2. Технологічні закономірності харчових технологій

2.1. Особливості дії законів фундаментальних наук у харчовій технології

Як було показано в попередньому параграфі, всі явища, що відбуваються в одиничних технологічних процесах і явля­ють основу технологічної операції, підкоряються однаковим кінетичним закономірностям. Ця однаковість, сформульована у вигляді загального кінетичного закону (рівняння 9,10), і по­яснюється тим, що незалежно від природи всі ці явища є про­явами одних і тих самих законів матеріального світу, які є предметом фундаментальних наук (фізики, хімії, математики, біології та ін.). Тому без дотримання вимог цих природних за­конів неможливо забезпечити виконання головного завдання харчових виробництв — виготовлення продукції в максималь­ному обсязі і заданої якості при мінімальних витратах ма­теріальних, енергетичних ресурсів і часу.

Але якщо в фундаментальних науках дотримання вимог цих законів дозволяє знайти правильні і точні рішення, то в технології, особливо харчовій, це не завжди можливо. Це пояс­нюється тим, що закони фундаментальних наук сформульо­вані для "ідеальних", абстрактних систем, систем, в яких вив­чається взаємний вплив тільки обмеженої кількості факторів. Дія всіх інших факторів або не враховується зовсім, або врахо­вується у вигляді коефіцієнтів пропорційності, числові зна­чення яких залежать від багатьох факторів. Тобто, при засто­суванні цих законів для вирішення конкретних завдань завжди потрібно вводити умови однозначності: характеристи­ки основних властивостей середовища (фізичні, хімічні, про­сторові та ін.), межові умови, початкові та часові умови і та ін. В умовах технологічних процесів немає можливості створити "ідеальні" умови тому, що значна частина факторів не є керо­ваною, але від їх впливу неможливо абстрагуватися. Зі сказа­ного випливає висновок, що закони фундаментальних наук да­ють лише якісну характеристику технологічних процесів — вказують напрям їх перебігу. А для управління процесами не­обхідна точна кількісна їх оцінка. Так, для розрахунку кон­кретного технологічного апарата і одиничного процесу, який в ньому відбувається, необхідно, крім критеріальних рівнянь, що вказують на взаємодію явищ і кількість факторів впливу, достеменно знати числові значення коефіцієнтів тепло- та ма-сопереносу для умов саме цього конкретного процесу, знати константи швидкостей перебігу реакцій саме в конкретному виді сировини чи проміжного продукту в конкретних умовах. А при потребі оптимізувати параметри процесу необхідно та­кож визначити критерій оптимізації і метод досягнення по­ставленої мети.

Крім того, суворе дотримання вимог законів фундамен­тальних наук у харчовій технології доволі часто вступає в су­перечність з економічною або практичною доцільністю. Так, виходячи з головного завдання харчових виробництв, найбільш економічним (оптимальним за економічними показ­никами) буде такий технологічний процес, який має найбільш можливу швидкість його перебігу на всіх етапах при макси­мальному використанні ресурсів і часу, мінімальних витратах та найбільшому виході кінцевого продукту заданого призна­чення і якості. Згідно з основним кінетичним законом такий процес повинен відбуватися при найбільш можливому по­тенціалі (або рушійній силі) системи. Тобто, наприклад, у кон­сервному виробництві найбільшу швидкість і отримання га­рантовано безпечного в санітарному відношенні продукту мо­же бути досягнуто лише при максимальному рівні термічної обробки, максимальній концентрації консерванту або при створенні асептичних умов у виробництві. Але ж ці вимоги протирічать економічній та практичній доцільності. Макси­мальна термічна обробка знижує харчову та біологічну цінність продукту, високі дози консервантів небезпечні для організму людини, а створення асептичних умов виробництва практично неможливе та й економічно недоречне.

Кінетичні закономірності фізичних, хімічних і біологічних явищ, як це було показано в попередніх п.п. 2.2.3. і 2.2.4, характеризують "миттєвий" стан системи. В практиці цього недостатньо. Для організації оптимальних умов процесу на всіх його етапах необхідна кількісна характеристика пе­ребігу процесів у часі. Для ЇЇ отримання необхідно проводити інтегрування системи диференціальних рівнянь у часткових похідних. Такі аналітичні рішення досить складні, а в деяких випадках взагалі неможливі. Ось чому в технологічній прак­ тиці при дослідженні, проектуванні або модернізації процесівдля пошуку найбільш прийнятних чи оптимальних необхідноаналізувати і перебирати велику кількість варіантів. Це мож­ливо шляхом використання сучасних комп'ютерних технологій обробки значних обсягів інформаційних даних. Але взв'язку з тим, що комп'ютерні технології тільки починають поширюватися в харчових виробництвах, а для вирішення дея­ких технологічних завдань вони ще взагалі відсутні, в практиціпродовжують використовуватись здавна винайдені і апробо­вані методи дослідження експериментальних моделей, а такожметоди, що ґрунтуються на основних технологічних принци­пах організації процесів. До таких загальних принципів відно­сяться: принципи раціонального використання сировини,енергії, устаткування, принципи інтенсифікації процесу, опти­мального варіанту процесу, утилізації відходів та інші.