Proces modern de uscare a fructelor și legumelor

Cercetările se desfășoară de mult timp în direcția în care putem păstra darurile generoase ale naturii, legumelor și fructelor în așa fel încât să își păstreze caracteristicile originale chiar și în timpul iernii, lunile reci. Astăzi, în secolul XXI, cerințele pentru fructele uscate și legumele fructe uscate sunt astfel încât să fie stabile din punct de vedere microbian și să aibă proprietăți excelente de depozitare, ambalare și transport în ceea ce privește parametrii lor fizici, chimici și mecanici. În plus, acestea ar trebui să aibă caracteristici de conținut ridicat, potrivite pentru producerea de alimente funcționale și suplimente alimentare. Pentru a satisface nevoile de conservare enumerate mai sus, doar câteva metode de uscare sunt adecvate, după cunoștințele noastre, cea mai blândă metodă de deshidratare este congelarea în vid.

Calitatea mai bună a produselor liofilizate poate fi atribuită faptului că temperaturile utilizate pentru liofilizare sunt mult mai scăzute decât pentru uscarea convențională și faptului că procesele de denaturare tipice produselor uscate în mod tradițional nu au loc. În timpul liofilizării, difuzia internă nu are loc, deoarece sublimarea se extinde treptat la straturi mai adânci de la suprafață, gheața este convertită direct în abur.

Așadar, uscarea legumelor și fructelor nu este doar un proces de deshidratare, ci și un proces de conservare a valorilor. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea parametrilor de uscare care asigură că valoarea calității materialului uscat, cum ar fi conținutul său, umectabilitatea, structura și rezistența suprafeței, nu se modifică sau se modifică doar ușor.

Conceptul și istoria liofilizării

Beke (2002) a definit conceptul de liofilizare sau liofilizare după cum urmează: „Liofilizarea este utilizarea combinată a liofilizării. Un proces modern de conservare, a cărui esență este că conținutul de apă-gheață al materialului care trebuie conservat este îndepărtat prin sublimare. Aceasta este cea mai ușoară uscare utilizată în prezent. ”

Liofilizarea a fost predominantă în produsele farmaceutice încă din cel de-al doilea război mondial. Pentru prima dată în Ungaria, Szakmáry a folosit această metodă la Compania de Vaccin și Nutriție Phylaxia pentru a produce vaccinuri și seruri. De la mijlocul anilor 1950, procesul a început să câștige teren și în străinătate pentru conservarea alimentelor. În 1962, Almási și colegii săi au început să folosească liofilizarea la scară experimentală pentru a conserva alimentele la scară experimentală. În 1966, Almási și Beke și colegii lor au introdus liofilizarea la scară industrială a soluției de cafea (cafea Lio) (Almási, 1977).

Principiul liofilizării

Procesul de liofilizare poate fi împărțit în trei sub-operații:

- pre-congelarea produsului la -20 ° C,

Principiul procesului (schimbări de stare în timpul suboperărilor bazate pe diagrama de fază a apei) este figura 1 pot fi urmărite folosind. În timpul congelării, cea mai mare parte a conținutului de umiditate al produsului este înghețat (secțiunile A-B). Materialul este apoi transferat într-o cameră de vid unde presiunea este redusă sub limita de trei puncte (H) de 6,11 mbar (611 Pa) la pü = 0,5-1 mbar (50-100 Pa) (secțiunea B-C). În timpul uscării sublimării, cristalele de gheață sunt evaporate prin creșterea temperaturii produsului (etapele C-D). Scopul post-uscării este de a evapora lichidul care nu a fost congelat în timpul congelării, care are loc de obicei în același timp cu sublimarea, în partea produsului în care a avut loc deja uscarea de sublimare (Várszegi, 1995).

figura 1. Principiul liofilizării

(Sursa: Várszegi, 1995)

Uscarea la fabrică a legumelor și fructelor

În prezent, în Ungaria se efectuează numai cercetări pentru producerea de alimente funcționale preventive, terapeutice și suplimente alimentare din ingrediente vegetale și fructe (roșii, broccoli, conopidă, morcovi, ardei pritaminici, struguri, ananas, portocale, mere). Deși există un caz în Ungaria că uscările de ciuperci și pulberile de cafea sunt produse prin congelare în vid.

Funcționarea uscătorului de sublimare necesită utilizarea simultană a două dispozitive tehnice. Unul, turbocompresor cu aer, esența căreia este satisfacerea cererii de răcire cu aerul atmosferic în intervalul minus 50-130 ° C, cealaltă echipamente de sublimare, care ajută la deshidratarea în vid.

Spre deosebire de tehnologiile utilizate în prezent, nu există substanțe chimice implicate în procesul de răcire, ceea ce îl face mai ecologic și mai economic să funcționeze. Datorită principiului de funcționare al echipamentului, în timpul procesului de răcire, faza necesară evaporării sau compactării agentului frigorific chimic din alte echipamente frigorifice este omisă. Cu răcitoarele de răcire cu compresor convenționale, nu se pot produce temperaturi sub minus 55 ° C, în timp ce cu tehnologia dezvoltată se pot realiza minus 130 ° C. În timpul funcționării echipamentului, aerul fierbinte de 100-120 ° C care iese din mașină poate fi utilizat pentru producerea de energie (încălzirea camerei de uscare), deci este posibil să se creeze un sistem închis energetic.

Uscătorul constă dintr-un compresor axial cu șapte trepte, un frigider axial cu turboexpansiune, două unități de regenerare, o cameră cu trei supape acționată hidraulic, un multiplicator și un motor electric.

Caracteristicile favorabile de bază ale turbocompresorului de aer sunt următoarele:

- folosește aerul atmosferic ca agent frigorific rece și mediu purtător, făcând mașina ușoară și sigură de utilizat,

- nu este nevoie de apă pentru a răci agentul rece,

- creează un proces de răcire a diferitelor unități prin contact direct cu aerul rece,

- atinge rapid valorile parametrilor nominali de funcționare planificați.

O altă parte importantă a sistemului este echipamentul de sublimare. Unitatea este formată din două camere pentru primirea a 160 kg de material fiecare, în care turbocompresorul, sistemul de control și monitorizare, sistemul de transport al agentului frigorific și sistemul camerelor de vid sunt plasate pe ramurile sublimatorului și condensatorului. Procesul de control și monitorizare poate fi monitorizat pe panoul LCD, programul este schimbat cu comutatoare sensibile la atingere, în plus față de care software-ul include și un mod automat. Spațiile de lucru ale sublimatorului și condensatorului sunt încălzite în procesul de uscare fără aplicarea excesului de energie, folosind căldura aerului comprimat din compresorul frigiderului.

THE Figura 2 se pot vedea principalele părți ale liofilizatorului, uscătorului de sublimare și turbocompresorului cu aer.

Figura 2. Echipament experimental de liofilizare la scară din fabrică cu componentele sale

(Sursa: înregistrare proprie)

Procesul de uscare are loc în trei faze: prima, produsul inițial îngheță rapid la temperaturi scăzute. Procedând astfel, conținutul de apă din acesta este transformat în cristale de gheață. A doua fază este deshidratarea în vid: conținutul de apă cristalină este îndepărtat datorită sublimării (transformat în vapori de apă la o temperatură de aproximativ 40 ° C). În acest pas, 80-90% din conținutul de apă este îndepărtat. A treia fază este desorbția, unde se elimină cea mai mare parte a apei reziduale (Antal și colab., 2009).

Rezultatele testului

Din rezultatele testelor din fabrică, am constatat că uscătorul de sublimare din fabrică a păstrat o cantitate mai mare din aproape toate componentele conținutului uscătorului în comparație cu probele uscate în mod convențional (convectiv). Acest lucru se datorează înghețării rapide a produsului (de către un turbocompresor de aer), care a contribuit la faptul că cristalele de mic gheață nu au rupt sau doar au rupt ușor pereții celulei, astfel încât vaporii de apă să se sublimeze ca urmare a uscării a transportat o cantitate mică de dizolvat spre. În plus, rata de uscare mai mică a contribuit, de asemenea, la starea relativ stabilă a pereților celulari.

Măsurătorile rezistenței culturilor au arătat că suprafața probelor deshidratate în plantă a fost mai flexibilă și mai moale decât suprafața probelor uscate prin procesul convectiv. Acest lucru se datorează faptului că, în procesul convențional, apa părăsește suprafața produsului prin evaporare în timpul uscării, iar apa evaporată este completată din straturile interioare prin difuzie. Pe măsură ce apa se difuzează de la interior la suprafață, transportă cu sine substanțe dizolvate care rămân la suprafață după ce apa s-a evaporat, concentrându-se și formând un strat dur. În timpul liofilizării, difuzia internă nu are loc deoarece sublimarea se extinde treptat la straturile mai profunde, începând de la suprafață, iar gheața este convertită direct în abur, nu există fază lichidă.

Am constatat că materialele liofilizate revin la conținutul lor original de apă la reumectare, păstrându-și forma și dimensiunea originală. Acest lucru se datorează structurii perforate, spongioase a produselor liofilizate (elasticitatea peretelui celular), care este capabilă să absoarbă și să recupereze rapid umezeala. Studiile de rehidratare au arătat că majoritatea materialelor liofilizate s-au dovedit a fi mai moi decât materia primă după udare. Probele uscate prin convecție au continuat să-și păstreze suprafața dură și solidă la sfârșitul procesului de reumectare, astfel încât nu au putut să-și refacă forma originală și conținutul de umiditate.

La reumectare, porozitatea ridicată a asigurat că materialele și-au recăpătat rapid proprietățile originale. Desigur, suprafața mare, care permite re-umflarea rapidă, structura poroasă crește riscul de oxidare, motiv pentru care ambalarea într-un spațiu de gaz inert (barieră de vapori de apă) este necesară pentru materiile uscate liofilizate care conțin coloranți și arome descompunătoare.

Examinarea structurii structurale a arătat că pereții celulari ai secțiunilor liofilizate sub vid au fost distruse în timpul deshidratării, cu deteriorări ușoare, pereții celulari au devenit mai subțiri, unii separați unul de altul și au luat o formă neregulată în comparație cu originalul ( brut) stare. Cu toate acestea, nu s-a observat nici o contracție deoarece cristalele de gheață au împiedicat formarea reducerii dimensiunii. În probele uscate prin metoda convențională, celulele s-au micșorat, pereții celulari s-au subțiat, s-au separat unul de altul și au suferit distorsiuni, care nu s-au recuperat nici măcar în rehidratare. În plus, se poate concluziona din măsurătorile noastre că consumul de energie al liofilizării (consumul de energie necesar pentru evaporarea a 1 kg de apă) este de 3,7-9,4 ori consumul de energie al procesului de uscare a aerului cald. Prin urmare, utilizarea industrială se limitează în principal la conservarea alimentelor pentru care, datorită prețului ridicat al materiei prime, costurile costisitoare de conservare a acesteia reprezintă doar un procent mic din prețul produsului final.

În rezumat, experimentele de teren au arătat că uscătorul de sublimare este potrivit pentru producerea de suplimente alimentare și materii prime pentru alimente funcționale preventive, dar trebuie avut grijă să nu se prelungească timpul de uscare, deoarece materialul uscat poate fi deshidratat într-o cantitate mult mai mare. timp mai scurt. În plus, costurile de operare pot fi reduse prin plasarea turbocompresorului de aer într-o locație temperată, evitându-se astfel preîncălzirea agentului frigorific (uleiului) necesar funcționării pompei de vid.

Literatura folosită

Almási, E.: 1977. Liofilizare (liofilizare). [În: Almási, E. (ed.) Congelarea rapidă a alimentelor.] Mezőgazdasági Kiadó, Budapesta, 230-232.

Antal, T. - Kerekes, B. - Sinóros-Szabó, B.: 2009. Testarea plantelor echipamentului de uscare prin congelare și experiențe de operare. Cercetări agricole maghiare. 18. 2-3. 17-20.

Beke, J.: 2002. Liofilizare (liofilizare). [În: Beke, Gy. (Ed.) Manualul industriei de refrigerare. Noțiuni de bază.] Editura Fermierului Agricol, Budapesta, 52-54.

Várszergi, T.: 1995. Liofilizare (liofilizare). [În: Fábry, Gy. (Ed.) Procese și echipamente pentru industria alimentară.] Mezőkazda Kiadó, Budapesta, 601-607.

Tamás Antal

profesor asistent

(Versiunea completă a acestui material profesional (cu cifrele omise aici) poate fi găsită în Jurnalul 2010/1 pentru producătorii și fermierii primari - ed.)