Szárítási elmélet - Gyümölcsszárítók
Gyümölcsök, zöldségek és növények szárítói
Szárítási elmélet
A felesleges víz eltávolítását a nyersanyagtól a hő és a vízgőz állapota és mozgása adja át. A hőátadás a dehidratált anyag - a gyümölcs - és a hőhordozó - a forró levegő hőmérséklet-különbségén alapul.
A gyümölcsök és zöldségek légáramban történő kiszáradása során a szabad vizet azonnal elpárologtatja. Ez a gyors párolgás a gyümölcs (zöldségfélék) teljes területétől, a légkeringés sebességétől és az anyag felületén lévő gőzök felületi feszültsége és a légáramban lévő gőzök felületi feszültsége közötti különbségtől függ. A gyümölcsök és zöldségek szárítása során a sejtlében lévő víz a belső diffúzió következtében a felszínre diffundál és elpárolog.
A víz mozgása a termék belsejéből kifelé a belső diffúzió folyamatának köszönhető, és közvetlen következménye az ozmotikus nyomás különbségének, amelyet az oldható folyadék eltérő koncentrációja okoz a termék részecskéjének belsejében és perifériájáról.
A víz mozgása a magasabb víztartalmú pontoktól az alacsonyabb tartalmúakig megy végbe, amelyet a víz elpárologtatása eredményez a külső diffúzió jelensége által. A belső diffúzió következtében a páratartalom végül kiegyenlítődik a termék minden rétegében, amelyet dehidratálnak.
A belső diffúzió mellett a víz termodiffúzióját is figyelembe kell venni, amelyet a termék perifériás és belső rétege közötti hőmérséklet-különbség okoz. A termodiffúzió a belső diffúzió inverz jelensége, vagyis a víz mozgását kívülről befelé okozza, a külső hőmérséklet magasabb. Mivel azonban a hőmérséklet-különbségek nem túl nagyok, a belső diffúzió magasabb, mint a termodiffúzió, és összességében a víz mozgása belülről kifelé dominál.
A termék perifériás felületének vagy hámrepedésének repedése, például szilva esetén, akkor fordul elő, amikor a víz elpárolgási sebessége a termék felszínéről jóval nagyobb, mint a belső diffúzió sebessége, ezáltal egy ilyen kéreg kialakulásához vezet a termék felületén.
A hiány elkerülése érdekében gondosan szabályozni kell a levegő hőmérsékletét és relatív páratartalmát.
Hevítéssel a levegő relatív páratartalma csökken. Tehát, ha 15 ° C-on a levegő relatív páratartalma 60%, akkor 60 ° C-on történő hevítéssel eléri az 5% -ot. Elméletileg ezért célszerű a lehető legmagasabb hőmérsékletű levegőt használni, mert minél nagyobb a termék vízfelvevő képessége, annál alacsonyabb a levegő relatív páratartalma.
Van azonban egy határ, amelyet nem szabad túllépni, és amelyet a következők határoznak meg:
- az a hőmérséklet, amelyen a gyümölcsök vagy zöldségek bomlani kezdenek (a cukor karamellizálódása, visszafordíthatatlanság a folyadékpótláshoz);
- a forró levegő relatív páratartalmának nem szabad megközelítenie a nullát, mert a túl száraz levegő a kéreg kialakulásához vezet, megakadályozva a víz diffúzióját belülről a párolgási felületre, és ezáltal lassítva a száradást;
- a folyamat végén a túl magas levegő hőmérséklete nagy mennyiségű hő kihasználatlanságát eredményezi, ezáltal alacsony kalóriabevitel érhető el. A túl magas szárítási hőmérséklet torzítja a termékek aromáját és színét is.
Általában, ha a gyümölcsök kiszáradnak, a növény bejáratánál a levegő hőmérséklete 70-72 ° C, 20-25% relatív páratartalommal rendelkezik. A szárító kijáratánál a hőmérséklet alacsonyabb, 40-45 ° C között van, és a relatív páratartalom 60-70%.
A kiszáradás sebességét a víz belső diffúziójának sebessége is befolyásolja, amely viszont a gyümölcs vagy zöldség részecskék méretétől függ.
A forró levegő mozgásának hőmérséklete és sebessége olyan tényezők, amelyek a szárítási folyamat gazdasági hatékonyságát befolyásolják.
Minél nagyobb a párolgási sebesség, annál nagyobb a diffúzió, amely egy bizonyos határig érvényes. Ennek a határnak a túllépése határozza meg a kéreg kialakulását. Az említett határérték alatt fennáll annak a lehetősége, hogy a diffúzió sebessége megegyezzen a víz párolgási sebességével. A párolgási sebesség egy bizonyos értéke alatt a szárítás gazdaságtalanná válhat a vízpárolgáshoz szükséges hőenergia és a légkeringéshez szükséges mechanikai energia megnövekedett költségei miatt.
Az optimális folyamat akkor következik be, amikor a víz elpárologtatási sebessége a gyümölcsök és zöldségek felületéről megegyezik a nedvességnek a belsejükből a felszínükre történő migrációjának sebességével. A gyors kiszáradás elérése érdekében a gyümölcsöket és zöldségeket apró darabokra vágják, ezáltal csökkentve a víz diffúziójához szükséges időt és növelve a teljes párolgási területet. A sárgabarackot kettévágják, az almát és a körtét szeletekre, a szőlőt és a szilval egészben hagyják, a zöldségeket pedig szeletekre, kockákra, tésztákra stb.
A levegő keringésének sebessége befolyásolja a szárítási folyamatot is. Ha a légkeringés túl lassú, a szárítás lassan zajlik, mert a levegő nagyon gyorsan nedvességgel telítődik. A légmozgás sebessége az alagút szárítóban általában 3-5 m/sec között van.
Alapvetően a dehidratációs folyamat optimális körülmények között történő elvégzése érdekében meg kell határozni az egyes termékek maximális hőmérsékletét, illetve az aggregátum belépő hőmérsékletét és azt a hőmérsékletet, amelyen a nedvességgel megterhelt levegőnek el kell távoznia, annak elkerülése érdekében.
A dehidráció hatása a mikroorganizmusok fejlődésére és az enzimatikus aktivitásra
A dehidratációs folyamat során a mikroorganizmusok sejtjei ugyanazokat a jelenségeket szenvedik, mint a növényi élelmiszerek sejtjei: az ozmotikus nyomás folyamatos növekedése, a sejtlében a vakuolák csökkenése, a protoplazmatikus membrán permeabilizációja stb.
Általában a mikroorganizmusok nem élhetnek vízszegény szubsztrátokon vagy magas ozmotikus nyomású környezetben. A táplálkozás folyamata, valamint a mikroorganizmusok anyagcseréjének termékeinek kiküszöbölése az ozmózis jelenségével valósul meg a sejtek féligáteresztő membránjain keresztül.
A csökkenő víztartalom megnehezíti ezeket az ozmotikus cseréket, ezért negatívan befolyásolja létfontosságú tevékenységüket. Másrészt a hőre érzékeny enzimek a hőmérséklet emelkedésével csökkentik vagy megszüntetik aktivitásukat. Néhány enzimben, például a fenoloxidázban, a katalitikus aktivitás 2% -ra csökken, ha a szubsztrátot 85 ° C-ra melegítjük és 90 ° C-on teljesen megszüntetjük.
Az enzimek aktivitásának optimális hőmérséklete a gyümölcsökben és zöldségekben kb. 43 ° C. Ez a hőmérséklet azonban a szubsztrát és az enzimek jellege szerint is változik.
Az enzimek inaktiválásának hőmérséklete nagyban függ attól a közeg savasságától vagy lúgosságától (pH), amelyben melegítik, a maximális ellenállás a semlegességi pont körül van. Savas környezetben az inaktiválás könnyebb.
75 ° C hőmérsékleten forrázás vagy gőzölés esetén az enzimek inaktiválódni kezdenek, de a szárításnak alávetett zöldségekben és gyümölcsökben ez a hőmérséklet és magasabb hőmérséklet csak ritka esetekben érhető el, főleg nem teljes tömegükben.
A normál ipari körülmények között történő kiszáradás nem teszi lehetővé a közeli hőmérséklet elérését 85 ° C és ezért nem biztosítja az enzimek inaktiválását. Emiatt a zöldségeket a kiszáradás előtt le kell forrázni.
Ha az enzimeket nem inaktiválták forrázással vagy gőzöléssel, sok esetben az oxidatív enzimaktivitás hatása a dehidratált termékekre intenzívebb, mint azokra az alapanyagokra, amelyekből származnak. Ez annak a szubsztrátnak a koncentrációjának tudható be, amelyre az enzimek hatnak. Például az előre leforrázott szárított burgonya gyorsabban sötétedik a dehidratált burgonyaszeletekhez képest.
A nedves zöldségek megnedvesítésekor néha részleges enzimregeneráció következik be. Ezért az ipari gyakorlatban a gyümölcsökben és zöldségekben lévő enzimeket szárítás előtt, hőkezeléssel inaktiválják.
A kiszáradás hatása a gyümölcsökre és zöldségekre
A kiszáradásnak a gyümölcsök és zöldségek ráncosodása van a víztartalom csökkenése és a kezdeti térfogat csökkenése miatt is. A súlycsökkenés oka a túlzott vízeltávolítás, valamint bizonyos mértékig a folyamat során bekövetkező kémiai és biokémiai változások.
A fizikai-kémiai változások magukban foglalják a fehérje anyagok koagulációját, amely az ipari dehidratáció körülményei között részben visszafordítható. A dehidratáció során a sejtlé cukorkoncentrációjának növekedése miatt megnő az ozmotikus nyomás.
A víztartalom csökkentésével a szerves savak koncentrációja növekszik (a pH-érték csökken), ami viszont befolyásol bizonyos kémiai változásokat, mint például: fehérje denaturáció, cukor hidrolízis stb. A dehidratáció cukorveszteséget is eredményez a kezdeti tartalomhoz képest, amely 1 és 8% között változik.
Az illóolajok 50-60 ° C feletti hőmérsékleten kissé illékonyak, a növényi pigmentek pedig megváltoztatják a színüket, például a zöld zöldségek zöld-sárgára, a sárga zöldségek és gyümölcsök pedig kiszáradással megbarnulnak vagy elszíneződnek. E változások okai vagy enzimatikus, vagy termikus jellegűek.