Degradacja witaminy C podczas suszenia mleka spożywczego w suszarce rozpyłowej

1.Wstęp teoretyczny

W ćwiczeniu korzystałam z suszarki rozpyłowej, która składa się z komory suszenia, dysku rozpyłowego, sekcji grzałek, wentylatora zasysającego gorące powietrze do komory suszarki, cyklonu oddzielającego powietrze od materiału suszonego, pompki perystaltycznej dozującej materiał do suszenia i wodę do przemywania aparatury, sprężarki powietrza do rozpylania materiału w dysku.

Powietrze z otoczenia zasysane jest wentylatorem, znajdującym się na końcu układu suszarki, następnie przepływa przez układ grzejny (grzałki), w którym jest podgrzewane do odpowiedniej temperatury i przez kolektor gorącego powietrza jest wprowadzane do górnej części suszarki.
W górnej części korpusu suszarki znajduje się również dysk rozpylający suszony materiał (mleko). Do dysku jest doprowadzane sprężone powietrze ze sprężarki, które wprowadza w ruch obrotowy dysk. Ciśnienie sprężonego powietrza doprowadzanego do dysku reguluje się pokrętłem na pulpicie suszarki: powinno ono wynosić 0,3 MPa , wówczas obroty dysku wynoszą ~25 000 obrotów/minutę. Do przyosiowej części wirującego dysku doprowadzane jest mleko (dozowane pompką perystaltyczną). Pod działaniem siły odśrodkowej ciecz przemieszcza się z coraz większą prędkością w kierunku obwodowym do obrzeża dysku, skąd odrywają się miliardy drobnych kropelek. Średnica rozpylonych kropelek jest zależna od prędkości obrotowej dysku, wynosi w granicach od 30 do 150 µm.

Gorące powietrze z kolektora równomiernie rozprowadzone w górnej części suszarki styka się współprądowo z kropelkami rozpylonego mleka. Następuje prawie natychmiastowe wysuszenie kropelek, które w postaci cząstek proszku zawieszonego w gorącym powietrzu przemieszczają się do dolnej części suszarki, dzięki podciśnieniu wytwarzanemu przez wentylator. Następnie mieszanina dwufazowa (faza stała i faza gazowa) wpływa do cyklonu, w którym następuje oddzielenie fazy stałej (wysuszony proszek ) od fazy gazowej - powietrza, które przepływa przez wentylator
i wydostaje się na zewnątrz przez króciec wylotowy.

Powietrze dostarczane do suszenia spełnia potrójną funkcję: stanowi źródło ciepła potrzebnego do zamiany wody zawartej w kropelkach mleka na parę, czynnika odprowadzającego tę parę na zewnątrz oraz czynnika przenoszącego wysuszony produkt.

Zaletą metody rozpyłowej jest bardzo krótki czas suszenia, wynoszący teoretycznie około 5 sekund, a w praktyce nie więcej niż 15 sekund. Krótki czas kontaktu suszonego produktu
z gorącym powietrzem pozwala na zachowanie właściwości organoleptycznych produktu przy nieznacznej degradacji witaminy C.

Z ekonomicznego punktu widzenia korzystne jest stosowanie jak najwyższej, dopuszczalnej dla danego produktu temperatury powietrza wlotowego i jak najniższej temperatury powietrza wylotowego. Zwiększa się wówczas sprawność cieplna suszarki oraz wydajność.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu procesu suszenia mleka w suszarce rozpyłowej na wielkość strat witaminy C podczas tego procesu.

3. Opis przebiegu ćwiczenia i schemat aparatury.

3.1. Przygotować roztwór mleka o zawartości 30% suchej substancji oraz witaminy C
w ilości 150mg w przeliczeniu na 100g s.s roztworu mleka.

3.2. Rozpuścić witaminę C w wodzie, dodać resztę wody i odważone wcześniej mleko - dobrze wymieszać.

3.3. W 40cm³ oznaczyć zawartość witaminy C a resztę przeznaczyć do suszenia.

3.4. Oznaczyć zawartość substancji suchej w wysuszonym mleku za pomocą wagosuszarki.

3.5. Oznaczyć witaminę C - próbka składa się z 10,0g roztworu mleka z wit. C i wody destylowanej. W celu wyekstrahowania witaminy wytrząsać próbkę. W erlenmajerce umieścić 2% kwas szczawianowy i roztwór mleka, miareczkować 0,001N roztworem Tillmansa do uzyskania trwałego różowego zabarwienia.

3.6 Tak jak w pkt. 3.5. oznaczyć wit. C w wysuszonym mleku.

4. Obliczenie ilości mleka w proszku, wody i witaminy C do sporządzenia roztworu suszenia.

30g s.s. — 100g roztworu
x — 500g

x=150g s.s.

95g s.s. — 100g wody
150g s.s. — x

x= 157,9g mleka

150mg — 100g s.s
x — 150g s.s.

x=0,225g witaminy C

5. Wyniki

Suszenie	Roztwór mleka	Wysuszone mleko	Zawartość wody w wysuszonym mleku	Roztwór mleka	Wysuszone mleko	Stopień degradacji	Sprawność cieplna suszarki
Twlot [°C]	Twylot [°C]	VT [cm^3]	VT [cm^3]	W [%]	Wit. C [mg/100g s.s.]	Wit. C [mg/100g s.s.]	D [%]
178,9	105	5,9	3,5	3,3	173,1	159,3	7,9
179,8	110
180,3	114
179,8	115

6. Przykłady obliczeń witaminy C w mleku i suszu.

$$\text{Wit\ C} = \frac{C \bullet V \bullet 88 \bullet 100 \bullet 100 \bullet 100}{10 \bullet m \bullet s.s.}$$

gdzie:

c – stężenie odczynnika Tillmansa, równe 0,001 N,

v – objętość odczynnika Tillmansa zużyta na zmiareczkowanie próbki, cm³,

m – masa badanej próbki, g (10 g roztworu mleka, 2g wysuszonego mleka),

s.s. – zawartość suchej substancji w badanej próbce,

88 – miligramorównoważnik kwasu askorbinowego (witaminy C).

• roztwór mleka

$$\text{Wit\ C} = \frac{0,001 \bullet 5,9 \bullet 88 \bullet 100 \bullet 100 \bullet 100}{10 \bullet 10 \bullet 30} = 173,1\lbrack\frac{\text{mg}}{100g}s.s.\rbrack$$

• wysuszone mleko

$$\text{Wit\ C} = \frac{0,001 \bullet 3,5 \bullet 88 \bullet 100 \bullet 100 \bullet 100}{10 \bullet 2 \bullet 96,7} = 159,3\lbrack\frac{\text{mg}}{100g}s.s.\rbrack$$

7. Obliczenie stopnia degradacji witaminy C.

$$D = \frac{A - B}{A} \bullet 100\%$$

gdzie:

A – zawartość witaminy C przed suszeniem, mg/100 g s.s.,

B - zawartość witaminy C po suszeniu, mg/100 g s.s.

$$D = \frac{173,1 - 159,3}{173,1} \bullet 100\% = 7,9\%$$

8. Obliczenie sprawności cieplnej suszarki.

$$S = \frac{t_{1} - t_{2}}{t_{1} - t_{0}} \bullet 100\%$$

gdzie:

t₁ – temperatura powietrza wlotowego,

t₂ – temperatura powietrza wylotowego,

t₀ – temperatura powietrza zasysanego, t₀ = 20 º C

• dla średnich wartości temperatur

$$S = \frac{179,7 - 111}{179,7 - 20} \bullet 100\% = 43,0\%$$

• dla wybranych temperatur t₁=180,3°C t₂=114°C

$$S = \frac{180,3 - 114}{180,3 - 20} \bullet 100\% = 41,4\%$$

9. Wnioski

Celem ćwiczenia było zbadanie degradacji witaminy C podczas suszenia mleka w suszarce rozpyłowej. Roztwór mleka przed suszeniem zawierał 173,1 mg/100g s.s. witaminy C a po wysuszeniu zawartość ta w niedużym, lecz widocznym stopniu zmalała do 159,3 mg/100g s.s. Oznacza to, że suszenie mleka wpływa na zawartość w nim witaminy C. Wysoka temperatura (rzędu 180°C na wlocie do suszarki) podczas suszenia zmniejsza zawartość tej witaminy w mleku. Stopień degradacji witaminy C podczas suszenia wyniósł 7,9% . W procesie suszenia roztworu mleka 43,0% ciepła zostało wykorzystane do suszenia a pozostałe 57,0% utracone i wydzielone z suszarki.