Теорія сушіння - Фруктові сушарки

Сушарки для фруктів, овочів і рослин

Теорія сушіння

Видалення зайвої води із сировини зумовлене передачею тепла та станом та рухом водяної пари. Теплопередача базується на різниці температур між зневодненим матеріалом - фруктами - і теплоносієм - гарячим повітрям.

Під час зневоднення фруктів та овочів у потоці повітря вільна вода відразу ж потрапляє шляхом випаровування. Це швидке випаровування залежить від загальної площі плодів (овочів), швидкості циркуляції повітря та різниці між поверхневим натягом парів на поверхні матеріалу та поверхневим натягом парів у повітряному потоці. Під час сушіння фруктів та овочів вода в клітинному соку дифундує на поверхню завдяки внутрішній дифузії та випаровується.

Переміщення води зсередини продукту назовні відбувається внаслідок процесу внутрішньої дифузії і є прямим наслідком різниці осмотичного тиску, спричиненої різною концентрацією розчинної рідини всередині та з периферії частинок продукту.

Витіснення води відбувається з точок з більшим вмістом води до тих, що мають менший вміст, в результаті випаровування води явищем зовнішньої дифузії. Завдяки внутрішній дифузії вологість вирівнюється у всіх шарах продукту, що зазнають зневоднення.

На додаток до внутрішньої дифузії, також слід враховувати термодифузію води, спричинену різницею температур між периферійним та внутрішнім шарами продукту. Термодифузія - це зворотне явище внутрішньої дифузії, тобто воно викликає рух води ззовні всередину, причому зовнішня температура вища. Однак, оскільки різниця температур не надто велика, внутрішня дифузія вища, ніж термодифузія, і загалом переміщення води зсередини назовні переважає.

Розтріскування периферійної поверхні або епідермісу продукту, наприклад у сливи, відбувається, коли швидкість випаровування води з поверхні продукту набагато перевищує швидкість внутрішньої дифузії, що призводить до утворення такої кірки на поверхні продукту.

Щоб уникнути цього недоліку, температуру та відносну вологість повітря потрібно ретельно регулювати.

Нагріваючись, відносна вологість повітря зменшується. Так, якщо при 15 ° С відносна вологість повітря становить 60%, то при нагріванні при 60 ° С вона досягає 5%. Тому теоретично доцільно використовувати повітря при максимально високій температурі, оскільки чим вища водопоглинальна здатність продукту, тим менша відносна вологість повітря.

Однак існує межа, яку не можна перевищувати і яка визначається:

температура, при якій фрукти або овочі починають деградувати (карамелізація цукру, незворотність до регідратації);
відносна вологість гарячого повітря не повинна наближатися до нуля, оскільки занадто сухе повітря призводить до утворення кори, запобігаючи дифузії води зсередини на поверхню випаровування і тим самим уповільнюючи висихання;
занадто висока температура повітря в кінці процесу спричиняє невикористання великої кількості тепла, таким чином досягаючи низької калорійності. Крім того, занадто висока температура сушіння спотворює аромат і колір продуктів.

Взагалі, коли плоди зневоднюються, температура повітря на вході в рослину становить 70-72 ° C і з відносною вологістю 20-25%. На виході з сушарки температура нижча, між 40-45 ° C, а відносна вологість становить 60-70%.

Швидкість зневоднення також обумовлена швидкістю внутрішньої дифузії води, яка, в свою чергу, залежить від розміру частинок фруктів або овочів.

Температура та швидкість руху гарячого повітря є факторами, що зумовлюють економічну ефективність процесу сушіння.

Чим вища швидкість випаровування, тим вища дифузія, яка діє до певної межі. Перевищення цієї межі визначає утворення кори. Нижче зазначеного граничного значення існує ймовірність того, що швидкість дифузії дорівнює швидкості випаровування води. Нижче певного значення швидкості випаровування сушіння може стати неекономічним через збільшення витрат теплової енергії на випаровування води та механічної енергії на циркуляцію повітря.

Оптимальний процес відбувається, коли швидкість випаровування води з поверхні фруктів та овочів дорівнює швидкості міграції вологи зсередини на їх поверхню. Для швидкого зневоднення фрукти та овочі нарізають на дрібні шматочки, зменшуючи тим самим час, необхідний для дифузії води, і збільшуючи загальну площу випаровування. Абрикоси ріжуть половинками, яблука та груші скибочками, виноград і сливи залишають цілими, а овочі - скибочками, кубиками, локшиною тощо.

Швидкість циркуляції повітря також впливає на процес сушіння. Якщо повільна циркуляція повітря занадто повільна, сушіння відбуватиметься повільно, оскільки повітря дуже швидко насичується вологою. Швидкість руху повітря в тунельній сушарці зазвичай становить 3-5 м/с.

В основному, для того, щоб провести процес зневоднення в оптимальних умовах, необхідно визначити максимальну температуру, яку може витримувати кожен продукт, відповідно температуру на вході в заповнювач та температуру, при якій повітря, завантажене вологою, повинно.

Вплив зневоднення на розвиток мікроорганізмів та ферментативну активність

Клітини мікроорганізмів страждають під час процесу дегідратації тими самими явищами, що і клітини рослинної їжі: безперервне підвищення осмотичного тиску, зменшення вакуолей клітинного соку, проникнення протоплазматичної мембрани тощо, явища, що призводять до порушення обміну речовин і навіть їх плазмолізу.

Взагалі, мікроорганізми не можуть жити на бідних субстратах або середовищах з високим осмотичним тиском. Процес харчування, а також виведення продуктів метаболізму мікроорганізмів досягається явищем осмосу через напівпроникні мембрани клітин.

Зниження вмісту води ускладнює цей осмотичний обмін, а отже негативно впливає на їх життєдіяльність. З іншого боку, ферменти, чутливі до нагрівання, зменшують або припиняють свою активність із підвищенням температури. У деяких ферментах, наприклад у фенолоксидазі, каталітична активність знижується до 2%, якщо субстрат нагрівається до 85 ° C і повністю скасовується при 90 ° C.

Оптимальна температура активності ферментів у фруктах та овочах становить приблизно. 43 ° C. Однак ця температура змінюється залежно від природи субстрату та ферментів.

Температура, при якій ферменти інактивуються, багато в чому залежить від кислотності або лужності середовища (рН), в якому вони нагріваються, при цьому максимальний опір знаходиться навколо точки нейтральності. У кислому середовищі інактивація відбувається легше.

При температурі 75 ° C, у разі ошпарювання або приготування на пару, ферменти починають інактивуватися, але в овочах та фруктах, що піддаються сушці, ця температура та інші вище досягаються лише в рідкісних випадках, особливо не у всій їх масі.

Зневоднення в нормальних промислових умовах не дозволяє досягти температури, близької до 85 ° C і, отже, не забезпечує інактивацію ферментів. З цієї причини перед зневодненням овочі необхідно ошпарити.

Коли ферменти не інактивовані ошпарюванням або розпарюванням, у багатьох випадках ефект активності окислювальних ферментів є більш інтенсивним на зневоднені продукти, ніж на сировину, з якої вони надходять. Це пов’язано з концентрацією субстратів, на які діють ферменти. Наприклад, сушена картопля без попередньо ошпареного темніє швидше, ніж скибочки зневодненої картоплі.

Коли зволожують вологі овочі, іноді відбувається часткова регенерація ферментів. Отже, у виробничій практиці ферменти у фруктах та овочах інактивуються перед сушінням шляхом термічної обробки.

Вплив зневоднення на фрукти та овочі

Дегідратація має наслідком зморщування фруктів та овочів як за рахунок зменшення вмісту води, так і зменшення початкового об’єму. Втрата ваги пов’язана з надмірним видаленням води та, певною мірою, хімічними та біохімічними змінами, які відбуваються під час процесу.

До фізико-хімічних змін належить коагуляція білкових речовин, яка в умовах промислової дегідратації частково оборотна. Через збільшення концентрації цукру в клітинному соку під час зневоднення відбувається підвищення осмотичного тиску.

Зменшення вмісту води збільшує концентрацію органічних кислот (зниження значення рН), що в свою чергу впливає на деякі хімічні зміни, такі як: денатурація білків, гідроліз цукрів тощо. Дегідратація також призводить до втрат цукру порівняно з початковим вмістом, який коливається від 1 до 8%.

Ефірні олії трохи летючі при температурі вище 50-60 ° C, а рослинні пігменти змінюють колір, наприклад, зелені овочі змінюють колір на зелено-жовтий, а жовті овочі та фрукти стають коричневими або знебарвлюються внаслідок зневоднення. Причини цих змін мають або ферментативну природу, або термічну.