Ewelina Skrzyńska Gr. IIa |
Temat: Suszenie |
Uwagi oceniającego: |
Data |
|
|
Wykonania ćwiczenia:
15.03.2011
|
Oddanie sprawozdania:
05.04.2011 |
Podpis i ocena: |
Wstęp:
Suszenie jest to przebiegający w warunkach kontrolowanych proces, podczas którego działając ciepłem, usuwa się z żywności większość występującej w wody przez parowanie. Skutkiem tego procesu jest zmniejszenie ciężaru i objętości produktów, co obniża ich koszty transportu i składowania. Głównym celem suszenia jest przedłużenie ich trwałości przez obniżenie aktywności wody, dzięki czemu następuje zahamowanie rozwoju drobnoustrojów i aktywności enzymatycznej. W przemyśle spożywczym suszenie należy do podstawowych procesów i jest stosowane prawie w każdym zakładzie. Aby opisać proces suszenia, należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:związek pomiędzy zawartością wilgoci w materiale, a prężnością pary wodnej, końcową zawartość wilgoci, entalpię wiązania wilgoci , strukturę materiału suszonego.
Podstawowym parametrem określającym właściwość materiału jest wilgotność. Może ona być wyrażona jako stosunek masowy X=mA/mS lub ułamek masowy x=mA/m, gdzie mA-masa wilgoci, mS- masa suchego materiału, m-masa wilgotnego materiału. Wyróżnia się wilgotność równowagową, czyli taką zawartość wilgoci, która znajduje się w stanie równowagi z parą zawartą w czynniku suszącym. Wilgotnością krytyczną nazywa się zawartość wilgoci charakteryzującą przejście z okresu stałej szybkości suszenia do okresu zmniejszającej się szybkości suszenia.
Aktywność wody jakościowo jest miarą wody wolnej, dostępnej dla mikroorganizmów i podtrzymującej reakcje chemiczne. Zgodnie z prawem Roulta aktywność wody (aw) ilościowo równa się stosunkowi prężności pary wodnej nad materiałem (pA) do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze (pAn):
aw=(pA/pAn)
Zależność pomiędzy wilgotnością materiału a aktywnością wody zwana jest izotermą sorpcji wody w materiale. Izotermy te wyznaczane są poprzez umieszczenie próbek materiału w środowiskach o różnej aktywności i zmierzenie ich wilgotności po osiągnięciu stanu równowagi.
Ćwiczenie 1: Przeprowadzanie procesu suszenia.
Cel ćwiczenia: Cele ćwiczenia jest zbadanie kinetyki procesu suszenia wybranych warzyw ( uwzględniając proces blanszowania) oraz wyznaczenie izoterm sorpcji.
Wykonanie:
Obraną marchewkę, pietruszkę i seler rozdrobniono, a następnie starto na tarce na wiórki. Odważono 2 razy po 10 g każdego rodzaju surowca. Jedną porcję każdego materiału przeniesiono do naczynek suszarkowych, a pozostałą porcję poddano blanszowaniu. Następnie zestaw poddany blanszowaniu ponownie zważono i przeniesiono da naczynek suszarkowych. Rozpoczęto suszenie wszystkich naczynek suszarkowych w suszarce w temperaturze 95°C . Co 10 min kontrolowano masę surowca, a wyniki zapisywano w tabeli1(dla pietruszki), tabeli2 (dla marchewki), tabeli3(dla selera)
8% suchej masy
PIETRUSZKA NIEBLANSZOWANA:
1. na początku pomiaru:
ubytek wilgoci [g]: 0
sucha masa ms[g]: 0,08 x10,01=0,8
masa wilgoci mA[g]: 10,01-0,8=9,2
masa materiału wilgotnego m [g]: 10,01
ułamek masowy x= mA/m [g H2O/g]: 9,2/10,01=0,92
stosunek masowy X= mA/mS [g H2O/g]: 9,2/0,8=11,5
2. po 10 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-8,06=1,95
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,8
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,20
masa wilgoci ma [g]: 9,21-1,95=7,25
masa materiału wilgotnego m [g]: 8,06
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 7,25/8,06=0,90
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 7,25/0,8=9,06
3. po 20 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-6,2=3,81
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,8
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,20
masa wilgoci ma [g]: 9,20-3,81=5,39
masa materiału wilgotnego m [g]: 6,2
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 5,39/6,2=0,87
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 5,39/0,8=6,74
4. po 30 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-4,92=5,09
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,8
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,20
masa wilgoci ma [g]: 9,20-5,09=4,11
masa materiału wilgotnego m [g]: 4,92
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 4,11/4,92=0,83
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 4,11/0,8=5,14
5. po 40 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-3,92=6,09
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,8
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,20
masa wilgoci ma [g]: 9,2-6,09=3,11
masa materiału wilgotnego m [g]: 3,92
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 3,11/3,92=0,79
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 3,11/0,8=3,89
6. po 50 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-3,1=6,91
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,80
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,2
masa wilgoci ma [g]: 9,2-6,91=2,29
masa materiału wilgotnego m [g]: 3,1
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 2,29/3,1=0,74
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 2,29/0,8=2,86
7. po 60 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-2,37=7,64
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,80
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,2
masa wilgoci ma [g]: 9,2-7,64=1,56
masa materiału wilgotnego m [g]:2,37
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,56/2,37=0,66
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,56/0,8=1,95
8. po 70 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-2,05=7,96
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,80
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,2
masa wilgoci ma [g]: 9,2-7,96=1,24
masa materiału wilgotnego m [g]: 2,05
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,24/2,05=0,60
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,24/0,8=1,55
9. po 80 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 10,01-1,93=8,08
sucha masa ms[g]: 0,08 x 10,01=0,80
zawartość wilgoci [g]: 10,01-0,8=9,2
masa wilgoci ma [g]: 9,2-8,08=1,12
masa materiału wilgotnego m [g]: 1,93
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,12/1,93=0,58
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,12/0,8=1,40
PIETRUSZKA BLANSZOWANA:
1. na początku pomiaru:
ubytek wilgoci [g]: 0
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
masa wilgoci ma [g]: 7,71-0,62=7,09
masa materiału wilgotnego m [g]:7,71
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 7,09/7,71=0,92
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 7,09/0,62=11,44
2. po 10 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-5,77=1,94
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 5,77-0,62=5,15
masa materiału wilgotnego m [g]: 5,77
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 5,15/5,77=0,90
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 5,15/0,62=8,31
3. po 20 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-4,17=3,54
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-3,54=3,55
masa materiału wilgotnego m [g]: 4,17
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 3,55/4,17=0,90
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]:3,55/0,62=5,73
4. po 30 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-3,37=4,34
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-4,34=2,75
masa materiału wilgotnego m [g]:3,37
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 2,75/3,37=0,82
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]:2,75/0,62=4,44
5. po 40 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-2,73=4,98
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-4,98=2,11
masa materiału wilgotnego m [g]: 2,73
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 2,11/2,73=0,77
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 2,11/0,62=3,40
6. po 50 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-2,28=5,43
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-5,43=1,66
masa materiału wilgotnego m [g]: 2,28
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,66/2,28=0,73
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,66/0,62=2,68
7. po 60 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-1,99=5,72
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-5,72=1,37
masa materiału wilgotnego m [g]: 1,99
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,37/1,99=0,68
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]:1,37/0,62=2,21
8. po 70 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-1,9=5,81
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]: 7,09-5,81=1,28
masa materiału wilgotnego m [g]: 1,9
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,28/1,9=0,67
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,28/0,62=2,06
9. po 80 minutach suszenia:
ubytek wilgoci [g]: 7,71-1,91=5,81
sucha masa ms[g]: 0,08 x 7,71=0,62
zawartość wilgoci [g]: 7,71-0,62=7,09
masa wilgoci ma [g]:7,09-5,81=1,29
masa materiału wilgotnego m [g]: 1,91
ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,29/1,91=0,68
stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]:1,29/0,62=2,08
Wnioski:
Proces suszenia w naszej suszarce został przeprowadzony pomyślnie, co można zauważyć po ubytku masy poszczególnych surowców. Krzywe suszenia dla surowców blanszowanych i nieblanszowanych wyglądają podobnie, początkowo następuje gwałtowny ubytek wilgoci, a po około 70 minutach widoczny jest moment wilgotności krytycznej definiowanej jako zawartość wilgoci charakterystyczny dla zmniejszania się szybkości procesu suszenia. Na podstawie krzywych szybkości suszenia można zauważyć, że w przypadku materiału nieblanszowanego szybkość suszenia w początkowym okresie procesu wzrasta dość gwałtownie,a następnie gwałtownie maleje, a w przypadku surowców blanszowanych szybkość suszenia również wzrasta ale już nie tak gwałtownie jak w przypadku surowca nieblanszowanego, po czym następuje ustabilizowanie, a potem niezbyt intensywne spowolnienie procesu suszenia. Prawdopodobnie jest to spowodowane tym, że w materiale blanszowanym od początku rozpoczęcia procesu suszenia było mniej wilgoci, a w momencie kiedy ilość wody w materiale jest coraz mniejsza, coraz trudniej jest ją usunąć, co powoduje spadek szybkości procesu.
Proces suszenia ma bardzo duże znaczenie w przemyśle spożywczym, gdyż dzięki temu procesowi zawartość wody w materiale ulega zmniejszeniu, a tym samym aktywność wody również ulega zmniejszeniu. Przyczynia się to do utrudnienia rozwoju drobnoustrojów w produktach. Jednym z ważniejszych czynników w procesie suszenia jest jego szybkość. Gdy surowiec suszony jest zbyt szybko staje się twardy na zewnątrz, lecz w środku surowca nadal może znajdować się woda. Gdy proces suszenia przebiega zbyt wolno produkty stają się wklęsłe i mają ścisłą strukturę, dlatego bardzo ważna jest znajomość przebiegu procesu suszenia oraz działania suszarek.
Ćwiczenie2: Wyznaczanie izoterm sorpcji dla wybranego rodzaju suszu (zupy pieczarkowej)
Wykonanie:
Zważone i wysuszone do stałej masy próbki zupy pieczarkowej umieszczono osobno w naczyńkach zawierających roztwór soli lub innego związku o znanej aktywności wody. Co pewien czas kontrolowano masę prób i wpisano wyniki do tabeli 4.
87% suchej masy:
X- stosunek masowy
LiCl:
Sucha masa: 0,87 x 1,001=0,8709
Masa wilgoci: 1,0116-0,8740=0,1407
X=0,1407/0,8709=0,1616
MgCl2:
Sucha masa: 0,87 x 1,008=0,8707
Masa wilgoci: 1,0250-0,8707=0,1543
X=0,1543/0,8707=0,1772
K2SO4
Sucha masa: 0,87 x 0,9973=0,8641
Masa wilgoci: 1,8704-0,8641=1,0063
X=1,0063/0,8641=1,1512
NaCl:
Sucha masa: 0,87 x 1,0029=0,8725
Masa wilgoci:1,2688-0,8725=0,3963
X=0,3963/0,8725=0,4542
CuCl2:
Sucha masa: 0,87 x 1,0031=0,8727
Masa wilgoci: 1,1335-0,8727=0,2608
X=0,2608/0,8727=0,2988
K2CO3:
Sucha masa: 0,87 x 1,0034=0,8729
Masa wilgoci:1,0398-0,8729=0,1669
X=0,1669/0,8729=0,1912
Roztwór i Aktywność wody aW |
Masa suchej substancji [g] |
Masa materiału wilgotnego [g] |
Masa wilgoci mA [g] |
Stosunek masowy X [g H2O/g s.s] |
|||||
|
|
m1 |
m2 |
m3 |
m4 |
m5 |
|
|
|
LiCl
|
0,11 |
0,8709 |
1,001 |
1,0112 |
1,0110 |
1,0114 |
1,0116 |
0,1407 |
0,1616 |
MgCl2
|
0,32 |
0,8707 |
1,008 |
1,0231 |
1,0238 |
1,0244 |
1,0250 |
0,1543 |
0,1772 |
K2SO4
|
0,97 |
0,8641 |
0,9973 |
1,3632 |
1,6275 |
1,7113 |
1,8704 |
1,0063 |
1,1512 |
NaCl
|
0,75 |
0,8725 |
1,0029 |
1,1585 |
1,2445 |
1,2544 |
1,2688 |
0,3963 |
0,4542 |
CuCl2
|
0,68 |
0,8727 |
1,0031 |
1,1100 |
1,1254 |
1,1214 |
1,1335 |
0,2608 |
0,2988 |
K2CO3
|
0,43 |
0,8729 |
1,0034 |
1,0434 |
1,0428 |
1,0421 |
1,0398 |
0,1669 |
0,1912 |
Tabela4.Wyniki na podstawie których sporządzono izotermę sorpcji
Wnioski:
Otrzymana izoterma sorpcji dla zupy pieczarkowej to izoterma II typu, o kształcie sigmoidalnym. Jest ona charakterystyczna dla produktów bogatych w białka, skrobię lub inne wysokomolekularne związki. Zawartość wilgoci przebiega na początku dość równomiernie, a następnie wzrasta wraz z aktywnością wody. W środowisku K2SO4 o aktywności wody 0,97 zaobserwowano pojawienie się pleśni. Najprawdopodobniej jest to spowodowane wysoką wysoką aktywnością wody w tym środowisku. Przy danej aktywności wody( 0,95-1,00) następuje namnażanie mikroorganizmów z grupy Pseudomonas, Escherichia i Bacillus. Znajomość przebiegu izoterm sorpcji ma zasadnicze znaczenie dla określenia trwałości żywności.