ГЛАВА 2
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОВАРОВ
2.1. ВОДА, НЕОРГАНИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ
Для поддержания нормальной жизнедеятельности организма человек употребляет пищевые продукты, которые характеризуются определенным химическим составом. В состав продовольственных товаров входят различные пищевые вещества: вода, минеральные вещества, углеводы, жиры, белки, витамины, ферменты, органические кислоты, дубильные, ароматические, красящие вещества и др. От содержания и соотношения пищевых веществ зависят структура, внешний вид и потребительские свойства продовольственных и некоторых непродовольственных товаров. По химическому составу все пищевые вещества делят на неорганические (вода, минеральные вещества) и органические (углеводы, жиры, белки, витамины, ферменты и др.).
Вода (H2O) имеет огромное значение для жизнедеятельности организма человека. Вода является средой, в которой существуют клетки и протекают процессы кровообращения, дыхания, пищеварения и др. Вместе с водой (пот, выдыхаемый воздух, моча) из организма выводятся вредные продукты обмена. Вода является самой значительной по количеству составной частью клеток организма (2/3 массы тела человека). В сутки человеку необходимо 1,75–3,0 л, или 40 г на 1 кг массы тела. Недостаток воды в организме человека приводит к повышению вязкости крови, а избыток – к усилению вымывания солей, быстрому распаду белков, к увеличению нагрузки на сердце и почки.
Вода входит в состав практически всех пищевых продуктов, но содержание ее различно: в свежих овощах и плодах – 70–95 %, мясе и мясопродуктах – 38–78 %, рыбе и рыбопродуктах – 57–89 %, молоке – 88 %, крупе и муке – 10–14 %, хлебе – 35–50 %, сахаре – 0,1–0,4 %.
Количество воды в пищевых продуктах влияет на их потребительские свойства, активность микробиологических и биохимических процессов, а также сохраняемость. Чем больше воды в продукте, тем ниже его пищевая ценность и меньше сроки хранения. Уменьшение или увеличение содержания воды влияет на качество продукта. Так, товарный вид, вкус, цвет свежих овощей, плодов и хлеба ухудшаются при снижении влажности, а крупы, сахара и макаронных изделий – при увеличении влажности.
Свойства пищевых продуктов зависят как от содержания в них воды, так и от формы связи ее с другими веществами. В пищевых продуктах вода может находиться в свободном или связанном состоянии.
Вода находится в трех формах связи с веществами продукта: химической (ионная и молекулярная); физико-химической и физико-механической (влага смачивания).
Химически связанная вода в пищевых продуктах встречается редко. Она может быть удалена из продукта путем его прокаливания или химического взаимодействия.
Адсорбционно связанная вода – это вода, прочно удерживаемая «молекулярным силовым полем» у поверхности коллоидных частиц с окружающей средой. Адсорбционная влага прочно связана с материалом, поэтому известна под названием связанной, или гидратационной.
Осмотически поглощенная влага (влага набухания) находится в микропространствах, образованных мембранами клеток, фибриллярными молекулами белков и другими структурами. Она удерживается осмотическими силами, обусловливает тургор клеток и оказывает влияние на пластические свойства животных тканей.
Макро- и микрокапиллярная вода представляет собой растворы, содержащие органические и минеральные вещества продукта. Она удерживается в промежутках структурно-капиллярной системы продуктов силой капиллярности.
Влага смачивания наименее прочно связана с субстратом и удерживается на поверхности силами поверхностного натяжения.
Влага смачивания, макро-, микрокапиллярная влага, а также осмотически связанная влага называется свободной водой пищевых продуктов.
Свободная вода обладает теми же свойствами, что и чистая вода. Свободная вода содержится в клеточном соке, между клетками и на поверхности продукта. Она легко испаряется из пищевых продуктов при их сушке и замораживании.
Содержание влаги в пищевых продуктах определяют путем высушивания их навески до постоянной массы. Для многих пищевых продуктов массовая доля влаги является важным показателем качества. Этот показатель нормируется стандартами с указанием верхнего предела.
Неорганические (минеральные) вещества не обладают энергетической ценностью, однако без них жизнь человека невозможна. Минеральные вещества выполняют пластическую функцию в процессе жизнедеятельности человека. Они участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно-солевом, кислотно-щелочном. Но особенно велика роль минеральных веществ в построении костной и других тканей организма человека, ферментов, гормонов, пищеварительных соков. Суточная потребность организма в минеральных веществах составляет 20–30 г.
Минеральные вещества в организме человека должны поступать с пищевыми продуктами. Минеральные вещества содержатся в пищевых продуктах в небольших количествах (0,7–3,0 %). В зависимости от количественного содержания минеральных веществ в пищевых продуктах их условно делят на три группы: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Минеральные вещества пищевых продуктов
Кальций составляет основу костной ткани, активизирует деятельность ряда важных ферментов, влияет на процессы, происходящие в нервной, мышечной и сердечно-сосудистой системах. Больше всего кальция содержится в молоке (120 мг%) и молочных продуктах, за счет которых удовлетворяется 4/5 всей потребности в кальции.
Фосфор – важнейший элемент, входящий в состав белков, нуклеиновых кислот, костной ткани. Соединения фосфора принимают участие в обмене энергии. Относительно много фосфора находится в рыбе (около 250 мг%), хлебе (около 200 мг%), мясе, фасоли (480 мг%), сыре (500–600 мг%). Основное количество фосфора человек потребляет с молоком и хлебом.
Магний – жизненно важный элемент, участвующий в формировании костей, регуляции работы нервной ткани, обмене углеводов и энергетическом обмене. Половина суточной потребности человека в магнии удовлетворяется хлебом и крупяными изделиями. Больше всего магния содержится в орехах (170–230 мг%), овсяной крупе (116 мг%), фасоли (103 мг%), горохе (107 мг%), хлебе (50 мг%).
Железо участвует в образовании гемоглобина, некоторых ферментов. Особенно много железа в печени, почках и бобовых (6–20 мг%). Потребность человека в железе с избытком удовлетворяется обычным рационом. Хотя железо является жизненно важным элементом, его избыток в питании нежелателен, и поэтому в ряде продуктов содержание железа лимитируется.
Очень важное значение для организма имеют также натрий, калий, хлор, сера. Потребность человека в этих макроэлементах удовлетворяется обычным рационом.
Из микроэлементов важнейшее значение для организма имеют цинк, йод, фтор.
Цинк входит в состав гормона инсулина, участвующего в углеводном обмене и образовании многих важных ферментов. Содержание цинка в пищевых продуктах колеблется в пределах 0,15–2,5 мг%. Больше всего цинка содержится в печени и бобовых 3,1–5,0 мг%.
Йод участвует в образовании гормона тироксина. При недостаточности йода нарушается деятельность щитовидной железы и развивается зобная болезнь. Больше всего йода содержится в морской рыбе (до 0,07 мг%), печени трески (до 0,8 мг%), морской капусте (от 0,05 до 70 мг%).
Фтор – необходимый элемент, при недостатке которого развивается кариес. Потребность человека в нем удовлетворяется на 1/3 с пищей и на 2/3 с водой. Больше всего фтора содержится в морской рыбе (до 0,7 мг%) и в скумбрии (до 1,4 мг%).
Недостаточное количество или отсутствие некоторых минеральных элементов в пищевых рационах вызывает нарушение жизненно важных процессов в организме человека. С другой стороны, избыток меди, селена, молибдена, бора, никеля, алюминия, олова может привести к тяжелым заболеваниям, поэтому во многих странах содержание этих элементов в пищевых продуктах лимитируется стандартами. Особенно строго контролируется содержание таких высокотоксичных элементов, как ртуть, свинец, кадмий и мышьяк. В нашей стране содержание в пищевых продуктах таких химических элементов, как олово, свинец, мышьяк, ртуть, хром и др. регламентируется Техническими регламентами, СанПиН и национальными и межгосударственными стандартами.
Общее содержание минеральных веществ определяют по массовой доле золы, получаемой путем полного сжигания навески продукта. Зольность – это один из показателей качества муки, крахмала, сахара, кондитерских изделий и др.
Углеводы – это органические вещества, в состав которых входят углерод, водород, кислород. Синтезируются углеводы растениями из углекислоты и воды, под действием солнечной энергии, при участии хлорофилла. Поэтому они составляют значительную часть продуктов растительного происхождения (до 90 % сухого вещества) и в небольших количествах содержатся в продуктах животного происхождения (до 2 %).
Углеводы преобладают в пище человека. Они являются основным источником жизненной энергии (около 60 % суточной энергетической потребности пищевого рациона). Около 52–66 % углеводов поступает в организм с зерновыми продуктами, 14–26 % – с сахаром и сахаропродуктами, 8–10 % – с клубне- и корнеплодами, 5–7 % – с овощами и фруктами.
В зависимости от строения углеводы подразделяют на моносахариды (простые сахара), олигосахариды (состоящие из двух или трех молекул моносахаридов) и полисахариды (состоящие из многих молекул моносахаридов). С точки зрения усвояемости в организме человека углеводы разделяют условно на две группы – усвояемые организмом человека и неусвояемые (пищевые волокна).
К усвояемым углеводам относятся: глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, галактоза, лактоза, раффиноза, инулин, крахмал. К неусвояемым углеводам относятся: целлюлоза, гемицеллюлоза («грубые» пищевые волокна), пектиновые вещества («мягкие» пищевые вещества). Моно- и олигосахариды обладают сладким вкусом. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то при той же температуре сладость будет равняться для фруктозы – 173, глюкозы – 74, мальтозы и галактозы – 32, рафинозы – 23, лактозы – 16 единиц.
Моносахариды. Наиболее важными являются гексозы (глюкоза, галактоза и фруктоза) и пентозы (арабиноза, ксилоза, рибоза). В пищевых продуктах в свободном виде в значительных количествах встречаются только глюкоза и фруктоза. Состав их выражается формулой C6H12O6.
Глюкоза (виноградный сахар) – самый распространенный моносахарид. В чистом виде хорошо усваивается организмом. Содержится в ягодах, плодах, меде, в небольших количествах в крови, лимфе, мышечной ткани. Глюкоза входит в состав свекловичного сахара, мальтозы, лактозы, клетчатки, крахмала.
Фруктоза (плодовый сахар) в свободном состоянии находится главным образом во фруктах, ягодах, овощах. Значительное количество фруктозы содержится в меде.
Глюкоза и фруктоза являются хорошими восстановителями и относятся к редуцирующим сахарам, которые сбраживаются дрожжами в спирт. Редуцирующие сахара, обладая высокой реакционной способностью (взаимодействуют с аминокислотами) и гигроскопичностью, могут быть причиной потемнения и увлажнения продуктов. Поэтому в некоторых кондитерских товарах содержание этих углеводов лимитируется стандартом.
Галактоза – составная часть молочного сахара. В свободном виде в природе не встречается.
Олигосахариды. К олигосахаридам относятся дисахариды (C12H22O11) и трисахариды (C18H32O16).
Сахароза (свекловичный сахар) входит в состав многих плодов и овощей, особенно много ее в сахарной свекле (12–24 %) и сахарном тростнике (14–26 %), которые являются основным сырьем для производства сахара. В белом сахаре содержится 99,5–99,8 % сахарозы, арбузах и дынях – 4–8,5 %. Сахароза сбраживается дрожжами только после расщепления ее до моносахаридов. При расщеплении (инверсии) сахарозы образуется инвертный сахар, состоящий из равного количества глюкозы и фруктозы:
C
12H
22O
11 + H
2O → C
6H
12O
6 + C
6H
12O
6.
Инвертный сахар более сладкий, чем сахароза, менее способен к кристаллизации, более гигроскопичен.
Лактоза (молочный сахар) находится в молоке (4,7 %), придавая ему сладкий вкус. При расщеплении лактозы образуются глюкоза и галактоза. Лактоза сбраживается под действием ферментов молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты, а под действием ферментов дрожжей – собразованием спирта.
Полисахариды. Это высокомолекулярные углеводы, имеющие общую формулу (C6H10O5) n. К ним относят крахмал, клетчатку, гликоген, инулин. Полисахариды не обладают сладким вкусом и называются несахароподобными углеводами. Это не кристаллические вещества, в чистом виде они имеют белый цвет.
Крахмал – наиболее важный углевод для человека. На долю крахмала приходится 80 % от общего количества потребляемых углеводов. Крахмал откладывается в растениях в качестве запасного вещества в виде крахмальных зерен, имеющих слоистое строение, различных по форме и величине. содержание крахмала колеблется от 12–25 % в клубнях картофеля до 64–68 % в зерне пшеницы.
Крахмал не растворяется в воде. В горячей воде зерна крахмала набухают, связывая большое количество воды и образуя коллоидный раствор в виде вязкой густой массы – клейстера. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала. При клейстеризации крахмал способен поглощать 200–400 % воды, что приводит к увеличению массы готовой каши, макаронных изделий. Под действием кислот и ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы. Процесс гидролиза крахмала под действием кислот называют осахариванием и его применяют в пищевой промышленности при производстве патоки.
Крахмал окрашивается йодом в синий цвет, что дает возможность определять наличие его в продуктах.
Гликоген – животный крахмал, содержащийся в основном в печени (до 20 %), мышцах (до 0,9 %), а также в грибах, дрожжах, зерне кукурузы. Гликоген растворим в теплой воде, клейстера не образует, йодом окрашивается в буро-красный цвет.
Целлюлоза (клетчатка) широко распространена в растениях. Целлюлоза составляет основу клеточных стенок. Неодревесневшая целлюлоза плодов, овощей, листьев капусты частично расщепляется пищеварительными соками до усвояемых организмом соединений. Она усиливает перистальтику кишечника и способствует передвижению пищи. Одревесневшая целлюлоза (в оболочке зерна, кожуре картофеля) не усваивается организмом и не имеет питательной ценности.
Пектиновые вещества. Эти вещества являются производными углеводов и входят в состав овощей и плодов. К ним относят протопектин, пектин, пектиновую и пектовую кислоты. Протопектин не растворим в воде. Его много в незрелых плодах и овощах. При созревании плодов и овощей протопектин под действием ферментов переходит в растворимый в воде пектин, что приводит к размягчению плодов и овощей.
При нагревании с сахаром и кислотами пектин обладает способностью образовывать желе. Это свойство используют в производстве мармелада, желе, джема. Пектиновыми веществами богаты яблоки, абрикосы, сливы, алыча, черная смородина, крыжовник. В них содержится от 0,01 до 2 % пектиновых веществ.
Липиды – это природные органические вещества, производные жирных кислот. Липиды делятся на простые (жиры, воска) и сложные (фосфатиды, гликолипиды, стерины). Значение липидов в питании определяется их высокой энергетической ценностью и биологической активностью (эффективностью). Липиды содержатся в любой клетке организма. Липиды предохраняют организм от охлаждения, участвуют в построении тканей, мембран клеток. Как и углеводы, липиды служат источником энергии (возмещая в сутки 30 % энергозатрат человека) и источником жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К).
Из липидов в пищевых продуктах преобладают жиры. Жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот со следующей общей формулой строения, представленной на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Молекула жира (триглицерида)
RI, RII, RIII – остатки жирных кислот
На долю жирных кислот приходится 90 % массы молекулы триглицерида. Пищевая ценность жиров, их физические и химические свойства зависят от входящих в состав жира жирных кислот. Жирные кислоты жиров подразделяются на низкомолекулярные и высокомолекулярные в зависимости от количества углеродных атомов, а также на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) в зависимости от характера связи атомов углерода в углеводородной цепи.
Низкомолекулярные жирные кислоты (масляная, капроновая, каприловая, каприновая) растворяются в воде, летят с водяными парами, обладают специфическим запахом, при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию. Высокомолекулярные предельные жирные кислоты (миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая и др.) в воде нерастворимы, не обладают запахом, при комнатной температуре твердые. Непредельные жирные кислоты имеют одну и более ненасыщенные (двойные) связи, по месту которых могут присоединяться водород, кислород, галогены, существенно изменяя свойства кислот. Непредельные жирные кислоты делятся на четыре основные группы: с одной двойной связью (CnH2n-2O2, олеиновая); с двумя двойными связями (CnH2n-4O2, линолевая); с тремя двойными связями (CnH2n-6O2, линоленовая) и с четырьмя двойными связями (арахидоновая). В жирах рыб встречаются непредельные жирные кислоты с пятью и шестью двойными связями. Соотношение жирных кислот влияет на консистенцию жира, в состав которого они входят. В зависимости от этого жиры при комнатной температуре бывают твердыми, мазеобразными и жидкими. Чем больше в составе жиров насыщенных жирных кислот, тем выше температура их плавления, такие жиры называют тугоплавкими. Жиры, в состав которых входят ненасыщенные жирные кислоты, характеризуются низкой температурой плавления, и их называют легкоплавкими. Температура плавления бараньего жира 44–55, свиного – 33–46, говяжьего – 42–52, молочного жира – 32–36 °С. От температуры плавления жиров зависит усвояемость их организмом. Тугоплавкие жиры усваиваются организмом хуже, так как температура плавления их выше, чем температура человеческого тела.
По происхождению различают жиры животные, получаемые из жировой ткани животных (жиры животные топленые), и растительные, добываемые из семян растений и плодов (растительные масла). Жиры легче воды. Плотность их составляет 910–970 кг/м3. Жиры не растворяются в воде, но растворимы в органических растворителях (керосин, бензин, эфир). С водой жиры могут образовывать эмульсии, т. е. распределяются в воде в виде мельчайших шариков. Это свойство жира используют в пищевой промышленности при производстве маргарина, спреда, майонеза и соуса майонезного. При хранении под действием света и повышенной температуры жиры окисляются в присутствии кислорода воздуха и приобретают неприятные вкус и запах. О глубине процесса окисления судят по величине перекисного числа. Жиры, в состав которых входят ненасыщенные жирные кислоты, при повышенных температурах и в присутствии медно-никелевого катализатора могут присоединять водород. Процесс присоединения водорода по месту двойных связей называется гидрогенизацией. При гидрогенизации жидкие жиры превращаются в твердые, называемые саломасом. Саломасы используют при производстве маргарина и кулинарных жиров.
Под действием воды или в присутствии ферментов жиры гидролизуются с образованием свободных жирных кислот и глицерина. Процесс гидролиза характеризуется кислотным числом, одним из важных показателей свежести жира. В организме человека в процессе пищеварения жиры гидролизуются под действием фермента липазы. Образующиеся свободные жирные кислоты служат основой для синтеза жира человека.
Природные жиры, помимо самого жира, содержат другие жироподобные вещества: фосфатиды, воска и др.
Фосфатиды (фосфоглицериды) представляют собой сложные эфиры глицерина с жирными кислотами и фосфорной кислотой. Наиболее изученные и часто встречающиеся фосфоглицериды (лецитин и кефалин) входят в состав нервной ткани и внутриклеточных структур. Фосфатиды содержатся в яичном желтке (до 10 %), мясе, мозгах (до 6 %), грибах (до 7 %), молочном жире. Природные фосфоглицериды обладают гидрофобными и гидрофильными свойствами, т. е. являются поверхностно-активными веществами, способными образовывать при смешивании с водой стойкую эмульсию.
Стерины – это высокомолекулярные гидроароматические спирты. В жирах встречаются в свободном виде и в виде стероидов – эфиров жирных кислот. В состав животных жиров входят холестерин, которого много в мозге, яичном желтке, в плазме крови. В организме человека холестерин способствует эмульгированию жира и стабилизации образовавшейся эмульсии, он также связывает и обезвреживает в организме бактериальные гемотоксины. Однако при накоплении избытка холестерина в организме он откладывается на стенках артериальных сосудов, что приводит к атеросклерозу. В растительных жирах содержится эргостерин, который под действием ультрафиолетовых лучей превращается в витамин Д.
Воска – это сложные эфиры высокомолекулярных одноатомных спиртов с высокомолекулярными жирными кислотами. Воска покрывают поверхность плодов и овощей, предохраняя их от испарения влаги, от проникновения микроорганизмов. Воска содержатся в растительных маслах, затвердевают при низкотемпературном хранении, вызывая помутнение растительных масел.
Азотистые вещества – это вещества, в состав которых, входит азот. Они бывают высокомолекулярные – белковые (на долю которых приходится 96–98 % азота пищевых продуктов) и низкомолекулярные – небелковые, к которым относятся аминокислоты, нуклеиновые кислоты, аммиачные соединения, нитраты, нитриты.
Белки являются наиболее ценным компонентом пищи. Они служат основным материалом, из которого строятся клетки ткани и органы тела человека. Белки могут служить источником энергии и составляют основу гормонов и ферментов, способствующих основным проявлениям жизни (пищеварению, росту, размножению и т. д.) Они выполняют в организме транспортную функцию, перенося из крови гормоны, гемоглобин, железо и защитную функцию, синтезируя антитела. Белки невозможно заменить другими веществами, а роль их в организме человека чрезвычайно важна.
Белки – это высокомолекулярные соединения, состоящие из громадного числа атомов. Молекулярная масса наиболее простых белков составляет 15 000–20 000. Белки отличаются по элементарному составу от углеводов и жиров тем, что в их молекулу, кроме углерода, водорода и кислорода всегда входит азот (в среднем 16 %).
Потребность в белках взрослого человека 80–100 г в сутки, из них не менее 50 г должно быть животных белков. Белки пищи в организме человека под действием протеолитических ферментов расщепляются на аминокислоты.
Для построения белков организма человека ежедневно требуется восемь аминокислот (лизина – 3–4 г, триптофана – 1 г, лейцина 4–6 г, фенилаланина 2–4 г, изолейцина 3–4 г, метионина 2–4 г, валина – 4, треонина – 2–3 г). Эти аминокислоты называются незаменимыми, они поступают в организм только с пищей. Другие аминокислоты могут заменяться и синтезироваться в организме, поэтому называются заменимыми. Особенно важными и дефицитными аминокислотами являются триптофан, метионин и лизин. Различают полноценные белки, в составе которых имеются все незаменимые аминокислоты, и неполноценные, в составе которых не хватает хотя бы одной незаменимой аминокислоты.
Полноценными белками богаче пища животного происхождения, чем растительного. полноценные белки – казеин молока, белки яйца, а неполноценные – коллаген (отсутствует триптофан) – белок соединительной ткани мяса.
Молекула белка состоит из аминокислот, соединенных между собой пептидной связью, -CO-NH-.
Множество аминокислот, связанных между собой пептидными связями, называются полипептидом (первичная структура). Полипептиды, в свою очередь, образуют белковые молекулы (вторичная, третичная и четвертичная структура).
Большое разнообразие белков обусловлено разнообразием аминокислот (20 шт.) и различной последовательностью их соединения в белковой молекуле.
Одним из основных свойств белков является их гидрофильность, т. е. способность связывать воду.
Белки могут подвергаться денатурации, т. е. изменению первоначальных нативных свойств белка. Денатурация может быть неглубокая или обратимая, когда первоначальные свойства почти восстанавливаются и глубокая или необратимая, когда происходит изменение структуры самой белковой молекулы. Наиболее типичным примером денатурации белков является тепловая денатурация, с которой связаны почти все процессы переработки пищевых продуктов и процессы приготовления пищи. Денатурация белков может происходить и под действием солей, щелочей, токов высокой частоты, ультразвука. При денатурации изменяется структура самой белковой молекулы, например, из глобулярной (т. е. шаровидной) переходит в фибриллярную (нитевидную или спиралевидную). При денатурации уменьшается также гидрофильность, т. е. способность связывать воду.
Все белки делятся на две группы: протеины, или простые белки, состоящие только из аминокислот, и протеиды, или сложные белки, состоящие из белка и вещества небелковой природы.
Протеины в зависимости от растворимости классифицируются:
– на альбумины – растворяются в воде, полноценные белки (яичный и молочный альбумины);
– глобулины – вводе не растворяются, но растворимы в растворах нейтральных солей, полноценные белки (яичный глобулин);
– проламины – не растворяются в воде, растворах солей, растворяются в 60–80 %-ном спирте; многие проламины неполноценны, входят в состав пшеничной и ржаной муки;
– глютелины – многие неполноценны, растворяются в слабых растворах кислот и щелочей; в пшеничной муке вместе с проламинами образуют клейковину;
– гистоны и протамины – растворимы в воде, обладают щелочными свойствами, найдены в икре и молоках рыб, в зобной железе, эритроцитах;
– склеропротеины – белковые вещества наружного покрова и скелета животных (кератины, коллаген) неполноценны, не растворяются в холодных жидкостях, перечисленных выше.
К сложным белкам относятся хромопротеиды, глюкопротеиды, фосфопротеиды, липопротеиды.
Хромопротеиды – гемоглобин крови, миоглобин мышечной ткани. Состоят из белка глобина и небелковой группы гема, в составе которого есть железо. Эти белки участвуют в тканевом дыхании, являясь фиксаторами и переносчиками кислорода.
Глюкопротеиды состоят из белка и углеводной группы, к ним относятся муцины и мукоиды – полужидкие тягучие вещества, обусловливающие вязкость слюны, содержатся также в курином яйце (овомукоид).
Фосфопротеиды состоят из белков и фосфорной кислоты, нерастворимы в воде и хорошо растворяются в щелочах. Представители: казеин – основной белок молока, ихтулин – белок икры рыб, вителлин – белок яичного желтка.
Нуклеопротеиды состоят из белка гистонов, протаминов (реже альбуминов и глобулинов) и нуклеиновой кислоты. Содержатся в ядрах клеток.
Липопротеиды содержат в своем составе жиры или жироподобные вещества. Они находятся в крови и других тканях и жидкостях животных организмов.
Содержание белков в пищевых продуктах различно: в мясе 14–20, в рыбе – 13–18, в молоке – 2–8, в сыре – 22–29, хлебе – 6–10, картофеле – 2, плодах и овощах – 0,5–6,5, грибах сушеных – 20,1, орехах – 16, фасоли – 21, макаронных изделиях – 10–12 %.
Витамины – это группа органических веществ разнообразной химической природы, играющих важную роль в регулировании процесса обмена веществ в клетках организма и поддержании его иммунных свойств против многих инфекционных заболеваний.
В пищевых продуктах витамины обычно содержатся в небольших количествах, но и потребность организма в них тоже выражается в малых величинах. Витамины, за небольшим исключением, в организме человека вырабатываться не могут и вводятся с пищей в готовом виде. Наиболее важные и изученные витамины в зависимости от способности растворения в воде или жире подразделяют на две большие группы: жирорастворимые (А, Д, Е, К) и водорастворимые (В1, В2, В6, В12, С, Р, РР, В3, биотин, В9, и др.). Отсутствие в пище того или иного витамина вызывает соответствующее заболевание, называемое авитаминозом, недостаток того или иного витамина – гиповитаминозом. однако в последнее время установлено, что прием больших доз некоторых витаминов также может привести к болезненным явлениям (гипервитаминоз). К таким витаминам относятся В1, РР, А, Д, Е, К.
Витамин А (ретинол). При отсутствии витамина А наблюдается остановка роста, снижение веса, общее истощение, уменьшается сопротивляемость организма инфекциям. На почве авитаминоза-А возникает куриная слепота и в целом болезнь всего организма. Витамин А содержится в говяжьей печени, яичном желтке, сливочном масле, сыре и моркови. Содержащиеся в ряде растительных продуктов каротины (провитамин А) в организме человека превращаются в витамин А.
Витамин Д (кальциферол) – это антирахитный витамин, при авитаминозе-Д нарушается минеральный обмен, снижается содержание в костях солей кальция и фосфора. Содержится в яичном желтке, рыбьем жире, сыре, сливочном масле.
Витамин Е (токоферол) – авитаминоз-Е ведет к бесплодию человека и животных, нарушению деятельности желез внутренней секреции. Витамин Е содержится в различных видах растительного масла, зародышах злаков, салате.
Витамин К (филлохинон) участвует в процессе свертывания крови. Витамин К в основном содержится в зеленых листьях салата, капусты, шпината, крапивы.
Витамин В1 (тиамин). Авитаминоз-В1 ведет к болезни бери-бери (ножные кандалы), при которой развивается нарушения функций конечностей, затрудняется ходьба, наступает паралич отдельных мышц, учащается пульс, расширяется сердце, снижается артериальное давление, развивается острая сердечная недостаточность. Витамин В1 содержится в пивных дрожжах, мясе, моркови, хлебе, пшенице, картофеле и других продуктах.
Витамин В2 (рибофлавин). Авитаминоз-В2 ведет к остановке роста, воспалению слизистой оболочки рта, языка, губ, ощущению жжения языка и усиления слюноотделения, общей слабости, головной боли, ослаблению умственных способностей, утомлению зрения, рези в глазах, анемии (малокровие), выпадению волос. Витамин В2 содержится в пивных дрожжах, говяжьей печени, молоке коровьем, меде, говядине, яичном желтке.
Витамин С (аскорбиновая кислота). Авитаминоз-С ведет к разрыхлению и кровотечению десен, выпадению зубов, шелушению кожи. При недостатке витамина С повышается проницаемость стенок кровеносных сосудов, и поэтому возможны внутренние кровоизлияния. Содержится витамин С в основном в свежих овощах и плодах; особенно его много в шиповнике, черной смородине, перце, капусте, картофеле и др. Витамин С нестоек к кулинарной обработке и хранению продуктов. Хорошо сохраняется в кислой среде (квашеная капуста).
Витамин РР (никотиновая кислота). Предотвращает болезнь пеллагру. При авитаминозе-РР наблюдается вздутие живота, жжение во рту, язык ярко-красный, кожа краснеет на открытых частях тела, шелушится, морщится. Нарушение нервной системы выражается депрессией, психозами, угнетенным состоянием, ухудшением умственных способностей. Витамин РР содержится в говяжьей печени, мясе, молоке, картофеле, хлебе и других продуктах.
Витамин В6 (пиридоксин). Авитаминоз-В6 вызывает раздражительность, мышечную слабость, затруднение при ходьбе, головокружение, потерю аппетита, тошноту, воспаление слизистой языка, поражение красной каймы губ. Витамин В6 содержится в дрожжах, мясе, рыбе, сыре, овощах.
Витамин В9 (фолиевая кислота) обеспечивает нормальное кроветворение в организме человека и участвует в обмене веществ. При недостатке фолиевой кислоты в питании развивается различные формы малокровия. Много витамина В9 в зеленых листьях (салат, шпинат, петрушка, зеленый лук).
Витамин В12 (кобаламин), как и фолиевая кислота, имеет большое значение в процессах регулирования кроветворения, в обмене белков, жиров и углеводов. Этот витамин содержится в продуктах только животного происхождения: в мясе, печени, молоке, сыре, яйцах.
Количество витаминов в суточном рационе человека следует обеспечивать за счет пищи, а не витаминных препаратов, которые необходимо принимать только по назначению врача.
Органические кислоты. В пищевых продуктах содержатся кислоты или их кислые соли. В растительных продуктах чаще всего встречаются органические кислоты – яблочная, лимонная, винная, щавелевая, а из неорганических – фосфорная. В животных продуктах встречаются молочная, фосфорная и другие кислоты.
Содержание кислот в продуктах связано с такими важными показателями качества многих продуктов, как титруемая и активная кислотность. Титруемая кислотность характеризуется количеством миллилитров щелочи, необходимой для нейтрализации кислот, содержащихся в определенном количестве продукта (обычно в 100 г или в 100 мл). Выражается в процентах преобладающей кислоты или в условных градусах кислотности. В практике титруемая кислотность широко используется для оценки качества молочнокислых, квашеных продуктов, муки, хлеба. Повышенная кислотность часто указывает на несвежесть продукта. Наряду с этим используется и активная кислотность или pH (реакция среды – это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, содержащихся в 1 л). При значениях величин pH от 0 до 7 – среда кислая, при pH = 7 – нейтральная, при pH от 7 до 14 – щелочная среда. В пищевых продуктах не допускается величина pH > 7.
Кислоты различаются по вкусовым ощущениям: лимонная кислота имеет чисто кислый, без привкуса, невяжущий вкус; винная – кислый, слабовяжущий; яблочная – кислый, мягкий, невяжущий вкус с очень мягким привкусом; фосфорная – острокислый, жесткий, сильно вяжущий вкус.
Количество кислот в большинстве продуктов не превышает 1,5 %. Но некоторые плоды и ягоды (лимоны, клюква) содержат до 6–8 % кислот. пища, содержащая определенное количество органических кислот, оказывает возбуждающее действие на пищеварительные железы, хорошо усваивается организмом и способствует усвоению тех продуктов, в которых кислоты отсутствуют. Ежедневная потребность взрослого человека в кислотах (около 2 г) удовлетворяется за счет овощей, плодов, кисломолочных продуктов. Органические кислоты также способствуют лучшей сохраняемости квашеных и маринованных продуктов. Однако накопление в продуктах пропионовой, масляной кислот ухудшает их вкус.
Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, обладающие способностью активизировать различные химические реакции, происходящие в живом организме. Действие ферментов строго специфично, т. е. каждый фермент катализирует только одну или несколько близких химических реакций. Ферменты обладают очень большой активностью. Ничтожной дозы их достаточно для превращения огромного количества вещества из одного состояния в другое. Так, 1 г пепсина желудочного сока за час может расщепить 50 кг яичного белка. Очень чувствительны ферменты к изменению температуры. Наивысшую активность они проявляют при температуре 40–50 °С. Активность ферментов зависит от влажности среды, повышение которой приводит к ускорению ферментативных процессов, что может повлечь за собой порчу продуктов. Скорость ферментативных процессов зависит также от состояния вещества, на которое действует фермент, и от присутствия в среде других веществ, а также от реакции среды (pH). Ферменты делятся на две большие группы: однокомпонентные ферменты (простые белки, обладающие активностью) и двухкомпонентные ферменты (сложные белки, состоящие из простого белка и активной части – простетической группы). В зависимости от того, какие процессы катализируют ферменты, они подразделяются на шесть классов:
оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы;
трансферазы катализируют перенос химических группировок (метильный СН3, аминной NH2 и др.);
гидролазы катализируют гидролитические процессы; лиазы отщепляют негидролитическим путем различные группы от субстрата;
изомеразы катализируют внутримолекулярное перемещение различных групп, т. е. образование изомеров;
лигазы (синтетазы) катализирует синтез сложных соединений из более простых.
Ферменты играют большую роль в производстве пищевых продуктов, под действием ферментов происходит созревание сыров, мяса, рыбы при посоле, чая, вина. При созревании эти продукты приобретают определенный вкус, запах, аромат. Многие отрасли пищевой промышленности, такие как сыроварение, бродильная промышленность, производство кисломолочных продуктов, хлебопечение, квашение овощей и др., основаны на ферментативных процессах.
В некоторых случаях ферменты вызывают нежелательные изменения, приводящие к ухудшению качества или порче пищевых продуктов: потемнение яблок, картофеля, разрушение витамина С, прогоркание и осаливание жиров, прокисание, брожение, гниение продуктов. активность ферментов понижается при снижении температуры хранения или нагревании продуктов.
Прочие вещества пищевых продуктов. В пищевых продуктах наряду с углеводами, белками, жирами, кислотами и ферментами присутствуют в небольших количествах дубильные, красящие, ароматические вещества, фитонциды, которые оказывают существенное влияние на органолептические показатели продовольственных товаров.
Ароматические вещества обусловливает аромат (запах) пищевых продуктов. Аромат большинства пищевых продуктов создают более 400 летучих соединений (органические кислоты, спирты, альдегиды, кетоны и их сложные эфиры, фенолы, эфирные масла и др.). Большое количество ароматических веществ содержится в кожице лимонов, мандаринов, апельсинов, в семенах укропа, тмина, мяты, аниса, в листьях петрушки, сельдерея. Эфирные масла используют для усиления аромата пищевых продуктов и в парфюмерии.
Красящие вещества имеют различную химическую природу и окрашивают продукты в разнообразные цвета, придавая им привлекательный внешний вид. Красящие вещества пищевых продуктов могут быть разделены на три основные группы: синие, желтые и зеленые пигменты.
Антоцианы придают окраску от розовой до фиолетовой многим плодам и овощам. Каротиноиды придают оранжевую, красную или желтую окраску многим плодам и овощам. К ним относят каротин (желтый или оранжевый пигмент моркови, абрикосов), ликопин (красный пигмент томатов, шиповника), ксантофилл (желтый пигмент томатов, яблок). Хлорофилл – зеленый пигмент растений.
Красящие вещества растений очень часто используются для подкрашивания кондитерских изделий, безалкогольных напитков, ликеро-водочных изделий и др.
2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОВАРОВ
Физические свойства товаров условно делят на общие и специфические (характерные для товарных партий и единичных экземпляров товаров).
К общим физическим свойствам товаров относятся размерно-массовые свойства и теплофизические характеристики.
Размерно-массовые свойства представлены массой, длиной, площадью, объемом.
Масса товаров – количество товаров в определенном объеме, выраженное в основной (кг) или производных величинах (мг, г, ц, т и др.).
Единичные экземпляры товаров и товарные партии характеризуются абсолютной массой, которая индивидуальна для каждого из них и иногда используется для их идентификации. Абсолютная масса служит одновременно показателем качества, который регламентируется стандартами и техническими условиями для многих видов потребительских товаров, особенно для пищевых продуктов. Например, масса орехов, кочанных капустных овощей, сыра, колбасных, кондитерских изделий, краски, стирального порошка.
Масса используется и для характеристики таких непродовольственных товаров, как бумага, обои, строительные материалы.
Длина – основная физическая величина, выражаемая в метрах (м). Применяется как показатель качества отдельных товаров товарного артикула (длина огурцов, овощной зелени, бананов и т. п.), а также как основная единица измерений при приемо-сдаточном контроле по количеству тканей, стройматериалов из древесины, мебели, некоторых резинотехнических изделий, электропроводов, перевязочных материалов и т. п.
Производными величинами длины являются площадь и объем.
Площадь – производная физическая величина, определяемая как произведение двух длин (длины и ширины). Эта величина чаще всего применяется для характеристики оборудования (занимаемая площадь), тары (площадь дна) или складских помещений (полезная площадь). Для товарных партий пользуются производным показателем – коэффициентом загрузки, который рассчитывается как масса товаров, размещаемая на 1 м2.
Объем – производная физическая величина, определяемая как произведение трех длин (длины, ширины и высоты). Это самая распространенная физическая величина, применяемая для характеристики жидких товаров (упаковочных единиц или товарных партий). Одновременно она служит мерой при отпуске товара потребителю, идентифицирующим признаком единичных экземпляров товаров или совокупных упаковочных единиц (например, молоко в тетрапаках вместимостью 1; 0,5; 0,25 л; духи во флаконах вместимостью 16, 50, 100 мл).
Для некоторых непродовольственных товаров объем является важным показателем качества. Например, объем холодильной камеры холодильников, объем цилиндров двигателей автомашин.
Плотность – производная физическая величина, определяемая отношением массы товара к его объему. Плотность товаров зависит от их химического состава, структуры, а также температуры и давления. Разные вещества обладают разной плотностью. Чем больше в составе товара веществ с повышенной плотностью, тем выше и его плотность. Пористая или крупноклеточная структура товаров обусловливает пониженную плотность. При повышении температуры плотность снижается за счет увеличения объема, а при повышении давления – возрастает. Исключение составляет вода, у которой максимальная плотность отмечается при температуре 4 (3,98) °С, а при отклонении от этой температуры плотность воды уменьшается.
Плотность характеризуется показателем относительной плотности, которая определяется как отношение единиц измерения массы к объему при отдельных условиях. За единицу условно принимается относительная плотность дистиллированной воды при температуре 4 °С. Относительную плотность жидких и твердых товаров определяют как отношение их плотности при температуре 20 °С к плотности дистиллированной воды при 4 °C. Относительная плотность товаров применяется как косвенный показатель отдельных веществ химического состава некоторых пищевых продуктов, например, при определении содержания соли в рассоле квашеных овощей. Показатель относительной плотности молока может косвенно свидетельствовать о его разбавлении водой, а также о жирности и содержании минеральных солей.
Плотность товаров влияет на массу и объемную массу, а также на объем товаров.
Теплофизические свойства товаров. К общим теплофизическим свойствам относятся температура, теплоемкость и теплопроводность. Единичные экземпляры товаров и их товарная масса характеризуются неоднородной структурой, что обусловлено химическими свойствами и составом, строением, а также наличием аэропространства между отдельными товарами и (или) упаковками в товарной партии. Это обусловливает общность и различия показателей, характеризующих теплофизические свойства.
Температура – основная физическая величина, которая характеризует теплодинамическое состояние как единичных экземпляров товаров, так и товарных партий. Температура товара и товарной партии зависит от температуры окружающей среды. При перемещении товаров из одной среды в другую возникают перепады температуры, что может вызвать выпадение конденсата на таре и товарах, а также их увлажнение. Вследствие этого могут увеличиться масса товаров, произойти нежелательные качественные изменения (микробиологическая порча, коррозия металлов и т. п.).
Температура товаров и товарных партий существенно влияет на их сохраняемость. При высокой температуре увеличивается интенсивность биохимических, микробиологических и некоторых физических процессов (например, усушка), вследствие чего возрастают потери, ухудшается сохраняемость товаров, сокращаются сроки хранения. Низкие температуры, снижая интенсивность многих процессов, также могут вызывать негативные явления (замерзание, застуживание). Поэтому оптимальная температура товаров индивидуальна для каждой товарной группы или даже вида товара. Например, температура молока должна быть не выше 8 °C, но и не ниже 0 °C.
Особенно важен этот показатель для скоропортящихся пищевых продуктов. Для некоторых из них даже регламентируется в стандарте температура самого товара (например, для молока). В большинстве случаев устанавливается температура не товара, а температурный режим хранения, что не всегда одно и то же.
Теоретически температура товара, товарной партии и окружающей среды (температурный режим хранения) должны совпадать, однако практически этого не всегда удается достигнуть, что обусловлено разной теплоемкостью и теплопроводностью единичных товаров, товарных партий и воздушной окружающей среды, влияющих на скорость выравнивания температуры всех указанных объектов.
Теплоемкость – количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта определенной массы в определенном интервале температур.
Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, которая определяется количеством тепла, необходимым для повышения температуры 1 кг продукта на 1 °C. Выражается показатель в Дж/°C. Удельная теплоемкость рассчитывается для определения количества тепла, которое нужно передать товару для его нагревания или отнять для его охлаждения. Этот показатель применяется для расчета потребностей в холодильном оборудовании или кондиционерах для обогрева.
Удельная теплоемкость воды равна 1 Дж/°C, углеводов – 0,34, жиров – 0,42, белков – 0,37 Дж/°C. Теплоемкость товаров зависит от их химического состава и температуры, а товарных партий – еще и от аэропространства внутри товарной партии. С увеличением влажности и температуры теплоемкость, как правило, увеличивается.
Теплопроводность – количество тепла, которое проходит через массу объекта определенной толщины и площади в фиксированное время при разности температур на противоположных поверхностях в 1 °C.
Показателем этого свойства является удельная теплопроводность, или коэффициент теплопроводности, который характеризуется количеством тепла, проходящего через массу продукта толщиной 1 м на площади 1 м2 за 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях в 1 °C. Единица измерения удельной теплопроводности Вт/(м·К).
Чем больше в товарной партии аэропространство и ниже влажность товаров, тем меньше теплопроводность. Следовательно, сухие товары с высокой скважистостью медленнее охлаждаются. Поэтому заданные режимы с пониженной температурой для сухих товаров устанавливаются дольше, чем для влажных или для товаров, не имеющих аэропространства, но обладающих непрерывной водной фазой. Так, маргарин или сливочное масло, расфасованные в коробки монолитом, охлаждаются быстрее, чем в пачках.
Чрезвычайно важно учитывать теплопроводность пищевых продуктов, которые хранятся при пониженной температуре (мясо, рыба, плоды и овощи, молочные товары), а также товаров, выделяющих физиологическое тепло (мука, крупа, свежие плоды и овощи). В случае отсутствия единой холодильной цепи в процессе товародвижения теплопроводность необходимо принимать во внимание при определении предельного времени нахождения товара на определенном этапе движения, а также времени достижения установленных режимов хранения. В противном случае могут произойти нежелательные изменения товара и в конечном счете – его порча.
Коэффициент теплопроводности используется при оценке качества материалов для изготовления одежды и обуви, характеристике теплоизоляционных материалов. Материалы с низким коэффициентом теплопроводности (вата, мех, пенополиуретан, синтепон, перо, пух и т. п.) применяют в качестве утеплителей для зимней одежды, обуви. Теплопроводность товарных партий зависит от теплопроводности единичных экземпляров, параметров штабеля, а также способа размещения товаров в штабеле или насыпи. Для повышения теплопроводности штабеля с ящиками применяют такие способы укладки, как шахматная, «пятериком» или «колодцем».
К специфическим физическим свойствам товарных партий относятся объемная (насыпная) масса и скважистость.
Объемная (насыпная) масса – масса единицы объема товаров, выражается чаще всего в кг/м3. Этот показатель используется для характеристики товаров, объединенных в совокупные упаковочные единицы или товарные партии. Особенностью таких товарных масс является наличие пустот между отдельными экземплярами товаров (плоды, овощи, карамельные, кондитерские изделия и т. п.) или частицами сыпучих товаров (мука, крупа, сахарный песок, крахмал, стиральные порошки, цемент, мел и т. п.).
Показатель объемной (насыпной) массы применяют при определении потребности в таре, складских площадях и транспортных средствах для обеспечения товародвижения. Чем больше объемная масса товара, тем меньше затраты на тару, транспортирование и хранение. Объемная масса зависит от плотности единичных экземпляров товаров, а также от наличия аэропространств (пустот) в товарной массе. Эти аэропространства обеспечивают естественный и активный воздухообмен, а также теплообмен. Если аэропространства в товарной массе недостаточно, это может привести к негативным последствиям: самосогреванию, «отпотеванию» вследствие выпадения конденсата водяных паров, комкованию. Такие нежелательные процессы наблюдаются при бестарном хранении зерна, муки, крупы, овощей (самосогревание, «отпотевание»), поваренной соли и сахара (комкование – в сочетании с повышенной относительной влажностью воздуха).
Аэропространство товарной массы характеризуется специфическим показателем – скважистостью, который рассчитывается как отношение объема аэропространства к объемной товарной массе.
Скважистость является важным показателем для партий зерна и характеризует суммарный объем межзерновых пространств, заполненных воздухом. Чаще всего она выражается в процентах от общего объема зерновой массы, реже – в долях единицы. Обратная величина скважистости называется плотностью укладки; она показывает, какая часть зерновой массы занята твердыми частицами (компонентами). В совокупности межзерновые пространства образуют в зерновой массе густую сеть различных по форме и размерам каналов, по которым перемещается воздух. Скважистость зерновой (семенной) массы зависит, прежде всего, от формы, величины и состояния поверхности зерна. Крупные примеси увеличивают скважистость, а мелкие – уменьшают ее, так как размещаются между зернами основной культуры. С увеличением влажности зерна и семян скважистость их возрастает, хотя и незначительно.
Специфические физические свойства единичных экземпляров товаров устанавливаются только для товаров, характеризующихся целостностью. Их можно подразделить на следующие группы: структурно-механические, теплофизические, электрические, оптические и акустические свойства. Следует отметить, что эти группы физических свойств выполняют двойную функцию: они предназначены не только для количественных, но и для качественных характеристик товаров.
Структурно-механические свойства – особенности товаров, проявляющиеся при ударных, сжимающих, растягивающих и других воздействиях.
На товары при производстве, хранении, перевозке и потреблении (эксплуатации) постоянно и (или) периодически действуют нагрузки и возникают разные виды деформаций. Последствия этих деформаций зависят от общих и специфичных механических свойств товара.
Деформация – способность объекта изменять размеры, форму и структуру под влиянием внешних воздействий, вызывающих смещение отдельных частиц по отношению друг к другу. Деформация товаров зависит от величины и вида нагрузки, структуры и физико-химических свойств объекта. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. При обратимой деформации первоначальные размеры, форма и структура тела восстанавливаются полностью после снятия нагрузки, а при необратимой – не восстанавливаются. Способность к обратимым деформациям характеризуется упругостью и эластичностью, разница между которыми заключается во времени, в течение которого восстанавливаются исходные параметры. Необратимые деформации обусловлены плотностью.
Обратимые деформации в зависимости от времени обратимости могут быть упругими и эластичными.
Упругие деформации – это мгновенные деформации, при которых объект очень быстро восстанавливает свою прежнюю форму, длину и другие параметры после снятия нагрузки. Такие деформации характеризуются упругостью. Эластичные деформации – замедленные во времени деформации, при которых параметры объекта восстанавливаются через некоторое время после снятия нагрузки. Эти деформации обусловливают эластичность.
При упругих деформациях под действием нагрузки происходят небольшие изменения средних расстояний между частицами, молекулами и атомами объекта, при этом межмолекулярные и межатомные связи сохраняются. Упругие деформации наиболее свойственны телам с кристаллическим или аморфным упорядоченным строением. При эластичных деформациях в телах под действием внешних сил происходят изменения конфигурации и перегруппировка макромолекул, их переориентация по направлению действия силы и распрямление. Такая перегруппировка требует определенного времени, а затем при снятии напряжения – для перехода в прежнее состояние. Эластичные деформации наиболее характерны для товаров, содержащих высокополимерные соединения (хлеб, мясо, рыба, кожа, ткани, каучук и др.).
Упругие и эластичные деформации могут переходить в пластичные. Этот переход называется релаксацией. При этом деформации первых двух видов постепенно уменьшаются, а последнего – возрастают. Примером может служить деформация некоторых товаров при длительном или кратковременном воздействии на них внешней силы (деформация плодов и овощей под воздействием силы тяжести верхних слоев, свежевыпеченного хлеба при ударах или давлении). При этом товар может частично или полностью утрачивать способность восстанавливать свою форму вследствие изменения взаимного расположения частиц. Время, в течение которого товар под воздействием внешней силы полностью утрачивает способность восстанавливать свою форму, называется периодом релаксации.
Пластичные деформации – это необратимые деформации, приводящие к изменению параметров объекта после снятия напряжения. Они возникают за счет необратимого смещения отдельных макромолекул на большие расстояния, в результате чего утрачиваются силы межмолекулярного сцепления и возникают новые конфигурации молекул. У кристаллических материалов эти деформации приводят к нарушению кристаллов. Пластичные деформации вызывают явление текучести, характеризующееся возникновением деформаций под действием определенной постоянной нагрузки. Отсутствие текучести называется хрупкостью.
В зависимости от наличия или отсутствия текучести материалы товаров принято условно подразделять на пластичные (незакаленные углеродистые и легированные стали, алюминий, свинец, глина, а из пищевого сырья и продуктов – пшеничное и ржаное горячее тесто, мармеладная, карамельная и конфетная массы, сливочное масло и маргарин при определенной температуре и т. п.) и хрупкие (чугун, закаленная легированная сталь, стекло, карамель, скорлупа яиц и др.).
Необратимые деформации могут быть допустимыми и недопустимыми, критерием которых служит предел допустимых нагрузок и деформаций. Этот предел характеризуется показателями прочности и твердости.
Также в зависимости от направления приложенной силы деформации подразделяются на деформации растяжения, сжатия, изгиба, сдвига, кручения.
Растяжение – деформация, характеризующаяся изменением параметров объекта (длины, формы и т. п.) при воздействии продольных (растягивающих) сил. В результате этого увеличивается длина тела. Такие деформации могут возникать при производстве отдельных видов карамели («тянутая» карамель), макаронных изделий, соломки, палочек, а также при производстве и эксплуатации изделий из тканей, кожи, меха, металлов и др. Растяжение может сопровождаться возникновением упругих эластичных и пластичных деформаций. При обратимых деформациях кривая разгрузки (снятия нагрузки) может не совпадать с кривой нагрузки, что зависит от свойств материалов. При необратимых деформациях начало кривой растяжения постоянно перемещается при каждой повторной нагрузке, при этом повышается жесткость и уменьшается пластичность объекта. Деформации растяжения, превышающие предел прочности, приводят к разрушениям товара (разрыв тканей, кожи, меха, поломка тары, металла и т. п.).
Сжатие – деформация, при которой отмечается увеличение поперечных размеров и уменьшается длина тела. При разрушающих нагрузках деформация сжатия становится недопустимой, что приводит к частичному или полному разрушению (раздавливанию, проколам, нажимам) товаров. Показателем деформации сжатия служит разрушающее напряжение. Деформации сжатия возникают при производстве, хранении и потреблении (эксплуатации) многих товаров. Примером таких деформаций может служить возникновение нажимов на свежих плодах и овощах, особенно при хранении навалом или нарушении высоты загрузки, разрушения круп, кускового сахара, макаронных изделий и др. При этом у круп увеличивается примесь битого ядра и мучели, у макаронных изделий – лома и крошки. При разжевывании пищи также возникают деформации сжатия. Деформация сжатия строительных и мебельных материалов за счет больших нагрузок может привести к обрушиванию зданий, деформации мебели, а хрупких материалов (стекла, чугуна и т. п.) – к растрескиванию изделий из этих материалов.
Изгиб – деформация, при которой происходит искривление оси или срединной поверхности объекта под воздействием внешних сил. Изгиб появляется при нагрузках, неравномерно сосредоточенных на определенной площади, причем в центре приложения силы нагрузка наиболее высокая. По мере удаления от него нагрузка уменьшается, пока совсем не исчезнет. В результате возникает стрела изгиба. Одновременно с изгибом происходит растяжение поверхностных слоев и сжатие внутренних. Деформации изгиба характеризуются радиусом кривизны, напряжением растяжения и сжатия. Если последние два показателя превышают предел допустимых напряжений, происходит разрушение объекта в зоне наибольшей нагрузки и возникают такие дефекты, как проколы (например, у плодов и овощей, бумажной, полимерной упаковки), трещины (у хлеба, сыра, стекла, кожи и т. п.), разрывы (у тканей, кожи, мехов и т. п.). Неразрушающие деформации изгиба применяются при формовании многих изделий. Деформации изгиба могут иметь место при производстве товаров (например, при производстве строительных материалов, мебели, изделий из металлов, стекла, а также фигурных макаронных, хлебобулочных и других изделий, при эксплуатации одежды, обуви, строительных материалов).
Конец ознакомительного фрагмента.