Proprietățile fizice ale alimentelor sunt intrinsec legate de compoziția și structura lor;

alimentelor

Termeni asociați:

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Proprietățile fizice ale produselor sonice

10.1 Introducere

Proprietățile fizice ale constituenților alimentari sunt foarte importante pentru dezvoltarea de noi produse. Proprietățile fizice ale alimentelor (inclusiv proprietățile termice, mecanice, reologice, dielectrice și de barieră și activitatea apei) sunt importante pentru proiectarea corectă a sistemelor de procesare, manipulare și stocare a alimentelor. Proteinele sunt utilizate pe scară largă ca ingrediente în alimente datorită proprietăților lor funcționale, adică emulsificare, gelificare, îngroșare, spumare și capacitate de legare a grăsimilor și aromelor (Jambrak și colab., 2008). Modificările moleculare care apar în timpul hidrolizei proteinelor pot avea ca rezultat un comportament funcțional modificat al hidrolizatelor comparativ cu proteina intactă, cum ar fi solubilitatea modificată, vâscozitatea, proprietățile senzoriale și proprietățile spumei (Jambrak și colab., 2009; O'Sullivan și colab., 2016a ). Diverse tehnologii de prelucrare a alimentelor pot modifica proprietățile fizice ale constituenților alimentelor și pot provoca modificări dorite sau uneori nu atât de dorite în profilul nutrițional, textura, culoarea, gustul, aroma, aspectul și alte atribute de calitate. Prin urmare, este important să se investigheze proprietățile fizice și chimice afectate ale alimentelor pentru a obține informații despre modul în care acestea afectează atributele de calitate.

Ecografia de înaltă intensitate este utilizată în multe aplicații alimentare, cum ar fi emulsifiere, extragere, degazare, filtrare, uscare și îmbunătățirea oxidării (Jambrak și Herceg, 2014). Ecografia de mare putere generată de mișcările mecanice periodice ale unei sonde transferă energia ultrasonică într-un mediu fluid și declanșează modificări extrem de ridicate ale presiunii, ducând la formarea unor bule mici (cavități), cu creștere rapidă (Mason și colab., 2011), care se extind în timpul excursiei de presiune negativă și implodează violent în timpul excursiei pozitive, generând temperaturi ridicate, presiuni ridicate și forțe de forfecare la vârful sondei. Acest fenomen este cunoscut sub numele de cavitație. În timpul imploziei, temperaturile foarte ridicate (aproximativ 5500K) și presiunile (aproximativ 50 MPa) sunt atinse în interiorul acestor bule (Chemat și colab., 2011; Šimunek și colab., 2013), care, prin urmare, provoacă mai multe reacții în jurul bulei implodante. Există patru tipuri de cavitație bazate pe modul de generare: acustică, optică, cu particule și hidrodinamică. În aplicațiile de prelucrare, cum ar fi în industria de prelucrare a alimentelor, numai cavitația acustică și hidrodinamică este eficientă (Gogate și Kabadi, 2009), deoarece produc modificări chimice sau fizice în materialul tratat.

Metode analitice Imagistica hiperspectrală pentru produsele lactate

Prezicerea proprietăților fizice

Proprietățile fizice ale alimentelor sunt intrinsec legate de compoziția și structura lor; în consecință, metodele de prelucrare care modifică compoziția și structura produselor lactate afectează în mod direct proprietățile lor fizice. Au fost raportate aplicații potențiale ale spectroscopiei NIR și ale imaginii RGB convenționale pentru predicția proprietăților fizice ale produselor lactate; unele exemple includ turbiditatea și vâscozitatea laptelui și formarea gratuită a uleiului și topirea brânzei. Alte tehnici optice raportate pentru monitorizarea modificărilor structurale legate de proprietățile fizice ale produselor lactate includ microscopia confocală cu scanare laser, microscopie electronică de scanare și transmisie și imagistica prin rezonanță magnetică.

Controlul proprietăților fizice ale produselor lactate necesită o înțelegere a locului în care se află componentele constitutive (de exemplu, grăsime, proteine) unul în raport cu celălalt și modul în care sunt modificate în timpul prelucrării. HSI oferă o metodă relativ scăzută pentru examinarea distribuției componentelor într-un eșantion, care poate fi utilă în monitorizarea dezvoltării proprietăților fizice în timpul procesării. HSI ar permite un contrast al imaginii îmbunătățit care nu este disponibil cu imagistica RGB și ar oferi informații suplimentare despre efectul distribuției compoziției subiacente asupra proprietăților fizice. Un exemplu în care HSI poate fi deosebit de util este în monitorizarea NIR a producției gratuite de ulei din brânză, deoarece uleiul este semitransparent la lumina vizibilă captată în imagistica RGB. Proprietățile fizice ale pulberilor de lapte, inclusiv fluiditatea și distribuția mărimii particulelor, ar putea fi, de asemenea, potențial evaluate cu ajutorul HSI, deoarece aceste proprietăți se referă direct la concentrația și dimensiunea constituenților din pulberi exprimate ca diferențe de dispersie a luminii, care pot fi examinate folosind HSI.

Proprietățile fizice ale materialelor alimentare

1.1 Introducere

Dr. Alina Szczesniak a definit proprietățile fizice ale alimentelor ca „acele proprietăți care se pretează la descriere și cuantificare prin mijloace fizice, mai degrabă decât chimice” (Szczesniak, 1983). Această distincție aparent evidentă între proprietățile fizice și chimice relevă un fapt istoric interesant. Într-adevăr, până în anii 1960, chimia și biochimia alimentelor au fost de departe cele mai active domenii de cercetare a alimentelor. Studiul sistematic al proprietăților fizice ale alimentelor (adesea considerat o disciplină științifică distinctă numită „fizica alimentelor” sau „chimia fizică a alimentelor”) are o origine relativ recentă.

Proprietățile fizice ale alimentelor sunt de maxim interes pentru inginerul alimentar, în principal din două motive:

Multe dintre caracteristicile care definesc calitatea (de ex. Textura, structura, aspectul) și stabilitatea (de exemplu, activitatea apei) unui produs alimentar sunt legate de proprietățile sale fizice

Cunoașterea cantitativă a multor proprietăți fizice, cum ar fi conductivitatea termică, densitatea, vâscozitatea, căldura specifică, entalpia și multe altele, este esențială pentru proiectarea și funcționarea rațională a proceselor alimentare și pentru predicția răspunsului alimentelor la procesare, distribuție și condițiile de depozitare. Acestea sunt uneori denumite „proprietăți tehnice”, deși majoritatea proprietăților fizice sunt semnificative atât din punct de vedere al calității, cât și din punct de vedere tehnic.

În ultimii ani, interesul crescând pentru proprietățile fizice ale alimentelor s-a manifestat în mod vizibil. Au fost publicate o serie de cărți și recenzii care tratează în mod specific subiectul (de exemplu, Mohsenin, 1980; Peleg și Bagley, 1983; Jowitt, 1983; Lewis, 1990; Rahman, 1995; Balint, 2001; Scanlon, 2001; Sahin și Sumnu, 2006; Figura și Teixeira, 2007). Numărul de reuniuni științifice pe teme conexe organizate în fiecare an este considerabil. Cursurile specifice pe acest subiect sunt incluse în majoritatea programelor științei, ingineriei și tehnologiei alimentelor.

Unele dintre proprietățile de „inginerie” vor fi tratate în legătură cu operațiunile unității în care astfel de proprietăți sunt deosebit de relevante (de exemplu, vâscozitatea în fluxul de fluid, dimensiunea particulelor în reducerea dimensiunii, proprietățile termice în transferul de căldură, difuzivitatea în transferul de masă etc.). Proprietățile cu o semnificație mai generală și o aplicare mai largă sunt discutate în acest capitol.

Proprietățile fizice ale materialelor alimentare

1.1 Introducere

Dr. Alina Szczesniak a definit proprietățile fizice ale alimentelor ca „acele proprietăți care se pretează la descriere și cuantificare prin mijloace fizice, mai degrabă decât chimice” (Szczesniak, 1983). Această distincție aparent evidentă între proprietățile fizice și chimice relevă un fapt istoric interesant. Într-adevăr, până în anii 1960, chimia și biochimia alimentelor au fost de departe cele mai active domenii de cercetare a alimentelor. Studiul sistematic al proprietăților fizice ale alimentelor (adesea considerat o disciplină științifică distinctă numită „fizica alimentelor” sau „chimia fizică a alimentelor”) are o origine relativ recentă.

Proprietățile fizice ale alimentelor sunt de maxim interes pentru inginerul alimentar, din mai multe motive:

Multe dintre caracteristicile care definesc calitatea (de exemplu, textura, structura și aspectul) și stabilitatea (de exemplu, activitatea apei) unui produs alimentar sunt legate de proprietățile sale fizice.

Una dintre cele mai active zone de cercetare „de ultimă oră” în domeniul alimentelor se referă la dezvoltarea alimentelor cu structuri fizice noi. Încorporarea elementelor artificiale la scară nano este un exemplu de aplicare în acest domeniu care necesită o înțelegere aprofundată a structurii fizice.

Cunoașterea cantitativă a multor proprietăți fizice, cum ar fi conductivitatea termică, densitatea, vâscozitatea, căldura specifică, entalpia și multe altele, este esențială pentru proiectarea și funcționarea rațională a proceselor alimentare și pentru predicția răspunsului alimentelor la procesare, distribuție și condiții de depozitare. Acestea sunt uneori denumite „proprietăți de inginerie”, deși majoritatea proprietăților fizice sunt semnificative din punct de vedere al calității produsului și din punct de vedere al ingineriei de proces.

În ultimii ani, interesul crescând pentru proprietățile fizice ale alimentelor s-a manifestat în mod vizibil. Au fost publicate o serie de cărți care tratează în mod specific subiectul (de exemplu, Mohsenin, 1980; Peleg și Bagley, 1983; Jowitt, 1983; Lewis, 1990; Balint, 2001; Scanlon, 2001; Walstra, 2003; Sahin și Sumnu, 2006; Figura și Teixeira, 2007; Belton, 2007; Lillford și Aguilera, 2008; Rahman, 2009; Arana, 2012). Numărul de reuniuni științifice pe teme conexe organizate în fiecare an este considerabil. Cursurile specifice pe acest subiect sunt incluse în majoritatea programelor de știință, inginerie și tehnologie alimentară.

Unele dintre proprietățile de „inginerie” vor fi tratate în legătură cu operațiile unității în care astfel de proprietăți sunt deosebit de relevante (de exemplu, vâscozitatea și reologia în fluxul de fluid, dimensiunea particulelor în reducerea dimensiunii, proprietățile termice în transferul de căldură, difuzivitatea în transferul de masă etc. .). Proprietățile cu o semnificație mai generală și o aplicare mai largă sunt discutate în acest capitol.

Proiectarea proceselor în viitor

9.2.1 Proprietățile fizice ale alimentelor

Evoluții importante cu privire la proprietățile fizice ale alimentelor includ eforturile semnificative în măsurarea proprietăților, precum și predicția proprietăților bazate pe compoziție (Rahman, 1995; Rao, Rizvi și Datta, 2005; Sahin și Sumnu, 2006). Eforturile lui Choi și Okos (1986) ilustrează oportunitățile de prezicere a proprietăților fizice ale alimentelor și în mod specific modificările acestor proprietăți în funcție de conținutul de umiditate și temperatură. Importanța acestor relații trebuie subliniată datorită schimbărilor care au loc în timpul proceselor tipice de conservare. Există încă loc de îmbunătățire în predicția proprietăților bazate pe compoziție, cu o atenție specifică la contribuțiile diferitelor componente compoziționale și la modificarea fazei componentelor produsului de impact în timpul unui proces.

Modelele de predicție a proprietăților fizice trebuie dezvoltate în zone în care influența factorilor este unică pentru o tehnologie nouă sau alternativă de conservare. Cel mai evident exemplu actual este aplicarea UHP ca proces de conservare. Coeficienții modelului sunt necesari imediat pentru a explica influența presiunii asupra proprietăților componentelor alimentare de bază. Nevoi similare vor apărea pentru alte tehnologii de conservare. De exemplu, plasarea unui aliment într-un câmp electric poate influența magnitudinea proprietăților fizice de bază ale produsului. În multe situații, noile tehnologii vor introduce proprietăți fizice noi și unice pentru a fi încorporate în procesul de proiectare. În majoritatea cazurilor, aceste proprietăți unice se pot modifica în funcție de temperatură, precum și alți parametri asociați tehnologiei. Eforturile viitoare ar trebui să fie dedicate coeficienților necesari pentru a încuraja predicția proprietăților fizice în funcție de compoziția produsului, influențată de parametrii procesului de conservare.

Volumul 1

Elena S. Inguglia,. Brijesh K. Tiwari, în Enciclopedia chimiei alimentelor, 2019

Textură

Componente alimentare și polimeri

I. Introducere

Tranzițiile de fază ale componentelor alimentare pot modifica proprietățile fizice ale materialelor alimentare. Alimentele sunt sisteme complicate, dar starea lor fizică este de obicei guvernată de tranzițiile de fază ale componentelor principale, adică carbohidrați, lipide, proteine ​​și apă. Comportamentul de tranziție de fază a solidelor alimentare are similarități cu cel al polimerilor sintetici. Cu toate acestea, în alimente apa este probabil cel mai semnificativ compus și diluant, care poate afecta în mod semnificativ starea fizică și proprietățile altor compuși componenți.

Diverse tranziții de fază de ordinul întâi și al doilea în materialele alimentare pot apărea în timpul unui număr de procese, depozitare și distribuție. Materialele alimentare bogate în apă devin, evident, solide la temperaturi de îngheț. Starea fizică a uleiurilor și a răspândirilor la diferite temperaturi depinde de localizarea temperaturilor de topire, care este un atribut de calitate extrem de important. Relațiile dintre proprietățile alimentelor și starea fizică sunt complicate. Starea fizică a alimentelor poate fi dificil de detectat și este adesea extrem de sensibilă la temperatură, timp și apă. Principalii constituenți ai alimentelor pot exista în stare lichidă sau în stare solidă cristalină sau necristalină amorfă. Mulți dintre compușii componenți, de exemplu, zaharurile, grăsimile și apa, în forma lor pură chimic, cristalizează sub temperatura de topire a echilibrului. Cu toate acestea, numărul mare de compuși chimici din solidele alimentare nu permite întotdeauna formarea unor astfel de stări de echilibru foarte ordonate.

Tranzițiile de fază ale componentelor alimentare, care apar adesea în timpul diferitelor procese și depozitare, sunt subliniate în acest capitol. Alimentele pot fi rareori considerate ca fiind sisteme de echilibru, ceea ce face ca comportamentul lor de fază să fie complicat și dependent de timp.

Componente alimentare și polimeri

5.1 Introducere

Tranzițiile de fază ale componentelor alimentare pot modifica proprietățile fizice ale materialelor alimentare. Alimentele sunt sisteme complexe, dar starea lor fizică la nivel macroscopic este adesea guvernată de tranzițiile de fază ale componentelor principale, adică carbohidrați, lipide, proteine ​​și apă. Schimbările semnificativ mai importante în fază și stare pot afecta proprietățile materialelor alimentare la nivel supramolecular, ceea ce oferă, de asemenea, oportunități fascinante pentru știința materialelor alimentare și pentru ingineria alimentelor. Comportamentul macroscopic de tranziție de fază a solidelor alimentare are similarități cu cel al polimerilor sintetici. Cu toate acestea, în alimente, apa este probabil cel mai semnificativ compus și diluant, care poate afecta în mod semnificativ starea fizică și proprietățile altor compuși componenți.

Diverse tranziții de fază de ordinul întâi și al doilea în materialele alimentare pot apărea în timpul unui număr de procese, depozitare, distribuție și digestie. Materialele alimentare bogate în apă devin, evident, solide la temperaturi de îngheț. Starea fizică a uleiurilor și a răspândirilor la diferite temperaturi depinde de localizarea temperaturilor de topire, care este un atribut extrem de important. Relațiile dintre proprietățile alimentelor și starea fizică sunt complexe. Starea fizică a alimentelor poate fi dificil de detectat, deoarece este adesea extrem de sensibilă la temperatură, timp și apă. Principalii constituenți ai alimentelor pot exista în stare lichidă sau în stare solidă cristalină sau necristalină amorfă. Mulți dintre compușii componenți, de exemplu, zaharurile, grăsimile și apa, în forma lor pură chimic, cristalizează sub temperatura de topire a echilibrului. Cu toate acestea, numeroșii compuși chimici care există în solidele alimentare nu permit întotdeauna formarea unor astfel de stări de echilibru foarte ordonate.

Tranzițiile de fază ale componentelor alimentare, care apar adesea în timpul diferitelor procese și depozitare, sunt subliniate în acest capitol. Alimentele pot fi rareori considerate ca fiind sisteme de echilibru, ceea ce face ca comportamentul lor de fază să fie complex și dependent de timp.

Glucidele

Lia Noemi Gerschenson,. Eliana Noemi Fissore, în Componente alimentare nutraceutice și funcționale, 2017

3.6.5.6 Presiune înaltă

Amidonul și derivații săi chimici sunt responsabili pentru proprietățile fizice și texturale ale sistemelor alimentare, afectând calitatea utilizării lor finale și/sau durata de valabilitate. Kim, Kim și Baik (2012) au studiat aplicarea presiunii ultraînalte (UHP) pentru modificarea amidonului și/sau a derivaților săi chimici incluși în majoritatea alimentelor procesate ca ingrediente majore sau aditivi minori. Se pare că UHP facilitează hidratarea și umflarea granulelor de amidon în mediu de reacție apoasă alcalină sau apoasă acidă la 25 ° C și simultan forțează infiltrarea reactivilor sau acizilor de derivatizare în interiorul granulelor umflate inducând reacții de modificare rapidă a amidonului. Autorii au raportat că hidroliza HCl asistată de UHP ar putea fi realizată cu succes la 600 MPa timp de 30 de minute și hidroxipropilarea, acetilarea, reticularea cu POCl3 și trimetafosfatul de sodiu ar putea fi efectuată la 400 MPa timp de 15 minute.