از دستگاه‌های مورد استفاده در روش مرطوب می‌توان شوینده‌های پاششی، شوینده‌های بروس‌دار، شوینده‌های بشکه‌ای یا استوانه‌ای و مخازن شناورسازی را نام برد.
 
از تمیز کردن خشک برای تمیز کردن محصولات کوچکتر که دارای مقاومت مکانیکی بیشتر و رطوبت کمتر می‌باشند استفاده می‌شود (مثلاً غلات و خشکبار). 
انواع مهم دستگاه‌های مورد استفاده در تمیز کردن خشک عبارت‌اند از: 
دسته‌بندی کننده‌های هوایی 
جداکننده‌های مغناطیسی
جداکننده‌های غربالی 
در دسته‌بندی کننده‌های هوایی آلاینده‌ها را با توجه به اختلاف چگالی آنها به وسیله‌ی جریان هوا از غذا جدا می‌سازند.
 
دسته‌بندی کردن
دسته‌بندی عبارت از تقسیم یک ماده‌ غذایی به دسته‌های مختلف است که این عمل براساس یک خاصیت فیزیکی قابل اندازه‌گیری انجام می‌شود. دسته‌بندی نیز نظیر عملیات تمیز کردن باید در اسرع وقت صورت گیرد تا از یکنواختی محصول در فراورش بعدی اطمینان حاصل شود. چهار ویژگی اصلی فیزیکی که در دسته‌بندی غذا به کار می‌روند عبارت‌اند از: اندازه، شکل، وزن و رنگ. 
 
دسته‌بندی از نظر اندازه (که غربال کردن یا دانه‌بندی کردن نامیده می‌شود) عبارت از تقسیم مواد جامد به دو یا چند جزء است که براساس تفاوت اندازه‌ی آنها صورت می‌گیرد. 
دسته‌بندی از نظر اندازه به صورت دستی یا مکانیکی یا دسته‌بندی کننده‌ی صفحه‌ای و یا تصویری انجام می‌گیرد. همچنین از صفحاتی با منافذ ثابت یا متغیر استفاده می‌کنند. 
و....