Teória sušenia - sušičky ovocia
Sušičky na ovocie, zeleninu a rastliny
Teória sušenia
Odstránenie prebytočnej vody zo suroviny je podmienené prestupom tepla a stavom a pohybom vodnej pary. Prenos tepla je založený na teplotnom rozdiele medzi dehydratovaným materiálom - ovocím - a nosičom tepla - horúcim vzduchom.
Počas dehydratácie ovocia a zeleniny v prúde vzduchu sa voľná voda okamžite strháva odparovaním. Toto rýchle odparenie závisí od celkovej plochy ovocia (zeleniny), rýchlosti cirkulácie vzduchu a rozdielu medzi povrchovým napätím pár na povrchu materiálu a povrchovým napätím pár v prúde vzduchu. Počas sušenia ovocia a zeleniny voda v bunkovej šťave difunduje na povrch v dôsledku vnútornej difúzie a odparuje sa.
Pohyb vody z vnútra produktu smerom von je spôsobený procesom vnútornej difúzie a je priamym dôsledkom rozdielu v osmotickom tlaku spôsobenom rozdielnou koncentráciou rozpustnej kvapaliny vo vnútri a od okraja častice produktu.
Pohyb vody prebieha z miest s vyšším obsahom vody do miest s nižším obsahom, ktoré sú výsledkom odparovania vody pôsobením vonkajšej difúzie. Vďaka vnútornej difúzii sa vlhkosť vyrovnáva vo všetkých vrstvách produktu vystaveného dehydratácii.
Okrem vnútornej difúzie je potrebné brať do úvahy aj termodifúziu vody spôsobenú teplotným rozdielom medzi periférnou a vnútornou vrstvou produktu. Termodifúzia je inverzný jav vnútornej difúzie, tj. Spôsobuje pohyb vody zvonka dovnútra, pričom vonkajšia teplota je vyššia. Pretože však teplotné rozdiely nie sú príliš veľké, je vnútorná difúzia vyššia ako termodifúzia a celkovo prevláda pohyb vody z vnútra von.
K popraskaniu periférneho povrchu alebo epidermy produktu, napríklad u sliviek, dochádza, keď je rýchlosť odparovania vody z povrchu produktu oveľa vyššia ako rýchlosť vnútornej difúzie, čo vedie k vytvoreniu takej kôry na povrchu produktu.
Aby sa zabránilo týmto nedostatkom, musí sa starostlivo regulovať teplota a relatívna vlhkosť vzduchu.
Zahrievaním klesá relatívna vlhkosť vzduchu. Ak je teda pri 15 ° C relatívna vlhkosť vzduchu 60%, zohriatím na 60 ° C dosiahne 5%. Teoreticky je preto vhodné používať vzduch s čo najvyššou teplotou, pretože čím vyššia je absorpčná kapacita produktu, tým nižšia je relatívna vlhkosť vzduchu.
Existuje však limit, ktorý sa nesmie prekročiť a ktorý je určený:
- teplota, pri ktorej sa ovocie alebo zelenina začínajú zhoršovať (karamelizácia cukru, nezvratnosť rehydratácie);
- relatívna vlhkosť horúceho vzduchu by sa nemala blížiť k nule, pretože príliš suchý vzduch vedie k tvorbe kôry, ktorá bráni difúzii vody zvnútra na odparovací povrch a tým spomaľuje sušenie;
- príliš vysoká teplota vzduchu na konci procesu spôsobí nepoužitie veľkého množstva tepla, čím sa dosiahne nízky kalorický výťažok. Príliš vysoká teplota sušenia tiež narušuje arómu a farbu výrobkov.
Všeobecne platí, že keď sú plody dehydrované, teplota vzduchu pri vstupe do rastliny je 70 - 72 ° C a relatívna vlhkosť vzduchu je 20 - 25%. Na výstupe zo sušičky je teplota nižšia, medzi 40 - 45 ° C a relatívna vlhkosť vzduchu je 60 - 70%.
Rýchlosť dehydratácie je tiež podmienená rýchlosťou vnútornej difúzie vody, ktorá zase závisí od veľkosti častíc ovocia alebo zeleniny.
Teplota a rýchlosť pohybu horúceho vzduchu sú faktory, ktoré podmieňujú ekonomickú efektívnosť procesu sušenia.
Čím vyššia je rýchlosť odparovania, tým vyššia je difúzia, ktorá platí až do určitého limitu. Prekročenie tohto limitu určuje tvorbu kôry. Pod uvedenou medznou hodnotou existuje možnosť, že rýchlosť difúzie sa rovná rýchlosti odparovania vody. Pod určitou hodnotou rýchlosti odparovania sa sušenie môže stať neekonomickým kvôli zvýšeným nákladom na tepelnú energiu pre odparovanie vody a mechanickú energiu pre cirkuláciu vzduchu.
Optimálny proces prebieha, keď sa rýchlosť odparovania vody z povrchu ovocia a zeleniny rovná rýchlosti migrácie vlhkosti z vnútra na ich povrch. Na dosiahnutie rýchlej dehydratácie sa ovocie a zelenina krája na malé kúsky, čím sa skracuje čas potrebný na difúziu vody a zvyšuje sa celková vyparovacia plocha. Marhule sa nakrájajú na polovice, jablká a hrušky na plátky, hrozno a slivky sa nechajú celé a zelenina sa krája na plátky, kocky, rezance atď.
Rýchlosť cirkulácie vzduchu ovplyvňuje aj proces sušenia. Ak je cirkulácia vzduchu príliš pomalá, bude sušenie prebiehať pomaly, pretože vzduch bude veľmi rýchlo nasýtený vlhkosťou. Rýchlosť pohybu vzduchu v tunelovej sušičke je všeobecne medzi 3 - 5 m/s.
V zásade je na to, aby sa proces dehydratácie uskutočňoval za optimálnych podmienok, je potrebné určiť maximálnu teplotu, ktorú každý výrobok vydrží, respektíve vstupnú teplotu kameniva a teplotu, pri ktorej musí unikať vzduch zaťažený vlhkosťou, aby sa zabránilo jeho kondenzácii.
Účinky dehydratácie na vývoj mikroorganizmov a enzymatickú aktivitu
Bunky mikroorganizmov trpia počas procesu dehydratácie rovnakými javmi ako bunky rastlinnej potravy: neustále zvyšovanie osmotického tlaku, pokles vakuol v bunkovej šťave, permeabilizácia protoplazmatickej membrány atď., Javy vedúce k metabolickým poruchám a dokonca k ich plazmolýze.
Mikroorganizmy všeobecne nemôžu žiť na substrátoch chudobných na vodu alebo v prostredí s vysokými osmotickými tlakmi. Proces výživy, ako aj eliminácia produktov metabolizmu mikroorganizmov sa dosahuje fenoménom osmózy cez semipermeabilné membrány buniek.
Zníženie obsahu vody sťažuje tieto osmotické výmeny, a preto negatívne ovplyvňuje ich životne dôležitú činnosť. Na druhej strane enzýmy, ktoré sú citlivé na teplo, znižujú alebo rušia svoju činnosť pri zvyšovaní teploty. V niektorých enzýmoch, napríklad vo fenoloxidáze, sa katalytická aktivita zníži na 2%, ak sa substrát zahreje na 85 ° C a úplne sa zruší pri 90 ° C.
Optimálna teplota aktivity enzýmov v ovocí a zelenine je cca. 43 ° C. Táto teplota sa však líši podľa povahy substrátu a enzýmov.
Teplota, pri ktorej sú enzýmy inaktivované, veľmi závisí od kyslosti alebo zásaditosti média (pH), v ktorom sú zahrievané, pričom maximálny odpor je okolo bodu neutrality. V kyslom prostredí k deaktivácii dochádza ľahšie.
Pri teplote 75 ° C sa v prípade obarenia alebo naparenia začnú enzýmy inaktivovať, ale v zelenine a ovocí vystavených sušeniu sa táto teplota a iné vyššie teploty dosahujú iba v ojedinelých prípadoch, najmä nie v celej ich hmotnosti.
Dehydratácia za normálnych priemyselných podmienok neumožňuje dosiahnuť teplotu blízku 85 ° C a preto nezabezpečuje inaktiváciu enzýmov. Z tohto dôvodu musí byť zelenina pred dehydratáciou obarená.
Ak enzýmy neboli deaktivované oparením alebo parou, je v mnohých prípadoch účinok aktivity oxidačných enzýmov na dehydratované produkty intenzívnejší ako na suroviny, z ktorých pochádzajú. Je to spôsobené koncentráciou substrátov, na ktoré pôsobia enzýmy. Napríklad sušené zemiaky bez predbežného obarenia rýchlejšie tmavnú v porovnaní s plátkami dehydrovaných zemiakov.
V prípade zvlhčenia sušenej zeleniny niekedy dochádza k čiastočnej regenerácii enzýmov. Preto sa v priemyselnej praxi enzýmy v ovocí a zelenine inaktivujú pred sušením tepelným spracovaním.
Účinky dehydratácie na ovocie a zeleninu
Dehydratácia má za následok zvrásnenie ovocia a zeleniny v dôsledku zníženia obsahu vody a zníženia počiatočného objemu. Chudnutie je spôsobené nadmerným odstraňovaním vody a do istej miery chemickými a biochemickými zmenami, ktoré sa vyskytujú počas procesu.
Medzi fyzikálno-chemické zmeny patrí zrážanie bielkovinových látok, ktoré je v podmienkach priemyselnej dehydratácie čiastočne reverzibilné. V dôsledku zvýšenia koncentrácie cukru v bunkovej šťave počas dehydratácie dochádza k zvýšeniu osmotického tlaku.
Znížením obsahu vody sa zvyšuje koncentrácia organických kyselín (hodnota pH klesá), čo zase ovplyvňuje niektoré chemické zmeny, ako napríklad: denaturácia bielkovín, hydrolýza cukrov apod. Dehydratácia vedie tiež k stratám cukru v porovnaní s pôvodným obsahom, ktorý sa pohybuje medzi 1 a 8%.
Éterické oleje mierne prchajú pri teplotách nad 50 - 60 ° C a rastlinné pigmenty menia farbu, napríklad zelená zelenina mení svoju farbu na zelenožltú a žltá zelenina a ovocie dehydratáciou zhnednú alebo zafarbia. Príčiny týchto zmien sú buď enzymatickej alebo tepelnej povahy.