Водопоглотительная способность муки

Водопоглотительная способность муки и факторы на неё влияющие. Лекция по химии пищи.ВПС муки — это количество воды, которое необходимо добавить к муке для получения теста с оптимальными реологическими свойствами. Рассматривая компоненты муки в отношении их способности поглощать воду следует отметить, что самую существенную роль в этом процессе играют белки клейковины. В условиях избытка влаги клейковина способна поглощать от 1,5-2,5 гр. Воды на 1гр.СВ. При этих же условиях крахмал поглощает от 0,4-1 гр. СВ.
Установлено, что если в процессе помола произошло повреждение внешних слоёв крахмальных зёрен, то такие зёрна поглощают воды во много раз больше, чем неповреждённые.
В поглощении воды заметную роль играют пентозаны, как растворимые, так и нерастворимые. Существует формула, отражающая взаимосвязь факторов, определяющих величину ВПС муки
А=1,4Р+0,38Д-М-0,004(М+Р)+57,3

А — ВПС муки, в %
П – содержание белка, в %
М – влажность, в %
Д – повреждённый крахмал, определённый по методу Фарраида, в %
Практическое значение данной закономерности заключается в том, что если в муке содержание белка понижено и в следствии этого она имеет пониженную величину водопоглотительной способности муки, то подвергая её дополнительному измельчению можно путём повышения содержания механически повреждённого крахмала увеличить и величину ВПС.

Гидратация белков

Роль гидратации в стабилизации структуры белков. Взаимодействие воды с углеводами и липидами. Лекция по химии пищи.
Превращение муки в сильно гидратированную связанную массу теста происходит в результате взаимодействия воды на все компоненты муки. Гидратация белков обуславливает значительное увеличение объёма белка и в результате действия сил адгезии происходит образование непрерывной структуры теста, которое представляет собой сетку из тонких плёнок клейковины в которую включены крахмальные зёрна и другие нерастворимые компоненты муки.
для получения нормальной структуры теста белок клейковины должен покрывать всю поверхность крахмальных зёрен, причём эта структура должна обладать достаточной прочностью.

Установлено, что в процессе гидратации белков соотношение белка и крахмала при котором ещё образуется тесто в значительной степени зависит от свойств клейковины.

Вода с фосфолипидами

Взаимодействие воды с фосфолипидами. Лекция по химии пищи.Фосфолипиды — сложные липиды в состав которых входит остаток фосфорной кислоты.
Полярные липиды типа фосфолипидов имеют необходимую молекулярную массу равную 1000, но их химическое строение таково, что они обладают сильновыраженной тенденцией ассоциироваться в достаточно большие макроскопические структуры: более 1 мкм.

Следствием такого разделения молекулы на полярные и неполярные части является то, что эти соединения обладают поверхностной активностью, то есть способностью ориентироваться на поверхности раздела фаз и понижать их поверхностное натяжение.

При добавлении воды полярные липиды набухают, вода с фосфолипидами проникает между двумя липидными слоями, гидратируя полярные группы молекул.
Мерой количества поглощенной воды служит увеличение толщины двойного слоя.

Силы межмолекулярного сцепления различаются в соответствии с полярностью двух фрагментов молекул.
В углеводных цепях действуют вандер — ваальсовы силы и гидрофобные силы, а в полярных группах преобладают силы дипольного и электростатического взаимодействия и водородные связи.

Воду с фосфолипидами можно сравнить с гидротацией моноглицеридов.
Оба эти класса липидов имеют большое значение для пищевой промышленности, где используется их свойство, как эмульгирующих агентов (эмульгирование жиров, улучшение свойств мякиша) укрепление теста, увеличение объёма хлеба.

Ферментные препараты в пищевой промышленности

Ферментные препараты, используемые в отраслях пищевой промышленности перерабатывающих растительное сырье. Лекция по химии пищи.

В крахмал о-паточной промышленности для получения кристаллической глюкозы, глюкозной и мальтозной паток с различной степенью осахаривания используют ферментные препараты — источники амилолитических ферментов полученных из различных источников микроорганизмов.

Предварительное разжижение 30 — 40 % — ных клейстеризованных растворов крахмала проводится препаратами бактериальной а-амилазы, а осахаривание до глюкозы — с помощью глюкоамилазы. Использование этих препаратов позволяет получить продукт с выходом глюкозы до 95 — 99 %.

В спиртовом производстве для осахаривания крахмалосодержащего сырья солод, почти полностью, заменяют ферментными препаратами из микроорганизмов. Это позволяет не только сэкономить зерновое сырье, расходуемое на приготовление солода, но и увеличить выход спирта в среднем на 1,5 % за счет более полного гидролиза крахмала. Используют часто смесь поверхностных культур Asp. огуzае и Аsр. аwamori, («амилоризин» — источник а-амилазы и «глюкаваморин» — источник глюкоамилазы). Помимо препаратов полученных из поверхностных культур в спиртовом производстве используют и ферментные препараты из глубинных культур. Например, из Bacillus subtilis («амилосубтилин» — источник а-амилазы).

В практике пивоваренных заводов используется сухая поверхностная культура плесневого гриба Asp. огуzае И-476. Ферментный препарат в сочетании с хорошим ячменным солодом дает возможность перерабатывать до 50 % ячменной муки при производстве пива.
При производстве соков широко используются пектолитические ферменты, глюкозооксидаза и каталаза.

Применение пектолитических ферментов позволяет повысить выход виноградного сока на 3,5 — 6.0 %, а из слив, алычи, абрикос, персиков — на 25 — 30 %.

При приготовлении плодовых сиропов применяют и амилолитические ферменты для гидролиза крахмала находящегося в соке и снятия отрицательного влияния на процесс сгущения соков.

Углеводы в ЖКТ

Превращение углеводов в ЖКТ. Лекция по химии пищи.
Через кишечную стенку в кровь без предварительного расщепления всасываются только простые, хорошо растворимые в воде сахара − моносахариды.
Полисахариды и дисахариды усваиваются организмом только после их превращения в простые сахара.

Промежуточными продуктами осахаривания крахмала являются различные декстрины. Так как пища во рту долго не задерживается переваривание крахмала и гликогена здесь только начинается.

В двенадцатипёрстной кишке, после нейтрализации соляной кислоты, поступившими из желудка бикарбонатами поджелудочного сока создаются условия для полного расщепления полисахаридов. В кишечном соке обнаружен также фермент, «конечная декстриназа», гидролизующий в конечных декстринах.

Кишечный сок содержит также (мальтозу), сахарозу, лактозу, катализирующее гидролитическое расщепление соответствующих углеводов.

Скорость всасывания моносахаридов различна. Если скорость всасывания глюкозы принять за 100, то для остальных сахаров скорость всасывания составит:

Д − глюкоза — 100
Д − галактоза — 110
Д − фруктоза — 43
Д − манноза — 19
L − ксилоза — 15
L − арабиноза – 9

Углеводы в ЖКТ всасываются, это активный физиологический процесс, требующий затраты энергии. Слизистая тонкого кишечника отличается исключительно активным обменом веществ, превосходящем по своей интенсивности таковой в почках и в печени. Часть глюкозы в неизменном виде проходит через печень, поступает в большой круг кровообращения и с током крови разносится по всему организму. Из крови все ткани черпают глюкозу, покрывая за счёт её окисления свои энергетические потребности. Значительная часть глюкозы превращается в жировые депо − триглицериды.

Прогоркание жира

Биохимическое (гидролитическое) прогоркание жира. Вызвано развитием специфических микроорганизмов при наличии воды, питательных веществ неорганического и органического характера (особенно белков) и благоприятной температуры. При этом в сырых жирах микроорганизмы выделяют различные гидролитические ферменты, в том числе липазы и протеазы. В результате действия этих ферментов происходит накопление свободных жирных кислот, распад белковых веществ, находящийся в сырых жирах вплоть до отщепления аммиака. Полученные таким образом свободные жирные кислоты образуют аммиачные мыла.

Полученные при этом β-кислоты особенно в свободном состоянии или в виде аммиачных солей распространяющихся с образованием метилалкилкетонов.
Кислоты с большой молекулярной массой практически не подвергаются подобному биохимическому окислению.

Ненасыщенные жирные кислоты также не могут подвергаться ферментативному окислению в присутствии липоксигеназы. Процесс может идти по разным направлениям с образованием гидроперекиси, перекиси и смешанных продуктов − эпоксидирования и β-окисление. Входе окислительных процессов образуются низкомолекулярные жирные кислоты, альдегиды и кетоны, возникает неприятный вкус, запах, «ржавый цвет», то есть происходит прогоркание жира.

Применение плазмы

Плазма — газообразное состояние вещества, при котором оно полностью или частично ионизировано под воздействием температуры, излучения, электрического разряда, высокочастотного электрического поля или других факторов. В плазме одновременно содержатся отрицательные и положительные ионы, а также неионизированные атомы и молекулы.
Применение плазмы в электровакуумном производстве, образующегося (плазма) при возбуждении в газе электрического дугового разряда. Эта плазма характеризуется сильным свечением, температурой 10000 — 25000 С, высокой электропроводностью, огромной скоростью движения частиц (достигающей 15 000 м/с), а также интенсивным взаимодействием плазмы с электрическими и магнитными полями. Струю плазмы можно сжимать, фокусировать и отклонять.
Применение плазмы газового разряда не является в термическом (тепловом) отношении равновесной. Она нагревается изнутри за счет энергии, выделяющейся при прохождении тока, и охлаждается с поверхности вследствие контакта с холодными стенками или с окружающими слоями воздуха. Поэтому плазма газового разряда может иметь во много раз более высокую температуру, чем металл или нейтральный газ, который ее окружает.
Очень высокая плотность энергии в плазме позволяет передавать большое количество теплоты в течение короткого времени на малую поверхность предмета.
Применение плазмы может решены следующие задачи:
  • получение особо чистых слоев материалов со специальными свойствами (магнитные, оптические, эмиссионные, сверхпроводящие слои);
  • изменение структурно-энергетического состояния поверхности материалов (упрочнение поверхности, ионное легирование полупроводников и др.);
  • получение пленочных монокристаллических структур.
Автор: Шехмейстер Е.И.

Волокнистые наполнители

В композиционных материалах (КМ) применяют разнообразные волокнистые наполнители:
  1. керамические (стеклянные, углеродные, борные),
  2. полимерные (органические, поливинил-спиртовые и т. п.)
  3. (редко) металлические.
Основная функция наполнителя в КМ — обеспечение заданных прочностных и (частично) теплофизических свойств. Поэтому качество наполнителя оценивают его прочностными характеристиками, адгезионной способностью и термостабильностью. Эти характеристики в совокупности наиболее предпочтительны для стеклянного наполнителя (стекловолокна), прочность которого составляет 1470—4900 МПа; модуль упругости 49—123 ГПа; относительное удлинение при разрыве 1,5—5,4%; температура плавления 1710°С; допустимая температура длительной эксплуатации 350—800°С; адгезионная прочность к связующему 16—40 МПа.
C учетом низкой стоимости и относительной простоты получения стекловолокна становятся понятными причины широкого применения его в производстве КМ.Для получения КМ c повышенной упругостью используют углеродные, борные и органические волокна, а сами материалы называют соответственно угле-, боро- и органопластиками. Эти виды КМ находят пока ограниченное применение в промышленности, поэтому далее под волокнистым наполнителем понимают преимущественно стекловолокно.
Волокнистые наполнители по химическому составу различают щелочные и бесщелочные стекловолокна. Первые более дешевы, но уступают вторым по прочностным свойствам и химической стойкости при высоких тепловых нагрузках. Поэтому при изготовлении слабо нагруженных изделий применяют щелочные волокна, а для так называемых ответственных изделий (эксплуатируемых в условиях больших силовых и температурных воздействий или в коррозионных средах) — бесщелочные наполнители, получаемые из алюмосиликатных и титан- или борсодержащих стекол.Для получения наполнителя применяют непрерывные и штапельные элементарные стекловолокна диаметром 3—20 мкм. Непрерывные волокна характеризуются большой длиной (до нескольких километров) и параллельной укладкой.
Штапельные волокна короткие (несколько десятков см) и хаотически уложены. Из непрерывных волокон изготовляют нити (в каждую нить входит 2—48 волокон) и жгуты (ленты), объединяющие 20—100 нитей. Качество жгута или нити характеризуют линейной плотностью и средней прочностью (значение последней обычно заметно отличается от прочности КМ, так как полимерная матрица увеличивает запас прочности наполнителя). Нити и жгуты (ленты) используют, как правило, для производства ответственных изделий методом намотки.Другое направление переработки стекловолокна связано c получением из него рулонных наполнителей — тканых и нетканых материалов. Тканые наполнители изготавливают методами традиционной текстильной переработки стеклонитей. Нетканые наполнители (холсты) вырабатывают из короткорубленых жгутов или штапеля. Для связи волокон в холсте применяют небольшие количества связующего или прошивку нитями.Волокнистые наполнители рулонные используют в производстве слабо нагруженных изделий (дренажные трубы, кровельные листы, воздуховоды и т. п.).

Прочность и адгезионная способность стекловолокна во многом определяется сохранностью его поверхности, прошедшей своеобразную «закалку» в процессе вытяжки через фильеру. Для защиты поверхностей волокна при его хранении и переработке применяют различные замасливатели в виде эмульсий из жирных кислот и парафинов. Эти покрытия снижают адгезионную способность стеклонаполнителя, поэтому перед его использованием замасливатель удаляют.

Элементарные волокна 8 получают вытягиванием расплава стекла через фильеры (малые отверстия c насадками или без них), расположенные на дне фильерного питателя 6 установки производства стекловолокна (рис. 1.1). Жидкое стекло поступает в питатель непосредственно из стекловаренной печи 3 или образуется в корпусе питателя при плавлении стеклянных шариков (рис. 1.1,6), которые предварительно получают из стекломассы, охлаждают и хранят в бункере 2. Для плавления шариков используют электрический ток, который через токоподводы 7 пропускается через металлический корпус питателя. Первый способ производства стекловолокна называют одностадийным, второй — двухстадийным.

1111

Рис. 1.1. Схема получения стекловолокна двухстадийным (а) и одностадийным (б) способами: 1 — загрузчик шихты; 2 — бункер шихты или стеклошариков; 3 — стекловаренная печь; 4 — расплавленная стекломасса; 5 — фидер; 6 — фильерный питатель; 7 — токоподводы; 8 — элементарные стекловолокна

Первоначально стекловолокно диаметром 2—9 мкм, используемое для выработки стеклотканей, производили двухстадийным способом. Однако для изготовления стекловолокна диаметром 9—20 мкм, которое широко используют в КМ, этот способ оказался экономически неэффективным из-за больших затрат энергии на охлаждение и повторное плавление стекло-шариков. Поэтому большее распространение начинает получать одностадийный способ выработки стекловолокна диаметром 9—20 мкм, хотя в этом случае требования к конструктивному оформлению технологического процесса и системе автоматизации более жесткие.

Стекловолокно получают преимущественно из бесщелочного стекла «Е», которое вырабатывают в стеклоплавильных печах. Эти небольшие по размерам ванные печи соотношением длины к ширине не менее 3:1, отапливаемые пламенными горелками, в которых сжигают газ, мазут, керосин (некоторые печи оборудованы электрическими нагревателями). Используемый для сжигания топлива воздух подогревается в рекуператорах или (реже) регенераторах. Плавильная печь (рис. l.l,c) оборудована c одного конца несколькими загрузочными отверстиями, через которые в нее из бункера 2 шнеком, подается шихта и отходы стекловолокна; сваренная стекломасса 4 вытекает c противоположного конца печи в раздаточный фидер (распределитель) 5.

Качество стекла зависит от состава и однородности шихты и наличия различных примесей в стекломассе. В частности, неоднородность шихты вызывает местные изменения вязкости стекломассы, которые влияют на ее расход через фильеры и могут приводить к обрыву элементарных волокон. Твердые даже субмикронные включения в непрерывном волокне действуют как концентраторы напряжений и также способствуют обрыву элементарных волокон.

Сваренное стекло поступает из печи по раздаточным фидерам либо к автоматам для получения стеклянных шариков, либо к питателям, установленным в дне фидерных каналов. В обоих случаях фидер обеспечивает «доводку» температуры и вязкости стекломассы до требуемых значений.

Фидеры для производства стеклошариков имеют небольшую длину и поэтому стабилизация температуры, а, следовательно и вязкости, стекломассы не вызывает затруднений. Длина фидеров одностадийной установки значительна (до 50 м); конструкция всей фидерной системы может быть различной для установок разной производительности. Наибольшее распространение получили так называемые Т-образные и Н-образные конструкции фидеров для установок малой и средней производительности. Для печей большой производительности фидерная система может иметь вид гребенки. Стабилизация температуры и вязкости движущейся стекломассы в таких фидерах требует применения отопительных газовых горелок или электрических нагревателей.При газовом отоплении в основном используют газовоздушную смесь c требуемым соотношением «газ — воздух», подаваемую на горелки фидера. Эта схема отопления экономически выгоднее той, в
которой топливо смешивается c воздухом непосредственно в каждой горелке.

Фильерные питатели, из которых вытягивают стеклянные волокна, представляют собой нагревательную печь, изготовленную из платинового сплава и обогреваемую пропускаемым через нее переменным током от «печных» трансформаторов. При одностадийном способе получения волокна необходимо лишь точно поддерживать заданную температуру расплава стекла в фильерном питателе, поэтому применяют маломощные «печные» трансформаторы. Для двухстадийного способа, в котором значительная часть мощности расходуется на плавление стеклянных шариков, требуются весьма мощные трансформаторы. Разные функции фильерных питателей определили и различие в их конструкции (см. рис. 1.1). Если конструкция питателя для одностадийного способа относительно проста, то фильерный питатель для двухстадийного способа содержит ряд дополнительных конструктивных элементов для обеспечения плавления холодных стеклянных шариков c требуемой скоростью и предотвращения попадания их в нижнюю зону питателя и нарушения температурного режима расплава. Число фильер в дне питателя колеблется от 200 до 6000 и зависит от требуемых диаметра элементарных волокон и их линейной плотности. Под фильер-ной пластиной между рядами фильер располагают ребра или трубки, служащие для быстрого охлаждения стеклянных волокон и стабилизации процесса их вытягивания.

Волокнистые наполнители (Элементарные волокна) после фильер собираются в комплексную нить, которая проходит через замасливающее устройство в виде смоченного определенным составом валка (ленты), и далее, пройдя через нитесборник и раскладчик, наматывается на вращающуюся бобину, установленную на наматывающем аппарате.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007

Высокопрочная проволока

Высокопрочная проволока из нержавеющей стали — один из наиболее распространенных упрочнителей КМ. Преимущества высокопрочной проволоки из нержавеющей стали заключаются в большей теплостойкости и наличии пассивной поверхности, слабо взаимодействующей не только с атмосферой, но и с матричным материалом. Наибольшей эффективностью при изготовлении металлокомпозитов (например, на основе Al матрицы) обладают волокна из мартенситно стареющих сталей.Технологический процесс производства проволок из мартенситно стареющих сталей, также как и из прочих нержавеющих сталей включает волочение заготовок, получая катанку диаметром 6000 мкм с предварительным их прогревом и последующей окончательной калибровочной протяжкой через алмазные фильеры.Стабильные механические характеристики мартенситно стареющих сталей получают гомогенизацией заготовок при t=1200..1300 °C в теч. 2х часов. С этих же температур производят закалку, которая придает мартенситно стареющим сталям очень высокую пластичность.

Завершающей операцией получения проволок из мартенситно стареющих сталей является старение, которое придает им высокую прочность. Его проводят при t=500..530 °C в течении 6..8 часов.

Большинство высокопрочных стальных проволок чувствительны к поверхностным и
внутренним дефектам, поэтому, при растяжении проволок, средняя прочность снижается.

Основное снижение предела прочности и пластичности приходится на область баз (расстояние м/у захватами испытательных машин, относительно малой длины). Малые базы:
10d<=1<=100d, а с увеличением длины базы прочность убывает незначительно. Высокопрочная проволока применяется в виде однонаправленных лент при изготовлении слоистых и сэндвичевых КМ, но чаще перерабатывается в полотняные сетки и сетки трикотажного плетения, аналогично стекловолокнам, которые используют для производства КМ с ориентацией арматуры в 2х направлениях. Стальные проволоки часто используют в КМ каркасного типа.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007

Проволоки из вольфрама и молибдена

Проволоки из вольфрама и молибдена имеют высокие прочность и жесткость. К тому же, они имеют еще одно положительное свойство: благодаря свои свойствам они используются для изготовления КМ на основе жаропрочных матриц: Cu, Ni, Co, Ti и их сплавов.Технологическая схема производства Wf проволоки включает следующие стадии:

  1. Прессование смеси порошков с получением штабиков;
  2. Спекание штабиков в атмосфере водорода;
  3. Глубокий прогрев металла с целью сварки штабиков при температуре близкой к температуре плавления;
  4. Высокотемпературная обработка давлением с целью образования компактной прутковой заготовки d=2.75 мм без предварительного отжига.
  5. Волочение на барабанных станах, начиная с t=1000 °C и заканчивая t=600 °C. Должны быть промежуточные отжиги при высоких температурах (1500 °C).

Технология изготовления проволоки из вольфрама и молибдена аналогичны.
Волочение ведется с большим коэффициентом вытяжки и без промежуточных отжигов.

Проволоки из вольфрама и молибдена в деформированном состоянии обладают высокой прочностью и длительной прочностью при повышенных и комнатных температурах. Предел текучести Wf проволоки
при t=1000 °C 2140 МПа.

Механические свойства Wf сильно зависят от скорости деформирования, особенно в области перехода из пластического состояния в хрупкое. Модуль упругости Wf при t=25 °C 410 ГПа, при t=2400 °C 227 ГПа, модуль сдвига тянутой Wf проволоки увеличивается с возрастанием степени деформирования и для тонких проволок, d=50..120 мкм G(25)=220 ГПа.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007