ĆWICZENIE NR5
TEMAT: SUSZENIE PRODUKTÓW SPOŻYWCZYCH
1.Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie procesu suszenia produktów spożywczych następującymi metodami
promiennikową
konwekcyjną
azeotropową
osmotyczną
Także ocena metod suszenia w aspekcie technologicznym, z uwzględnieniem jakości produktu po suszeniu.
2.Suszenie metodą promiennikową i konwekcyjną
Proces suszenia przeprowadzono na dwa sposoby równolegle, tzn. w suszarce promiennikowej oraz w suszarce tradycyjnej [konwekcyjnej].Po 0,5;1;2;3;4 godzinach oznaczamy zawartość wody w próbkach rzepaku metodą suszenia w 105 0C do suchej masy
|
czas [godz.] |
zawartość wody w produkcie [g] |
zawartość wody w produkcie [%] |
1. |
0 |
1,44 |
7,2 |
2. |
0,5 |
0,55 |
2,77 |
3. |
1 |
0,55 |
2,77 |
4. |
2 |
0,19 |
0,96 |
5. |
3 |
0,42 |
2,09 |
6. |
4 |
0,47 |
2,35 |
1. M=20,02g rzepaku przed suszeniem
1,67g --- 100%
1,55g -- x%
x = 92,8% s.m.
100% - 92,8% = 7,2% wody
2.
1,62g --100%
1,575g -- x%
x = 97,22% s.m.
100%-97,22%=2,77%
3.
1,26g--100%
1,225g-x%
x=97,22%
100%-97,22%=2.77%
4.
1,56g--100%
1,545g--x%
x=99,04%
100%-99,04%=0.96%
5.
1,435g--100%
1,405g--x%
x=97,90
100%-97,90%=2,09%
6.
2,125g--100%
2,075g--x%
x=97,64%
100%-97,64%=2,35%
Procentowy ubytek wody
a- zawartość wody w materiale przed suszeniem (%)
b- zawartość wody w materiale po suszeniu (%)
Ubytek wody w czasie suszenia:
u=x-y
x- zawartość wody w materiale przed suszeniem (g)
y- zawartość wody w materiale po suszeniu (g)
Szybkość suszenia:
(g/h)
u- ubytek wody w czasie suszenia (g)
t- czas suszenia (h)
2.
W=61,52%
u=1,44-0,55=0,89g
s
3.
W=0%
u=0,55-0,55=0g
s=0g/h
4.
W=75,1%
u=0,55-0,19=0,36g
s=0,36g/h
5.
W=-203%
u=0,19-0,42=-0,23
s=-0,23g/h
6.
W=-12,44%
u=0,42-0,47=-0,05
s=-0,05g/h
Dla całego okresu suszenia:
W=67,4%
u=1,44-0,47=0.97g
Suszenie w suszarce konwekcyjnej w temperaturze 60 0C
|
czas [godz.] |
zawartość wody w produkcie [g] |
zawartość wody w produkcie [%] |
1. |
0 |
1,44 |
7,2 |
2. |
0,5 |
0,8 |
4 |
3. |
1 |
3,42 |
17,1 |
4. |
2 |
0,43 |
2,15 |
5. |
3 |
0,28 |
1,39 |
6. |
4 |
0,4 |
2,02 |
1. M=20,02g rzepaku przed suszeniem
1,67g --- 100%
1,55g -- x%
x = 92,8% s.m.
100% - 92,8% = 7,2% wody
2.
1,755g --100%
1,685g -- x%
x = 96% s.m.
100%-96%=4%
3.
1,4g--100%
1,16g-x%
x=82,86%
100%-82,6%=17,1%
4.
1,395g--100%
1,36g--x%
x=97,8%
100%-97,8%=2,2%
5.
1,44g--100%
1,42g--x%
x=98,6
100%-98,6%=1,4%
6.
1,985g--100%
1,945g--x%
x=97,98%
100%-97,98%=2,02%
Procentowy ubytek wody
a- zawartość wody w materiale przed suszeniem (%)
b- zawartość wody w materiale po suszeniu (%)
Ubytek wody w czasie suszenia:
u=x-y
x- zawartość wody w materiale przed suszeniem (g)
y- zawartość wody w materiale po suszeniu (g)
Szybkość suszenia:
(g/h)
u- ubytek wody w czasie suszenia (g)
t- czas suszenia (h)
2.
W=44,4%
u=1,44-08=0,64g
s
3.
W=-327,5%
u=0,8-3,42=-2,62g
s
4.
W=87,4%
u=3,42-0,43=2,99g
s=2,99g/h
5.
W=35,3%
u=0,43-0,28=0,15g
s=0,15g/h
6.
W=-45,3%
u=0,28-0,4=-0,12g
s=-0,12g/h
Dla całego okresu suszenia:
W=71,9%
u=1,44-0,4=1,04 g
3.Suszenie osmotyczne
Porcję jabłek o masie m=94,24g pokrojono w kostkę i umieszczono w roztworze 60% sacharozy V=250cm3
przetrzymywano przez 4 godz. Efekt suszenia badano po dwóch i czterech godzinach, przez oznaczanie zawartości wody metodą suszenia w temperaturze 1050C do stałej masy.
|
produkt |
zawartość wody w produkcie [g] |
zawartość wody w produkcie [%] |
1. |
świeże jabłko |
84,3 |
89,46 |
2. |
jabłko po 2h suszenia osmotycznego |
71,9 |
76,3 |
3. |
jabłko po 4h suszenia osmotycznego |
69,2 |
73,4 |
1. m=94,24g jabłka świeżego
2,515g --- 100%
0,265g -- x%
x = 10,54%
100% - 10,54% = 89,46% wody
2.
7,97g --100%
1,885g -- x%
x = 23,65%
100%-23,65%=76,35%
3.
8,27g--100%
2,2g-x%
x=26,6%
100%-26,6%=73,4%
Procentowy ubytek wody
a- zawartość wody w materiale przed suszeniem (%)
b- zawartość wody w materiale po suszeniu (%)
Ubytek wody w czasie suszenia:
u=x-y
x- zawartość wody w materiale przed suszeniem (g)
y- zawartość wody w materiale po suszeniu (g)
Szybkość suszenia:
(g/h)
u- ubytek wody w czasie suszenia (g)
t- czas suszenia (h)
2.
W=14,7%
u=84,3-71,9=12,4g
s
3.
W=3,8%
u=71,9-69,2=2,7g
s
Dla całego okresu suszenia:
W=17,95%
u=84,3-69,2=15,1g
Współczynnik aktywności wodnej roztworu, w którym prowadzono suszenie osmotyczne:
aw- współczynnik aktywności wodnej
N1- ilość moli wody w 100g roztworu
S2- ilość substancji rozpuszczonej -sacharozy
M2- masa jednego mola sacharozy
k= 0,00007485
b= -0,6648
z=
z=0,00007485
aw=10-0,6648x2,2
aw=0,476
Wartość ciśnienia osmotycznego (P):
P=
P=101,90053 Mpa
R-stała gazowa (8,314)
T- temperatura absolutna (273,25)
V- objętość molowa wody w temperaturze 250C (0,00001805)
4. Suszenie metodą azeotropową
W metodzie tej prowadzono suszenie dwóch prób:
1- jabłek rozdrobnionych z octanem etylu
2- jabłek rozdrobnionych bez octanu etylu
Oba procesy przeprowadzono w jednakowych warunkach: na łaźni wodnej przez 33 min. (w pierwszym przypadku znakiem zakończenia suszenia było całkowite wyparowanie octanu etylu).
Zawartość wody w obu próbach oznaczono metodą suszenia w temp. 1050C do stałej masy.
|
produkt |
zawartość wody w produkcie [g] |
zawartość wody w produkcie [%] |
1. |
świeże jabłko |
8,946 |
89,46 |
2. |
jabłko suszone z octanem etylu |
8,8 |
88,76 |
3. |
jabłko suszone bez octanu etylu |
8,926 |
89,26 |
Masa jabłka użyta do metody suszenia z octanem etylu 9,92g.
Masa jabłka użyta do metody suszenia bez octanu etylu 10g.
1. 2,515g --- 100%
0,265g -- x%
x = 10,54%
100% - 10,54% = 89,46% wody
2.
1,69g --100%
0,19g -- x%
x = 11,24%
100%-11,24%=88,76%
3.
2,095g--100%
0,225g-x%
x=10,74%
100%-10,74%=89,26%
Procentowy ubytek wody
a- zawartość wody w materiale przed suszeniem (%)
b- zawartość wody w materiale po suszeniu (%)
Ubytek wody w czasie suszenia:
u=x-y
x- zawartość wody w materiale przed suszeniem (g)
y- zawartość wody w materiale po suszeniu (g)
Szybkość suszenia:
(g/h)
u- ubytek wody w czasie suszenia (g)
t- czas suszenia (h)
2.
W=0,78%
u=8,946-8,8=0,146g
s
3.
W=0,22%
u=8,946-8,926=0,02g
s
Ocena organoleptyczna próbek jabłek po procesach suszenia.
z octanem etylu |
bez octanu etylu |
barwa- -po suszeniu powstała brunatna barwa rozdrobnionego jabłka zapach- -posiada nieprzyjemną woń charakterystyczną dla octanu etylu smak- -nieprzyjemny |
barwa- -po procesie rozdrobnione jabłko miało jasnożółtą barwę zapach- -woń nie uległa zmianie, charakterystyczna dla naturalnego jabłka smak- -słodki |
Poza tym zaobserwowaliśmy, że rozdrobnione jabłko ( w postaci małych sześcianów) po suszeniu z octanem etylu było bardziej lepkie niż po procesie suszenia bez octanu etylu. Po suszeniu bez octanu etylu rozdrobnione jabłka nie przyklejały się do podłoża, w przeciwieństwie do procesu suszenia z octanem etylu.
5. Zestawienie wyników i ich interpretacja
Metoda |
Czas suszenia (h) |
Wilgotność początkowa (%) |
Wilgotność końcowa (%) |
Procentowy ubytek wody (%) |
Szybkość suszenia g/h |
Promiennikowa |
4 |
7,2 |
2,02 |
71,9 |
0,26 |
Konwekcyjna |
4 |
7,2 |
2,35 |
67,4 |
0,24 |
Osmotyczna |
4 |
89,46 |
73,4 |
17,95 |
3,775 |
Azeotropowa z octanem etylu |
0,55 |
89,46 |
88,74 |
0,78 |
0,26 |
Azeotropowa bez octanu etylu |
0,55 |
89,46 |
89,26 |
0,22 |
0,036 |
Porównując metodę suszenia promiennikowego i konwekcyjnego obserwujemy większą intensywność odparowania surowca w przypadku metody promiennikowej. Wartość procentowego ubytku wody (W) i szybkość suszenia (s) są wyższe dla tej metody. Spowodowane jest to tym, że powierzchnia suszonego materiału szybko nagrzewa się przez napromieniowanie w wyniku czego w pobliżu powierzchni odbywa się szybkie suszenie materiału. Ze względu na fakt, że adsorbcja promieniowania cieplnego jest bardziej intensywna blisko powierzchni, metoda ta nadaje się głównie do suszenia cienkich warstw materiałów. Oznaczenia zawartości wody w produktach suszonych tymi metodami prowadzono na przykładzie rzepaku, który rozsypano równomiernie cienką warstwą nba szklanych tackach celem zapewnienia jak najlepszych warunków suszenia.
Zasada suszenia azeotropowego polega na włączeniu wody obecnej w produktach spożywczych w mieszaninę azeotropową z rozpuszczalnikami organicznymi ( np. ksylen, benzen, octan etylu). W dehydratacji żywności od rozpuszczalników wymaga się również, aby ich temp. wrzenia była niższa od temp. wrzenia wody. Przedstawiane wymagania spełnia octan etylu, który dodany do produktów spożywczych np. warzyw i owoców, tworzy mieszaninę azeotropową z obecną w nich wodą. Otrzymanie mieszaniny azeotropowej umożliwia łączne odparowanie wody i rozpuszczalnika. Temperatura wrzenia mieszaniny (octan etylu + woda) przy normalnym ciśnieniu wynosi 800C a przy ciśnieniu obniżonym do 12 Kpa, wrzenie uzyskuje się w temp. 200C. Ma to znaczenie gdy maksymalna temperatura suszenia nie może być wyższa od temp. denaturacji białek. Produkt po procesie suszenia nie powinien zawierać substancji azeotropowej, która ma duży wpływ na pogorszenie się jakości )(smak, zapach, wygląd) suszonego produktu. Na podstawie obserwacji procesu suszenia azeotropowego i po stwierdzeniu zawartości octanu etylu w próbie jabłek ( smak, zapach, wygląd), wnioskujemy, iż proces przebiegał w zbyt krótkim czasie. Świadczy o tym także końcowa wilgotność produktu - bez octanu etylu: 89,26% i z użyciem octanu etylu - 88,76%. Jak widać w tak krótkim czasie skuteczniejsza jest ta druga metoda. Suszenie metodą azeotropową pozwala prowadzić ten proces w sposób łagodny, mniej zmieniający cechy produktu w porównaniu z innymi metodami suszenia. Jabłka suszone tą metodą nieznacznie tylko zmieniły swoją barwę (z octanem etylu -brunatne), natomiast nie skurczyły się ani nie pomarszczyły.
Metoda suszenia osmotycznego polega na wykorzystaniu procesu osmozy zachodzącego w mieszaninie roztworów o różnych stężeniach. Woda jako rozpuszczalnik przenika z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu. W przeprowadzonym procesie woda zawarta w jabłkach przenikała do roztworu 60% sacharozy jako czynnika o wyższym stężeniu.
Suszenie tą metodą jest jednak mało wydajne ponieważ występuje niewielki procentowy ubytek wody W=17,95% przy s=3,775 g/h gdzie czas suszenia wynosił 4 godziny. Po zastosowaniu tej metody suszone jabłka były bardzo słodkie, nie zmieniły barwy (brunatny nalot powstał pod wpływem tlenu podczas suszenia).
Aktywność wodna (określenie jej uporządkowania i stopnia powiązania wody z innymi składnikami żywności) 60% roztworu sacharozy wynosi 0,476. Wartość aktywności wodnej jest niska, lecz w różnych przypadkach jest zwykle większa niż by to wypadało ze stężenia molowego danej substancji, co w pierwszym rzędzie tłumaczy się dysocjacją elektrolityczną. Aktywność wodna jest w ścisłym związku z ciśnieniem osmotycznym, które w naszym przypadku wynosiło 101,9 Mpa.