OGÓLNA TECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI

dr hab. inż. Krzysztof Surówka

LITERATURA:

1. E.Pijanowski, M.Dłużewska, A.Dłużewski, „Ogólna technologia żywności”, WNT Warszawa

2. Praca zbiorowa. pod red. P.Lewickiego, „Inżynieria i aparatura przemysłu spożywczego”, WNT Warszawa

3. Sabnikow, Popow, Łysiański, Pietko, „Procesy i aparaty w przemyśle spożywczym”

4. Poter, Kotchniss, “Foot science”

5. O.R.Fennemy “Food Chemistry” Marcel Dekker, New York

Wykład 1

NAUKA O ŻYWNOŚCI

Zadania nauki o żywności:

1. Określenie właściwości produktów istotnych dla bezpieczeństwa i jakości.

2. Badanie przemian fizycznych, chemicznych i biochemicznych zachodzących w żywności.

3. Zrozumienie w oparciu o pierwsze punkty jak poszczególne przemiany wpływają na te właściwości produktów, które istotne są dla bezpieczeństwa i jakości

4. Zastosowanie tak uzyskanej wiedzy do właściwego doboru składników żywności rodzaju i parametrów operacji i procesów przetwórczych oraz przechowywania żywności.

Nauka o żywności - stosowanie nauk podstawowych i inżynierii do badania właściwości fizycznych, chemicznych i biochemicznych żywności oraz zasad przetwórstwa i przechowalnictwa.

Technologia żywności - wykorzystanie wiedzy z zakresu nauki o żywności do właściwej selekcji surowca przetwarzania , pakowania, przechowywania i dystrybucji tak aby konsument otrzymał żywność bezpieczną.

Ogólna technologia żywności - przedst. w sposób syntetyczny typowe dla wielu branż przemysłu spożywczego operacje i procesy jednostkowe związane z pozyskiwaniem surowców i ich wstępna obróbką, przetwarzaniem, pakowaniem i magazynowaniem. Jest wstępem dla szczegółowych technologii żywności.

Bezpieczeństwo żywności ( food sfety):

• podstawowe wymagania stawiane żywności

• produkt w momencie konsumpcji musi być wolny od fizycznych chemicznych i mikrobiologicznych zagrożeń (Product - Procesing - Packing PPP)

• konsument może dostrzec tylko część wad produktu (barwa, tekstura, flavour) inne są dla niego ukryte (zanieczyszczenia chemiczne i mikrobiologiczne, gorsza wartość odżywcza).

Jakość żywności (food quality):

• w krajach zamożnych konsumenci dokonują wyboru żywności w oparciu o szereg czynników, które można określić jednym słowem - jakość

• jakość jest to stopień doskonałości (smak, zapach, wygląd, tekstura, wartość odżywcza) jest ściśle związana z ceną - wartość produktu

• konsumencka ocen jakości oparta jest na posługiwaniu się zmysłami: wzroku, dotyku, smaku, słuchu. Ocenia się wygląd (rozmiary, kształt, połysk, klarowność, kolor, uszkodzenia); teksturę (twardość, kruchość, elastyczność), właściwości smakowo-zapachowe ( flavour).

Pogorszenie się bezpieczeństwa jakości żywności związane jest ze zmianami w obrębie tekstury, właściwości smakowo-zapachowych, barwy i wartości odżywczej (rys. 1):

• zmiany te powodowane są szeregiem procesów chemicznych i biochemicznych zachodzących przy przetwórstwie i składowaniu żywności

• przebieg tych procesów jest uzależnionych od następujących czynników

1. tekstura

a/ zmniejszenie rozpuszczalności

b/zmniejszenie wodochłonności

c/ twardnięcie

d/ mięknięcie

2. Smaku i zapachu:

a/ jełczenie (hydrolityczne lub oksydatywne)

b/przypalenie

c/ inne obce smaki i zapachy.

3. Koloru:

a/ciemnienie

b/ rozjaśnienie (blakniecie)

c/ inne nienaturalne kolory.

4. Straty wartości odżywczych:

a/ witamin

b. substancji mineralnych

c/ białka

d/ tłuszcze.

Parametry wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności:

Temperatura (T), czas (t), szybkość (dT/dt), pH, skład produktu, skład fazy gazowej, aktywność wodna (a_w).

Temperatura:

• parametr najistotniejszy

• wpływa na przebieg zjawisk fizycznych, reakcji chemicznych, biochemicznych oraz rozwój drobnoustrojów

• równanie Arrheniusa k=exp(-dE/RT) rys.4

• odstępstwa od równania Arrheniusa

a/ zmiana mechanizmu reakcji

b. zmiana fizycznego stanu układu np. zamrożenie

c/ termiczna inaktywacja enzymu

d/denaturacja mrożeniowa enzymów lub krioliza

e/ wyczerpanie któregoś z reagentów.

Czas:

• ściśle związany z szybkością procesów, a ta = f(T)

• bardzo istotny w procesach technologicznych (HTST high temperature short time, sterylizacja, właściwości sensoryczne)

• istotny w procesach: sekwencjach (NEB nieenzymatyczne brunatnienie, oksydacja tłuszczów)

• przechowalnictwo: przemiany nieodwracalne i addytywne HQL, PSL

pH

• wpływ na kierunek i szybkość przemian

• bardzo istotne za względu na rozwój drobnoustrojów (4,6)

• ekstremalne wartości pH - kataliza H⁺, OH^-

• nawet niewielkie zmiany bardzo istotne (glikoliza mięsa - PSE, PSD)

skład produktu

• od niego zależą przemiany jakie zachodzą w przetwórstwie i przechowalnictwie

• f ( odmiany, obchodzenie się z surowcami - obicia owoców, szybkość glikolizy mięsa)

• wpływa na trwałość

• mieszanie różnych składników - interakcje, przyspieszanie lub spowolnianie procesów)

• modyfikacja składu ( dodatki do żywności, usuwanie niektórych składników)

skład fazy gazowej

• istotne stężenie O₂

• pakowanie próżniowe, w gazach obojętnych, CAP, MAP

(winteryzacja olejów - schładzanie - oddzielanie frakcji wytrącalnych)

Aktywność wodna

• związana z dostępnością wody w produkcie

• wpływa na szybkość wielu reakcji chemicznych i rozwoju drobnoustrojów (rys5 i 6)

aktywność wody 0 - mała

akt.wody 1 -taka jak w czystej wodzie

Pokrycie monomolekularne - cząsteczki H₂O pokrywają produkt pojedynczą warstwą, chroniąc produkt przed dostępem tlenu.

Bezpieczna żywność - eliminacja zagrożeń

Zagrożenia:

• biologiczne

- bakterie, grzyby, pleśnie, wirusy, pasożyty, toksyny

- infekcje i intoksykacje

- USA: 1000 osób (grupa zagrożona) umiera rocznie na skutek zatruć pokarmowych (rys.7)

- chemiczne

- substancje występujące naturalnie w żywności

- substancje wprowadzone do żywności: celowo i wnikające ze środowiska (Rys.8)

TYPY ZAGROŻEŃ CHEMICZNYCH:

I. Substancje występujące naturalnie:

• mikotoksyny (np.aflatoksyny)

• toksyny grzybów,

• toksyny owoców morza (często neurotoksyny)

• hemoglutyniany.

• alkaloidy

II. Wprowadzone substancje chemiczne:

a) związane z produkcja rolniczą (nawozy sztuczne - nadmiar, pestycydy, fungicydy, insektycydy, antybiotyki, hormony wzrostu)

b) subst zabronione (wg ustawodawstwa danego kraju, np. dodatki do żywności)

c) substancje ze środowiska, metale ciężkie i związki chemiczne: Pb, Zn, As, Hg, Cd, CN^-, WWA(Wielopierścieniowe Węglowodory Aromatyczne), PCB

d) dodatki do żywności ( powyżej ustalonego limitu): konserwanty (γ-COO^-, NO₂^-, SO₂^- ), intensyfikatory smaku (MSG glutaminian sodu), dodatki żywieniowe (niacyna), barwniki

e) pozostałości smarów, środków myjących, itp.

f) substancje chemiczne dodawane celowo (sabotaż)

• fizyczne

- materiały obce w surowcu

- materiały wprowadzone w procesie przetwarzania

-szkło, drewno, kamienie, metale, owady, kości

• zagrożenia żywieniowe

- występują przy nadmiernym spożywaniu żywności uważanej za sprzyjającą chorobom nowotworowym, miażdżycy, chorobom serca, otyłości itp.

Eliminowanie (ograniczanie) zagrożeń

a) Dobra Praktyka Produkcyjna ( Good Manufacturing Practice - GMP)

b) Analiza Zagrożeń i Kontrola Punktów Krytycznych ( Hazard Analysis and Critical Control Piont - HACCP)

Siedem głównych zasad (elementów) systemu HACCP

1) Analiza Zagrożeń (HA) - identyfikacja zagrożeń, ocena ich istotności oraz ryzyka z nimi związanego.

Zakres: od produkcji surowca poprzez przetwórstwo, dystrybucję aż do konsumpcji.

2) Określenie krytycznych punktów (CCP)- wskazanie na miejsca i etapy, w których brak kontroli może wywołać zagrożenia dla bezpieczeństwa produktu.

3) Ustalenie Krytycznych Parametrów dla Każdego CCP - przyjęcie kryteriów, których przekroczenie świadczy o niewłaściwym przebiegu procesu ( PH produktu, temperatura pasteryzacji)

4) Dobór Systemów Monitorowania - właściwe rejestrowanie krytycznych parametrów w każdym z CCP

5) Ustalenie Procedury Podejmowania Czynności Korygujących w przypadku stwierdzenia odchyleń w CCP

6) Opracowanie Systemu Dokumentacji - takie przechowywanie wyników pomiarów parametrów w CCP, aby były one szybko dostępne dla producenta i czynników kontrolnych

7) Weryfikacja Działania Systemu HACCP - sprawdzanie jak działanie systemu wpływa na jakość i bezpieczeństwo produktu gotowego.

Proces produkcyjny (TŻ) - zbiór świadomych czynności zmierzających do przekształcenia surowców biologicznych w produkty spożywcze o jak największej wartości użytkowej

Proces technologiczny - ciąg operacji i procesów jednostkowych następujących w określonej sekwencji czasowej począwszy od obróbki surowca aż do otrzymania gotowego produktu

Operacja jednostkowa - czynności procesu technologicznego o charakterze fizycznym

• operacje mechaniczne (rozdrabianie, mieszanie)

• operacje cieplne ( ogrzewanie chłodzenie)

• operacje dyfuzyjne (suszenie, ekstrakcja)

• operacje fizykochemiczne - związane ze zmianą stanu skupienia lub rozproszenia ( krystalizacja, zamrożenie, emulgowanie)

Procesy jednostkowe - czynności procesu technologicznego o charakterze chemicznym, biochemicznym lub biologicznym

• procesy chemiczne (hydroliza, destylacja)

• procesy biochemiczne ( stosowanie drobnoustrojów, enzymów)

Często wyraźny rozdział miedzy operacją, a procesem jednostkowych jest utrudniony bo wiele z nich zachodzi jednocześnie.

Podział produktów spożywczych

I wg pochodzenia surowca

• roślinne

• zwierzęce

• mieszane ( odzywki, koncentraty spożywcze)

II wg składu chemicznego (decyduje dominujący składnik)

• białkowe

• tłuszczowe

• węglowodanowe - cukrowe, skrobiowe

III wg stopnia przetworzenia

• naturalne produkty nie przetworzone i nie utrwalone (mleko, owoce, warzywa, mięso, jaja)

• naturalne produkty nie przetworzone, utrwalone w różny sposób, tak że dostrzega się jeszcze pierwotny charakter surowca ( mrożonki, produkty sterylizowane, pasteryzowane, suszone, solone śledzie, produkty konserwowane chemicznie)

• produkty przetworzone, w których surowiec zatracił już swój pierwotny charakter. Często mają duża trwałość ( masło, sery, wędliny, dżemy, pieczywo itp.)

• produkty pochodne (derywaty) - powstałe przez wyodrębnienie czystego składnika (mączka ziemniaczana, cukier, olej rzepakowy)

• produkty pochodne przetworzone - derywaty poddane dalszym procesom przetwarzającym (margaryna, TVP, skrobia modyfikowana, syropy skrobiowe)

• produkty całkowicie wytworzone przez przemysł spożywczy. Głównie produkty fermentacji i biosyntezy (alkohol, niektóre spożywane kwasy organiczne, aminokwasy, witaminy, drożdże, ogólnie biomasa)

IV wg stopnia przygotowania do bezpośredniej konsumpcji

• naturalne produkty nie przetworzone i nie wymagające przygotowania przez spożyciem ( miód, owoce, mleko, ostrygi)

• naturalne produkty spożywcze częściowo przetworzone - półprodukty ( częściowo przetworzone mięsa, mrożonki)

• przygotowane do spożycia ( chleb, wędliny, wyroby cukiernicze, konserwy)

WYKŁAD 2 03.03.05.

Zaopatrzenie w surowce dla przemysłu spożywczego:

Zbiór - ręczny lub mechaniczny

Skup surowca:

• służby zaopatrzeniowe, kontraktacja

• poprzez punkty skupu lub bezpośrednio

• określanie ilości surowca (metody wagowe i objętościowe, poziom przepływ).

Transport do punktów skupu (zlewnie) i zakładów przetwórczych, specjalistyczne środki transportu (chłodniczy).

Ważne: warunki sanitarne, minimalizacje strat jakościowych i wagowych, niekorzystny wpływ przedłużania transportu - dalekie przerzuty.

Postępowanie z surowcem w zakładzie przetwórczym [rys.11]

Magazynowanie surowców:

• ważne ze względu na rytmiczność pracy (produkcja rolnicza, sezonowa)

• owoce i warzywa oddychanie, przechowywanie długookresowe T: 0-4 ^oC , wilgotność     ,  CO₂ , reszta N₂

• ziemniaki kopce, piwnice (temp. opt. 3-5 ^oC)

• zboża - przewietrzane silosy.

SORTOWANIE:

• podział na grupy o różnych właściwościach fizycznych

• ułatwia operacje mechaniczne, automatyzację produkcji, pakowanie produktu

• niezbędne do równomiernego przenikania masy

• najczęstsze w przemyśle owocowo-warzywnym

• bardzo ważny dobór sortownika do danego surowca - uszkodzenia, opadanie (niskie, do wody)

Rodzaje sortowania:

• ręczne (przeszkoleni pracownicy, praca monotonna, ergonomia)

• mechaniczne - często połączone z czyszczeniem

• według rozmiaru i kształtu (przesiewacze, kalibrowniki, separatory)

• według wagi (jaja drób, waga Mohra)

• według koloru (lawa, peanuts, jaja, zbuki)

• sortowniki walcowe (koncentryczne, szeregowe, równoległe)

• sortowniki rolkowe [rys. 12, rys. 12a, rys. 13]

KLASYFIKACJA:

• podział na grupy - różniące się jakością; właściwości fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne

• przeprowadzana w oparciu o normy w punktach skupu i/lub laboratoriach zakładowych.

CZYSZCZENIE surowców (surowce żywnościowe z otwartego środowiska):

Zespół operacji fizycznych, głównie mechanicznych i chemicznych, mających na celu:

• oddzielenie zanieczyszczeń od zabrudzonego surowca

• usunięcie zanieczyszczeń poza czyszczony materiał

• wymagania dodatkowe - nie uszkadzać surowca, ograniczyć kontaminacje.

Czasem czyszczenie jest operacją prostą, ale czasem wymaga działań złożonych (pole elektromagnetyczne, ultradźwięki). Na ogół do czyszczenia (mycia) stosuje się sprężone powietrze, wodę pod ciśnieniem, parę wodną, urządzenia mechaniczne (szczotki), detergenty.

Czyszczenie zbóż:

• młocka (I etap) - zakłady zbożowe, młyny (II etap)

• urządzenia:

• wialie (pneumatyczne czyszczenie ziarna na drgających sitach)

• oddzielacze magnetyczne

• tryjery obracające się skośnie ustawione cylindry z wgłębieniami o sektorowo rosnącym przekroju

• wolnobieżne i szybkobieżne (ultratryjery)

• trzy siły: grawitacja, tarcie, odśrodkowa

• żmijki [rys. 14].

Czyszczenie (mycie) owoców i warzyw (różnorodność kształtów i wytrzymałości - wiele rozwiązań technicznych).

Mycie - urządzenia myjki i płuczki

- ogólna zasada: podłużny zbiornik z rusztowym dnem, woda w przeciwprądzie, przenośnik (+ czasem szczotki doczyszczające), na końcu natrysk

- zużycie wody: 1 : 0,5-2 i większe

- myjki natryskowe

- spławiaki (mycie + transport (buraki, ziemniaki) rusztowe dno i grabki)

- dodatek substancji chemicznych (Na₂CO₃ , NaOH , Na₃PO₄ , kwasy) [rys.15].

Czyszczenie mleka:

• podstawa higiena doju i dalszego postępowania (chłodzenie)

• po udoju cedzenie i/lub klaryfikacja (klaryfiksatory) gęstość zanieczyszczeń = 1,1-1,2 ; 6-8 tys. obr./min.

Usuwanie części niejadalnych:

Cel:

• odseparowanie integralnych części surowca, nie nadających się do spożycia

• otrzymanie surowca bardziej jednolitego (łatwiejszego w obróbce i pakowaniu),

np. łuszczenie, obieranie, drylowanie, obcinanie końców (fasola), obrywanie szypułek, usuwanie opierzenia, szczeciny, MDM (Mechanical De-boned Meat - mechanicznie odkostnione mięso)

Obieranie:

• mechaniczne (obieraczki nożowe, mikroprocesorowe urządzenia cierne)

• termiczne - w wodzie 100 ^oC pomidory

• sparzanie - para wodna (160 ^oC, 0,7 MPa) - taśmowe (hydroliza pektyn, rozluźnienie łupin)

• opalanie (900-1200 ^oC) i spłukiwanie zwęglonej powierzchni (woda, 2-3 MPa)

• termiczno-chemiczne 1-2% i >

NaOH - hydroliza pektyn, odstawanie skórki, dalej strumień wody.

Uwaga: Następny etap segregacja lub ręczne poprawianie niedokładności.

OPERACJE MECHANICZNE - związane z ruchem materiału lub jego odkształceniem.

Przepompowywanie - metoda przemieszczania substancji ciekłych lub półpłynnych.

Płyny newtonowskie - prostoliniowa zależność naprężenia stycznego (ścinającego)  i gradientu prędkości (szybkości ścinania) γ

(woda, mleko, oleje roślinne, świeży miód)

Płyny nienewtonowskie:

Płyny pseudoplastyczne: γ → 

(keczup, majonez, masło)

Płyny dylatacyjne: γ → 

POMPY:

• wyporowe ważne dokładne dopasowanie

• wirowe wydajność bardzo zależy od oporów

ważne: różny stopień dezintegracji przepompowywanej cieczy (największa - wirowe, zębate; najmniejsza - tłokowe, śrubowe)

bardzo ważne: łatwa rozbieralność (1 narzędzie - parę minut) i odpowiedni materiał (stal nierdzewna).

ROZDRABNIANIE - jeden z pierwszych procesów w wielu branżach przemysłu spożywczego.

3 typy odkształceń ciał stałych:

ściskanie, ścinanie, rozciąganie.

2 główne rodzaje reakcji ciał stałych na naprężenia:

• powracanie do pierwotnego kształtu - ciała sprężyste, elastyczne;

• trwałe odkształcenia - ciała niesprężyste, plastyczne.

Zastosowanie rozdrabniania:

• do otrzymywania gotowych produktów (np. cukier puder)

• do wydobywania składników z wnętrza złożonych struktur (np. sok, krochmal, mąka)

• w celu zwiększenia powierzchni, by przyspieszyć wymianę ciepła lub masy

• w celu ułatwienia mieszania składników.

Metody rozdrabniania:

1. na sucho - bardzo ważna odpowiednia wilgotność - zapobieganie zbrylaniu i zakleszczaniu

na mokro - czasem korzystniejsze lepsze rozdrobnienie, mniejszy wzrost pyłów, mniejsze utlenienie

b) zgniatanie, ścieranie, rozłupywanie itd.

c) homogenizacja.

Rozdrabnianiu towarzyszy wzrost temperatury możliwość eksplozji pyłów. Sposoby zapobiegania: lód, suchy lód, rozdrabnianie w stanie zamrożenia, odparowywanie lotnych składników.

Dobór metody i urządzenia do rozdrabniania zależy od:

• parametrów surowca (wielkość, właściwości wytrzymałościowe, twardość, struktura, wilgotność, odporność na temperaturę) (wymienne elementy)

• wymaganego stopnia rozdrobnienia

• zamierzonej wydajności.

Zapotrzebowanie energii do rozdrabniania (dotyczy substancji mineralnych - przeniesienie na TŻ)

różniczkowy wzór teoretyczny

E - energia, x - rozmiar cząsteczek, k - stała = f(materiały i urządzenia)

Rozwiązania:

1. dla grubego rozdrobnienia materiałów suchych n = 1
   
   
   x₁/x- stopień rozdrobnienia
   

2. dla drobnego mielenia n = 2
   
   x₁ - po x₂ - przed
   

3. rozwiązanie pośrednie n = 3/2
   
   
   

Nakład energetyczny: f(podatności na deformację, modułu sprężystości, granicy wytrzymałości = f(struktury, temperatury, zawartości wody), stopnia rozdrobnienia, ewentualnego oddzielenia części rozdrobnionych)

Zgniatanie - najekonomiczniejsze.

Ścieranie - najbardziej kosztowne.

Rozdrabniacze - przykłady:

- mlewniki walcowe

- rozdrabniacze młotkowe

- tarki krochmalnicze

- noże, piły, gilotyny, wilki, kutry, młynki kolidalne, gniotowniki

Homogenizacja - ultradźwiękowa, ciśnieniowa.

Efekt ujednolicenie wielkości cząsteczek fazy rozproszonej (ciało stałe, ciecz) w fazie ciągłej (ciecz) związane z rozdrabnianiem cząstek fazy rozproszonej (mleko, przeciery, majonez, margaryna, lody)

(większa jednorodność, mniejsza koalescencja)

Homogenizatory:

• ultradźwiękowe, czas kontaktu ok. 20 tys. sek. , w = 100 ÷ 300 m/s

• ciśnieniowe.

Wykład 3 10.03.05

Rozdzielenie materiałów niejednorodnych.

- w środowisku ciekłym (zawiesiny, emulsje)

- w środowisku stałym (produkty przemiału)

- w środowisku półstałym (sok z miazgi)

- oddzielenie fazy gazowej (desulfitacja, gaszenie piany, pakowanie próżniowe)

Rozdzielenie w środowisku ciekłym

Sedymentacja - samoczynne rozwarstwianie się zawiesin lub emulsji pod wpływem siły ciężkości.

Prawo Stokesa
(opisuje szybkość ruchu cząsteczek fazy rozproszonej podczas sedymentacji)

r - promień cząstek fazy rozproszonej

- im większe tym mniejsza szybkość

Przykład: podstój mleka, oddzielanie wody owocowej od mleka krochmalowego.

Filtracja - zatrzymanie stałych (lub ciekłych) cząstek fazy rozproszonej na porowatej przegrodzie (filtrze) przy jednoczesnym przepuszczeniu płynu stanowiącego ośrodek dyspersyjny.

- siła robocza → różnica ciśnień (pompa tłocząca zawiesinę, próżnia, siła ciężkości, siła odśrodkowa)

- bardzo ważna w TŻ - często połączona z klarowaniem (bentonity, żelatyna, tanina)

- produkty główne → osad (drożdże, kazeina) lub filtrat (sok, piwo)

Podział filtrów:

- okresowe i ciągłe

- powierzchnia filtra: nieruchoma i ruchoma

- pojedyncze i złożone

- pracujące pod ciśnieniem atm., nadciśnieniowe i podciśnieniowe

- ze względu na elementy filtracyjne: tkaninowe, kartonowe, metalowe, ceramiczne, szklane, włókniste (masy bawełniane i celulozowe + 10% azbestu - możliwość „prania” i kilkakrotnego użycia), ziarniste („Celite” - ziemia okrzemkowa, „Parlity” - szkliwo wulkaniczne)

Prędkość filtracji - zmienna w czasie (zatykanie filtra, narastanie osadu) (przepływ laminarny)

V - objętość przesączu,

r - czas

- spadek ciśnienia na filtrze

- opory filtra i osadu

Osady nieściśliwe (krystaliczne) → lepsza filtracja niż ściśliwe

Przykłady filtrów:

- prasa filtracyjna płytowo-ramowa

- filtry komorowe

- filtry świecowe

- filtry próżniowe - działanie ciągłe (próżnie nadciśnieniowe)

Procesy membranowe: MF, UF, RO - zasady krzyżowego przepływu

Wirowanie

- operacja szybkiego rozdzielania zawiesin, emulsji oraz oddzielanie fazy ciekłej od części stałych

- siła napędowa → siła odśrodkowa (xg) (regulacja → n²R, konstrukcja=

Przyspieszenie odśrodkowe

przykład R = 20cm, n = 64obr/s → 3300

n = 128obr/s → 13000

szybkość ruchu fazy rozproszonej (pr. Stokesa)

Podział wirówek:

- o działaniu okresowym i ciągłym

- sedymentacyjne i filtracyjne

Wirówki sedymentacyjne (separatory)

- do osadzania na peryferiach bębna zawiesin (cząstki powodujące zmętnienie, zanieczyszczenie mleka ( klaryfiksatory - element homogenizujący))

- do odwirowywania mleka (odtłuszczanie) wyd. do 20tyś. l/h - przerwy na odszlamowanie lub wirówki samoodszlamowujące się (ciś. + H­₂O)

- bardzo ważny element konstrukcyjny → talerze rozdzielcze (ok. 100lat temu) → ok. 1000x<droga przebijania się kuleczek tłuszczu.

- krochmalnictwo → wirówka Jahna (oddzielanie krochamlu od wody owocowej)

- drożdżownictwi

Wirówki filtracyjne

- połączenie wirówki z filtrem

- dziurkowany bęben obrotowy wyłożony siatką i filtrem

- zastosowanie → krochamlnictwo (rozdzielenie mleczka krochamalowego) cukiernictwo (oddzielenie cukru od melasu)

Rozdzielanie materiałów drobnych i sypkich - segregacja (gł. przemysł zbożowo-młynarski → przesiewanie)

Urządzenia → sita:

• rusztowe (wstępna segregazja - czyszczenie)

• blaszane (ø < 4mm)

• tkane φ < 2mm (druciane, jedwabne, nylonowe → strzępienie + elektryzowanie, φ rośnie ze zużyciem)

mesh → ilość nitek/1cal

Przesiewalność - f(powierzchni przesiewania, stanu i materiału, wielkości i prędkości cząstek, wysokości warstwy materiału na sicie)

Przesiew → przechodzi

Odsiew → zostaje

Sprawność sita (
) - stosunek ilości otrzymanego przesiewu do ilości cząsteczek w mieszaninie wyjściowej zdolnych do przejścia przez sito.

a → % cząstek < od ø sita

G → masa przesiewanego materiału

G₁­ → masa przesiewu

Przesiewacze:

- płaskie → szybkie ruchy wahliwe (
) (siła bezwładności > siły tarcia)

- bębnowe → wolne ruchy obrotowe.

Rozdzielanie mas półstałych

- wyciskanie cieczy, prasowanie, tłoczenie

→ równoczesne odkształcane materiału i przepływu cieczy przez wypełnienie o coraz bardziej zwartej strukturze

→ np.: tłoczenie miazgi owocowej → moszcz + młóto (wstępna dezintegracja, enzymy) tłoczenie oleju (wytłoki → pasze)

→ stopień i szybkość wydobycia moszczu = f(struktura i drożność miazgi, ciśnienie (szczególnie szybkość jego narastania), lepkość tłoczonej cieczy, grubość warstwy wyciskanego materiału i od techniki tłoczenia.

Rodzaje pras:

- śrubowe

- hydrauliczne

- ślimakowe

- z wężkami drenującymi (do owoców)

- koszowe i warstwowe

Hydrocyklony

- do rozdziału fazy stałej od Ciekłej

- odrzucanie cięższych cząstek na ściany (siła odśrodkowa)

- wydajność hydrocyklonu ~(
części cylindrycznej) (ν obwodowa)² (
fazy rozpór.)² (
) (
)^-1

- im < (
części cylindrycznej) → > przeciążenia i < cząsteczki można oddzielać np. hydrocyklon ø10 - 15mm, ν obwodowa = 20m/s → 25000xg

- multicyklony → || baterie cyklonów

Zastosowania hydrocyklonów:

- zagęszczanie mleczka krochmalowego

- uzdatnianie H­₂O

- cukrownictwo (oczyszczanie soków)

- przem. owoc.-warzyw. (usuwanie zanieczyszczeń z przecierów)

Odpylanie powietrza

- istotne w procesach technologicznych (np. suszenie rozpyłowe)

- ważne ze względów ekologicznych)

Sposoby:

- grawitacyjny (duże cząsteczki)

- filtry rękawowe (odkurzacz)

-odśrodkowy → cyklony, multicyklony

→ cyklony → zatrzymują cząstki o ø > 20µm (suszarki rozpyłowe, fluidyzacyjne, transport w przemyśle zbożowo-młynarskim)

- mokry → płuczki, skrubery (oczyszczanie powietrza) np. skruber Venturiego → w przewężeniu zderzenia pyłów (ø ~ 1µm) z cieczą → agregaty i dalej odpylanie w cyklonie)

- elektrofiltry

- inne (np. ultradźwięki)

Mieszanie

Cel:

- zapewnienie jednolitości mieszanin wieloskładnikowych (np. miesiarka do ciast)

- zabezpieczenie przed rozdzielaniem się komponentów

- ułatwienie równomierniej wymiany ciepła i/lub masy

- wywołanie określonych zjawisk fizycznych lub fizykochemicznych (kryst., emulsje)

Mieszanie w układzie:

- ciał sypkich → młynarstwo, koncentraty spożywcze, mieszanie pasz

- ciał plastycznych → piekarstwo, przemysł tłuszczowy (margaryny)

- cieczy → mleczarstwo (normalizacja)

- napowietrzanie → np. freezery (prod. lodów)

Urządzenia do mieszania:

- mieszalniki - do mieszania cieczy (mechaniczne, pneumatyczne, przepływowe, (melasa + H₂O), cyrkulacyjne (inżektorowe)

- mieszarki - do mieszania ciał stałych (ewentualnie z dodatkami ciekłymi)

- zgniatarki (miesiarka do ciasta), ugniatarki, wygniatarki (rozdział masła i maślanki), do mieszania materiałów plastycznych

Elementy mieszające: np. łapowe, śmigłowe, śrubowe, turbinowe

Mieszanie wywołuje
T → czasem uwzględnić chłodzenie

Ruch cieczy przy mieszaniu:

a) okrężny (obwodzie) - powstawanie leja - nie zalecany

b) cyrkulacyjny

- promieniowy
do osi

- osiowy || do osi

Dąży się do wywołania ruchu turbulentnego (przegrody)

intensywność mieszania → index mieszania

S → średnie odchylenie standardowe po zmieszaniu

S₀ → średnie odchylenie standardowe przed zmieszaniem

Dozowanie:

- w procesie produkcyjnym ( surowce, półprodukty, enzymy)

- przy opakowaniu ( rozlew, porcjowanie)

Dozowanie:

- objętościowe

- wagowe

- na sztuki

- do określonego poziomu

Formowanie:

- nadawanie kształtu produktom

- najczęściej za pomocą ciśnienia (ważne równomierne p)

- przykład: baton hamburgerów, makarony, wyr. cukiernicze, tabletkowanie (lepiszcze), ekstruzja, masło, wędliny itp.

Higiena zakładu - utrzymanie czystości

Obok surowców → konieczne utrzymanie czystości maszyn, urządzeń, hal + higiena osobista → integralna część funkcjonowania zakładu przem. spoż.

Programy mycia i dezynfekcji → koordynacja z procesem produkcyjnym (mycie zaraz po użyciu)

Podstawa → H_2­O (białko → zimna H_2­O) (tłuszcz → gorąca H_2­O) lekkie środki alkaliczne (Na₂CO₃, Na₃PO₄) roztwory ługów (NaOH)

Detergenty

Ważne: oddzielenie części produkcyjnej od sanitariów. Rozdział części zakładu produkcyjnego (np. zakłady mięsne)

CIP - Clearing In Place → w procesach technologicznych włączony jest automatyczny ikład do mycia w obiegu zamkniętym (zbiorniki H_2­O, detergentów, czynników sterylizujących, pompy, rury, zawory, rozpylacze + program)

- w czasie produkcji układ CIP jest całkowicie odcięty, po opróżnieniu instalacji puszzca się w obieg CIP.

III etapy:

I → (H_2­O z ostat. etapu poprzedniego mycia + detergent) cel → usunięcie resztek produktu

II → mycie właściwe

III → pukanie czystą wodą (używana następnie do mycia wstępnego)

Układy CIP obejmują etapy linii produkcyjnej (linia surowcowa, gł. linia przetwórcza, linia rozlewcza)

CIP → możliwy tam gdzie są surowce i produkty płynne.

W4 17.03.05

Operacje cieplne

Dostarczanie lub odbieranie energii na sposób ciepła. Efekt - zmiana temperatury lub przemiana fazowa (ciepło utajone) ΔS > 0 - ruch ciepła od ciała cieplejszego do zimniejszego. Rozpiętość temperatury w T.Ż -196˚C do +1200˚C (-30˚C do +121˚C).Za wysoka temperatura i czas(т) - straty składników labilnych.

Zastosowanie w T.Ż.

• wstępna obróbka surowców ( mycie, czyszczenie, składowanie)

• właściwe przetwórstwo (gotowanie, pieczenie, schładzanie, zamrażanie - spowalnianie lub przyspieszanie przemian chemicznych, biochemicznych i mikrobiologicznych

• kleikowanie skrobi, denaturacja białek

• utrwalanie żywności ( pasteryzacja, sterylizacja, chłodzenie, zamrażanie, suszenie, koncentracja)

• operacje pomocnicze w procesie produkcyjnym (mycie maszyn, pomieszczeń)

Źródła ciepła

• stałe (głownie węgiel), ciekłe (olej), gazowe(wygodne BHP), elektryczne(drogie, wygodne, higiena, łatwa kontrola)

Ogrzewanie w T.Ż. - głownie ogrzewanie pośrednie

• ciepło ze źródła (spalanie) dostarczane do produktu za pośrednictwem czynnika pośredniego (powietrze, H2O, pH2O (nasycona, przegrzana), solanka). Medium grzejne oddzielone od materiału ogrzewanego przeponą.

Mechanizm przenoszenia ciepła

• przewodzenie (kondukcja)

• konwekcja

• promieniowanie

Przewodzenie ciepła

Przekazywanie energii kinetycznej molekuł za środowiska o wyższej temperaturze do środowiska o temperaturze niższej aż do momentu wyrównania temperatur. Czyste przewodnictwo - głownie ciała stałe ( brak ruchu w skali makro). Temperatura - zmiana wewnętrznej energii kinetycznej molekuł.

Wzór Fouriera

λ
- współczynnik przewodzenia ciepła

σt/ σl - gradient temperatury

F - powierzchnia do kierunku przepływu ciepła

τ - czas

λ = 0.002 - 0.12 - materiały izolacyjne [W/mK]

λ = 0.70 - szkło

λ = 0.50 - stal

λ = 0.60 (20˚C), 0.68 (100˚C) - woda

λ = 2.3 - lód

aby przyspieszyć transport ciepła przez przewodnictwo -należy zwiększyć ΔT, F, zmniejszyć grubość(l), wydłużyć czas, zmienić materiał.

Konwekcja

• przenoszenie ciepła w materii ( płynach) na zasadzie przemieszczania się

• - wolne - samorzutny ruch płynu (≠T → ≠ρ)

• - wymuszone - mechaniczne mieszanie płynów o różnej temperaturze

• transport ciepła konwekcyjnego - większe od przewodzenia ( sok, brzoskwinie w syropie, konserwa mięsna), sok - najszybsze ogrzewanie

• w praktyce konwekcja nie zachodzi w bezpośrednim styku ze ściana - tam transport ciepła przez przewodzenie ( wnikanie ciepła)

Przewodzenie ciepła

• przenoszenie ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych ( promienie IR)

• może zachodzić bez przewodnictwa (np. próżnia) ale w praktyce przechodzi przez gazy

• promienie IR po wyemitowaniu są pochłaniane (ciała doskonale czarne), odbijane(ciała doskonale białe), przepuszczane(ciała doskonale przeźroczyste) w praktyce ciało czarne

• pochłanianie promieni IR - absorbcja na powierzchni, dalej przewodnictwo lub konwekcja

• szybkość ogrzewania - f(temp emitera, temp absorbera + kształt, stan powierzchni obu)

Równanie Stefana - Boltzmana - ilość ciepła emitowana przez ciało doskonale czarne

Q = δ A T⁴ δ - stała Stefana Boltzmana

W praktyce

Q = ε δ A (T₁⁴ - T₂⁴ )

Ε - emisyjność zastępcza (uwzględnia kolor, stan powierzchni emitera i absorbenta)

Źródła podczerwieni - promienniki podczerwieni, grzejniki ceramiczne halogenowe, żarnikowe

Zastosowanie IR - suszenie, dosuszanie (ziarna, makaron), pieczenie, obkurczanie folii termokurczliwej, gastronomia, w połączeniu z mikrofalami.

Przeponowa wymiana ciepła

• ośrodek grzejny z ośrodkiem ogrzewanym styka się przez przeponę (ścianki, puszki, płaszcz kotła, ścianki rury)

• występuje jednocześnie przewodzenie, konwekcja, promieniowanie

• po obu stronach przepony płyny (ruch konwekcyjny), warstwy przyległe ( przewodzenie, wnikanie ciepła)

Układ dynamiczny (zmiana temperatury w czasie) t₁ - t₂ = logarytmiczna średnia napędowa różnica temperatur Δt_śr

Q = k F Δt_śr τ

k - współczynnik przenikania ciepła - zdeterminowany przez „wąskie gardło” (albo opór cieplny, albo wnikanie) np. szklana ścianka butelki, tacka styropianowa - małe λ brak konwekcji w ...... małe α

rodzaj nośnika ciepła para wodna - dużo lepsza niż powietrze, obecność kamienia kotłowego (1mm kamienia - 4,5 m. Cu)

k - duże - szybka wymiana ciepła - intensywność ruchu. Brak ruchu płynów lub słaby ruch - k [ W/m²K] = 200 - 5000, ruch turbulentny - k = 2000 - 3000

Dlatego w T.Ż. przeciwprąd

• Mniejsza wymagana powierzchnia wymiany ciepła

• Temperatura końcowa nośnika gazowego może być mniejsza niż temperatura nośnika zimnego

• Większa siła napędowa ( Δt )

Nośniki ciepła

1) gorąca woda + skropliny pary wodnej

zaleta - łatwy transport na duże odległości bez znacznego spadku temperatury

wada - tylko do temp 100˚C

2) gorące powietrze - kłopotliwe, duże spadki temperatur, małe α, ale nieraz niezastąpione (suszenie, piekarstwo)

3) niskotemperaturowe nośniki ciepła

ciekłe : woda lodowa, solanka, glikol, alkohole

gazowe: amoniak, freony

4) para wodna - główny gazowy nośnik ciepła

zalety: nietoksyczna, niepalna, bezwonna, łatwo dostępna, łatwa do transportu ma duże odległości, przy kondensacji - oddaje dużo ciepła ( 539 - 481 kcal/kg)

kondensacja pary = f (p:1 - 10 atm.) - mało pary do przekazania ciepła, duże α - tańsze wymienniki bo mniejsza powierzchnia wymiany ciepła, kondensująca para wodna w T = const - łatwa kontrola parametrów procesu.

• ogrzewanie parą ostrą (żywą) - bezprzeponowa (barabotery, bełkotki, rura). Wada- rozcieńczenie, zaleta - szybkość.

Ogrzewanie parą głuchą - przeponowa, bez rozcieńczenia.

Przykłady przeponowych wymienników ciepła.

• kocioł z płaszczem grzejnym

• aparaty Frederkinga

Wymiennik ciepła ociekowego

• chłodnica ociekowa

Wymiennik typu rura w rurze

Wymiennik płaszczowo rurowy

Wymiennik skrobakowy

Płytowe wymienniki ciepła - pakiet odpowiednich tłoczonych stalowych płyt składanych podobnie jak prasa filtracyjna.

• wytłoczenie - turbulencja (bardzo dobra wymiana ciepła)

• szczelina 3,5 - 6 mm

• na czterech narożach płyty, cztery otwory, system otworów tak uszczelniony uszczelkami gumowymi aby naprzemiennie po dwie zaopatrywały każda ze stron płyty w medium gorące i zimne.

Zalety - duży współczynnik przenikania ciepła, łatwy demontaż, czyszczenie, konserwacja, łatwość dostosowania do zmiennych warunków pracy ( flexibility)

Wady - duży opór przepływu, konieczność stosowania uszczelek ( duże zużycie) często stosowane jako pasteryzatory

Eksploatacja wymienników ciepła:

• utrzymać właściwą prędkość przepływu czynników

0,15 - 0,6 m/s - płytowe

0,5 - 3 m/s - płaszczowo - rurowe

• wzajemny ruch substancji roboczych ( przeciwprąd preferowany)

• usuwanie powietrza ( 1% wag. powietrza w parze wodnej - α maleje 2 razy)

• zapobieganie zanieczyszczeniu powierzchni wymiennika ciepła, produkty przeczyszczające ( kamień kotłowy)

Grzejnictwo elektroniczne

a) indukcyjne - prąd indukowany 1 kHz - 1 MHz w materiale umieszczonym wewnątrz cewki zasilanej prądem szybkozmiennym, efekt - temperatura rośnie, warunek - przewodność materiału ( sery, śledzie solone) .

b) dielektryczne - prąd umieszczony miedzy okładkami kondensatora podłączonego do generatora wysokich częstotliwości. W dipolowym dielektryku (żywność, woda) wytwarza się ciepło na skutek reorientacji dipoli. Q tym większe im większa częstotliwość, gradient napięcia, powierzchnia, ε ( dla wody = 80.4, dla suchej subst = 2- 10 ) i mniejsza odległość miedzy okładkami.

Ograniczenia - możliwość przebić, koszt, sprawność do 50%.

Zalety - szybkie ogrzewanie (High Temperatute Short Time HTST)

Zastosowanie

• dosuszanie, rozmrażanie, topnienie (tłuszcz , czekolada)

• do ciągłego badania zawartości wody na podstawie efektu termicznego (ε )

Operacje i metody termiczne w T.Ż.

Ogrzewanie ( podgrzewanie, pasteryzacja, blanszowanie)

Podgrzewanie - zwykle lekkie ogrzewanie do temperatury dużo niższej niż temp. wrzenia w celu doprowadzenia temperatury do temperatury optymalnej dla enzymu ( 70 - 75˚C browarnictwo, 30 - 34 ˚C podpuszczka), ułatwienie rozpuszczania.

Blanszowanie

• ważna operacja poprzedzająca puszkowanie, zamrażanie, odwadnianie ( warzywa, owoce)

• szybkie ogrzewanie, przetrzymanie(T, τ), szybkie oziębienie lub bezpośrednio dalszy przerób

• zwykle 0,5 - 5 min woda 85 - 98 ˚C, różne surowce, różne warunki)

• cel - inaktywacja enzymów lub rozkład substrat…ów dla reakcji enzymatycznych.

Dodatkowo - mycie surowca - mniej zakażeń μ-biol , usuwanie gazów ( w tym O₂ - mniejsza korozja), zmiękczanie i skruszanie surowca - łatwiejsze napełnianie opakowań, częściowe usunięcie NO₃^-, NO₂ ^-, Me⁺ⁿ ( ale i rozpuszczenie w wodzie substancji odżywczych)

Metody blanszowania

• immersyjna w wodzie - zanurzeniowa ( kosz blanszowniczy, blanszownik ślimakowy)

wada - straty substancji rozpuszczonych w wodzie , za twarda woda - twardość skórki

• w parze wodnej - na perforowanej taśmie produkt przechodzi przez komorę parową - mniejsze straty substancji rozpuszczonej

• μ - falowe( rzadko stosowane) - większy standard higieny ale brak innych zalet.

Urządzenia do blanszowania

• o działaniu okresowym - pojemniki wodne ( z przelewem), ogrzewane ostrą ( bełkotki) lub głucha para wodna. Surowiec w koszach ze stali kwasoodpornej po ogrzaniu przenosi się do zbiorników z zimna wodą

• o działaniu ciągłym:

• - ślimakowe

- tunelowe - perforowana taśma (ewentualnie z kubełkami) wchodzi do tunelu z wodą na końcu natrysk zimnej wody i dalsze chłodzenie

• bębnowe - perforowany bęben obrotowy ze ślimakiem wewnątrz zanurzonym w wannie z wodą. Wada - podgrzewane para ostrą.

Rozparzanie ( parowanie)

• wprowadzanie surowców ( zwykle roślinnych w stan półpłynny, najczęściej za pomocą pary wodnej)

Mechanizm - kleikowanie skrobi, hydroliza protopektyn, denaturacja białek, wysoka Temp, inaktywacja enzymów (Brak EB - oksydazy)

Zastosowanie - przeciery, pulpy, gorzelnictwo - rozparzanie ziemniaków, zbóż)

Urządzenia do rozparzania

Okresowe

• nieruchome - dno stożkowe, załadunek od góry, rozładunek od dołu

• wywracane - np. parowniki do ziemniaków

• ciśnieniowe (autoklawy para wodna 0,7 - 0,5 MPa, 142 - 146˚C) szczególne względy bezpieczeństwa

Ciągłe

• taśmowe np. do rozparzania pomidorów, para wodna ( 0,2 - 0,3 MPa) kierowana bezpośrednio na surowiec z góry i z dołu

• szybowe

• korytowe

• ślimakowe

• tarczowe

Prażenie - zabieg termiczny wywołujący daleko posunięte zmiany właściwości organoleptycznych, składu chemicznego prażonego produktu

Cel - powstawanie substancji smakowo - zapachowych i barwnych w następstwie termolizy głównie cukrowców.

Zmiany niekorzystne - rozkład tłuszczów ( dlatego praży się tylko surowce ubogie w tłuszcze), utrata wartości odżywczych białek (Liz, His, Tre)

Rodzaje prażenia

• łagodne - do 140˚C

• dość silne i silne ( 150 - 220˚C) dekstrynizacja skrobi, prażenie ryżu, zbóż ( często nawilgocone 35 - 40 % wody) produkcja karmelu, cukru, prażenie kawy ( do 200˚C), kawa zbożowa ( jęczmień, cykoria do 250˚C)

wykład 5 31.03.05

Smażenie:

- silne ogrzewanie(T>100 st.C do 200 st.C)odpowiednio przygotowanego półproduktu(mięso,ryby,ziemniaki,owoce,warzywa)pod zwykłym ciśnieniem w ciekłym ośrodku(tłuszcz,syropy:skrobiowy lub sacharozowy)

- dalekie zmiany w produkcie(NEB,dekstrynizacja skrobi,odwodnienie powierzchni,denaturacja białek)

- smażenie w tłuszczach gdy zbyt duża T(zwykle>180 st.C) - hydroliza,autooksydacja,izomeryzacja,polimeryzacja,akroleina(CH2=CH-CHO),produkty termizacji substancji lipidowych np.steroli - rakotwórcze.Wchłanianie 10 - 45% tłuszczu przez produkt powoduje wzrost wartości kalorycznej,częste uzupełnianie tłuszczu.

Zastosowania przemysłowe:

- produkcja konserw rybnych

- produkcja frytek i chipsów

- produkcja konserw warzywnych(niektórych)

- smażenie konfitur

- produkcja owoców wysycanych syropem cukrowym

Rodzaje:płytkie - patelnie,panwie(ogrzewanie płomieniowe lub elektryczne),patelnie ze specjalnymi żywicami

głębokie - taśma z koszykami przechodząca przez wannę z nagrzanym tłuszczem

Automatyka - bardzo dokładne sterowanie T tłuszczu + czas przebywania produktu

b.ważne - okresowa wymiana tłuszczu

Pieczenie:

- nie tylko operacja,ale też proces - sekwencja poszczególnych przemian i reakcji

- typowe dla piekarstwa(temp.zwykle 230 - 260 st.C,tylko powierzchnia dochodzi do wyższych temp.,wnętrze do 100 st.C(zabicie drożdży i bakterii wegetatywnych,ścięcie glutenu(65 st.C),skleikowanie skrobii 75 - 80st.C - właściwy efekt pieczenia)

Zmiany zachodzące w czasie pieczenia chleba:mięknięcie ciasta - do 50 st.C,działanie drożdży i enzymów, rozszerzanie się gazów, żelowanie skrobi, koagulacja białka, brunatnienie skórki(ok.200st.C),dekstrynizacja,ekstryfikacja,utlenianie,parowanie,zmiany smakowo-zapachowe

Gotowanie:

- utrzymywanie cieczy przez dłuższy czas w stanie wrzenia

- tzw.warzenie np.warzenie brzeczki z chmielem(1.5 - 2.5h)w celu wyługowania żywic chmielowych,koagulacji białek i uzyskania klarowności brzeczki:kotły warzelne(50 - 100 m³,Cu,stal),desulfitacja(usuwanie 0.2% SO₂),gotowanie w garmażerii,utrzymywanie w stanie wrzenia przy destylacji

Urządzenia:kotły z płaszczem parowym,wanny pasteryzacyjne(do słoików)

Tostowanie:

- ogrzewanie nawilgoconych produktów z nasion roślin strączkowych(95-120 st.C)

- cel:zniszczenie substancji antyżywieniowych(inhibitory proteaz,hemaglutyniny,saponin,fitynian)skuteczność wzrasta,gdy nawilgocenie i temperatura wzrasta

Chłodnictwo:chłodzenie,oziębianie,zamrażanie

Zastosowanie chłodnictwa:

a) w procesie technologicznym(schładzanie drobiu,produkcja lodów,chłodzenie po blanszowaniu,regulacja szybkości procesów chemicznych i biochemicznych(dojrzewanie sera,mięsa,win),wpływ na właściwości technologiczne materiałów(lepsze cięcie mięsa,serów,lepsza rozpuszczalność CO₂(soft drinks))

b) utrwalanie żywności(żywność chłodzona,mrożonki)

c) transport chłodniczy(surowce - np.truskawki z pola i gotowe produkty(np.mrożonki))

Przenikanie ciepła - te same zasady co przy ogrzewaniu

Chłodzenie bezprzeponowe(natrysk zimnej wody,owiew zimnego powietrza)

Chłodzenie przeponowe(współprąd,przeciwprąd),np.po pasteryzacji,chłodzeniu mleka - zużycie wody 2 - 2.5 razy > niż mleko

Ciecze o małej lepkości - nie ma problemów

Ciecze o dużej lepkości(lub gdy lepkość wzrasta,tak że temperatura maleje):wymienniki skrobakowe,fryzery - konwekcja wymuszona

Podstawy techniki chłodniczej:

Druga zasada termodynamiki - samorzutność procesu - ΔS > 0

Q = Q₀ + L

bez pracy ΔS = Q₀ / T - Q₀ / T₀ ≤ 0

T> T₀

aby był proces samorzutny,trzeba włożyć pracę L

ΔS = (Q₀ + L)/T - Q₀ / T₀ = Q/T - Q₀ / T₀ ≥ 0

L ≥ Q₀(T- T₀)/ T₀))

Obiegi chłodnicze:sprężarkowe,absorpcyjne

Obieg sprężarkowy:sprężarka,kondensor(+dochładzanie),dławik,parowanie

Czynnik chłodniczy:amoniak,freony

Układ log p = f(i)

q₀/l = ε - współczynnik wydajności chłodniczej

Fizyczne zjawiska wywołane zamrażaniem:

1) tworzenie się i wielkość kryształów lodu

- gdy temperatura mniejsza niż 0 st.C to w produkcie spożywczym nie tworzy się jeszcze lód,bo:prawo Roulta(obniżenie temp.krytycznej)

ΔTkr = - ε_kr n ε_kr=1.86[st.C/mol]

Diagram fazowy układu eutektycznego prostego(np.woda - sól):

WT = 0 st.C - delta Tkr(temperatura krioskopowa) - tworzą się pierwsze kryształy lodu,w pozostałej fazie wodnej stężenie soli nieco wyższe.W miarę jak temperatura maleje,tworzy się coraz więcej kryształów lodu,a niewymrożony roztwór zatęża się coraz bardziej,aż temperatura maleje do T_E ,gdzie całość zestali się(skład eutektyczny)

sól+NaCl stężenie soli 22.4%

T_E = - 21.2 st.C

- w miarę stopniowego wymrażania lodu stężenie soli rośnie,wpływ na biopolimery(denaturacja mrożeniowa białek,wpływ na aktywność enzymów),wzrost także stężenia innych reagentów,niektóre reakcje ulegają przyspieszeniu(głównie zakres od -1 do -5st.C,odstępstwo od równania Arrheniusa(ważne szybkie przejście zakresu od -1 do -5 st.C)

- front lodowy idzie od zewnątrz produktu - wraz z zamrażaniem stężenie soli rośnie - migracja wody z warstw wewnętrznych dla utrzymania równowagi 2

- powolne zamrażanie - "osuszenie" wnętrza komórek(migracja wody poza nie),+duże kryształy lodu(uszkodzenia traumatyczne)-duży wyciek

- szybkie zamrażanie - dużo małych kryształków lodu,brak "osuszenia" wnętrza komórek,< uszkodzenia traumatyczne

Wykres szybkiego i powolnego zamrażania

2) zmiany właściwości fizykochemicznych podczas zamrażania:

V↑(H₂O → lód → V↑ 9% w żywności (∼6%)),gęstość↓, Cwl↓( C_wl lodu ≈ 1.2C _wl wody)

λ(przewodnictwo elektryczne)↑( λ lodu → 4x > niż λ_HO), a(przewodnictwo temperaturowe)↑(dla lodu 9x >),ε^''(stała dielektryczna) ↓↓

Operacje dyfuzyjne:

dyfuzja: a) cząsteczkowa - zjawisko wymiany masy spowodowane różnicą potencjałów chemicznych danego składnika w różnych miejscach układu.Potencjał chemiczny jest funkcją zależna od p,T i c.Ponieważ zwykle p,T = const,więc potencjał chem.zależny od c,a więc dyfuzja cząsteczkowa spowodowana jest bezładnym,cieplnym ruchem cząstek prowadzonym do wyrównania stężeń(ruchy cieplne molekuł)

Siłą napędową dyfuzji jest wzrost entropii(s)

Im temperatura większa tym szybkość dyfuzji większa(związek operacji dyfuzyjnych z cieplnymi)

Dyfuzję cząsteczkową opisuje równanie Ficka

G = -DF δ_c/δ_x d_τ ilość substancji dyfundującej w czasie

d_τ przez powierzchnię F

δ_c/δ_x gradient stężeń

D kinematyczny współczynnik dyfuzji

b)konwekcyjna - zjawisko przemieszczania się cząstek składnika czynnego spowodowane ruchem samego nośnika,efekt - szybkie wyrównanie stężeń w calej objętości fazy nośnika(konwekcja naturalna i wymuszona)

Przy dyfuzji międzyfazowej - na granicy faz dyfuzja cząsteczkowa,która ustępuje konwekcyjnej,im bliżej jądra fazy(analogia do przewodnictwa i konwekcji cieplnej)

W 2 fazach dyfuzyjnie nieczynnych(nośnych) jest rozmieszczony trzeci składnik dyfuzyjnie czynny(migrujący).

W w/w operacjach - wymiana masy:

- przemieszczanie się substancji migrującej do granicy faz

- przenikanie przez powierzchnie międzyfazowe

Przenoszenie dyfuzyjne masy w następujących układach(TŻ):

- między cieczą i gazem

- między 2 niemieszającymi się cieczami

- między cieczą i ciałem stałym

- między gazem i ciałem stałym

W T.Ż.wymiana masy :

a) do wstępnego oczyszczania surowca lub wydzielenia z niego składnika

b) do końcowego oddzielenia produktów i półproduktów powstałych w procesie technologicznym

Zwykle interesujące nas składniki występują w małych stężeniach np.zacier gorzelniczy - 8 do 9% EtOH + 40 innych różnych składników,chcemy otrzymać EtOH 95-96%.Im większy stosunek stężenia żądanego do tego jakie jest i im większy wymagany stopień oczyszczania,tym bardziej złożone,uciążliwe i droższe jest przeprowadzenie właściwego procesu wymiany masy

Dyfuzja - podstawa wielu operacji w T.Ż.:

- suszenie - usuwanie wilgoci z materiału przez odparowanie jej do fazy gazowej

- ekstrakcja - wydobywanie ze stałej lub ciekłej mieszaniny jednego lub kilku jej składników za pomocą rozpuszczalnika o wybiórczej zdolności rozpuszczania.Składnik przenika z fazy stałej lub ciekłej do ciekłej ,z której następnie jest wydzielony przez destylację lub krystalizację

- krystalizacja - tworzenie się i rozrost kryształów przy przejściu substancji ze stanu ciekłego w stały

- adsorpcja - wybiórcze pochłanianie gazów lub rozpuszczanie w cieczy substancji(adsorbat) na rozwiniętej powierzchni ciał stałych(adsorbent)

- absorpcja - pochłanianie gazów w całej objętości cieczy lub ciała stałego(saturacja dwutlenku węgla,siarkowanie)

- destylacja - przeprowadzenie w stan pary i ponowne skroplenie jednego lub kilku składników mieszaniny ciekłej w celu ich rozdzielenia lub oczyszczenia

- rektyfikacja - rozdzielenie mieszanin cieczy lub par oparte na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i pary przy równoczesnej wymianie ciepła i masy(przemysł spirytusowy,olejki eteryczne)

Destylacja i rektyfikacja:

- cel:oddzielenie jednego lub kilku bardziej lotnych składników mieszaniny ciekłej przez utrzymywanie jej w stanie wrzenia w aparacie destylacyjnym

- opary wzbogacane są w składnik bardziej lotny,a mieszanina destylacyjna jest zubażana(para ma inny skład niż ciecz pozostająca z nią w równowadze).

Wielokrotne powtarzanie destylacji uzyskiwanego kondensatu prowadzi do coraz większego stężenia składnika lotnego,ale uwaga! w układach azeotropowych od pewnego stężenia substancji lotnej nie uzyskuje się już wzrostu jej koncentracji w kondensacie(ciecz i para mają jednakowy skład)

Taki skład azeotropowy to np.:EtOH + woda(97.2% obj.,95.6% wagowo EtOH,temp.wrzenia = 78.15 st.C)

Zastosowanie:produkcja spirytusa,wódek,odzysk aromatów(głównie rektyfikacja),destylacja prosta - produkcja koniaków)

Im wyższe stężenie etanolu,tym stężenia par uzyskujemy coraz mniej.

Destylacja prosta:

- aparatura:kocioł+skraplacz+odbieralniki

- ciągłe usuwanie oparów znad wrzącej mieszaniny - ciągły spadek stężenia składnika lotnego w kotle-w następstwie tego również w oparach spadek stężenia składnika lotnego

Za pomocą destylacji prostej nie można uzyskać destylatu o wysokim stężeniu składnika bardziej lotnego.W miarę jak rośnie ilość destylatu to obniża się w nim zawartość składnika bardziej lotnego i zbliża się do zawartości w mieszaninie wyjściowej.Ilustruje to przebieg izobary.

Destylacja prosta z deflegmacją:procesowi destylacji towarzyszy zwykle wywołana celowo lub przebiegająca samoczynnie deflegmacja - częściowe skraplanie pary zachodzące ze zmianą składu faz,tak że < lotne składniki pary ulegają częściowemu skropleniu,wzbogacając przez to fazę parową w składnik bardziej lotny.Tworząca się podczas deflegmacji faza ciekła to flegma.Urządzenia zwiększające deflegmację to deflegmatory.

Rektyfikacja:

- proces destylacji prowadzony w aparatach kolumnowych ,tak że podczas przeciwprądowego przepływu cieczy i pary zachodzi wymiana ciepła i masy

- poszczególne "kotły destylacyjne",tzw. półki ustawiane są jedna nad drugą,a przeciwprąd zapewnia wielokrotne odparowywanie i kondensację czynnika

- efekt - otrzymuje się wysokie stężenie składnika bardziej lotnego

Kolumna rektyfikacyjna może pracować w sposób ciągły lub okresowy.

Wykład 6

Procesy zachodzące ma półkach kolumny rektyfikacyjnej → kontakt cieczy z wyższej półki (np. 9) z parą niższej (np. 6) → wymiana ciepła i masy i rozdział na parę bogatszą w lotniejszy składnik (np. 8) i ciecz uboższą w niego (np. 7) itd.

Parowanie w kolumnie odbywa się kosztem ciepła skraplania. W praktyce często zdarza się, że strumienie masy pary idącej w kolumnie i cieczy ściekającej w dół są równe.

(KSERO str.12)

Półki kolumny rektyfikacyjnej

• należy osiągnąć odpowiednią powierzchnię styku pary i cieczy → właściwa wymiana ciepła i masy

• w przem. spożywczym → półki kołpakowe i sitowe

• półki kołpakowe →∅ kołpaków 80 - 100 mm, odstęp między nimi ok. ½ ∅

• odstęp między półkami → 30 - 60 mm =f (strumienia cieczy i pary oraz skłonności do pienienia)

• wysokość cieczy na półce → regulowana wysokością przelewu

• półki sitowe → płyty z nawierconymi otworami o ∅ ~ 3 mm

• warstwa cieczy na półce utrzymywana dzięki ciśnieniu pary, która nie pozwala na spłynięcie cieczy przez otwory

Ukł. rektyfikacji okresowej i ciągłej (wprowadzenie na półkę zasilania)

(KSERO 12,13)

Ekstrakcja

• operacja dyfuzyjna wydobywana z mieszaniny stałej lub płynnej (surówki) określonego składnika lub ich grupy za pomocą odpowiedniego rozpuszczalnika (ekstrahenta) wydzielanie wyekstrahowanego skł. z ekstraktu → np. destylacja, krystalizacja

Ługowanie → ekstrakcja wodą z ciał stałych

Gdy materiał ługowany ma budowę komórkową → półprzepuszczalność → zamiast dyfuzji jest osmoza (przenikanie wody do wnętrza komórek, dla wyrównania ciśnienia osmotycznego (π)) →kom. pęcznieje, ale nie uwalania się z niej subst., którą chcemy wyługować. Rada →zniszczenie białkowej subst. protoplazmy wchodzącej w skład błon komórkowych. (T↑, T↓ mrożenie), mechaniczne, hydroliza, fermentacja →osmoza ustępuje miejsca dyfuzji → łatwe ługowanie

Schemat ekstrakcji: aparat do ekstrakcji → ekstraktor

Surówka - materiał poddawany ekstrakcji

Extrahent - rozpuszczalnik (selektywna rozpuszczalność w stosunku do subst. ekstrahowanej i ograniczona rozpuszczalność w materiale ekstrahowanym)

(KSERO 16)

Ekstrakt - skł. ekstrahowany + rozpuszczalnik

Rafinat - pozostałość poekstrakcyjna

Rozdzielenie ekstraktu i rafinatu →łatwe bo 2 ≠ fazy

Rozdzielenie ekstraktu na subst. ekstrahowaną i ekstrahent → krystalizacja, destylacja

Cel ekstrakcji → jak największe wzbogacenie ekstraktu i jak największe zubożenie rafinatu

W TŻ → najczęściej ekstrakcja z rozdrobnionej fazy stałej o budowie kom. (przem. cukrowniczy, olejarstwo, ekstrakcja kawy, herbaty, przem. owocowo-warzywny (soki), produkcja wina, piwa, olejki eteryczne, ekstrakcja barwników, witamin, enzymów (z pleśni)).

Ekstrakcja ze środowiska ciekłego (→gł. przemysł chemiczny) →podział skł. ekstraktu pomiędzy dwie nie mieszające się ze sobą ciecze → prawo podziału Nernsta
T= const ⇒ K= const

Wykład VI 14.04.05.

Duża energia swobodna na powierzchni międzyfazowej emulsje - układy niestabilne z termodynamicznego punktu widzenia - rozfrakcjonowywanie poprzez jeden lub więcej z poniższych mechanizmów:

1. różnica gęstości (sedymentacja)

• efekt siły grawitacyjnej na fazy o różnej gęstości

• szybkość przemieszczania się kulek fazy rozproszonej
  prawo Stokes'a:
  
  
  

flokulacja

• łączenie się cząstek fazy rozproszonej w większe zespoły, ale bez niszczenia powierzchni (bez zwiększania objętości indywidualnych cząstek)

• przyczyna - niski ładunek elektryczny na powierzchni cząstek fazy rozproszonej

• przykład - mleko niehomogenizowane

• koalescencja

• najpoważniejsza droga destabilizacji emulsji

• niszczenie powierzchni międzyfazowej i łączenie się cząstek fazy rozproszonej zmniejszenie się powierzchni międzyfazowej; zanim nastąpi koalescencja - kuleczki fazy rozproszonej muszą wejść w kontakt na drodze sedymentacji, flokulacji lub ruchów Brona

METODY STABILIZACJI EMULSJI

Trzeba pokonać tendencję do utrzymania minimalnej powierzchni międzyfazowej dodatek emulgatorów - substancje aktywne powierzchniowo, gromadzące się na powierzchni faz i zmniejszające σ  zapobiega to koalescencji i zwiększa czasem gęstość ładunku na powierzchni.

Stabilizowanie emulsji przez:

1. stałe cząstki o małych rozmiarach:

• adsorbują się na powierzchni międzyfazowej

• np. sproszkowany SiO₂, rozdrobnione fragmenty komórek roślin, niektóre sole
  
  

• makrocząsteczki:

• różne substancje o wysokiej masie cząsteczkowej (w tym gumy, białko), mogą tworzyć cienkie filmy wokół kropelek emulsji
  fizyczna bariera dla koalescencji

• np. białka adsorbujące się na powierzchni międzyfazowej ulegają rozwinięciu i usytuowują się grupami niepolarnymi do fazy olejowej, a polarnymi do wody

• ciekłe kryształy:

• interakcje między fazą wodną, olejową a emulgatorem

[…]

Emulgatory:

anionowe	naturalne	powierzchniowo czynne	hydrofilowa przewaga
kationowe	syntetyczne	zwiększające 	hydrofobowa przewaga

TYPOWE EMULGATORY:

1. Estry glicerolu:

• niejonowe

• szeroko używane w TŻ

• wykorzystanie - margaryna, niskokaloryczne spredy, desery mrożone

• najczęściej używane:
  
  […]

• […]

• SSL […]

• Monoestry kwasów tłuszczowych z glikolem etylenowym lub propylenowym
  […]

• 
  
  Estry kwasów tłuszczowych i sorbitanu
  
  spany - bdb dla W/O
  zwiększenie hydrofilowości
  
  H₂C
  spany +  O → tweeny
  H₂C
  
  
  

• Fosfolipidy:

• naturalne emulgatory, np. lecytyna (żółtko jaja, soja)

• żółtko jaja - 10% fosfolipidów

• Gumy (żywice) rozpuszczalne w wodzie

• stabilizują emulsje O/W poprzez wzrost  fazy ciągłej i tworzenie filmów (warstewek) wokół kropelek oleju

• guma arabska, ksantanowa, CML

• Białka
  […]
  

KRYSTALIZACJA

• Wydzielenie krystalicznej fazy stałej z fazy ciekłej (roztwór, stop) lub gazowej.

• Kryształy - budowa anizotropowa.

• Makromolekuły (celuloza, skrobia itp.) - częściowa krystalizacja - obszary krystaliczne (Avicel) i amorficzne.

Stan szklisty - ciała stale niekrystaliczne (bezpostaciowe), stan quasistatyczny (bardzo duże  )

CH₃COONa + C₁₂H₂₂O₁₁ (sach.) brak krystalizacji kandyzowanie

Stan krystaliczny zwykle mniejsza objętość, niż bezpostaciowy (wyjątek: woda!) - łatwe usuwanie produktów zestalonych z forem (np. czekolada).

Warunek krystalizacji - przesycenie, niska temperatura (czasem wysoka temp.) i/lub odparowanie rozpuszczalnika + czasami strącenie, np. wysalanie białek.

Dwa etapy krystalizacji:

1. tworzenie się zarodków krystalicznych

2. rozrost kryształów na zarodkach (dążność do idealnego kształtu), minimalizacja energii swobodnej (S/V)

Inicjacja krystalizacji.

Zakres niestabilny - przesycenie (stężenie większe od roztworu nasyconego, ale brak krystalizacji; krystalizacja dopiero po zaszczepieniu - wstrząs, drobne kryształy)

Im niższa temperatura, tym szybsze tworzenie zarodków krystalizacji, ale istnieje granica - gdy temperatura spada nadmiernie - lepkość rośnie i zarodki tworzą się wolniej lub wcale (stan szklisty). Istnieje temperatura optymalna szybkości tworzenia się zarodków. Niektóre kryształy mają zbyt dużą energię swobodną - następuje ich rekrystalizacja do większych kryształów. Inna może być temperatura optymalna dla szybkości osadzania się molekuł na istniejących już zarodkach. Dobierając odpowiednią temperaturę krystalizacji można sterować wielkością otrzymanych kryształów (dużo drobnych lub mało dużych).

Z technologicznego punktu widzenia pożądana jest jak największa jednorodność rozmiarów kryształów (normy).




q - strumień substancji dążącej do kryształu w procesie krystalizacji można zwiększać przez obniżenie L - mieszanie zwiększa krystalizację.

Krystalizatory (brak krystalizatora uniwersalnego)

Podział:

• ze względu na sposób osiągania przesycenia:

• z chłodzeniem

• z odparowaniem rozpuszczalnika

• ze względu na warunki hydrodynamiczne procesu:

• z naturalnym obiegiem mieszaniny krystalizującej

• z wymuszonym obiegiem mieszaniny krystalizującej

• ze względu na ciągłość pracy:

• okresowe - najczęściej stosowane, zmienność warunków (stężeń, dostarczania energii)

• ciągłe zasilanie roztworem świeżym i ciągły odbiór kryształów (droższe od urządzeń okresowych, konieczność automatyzacji).

Krystalizacja w TŻ.

1. Rozdzielanie poprzez krystalizację.
   Produkt - wydzielone kryształy lub faza ciekła po krystalizacji, zwykle dąży się do dużych i jednorodnych kryształów (produkcja cukru, aminokwasów, witamin).

2. Krystalizacja bez rozdziału - kryształy zestalają się w produkcie - np. produkcja lodów, margaryn, masła.

3. krystalizacja towarzysząca koncentracji i zamrażaniu (piaszczystość - laktoza, uszkodzenie struktury, kryształy lodu).

Krystalizacja cukru - krystalizacja z roztworu.

Oczyszczony i zagęszczony sok buraczany, 60 - 65 ^oBx, wprowadza się do warników - podgęszczanie cukrzyca.

Cukrzyca przekazanie do krystalizatorów (zapoczątkowanie krystalizacji, mieszanie, chłodzenie).

Następny etap odwirowanie kryształów + afimacja (zmywanie warstewki syropu), ponowne zagęszczanie odcieku z wirówki i dalsza krystalizacja.

Krystalizacja tłuszczu - krystalizacja ze stopu.

Tłuszcze - mieszanina różnych glicerydów różne fazy polimorficzne o różnych temperaturach topnienia - możliwość tworzenia kryształów mieszanych brak wyraźnego punktu topnienia (obszar topnienia).

Krystalizacja frakcyjna - powolne ochładzanie tłuszczu stopionego lub rozpuszczonego w rozpuszczalniku organicznym w celu rozdzielenia go na frakcje o różnej temperaturze topnienia.

Zastosowanie:

• do winteryzacji olejów (oddzielenie tej niewielkiej części glicerydów, które podczas przechowywania wytrącają się, dając osad)

• do rozdzielania tłuszczu mlecznego w celu późniejszego regulowania konsystencji masła, lodów itp.

Koagulacja i żelifikacja.

Koloidy fazowe:

• skupiska molekuł o dyskretnej powierzchni fazowej

• np. purpura Kaucjusza - rozdrobnione złoto koloidalne

Koloidy cząsteczkowe:

• rozproszenie cząsteczkowe (pojedyncze makrocząsteczki)

• roztwór rzeczywisty = roztwór koloidalny

Klasyfikacja koloidów wg Oswalda.

Klasyfikacja koloidów wg właściwości fazy ciągłej i rozproszonej:

• koloidy liofilowe (hydrofilowe) - łączenie się cząstek fazy zdyspergowanej z fazą dyspergującą;

• koloidy liofobowe (hydrofobowe) - brak łączenia się cząsteczek zdyspergowanych z fazą dyspergującą.

Koloidy liofilowe żelowanie - samoistne przechodzenie ze stanu rozpuszczalnego (zol) w półstały (żel).

Żelowanie (żelifikacja, galaretowacenie) - jedna z form koagulacji - łączenie się cząstek koloidowych w struktury wewnętrznie złożone trójwymiarowe usieciowanie, stanowiące szkielet, wewnątrz którego unieruchomiona jest faza ciągła układu.

Czynniki wpływające na żelowanie:

• wielkość, kształt i stężenie cząstek fazy rozproszonej

• obecność elektrolitów i środków odwadniających

• pH, temperatura, historia czasowo-temperaturowa

Wykorzystywanie koagulacji - żelifikacji w przemyśle spożywczym:

• mleczarstwo (sery, napoje fermentowane, kazeina)
  pH 4,6 - punkt izoelektryczny (oddzielenie fosforanu wapnia i kazeina wytrąca się); podpuszczka - rennina działa na -kazeinę (koloid ochronny) - destabilizacja kompleksu kazeinowego - w obecności Ca²⁺ utworzenie żelu;

• przemysł owocowo-warzywny (galaretki, dżemy, marmolady);

• przemysł koncentratów spożywczych (kisiele, budynie).

Synereza - kurczenie się żelu z jednoczesnym wydzielaniem się fazy ciągłej.

Substancje żelujące żelatyna, skrobia, skrobia modyfikowana, pektyny, gumy roślinne (alginiany, agar-agar)

(żel żelatynowy topi się w ustach, inne - rozpuszczają się, dlatego galaretki żelatynowe są najbardziej atrakcyjne dla konsumenta.)

Procesy chemiczne w TŻ:

• istota - reakcje chemiczne przebiegające bez udziału czynników biologicznych;

• ograniczenia TŻ:

• bo produkty spożywcze muszą być bezpieczne, ani substraty, ani produkty nie mogą mieć jakiegokolwiek negatywnego wpływu

• tylko określone, dobrze kontrolowane reakcje są dopuszczalne (hydroliza, zobojętnianie, uwodornianie) + produkcja dodatków do żywności: przeciwutleniacze, konserwanty, barwniki, środki zapachowe, aminokwasy)

Hydroliza w przemyśle spożywczym (kataliza H⁺):

1. hydroliza węglowodanów - inwersja sacharozy, syropy skrobiowe + glukoza;

• hydroliza sacharozy glukoza + fruktoza (tzw. inwersja) - łatwa hydroliza HCl - 1M, 100 ^oC;

• cukry redukujące (maltoza, laktoza)oraz dekstryny - dużo trudniejsza hydroliza

• hydroliza skrobi mleczko krochmalowe + ∼0,2% HCl (30 - 50 min; 0,1 - 0,2 MPa; 120 - 130 ^oC)
  skrobia dekstryny + maltoza + glukoza (hydrolizat)
  następny etap - neutralizacja, odbarwienie, filtracja, zagęszczanie do ok. 83% s.m.
  daleko posunięta hydroliza skrobi prawie 100% przejścia w glukozę techniczną, po przekrystalizowaniu - lepsza jakość (USA, surowiec - kukurydza)

2. hydroliza białek - koncentraty spożywcze i hydrolizaty białkowe hydroliza wiązań peptydowych, zwykle pod zwiększonym ciśnieniem, obecność HCl (~13%) do 3 h.

Neutralizacja w przemyśle spożywczym:

• neutralizacja po produkcji syropów skrobiowych, przy rafinacji olejów roślinnych, przy produkcji hydrolizatów białkowych

• po hydrolizie kwasowej mleczka skrobiowego - dodatek sody (powstaje 0,1-0,3% HCl, ale nie przeszkadza) lub dodatek CaCO₃ (powstaje gips i CO₂)

• w procesie rafinacji oleju surowego - usuwanie WKT (+ barwniki, + substancje goryczkowe) - dodatek NaOH lub Na₂CO₃ - strącają się mydła

• po hydrolizie białek neutralizacja do pH 5,5 - 5,8 - słone produkty; jeśli H⁺ => H₂SO₄ neutralizacja CaCO₃ i usuwanie gipsu w procesie filtracji.


Uwodornianie tłuszczów:

Cel - utwardzanie i nadanie odpowiedniej konsystencji i cech smakowo-zapachowych.

Mechanizm - redukcja wiązań podwójnych wodorem.

Proces - w autoklawie, T = 180 ^oC, + H₂ (0,3 - 0,4 MPa) + 0,3% Ni egzotermiczne uwodornianie, dalej usuwanie Ni w procesie filtracji i odkwaszanie oraz odwadnianie.

Np. C₁₇H₃₃COOH → C₁₇H₃₅COOH

LJ = 90 ; tt. = 14 ^oC LJ = 0 ; tt. = 70 ^oC

W praktyce nie wszystkie wiązania podwójne ulegają uwodornieniu - w wyniku wysokiej temperatury powstają izomery trans (szkodliwe dla zdrowia, rakotwórcze).

Istnieje możliwość selektywnego uwodornienia tłuszczów,

np. katalizator Cu-Cr redukcja kwasu linolenowego.

OTŻ wykład z 21.04.2005 r

Chemiczna modyfikacja skrobi

Chemiczna modyfikacja białek:

• bardzo ważne- nie utracić wartości odżywczych białek;

• nie tworzyć subst. toksycznych;

• nie wprowadzać subst. toksycznych.

• generalnie dotyczy modyfikacji polarności i czasem ładunku białka, w wyniku tej modyfikacji białko może ulec zwinięciu, rozwinięciu, agregacji, a także zachowanie białka w stosunku do wody i innych składników (np. lipidów) może być modyfikowane.

• najczęściej modyfikacje chemiczną białek prowadzi się w celu polepszenia ich właściwości funkcjonalnych tj. zdolności żelowania, emulgowania, tworzenia pian.

• stopień zmian właściwości funkcjonalnych zależy od rodzaju modyfikacji i jej zakresu

biotechniczne procesy w TŻ

• oparte na zastosowaniu preparatów enzymatycznych;

• oparte na metodach fermentacyjnych;

• zmierzające do produkcji biomasy.

wymagania na egz !!!.: „Ogólna Technologia Zywności” E. Pijanowski i in, WNT; rozdział - Biotechniczne procesy w technologii żywności - przeczytać

Główne metody konserwacji żywności:

Produkty żywnościowe ze wzg. na występowanie w nich składników labilnych wymagają odpowiedniej konserwacji i zapewnienia prawidłowych warunków składowania. Chodzi o zachowanie wartości odżywczej i organoleptycznej.

Procesy psucia wywołane czynnikami :

• zewnetrznymi ( enzymy)

• wewnetrznymi ( bakterie, tlen, światło)

W przemyśle żywnościowym stosuje się 14 metod utrwalania opartych na działaniu zjawisk:

1. fizycznych

2. chemicznych

3. biochemicznych

ad.1

wyróżniamy:

• chłodzenie

• suszenie

• mrożenie

• apertyzacja ( pasteryzacja i sterylizacja) pocz. XIX

• składowanie w zmienionej atmosferze

• utrwalanie promieniami jonizującymi

• filtrowanie

• obniżanie aktywności wodnej przez różne dodatki, np. gliceryna

ad. 2,3

• wędzenie

• solenie

• kwaszenie

• cukrzenie

• alkoholizowanie

• stosowanie antyseptyków, antybiotyków, przeciwutleniaczy

większość tych metod stosowano już w czasach prehistorycznych. W ostatnich dwóch stuleciach wynaleziono 5 metod utrwalania żywności:

• apertyzacja pocz. XIX

• składowanie w atm. wzbogaconej w CO2 i zubożonej w O2 (1896)

• ultrafiltrowanie przy użyciu sączków z celulozy, azbestu i szkła ( lata 20 -te XX w.)

• pasteryzacja i sterylizacja promieniami jonizującymi ( połowa XX w. )

• stosowanie antybiotyków

powyższe metody oparte są na jednej z następujących zasad:

1. zasada biozy - podtrzymywanie procesów życiowych w produktach i wykorzystanie ich naturalnej zdolności do zwalczania drobnoustrojów, np. przechowywanie żywych ryb w zbiornikach z wodą podczas ich dystrybucji

2. zasada anabiozy - zahamowanie rozwoju drobnoustrojów za pomocą czynników fizycznych i chemicznych, np.:

1. suszenie - drobnoustroje nie znajdują niezbędnych do swego rozwoju ilości wody

2. solenie - wskutek rozpuszczania soli w sokach ciśnienie osmotyczne rośnie a to hamuje rozwój drożdży i działanie enzymów własnych. Na wzrost ciśnienia osmotycznego najbardziej wrażliwe są bakterie gnilne, które przy stężeniu soli 10 - 15% już przestają się rozmnażać

3. cukrzenie - hamuje rozwój drobnoustrojów, wysokie ciśnienie osmotyczne. Przy stężeniu cukrów 70% funkcje życiowe drobnoustrojów ulegają silnemu zahamowaniu

4. marynowanie - trwałość spowodowana jest tym,że większość drobnoustrojów nie rozwija się w środowisku kwaśnym( tu AcOH)

5. kształtowana atmosfera CO2 - stosuje się do przechowywania produktów w których odbywa się proces oddychania ;obecność CO2 hamuje procesy życiowe i rozwój drobnoustrojów w owocach i warzywach

6. konserwowanie za pomocą zimna- niska T hamuje reakcje chemiczne i biochemiczne zachodzące w produktach pod działaniem enzymów i wywołane rozwojem drobnoustrojów ;zgodnie z regułą Van Hoffa każde obniżenie temperatury o 10 C powoduje 2-4 krotny spadek szybkości reakcji

wyróżniamy tu schładzanie i zamrażanie

w pierwszym czynnikiem konserwującym jest niska temperatura , w drugim przypadku niska temperatura ,a także przemiana wody w lód tj. usunięcie wody z produktu.

3. zasada cenoanabiozy - zmiana mikroflory poprzez stworzenie warunków sprzyjających rozwojowi pożytecznych drobnoustrojów i niesprzyjających rozwojowi drobno. szkodliwych tzw. antagonizm bakterii np.:

• bakterie kwasu mlekowego - fermentacja cukrów zawartych w produkcie i powstanie kwasu mlekowego = działanie jako środek konserwujący

1. zasada abiozy - całkowite zahamowanie procesów życiowych w żywności ;osiągane przez działanie czynnikami fizycznymi i chemicznymi.

fizyczne - wysoka temp. , naświetlanie UV, promienie jonizujące, filtrowanie

chemiczne - konserwanty

najlepszy konserwant - cechy:

• jak najdłuższy okres przechowywania;

• jak najmniejsze straty produktu;

• jak najpełniejsze zachowanie wartości odżywczych i smakowych

Ze wszystkich znanych sposobów tylko zabezpieczenie za pomocą zimna spełnia te warunki.

Inne sposby powodujące znaczne zmniany produktu:

• solenie - utrata wody i rozpuszczanie w niej sub. ;zmiana smaku

• konserwanty- w nadmiarze szkodliwe, nie zawsze zapewniają całkowite zahamowanie procesów mikrobiologicznych

• wędzenie - wyraźna zmiana smaku, niektóre składniki dymu mogą być szkodliwe dla zdrowia

• suszenie - wyraźnie fizykochemiczne zmiany i koloidowe zmiany zmniejszające przyswajalność

• sterylizacja i pasteryzacja -

• znaczne zmiany w białkach

• rozkład niektórych cukrów

• zniszczenie witamin

• zmiany w wyglądzie i smaku

produkty konserwowane którymkolwiek ze sposobów przy dłuższym przechowywaniu wymagają zimna ( konserwy, wędzonki).

Produkty zabezpieczone chłodniczo zachowują swój wygląd i własności odżywcze (w tym witaminy)

Można przechowywać przez długi okres czasu ; jeśli przy zamrażaniu, przechowywaniu i rozmrażaniu przestrzegane są wszystkie wymogi technologiczne to produkty zachowują prawie wszystkie swe pierwotne właściwości.

Chłodnictwo żywności

Chłodzenie i zamrażanie

Chłodzenie - metoda zabezpieczania żywności polegająca na obniżeniu temp. ale bez przekroczenia temp. krioskopowej.

Chłodzenie - dla wrażliwych produktów jedyna metoda utrwalania w stanie naturalnym ( owoce, warzywa, jaja - mimo schładzania nadal pozostają org. żywymi)

Temperatury stosowane przy chłodzeniu - +4 - 2 C( wyższa - produkty roślinne, niższa prod. zwierzęce)

Metody chłodzenia:

1. chłodzenie lodem - proste, efektywne , szeroko stosowane; surowiec przysypywany jest rozdrobnionym lodem ,który topniejąc odbiera od niego ciepło( często dodatkowe ochłodzenie powietrza w wychładzalni). Wymiana ciepła powierzchnia produktu - lód, woda - lód - powietrze.

pojemność cieplna i przewodnictwo lodu i H2O >> niż powietrz to wpływ powietrza jest niewielki

wymiana ciepła produkt - H2O =konwekcja ( b. efektywna)

wymiana ciepła produkt - lód = gł. przewodzenie

produkt przysypywany lodem warstwowo = spływająca woda to się oziębia to znów ogrzewa.

Bardzo ważne - rozdrobnienie lodu, odprowadzenie H2O z dna zbiornika

Teoretyczna ilość lodu wymagana do schłodzenia surowca

M = Q/r

,gdzie Q = G*c*( tp - tk);

r - ciepło topnienia lodu 335 [kJ/kg]

, np.: chłodzenie ryb = 50 - 75% masy lodu w stosunku do masy schładzanych ryb

w praktyce - ilość ustalana doświadczalnie; zazwyczaj więcej niż teoretycznie

w celu wyeliminowania bezpośredniego styku surowiec - lód H2O = stosuje się chłodzenie w osłonkach ( tzw. bezkontaktowe)

lód stosowany do chłodzenia - wytwarzany sztucznie z H2O spełniający warunki sanitarne

postacie lodu:

• lód blokowy ( np. ostrosłupy ścięte o boku powyżej 20 cm)

• lód taflowy

• lód rurkowy

• lód łuskowy

• lód suchy ( zestalony CO2 (- 78,5 )C , zalety : niska T i brak skroplin)

• lód eutektyczny( akumulator zimna)

• lód z solą ( w polskim transporcie zabroniony)

• lód aseptyczny= dodatek środka aseptycznego lub/ i antybakteryjnego ( ryby, produkty morskie)

2. schładzanie w powietrzu

• stosowane do większości produktów spożywczych z wyjątkiem ryb i cieczy

• bardzo istotny współczynnik wnikania ciepła, zależy od T powietrza , jego szybkości i wilgotności

przy schładzaniu powietrza zaleca się

• prowadzenie procesu szybko- wymiarowy obieg powietrza

• stosować niską T powietrza

• utrzymywać możliwie dużą wilgotności względną powietrza

powyższe warunki - szybkie chłodzenie i mała ususzka

np. obecnie zalecane schładzanie mięsa = II etapy

1. V= 3,5 - 10m/s , T air =- 5C

T produktu na powierzchni = 0 - (-1)C

T wewnątrz produktu = 10 - 20C

2. w komorze przechowalniczej ( tzw. ciche schładzanie mięsa) wymiana temp. w całej masie do 4C( T air = 0 - (-1)C, p= 90%, V= 0,1 m/s)

zalety:

• zmniejszenie potrzebnej powierzchni produkcyjnej

• mniejsze ubytki masy mięsa

• zachowanie barwy

• dobry stan sanitarny

3. przechowywanie w kontrolowanej atmosferze = składowanie chłodnicze + składowanie atmosferyczne < niż w normalnym powietrzu zawartość O2 i > zawartość CO2.

Optymalny skład atmosf. zależy od :

• rodzaju owoców i ich odmiany

niższa T, niższy O2 i wyższy CO2 maja zahamować procesy oksydacyjne powietrza

komory przechowalnicze muszą być :

• szczelne

• mieć możliwość utrzymania stężenia CO2 i O2 na żądanym poziomie

• mieć możliwość utrzymania T na stałym poziomie +- 0,5 C

• mieć możliwość utrzymania p = 90- 95%( jabłka ,gruszki)

• zapewnić cyrkulację atmosfery ( jednorodny skład + jednorodna T w całej komorze)

• czasem wymaga się usuwania lotnych składników emanujących z produktu

komory takie są zamknięte przez cały okres składowania ; wejście = maska gazowa, ostatnio = indywidualne opakowanie CA - kontrolowana atmosfera( MAP - modyfikowana atmosfera )

Ogólne dane o przechowywaniu w CA różnych produktów :

• Mięso zwierząt rzeźnych + jego przetwory

• wysokie CO2 - znaczący przyrost okresu składowania CO2 - 10-20%

• transport wołowiny z Austrii i N. Zelandii do Afryki( 10% CO2, 1- 1,5 C = trwałość 70 dni , w powietrzu tylko 45 dni)

• Co2 działa hamująco na rozwój drobnoustrojów ;często zostawia się pewna ilość O2 aby utrzymać barwę i zapobiec przed rozwojem beztlenowców

Kontrolowana atmosfera - ogranicza też autooksydacje tłuszczów

• Drób

• jeśli CO2 rośnie do 25% wtedy spadek drobnoustrojów, ale od 15% następują straty barwy i flavour

• Ryby

• już 20% CO2 w O2 wyraźnie hamuje rozwój drobnoustr. w chłodzonych rybach , często = 50- 100%

• warzywa

• duża zależność od rodzaju warzywa , np. sałata w prawie czystym N2 - nieco dłuższa trwałość

Zamrażanie żywności

• metoda zabezpieczenia żywności - cel długotrwałe przechowywanie, polega na obniżeniu T poniżej (.) krioskopowego ( zwykle T po zamrożeniu = - 18 - (- 30 )C)

• tam gdzie istnieje możliwość zabezpieczenia produktu przez określony czas przez schłodzenie należy zrezygnować z zamrażania

Urządzenia do zamrażania :

I. powietrze

• owiewowe ( tunelowe okresowego działania, tunelowe taśmowe, tunelowe taśmowe spiralne, tunele automatyczne do produktów w kartonach, fluidyzacyjne, rynnowe, taśmowe)

II. kontaktowe ( płyty poziome i pionowe)

III. immersyjne w cieczach niewrzących

IV. immersyjne w cieczach wrzących (LN2, LCO2, Lair, LF)

OTŻ - 28. IV 2005r. - WYKŁAD 8

Zamrażanie żywności

-wstrzymuje działanie drobnoustrojów

-zwalnia procesy chemiczne i biochemiczne (w tym enzymatyczne)

-dzięki wymrażaniu wody następują przemiany fizyczne i fizykochemiczne, które wywołują zmiany jakościowe produktu

Fizyczne zjawiska wywołane zamrażaniem

-tworzenia się kryształków lodów

-traumatyczne uszkodzenia komórek i tkanek

-zmiany właściwości objętościowych i cieplnych: ↓ ρ (ok. 6%), ↑ V (ok. 6%), ↓ c_wł (0-0,5), ↑λ (przewodnictwo cieplne)(do 4x)

-ilość ciepła odebrana podczas zamrażania →

Σ - ciepło chłodzenia od T_pocz do T_zamrażania

-ciepło zamrażania

-ciepło chłodzenia do T_końc.

-ciepło innych przemian fazowych (np. zestalania tłuszczów)

Czas i szybkość zamrażania = f(cech produktu zamrożonego i parametrów zamrożenia)

-wymiary i kształt produktów

-końc. i pocz. różnica temp.

-zmiana entalpi produktu między T_pocz a T_końc.

-przewodnictwo cieplne produktu

-wsp. przejmowania ciepła na granicy produktu

-temp. czynnika chłodzącego

Dokładne obliczenia czasu zamrażania → b. Trudne - duża zmienność → uproszczenia dla brył prostych

Wzór Planca




Gdzie:

ΔH - ilość ciepła odparowana od T_krioskopowej do T_końc.

Δθ - róznica między T_krioskopowej a T_{czynnika chłodzącego}

γ - ciężar właśc.. prod. w stanie zamrożonym

N- (wsp. kształtu) - 2,4,6 dla płyty, cylindra i kuli

λ - wsp. przewodzenia ciepła

α - wsp. wnikania ciepła

Nominalny czas zamrażania - czas jaki upływa od chwili, kiedy powierzchnia produktu osiągnie 0^oC do momentu gdy w śr. Termicznym temp. będzie niższa o 5 ^oC od temp. początkowej powstania formacji lodowej.

Efektywny czas zamrażania - czas potrzebny do obniżenia temp. początkowej do określonej temp. końc. w środku termicznym

Szybkość zamrażania - iloraz minimalnej odległości środka termicznego od powierzchni produktu do nominalnego czasu zamrażania → średnia szybkość posuwania się formacji lodowej w głąb produktu.

Duża szybkość mrożenia 5-20cm/h → zamrażanie szybkie

Średnia szybkość mrożenia 1-5cm/h → zamrażanie intensywne

mała szybkość mrożenia 0,1-1cm/h → zamrażanie powolne

Dla większości produktów zaleca się aby szybkość zamarzania była co najmniej 4cm/h.

Ususzka podczas zamrażania - nie do uniknięcia (w większości przypadków)

-tym> im wolniejsze zamrażanie

-= f(rodzajowi produktu, jego τ, T i wilg. powietrza, szybkości i sposobu mrożenia)

-może osiągać 0,5-2% masy produktu

III przypadki:

-produkt niepakowny





Φ- wilgotność względna

w - wilgotność

-produkt opakowany w opakowaniu paroszczelnym źle przylegającym





-Produkt opakowany w opakowania paroszczelne przylegające - brak ususzki

(opakowanie próżniowe)

Zapobieganie ususzce → niska T powietrza mrożącego i jego szybki owiew, stosować powietrze o dużej wilgotności, mrozić produkty z naturalną warstwą ochronną (np. tłuszcz)

Fizykochemiczne zjawiska wywołane zamrażaniem:

-↑ stężenie koloidów (ich destabilizacja)

-↑ stężenie soli, częściowa precypitacja (wytrącanie) niektórych (fosforany), denaturacja białek (denaturacja mrożeniowa)

Biochemiczne zjawiska wywołane zamrażaniem

1. Owoce i warzywa

-utrata jędrności, wyciek (wakuole)

-uszkodzenia systemu komórkowego, nasilenie przemian enzymatycznych

Często stosowane blanszowanie przed zamrożeniem

2. Mięso

Po śmierci zwierzęcia → w mięśniach nadal trwają procesy metaboliczne

Rozpad ATP → skrócenie sarkomerów → vigor mortis (stężenie pośmiertne) → szczególnme intensywne gdy T↓ poniżej 15^oC, a pH nie spadło jeszcze poniżej 6,5 Efekt = b.silna kontrakcja mięśni i mięso staje się twarde - tzw. skrócenie chłodnicze.

Aby zapobiec skróceniu chłodniczemu po uboju prowadzić dojrzewanie mięsa w Tnie < niż 15^oC przez 10-15h, kiedy rozpad ATP nie jest jeszcze intensywny w celu ↓pH poniżej 6, aby zahamować rozpad ATP

lub

Szybko mrozić zaraz po uboju, a następnie ↑T do momentu, w którym glikoliza spowoduje ↓pH i mimo rozpadu ATP kryształy lodu nie pozwalają na skurcz

lub

Zastosowanie ES → przyspieszenie glikolizy, szybki spadek pH poniżej 6 i szybki rozpad ATP będącego głównym źródłem energii dla skurczu mięśni

Zesztywnienie zamrażalnicze - występuje w mięsie rozmrożonym, w którym ATP nie został wcześniej rozłożony → skurcz mięśni przy rozmrożeniu, uszkodzona struktura tkanek na skutek mrożenia → znaczny wyciek rozmrażalniczy

Zapobieganie zesztywnieniu rozmrażalniczemu:

-mrozić po rigor mortis (szczególnie dla mięso krótko składowanego)

-ATP powoli rozkłada się nawet w -20^oC → długotrwałe składowanie mięsa → powolny rozkład ATP i brak zesztywnienia rozmrażalniczego

-mięso przed całkowitym rozmrożeniem trzymać w T ok. 3^oC (Rozpad ATP) np. jagnięta 3dni

Powyższe zjawiska szczególnie istotne dla mięsa baraniego i wołowego (drób i ryby - nieistotne)

Łańcuch chłodniczy - produkt po wytworzeniu lub surowiec po pozyskaniu powinien być niezwłocznie schłodzony lub zamrożony w sposób dla niego optymalny, a następnie przebywać w możliwie niezmienionych warunkach aż do czasu przygotowania do konsumpcji

Ogniwa łańcucha chłodniczego- chłodnie produkcyjne, składowe, dystrybucja, punkty sprzedaży detalicznej, zamrażarki i lodówki domowe.

Transport chłodniczy łączy poszczególne ogniwa łańcucha chłodniczego.

Składowanie żywności chłodzonej

Aby utrzymać dobrą jakość produktu należy:

-dobrać właściwą temp. składowania

-przeciwdziałać wahaniom temp. (składowanie i dystrybucja)

-utrzymywać odpowiednio dużą wilgotność względną powietrza

-nie doprowadzać do nadmiernego przedłużania czasu składowania FIFO

-zapobiegać mechanicznym uszkodzeniom produktów i ich opakowań

Składowanie zamrażalnicze → -18^oC- -30^oC

Niższa T→

-przedłużanie okresu składowania

-<ususzka i <rekrystalizacja przy tych samych wahaniach T

-<przenoszenie zapachów

-FIFO - nie koniecznie

-produkt dłużej „odporny” na działanie podwyższonej T

Ususzka podczas składowania np. mięsa/miesiąc

-10^oC → 0,6%

-20 ^oC → 0,25%

-30 ^oC → 0,1%

Nadmierna ususzka

-oparzelina mrozowa (drób, dziczyzna, ryby, podroby, fasola, groch)

-zmiana barwy, zapachu, konsystencji

-denaturacja białek, wolne przestrzenie → jełczenie tłuszczów

Metody zapobiegania ususzce:

-stosowanie właściwych parametrów przechowywania (niskie T, małe ΔT, dużeΦ, mała różnica między T parownika a T produktu)

- stosowanie dobrze przylegających opakowań paroszczelnych

-nakładanie na produkty powłok ochronnych (np. acetylowane monoglicerydy, plandeki)

-glazurowanie produktu

Teoria TTT (zależność czasowo-temperaturowa dla mrożonej żywności)

1. Dla każdego produktu mrożonego istnieje prosta zależność pomiędzy temp. składowania a czasem, w którym następuje określona strata jakości. Każdej temp. składowania odpowiada określona, dzienna strata jakości produktu mrożonego.

2. Wpływ czasu i temperatury w całym okresie składowania kumuluje się, przy czym jakość produktu przechowywanego w zmiennej temp. zależy od średniej temp. cyklu składowania. Utrata jest nieodwracalna i addytowana.

Krzywe TTT

Okres zachowywania najwyższej jakości: HQL

PSL - praktyczny okres przechowywania od czasu kiedy nie będzie się już nadawał do wprowadzenia na rynek

Przechowalnictwo mrożonej żywności -PPP- surowiec, przetwórstwo, opakowanie

CIEPLNE UTRWALANIE ŻYWNOŚCI

PASTERYZACJA I STERYLIZACJA

Nicolas Appert - odkrywca i pierwszy wytwórca konserw

Pierwsze konserwy → zamykane korkiem w naczyniach szklanych, zanurzane w gorącej wodzie (1804r.)

Konstrukcja opakowań do konserw:

-podstawa → szczelność (hermetyczność)

-kształty i rozmiary puszek są normowane

-b.ważna wytrzymałość termiczna i na ciśnienie (np. puszki do piwa) → wysokie i wąskie bo ciśnienie podczas pasteryzacji ok. 600 kP

Puszki → tłoczone (2 częściowe) → 1 Toczenie (spód + denko)

(blachy głębokotłoczone)

→ składane (3 częściowe) → 3 Toczenia (denko + płaszcz, płaszcz + wieczko, bok płaszcza)

Płaszcz i wieczko → często tłoczone dla wzmocnienia konstrukcji

Zakładka podwójna - połączenia blachy (metali)

-składa się z 5 warstw blachy (w miejscu szwu płaszcza z 7 warstw)

-najbardziej krytyczne miejsce → zakładka podwójna w miejscu spotkania ze szwem płaszcza

-fazy wykonywania zakładki podwójnej

-urządzenia → zamykarki z krążkami zawijającymi i dociskającymi

Pasteryzacja - łagodne ogrzewanie materiału do temp. nie przekraczającej 100^oC

Cel- zniszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych i przedłużenie trwałości produktu na skutek prawie całkowitego unieszkodliwienia form wegetatywnych

Typy pasteryzacji:

-niska (długotrwała) = 63-65^oC (20-30min)

-krótkotrwała = ok.65^oC (15s)

-momentalna = 85-90^oC

- wysoka = 85-100^oC (15s -kilkadziesiąt min)

Pasteryzatory: okresowe (np. wannowe)

ciągłe ( np. rurowe, tunelowe, płytowe)

Sterylizacja - ogrzewanie produktu w temperaturach >100^oC

Cel - praktyczne całkowite zniszczenie drobnoustrojów (teoretyczne całkowite

zniszczenie → γ→∞)

→ tzw. sterylność handlowa (techniczna) - zniszczenie wszystkich drobnoustrojów chorobotwórczych i zredukowanie mikroflory saprofitycznej do poziomu bezpiecznego

Praktyczna sterylizacja - konieczność osiągnięcia określonej dawki cieplnej we wszystkich miejscach w konserwie (ważna płynność wsadu (konwekcja), wielkość, agitacja)

Systemy sterylizacji

1. apertyzacja (sterylizacja w opakowaniach hermetycznych)

2. sterylizacja przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie

Urządzenia do sterylizacji - sterylizatory (autoklawy)

1. wsadowe

2. o pracy ciągłej - główne typy: obrotowe, wielośluzowe, hydrostatyczne, płomieniowe

OTZ wykład 05.05.05

Urządzenia do sterylizacji mogą pracować w sposób okresowy(np. autoklaw) lub ciągły(np. sterylizator hydrostatyczny)

ETAPY PRODUKCJI KONSERW:

a)przygotowanie surowców

b)przygotowanie opakowań

c)napełnianie opakowań

d)zalewanie

e)odpowietrzanie-usunięcie części powietrza tak aby w konserwie powstało ciśnienie równe ~1/3 ciśnienia atmosferycznego(bardzo ważne m.in. ze względu na zmiany oksydacyjne, <korozja, lepiej zachowane warunki odżywcze) metody: immersyjne, w strumieniu pary, mechaniczne

f)zamykanie

g)sterylizacja (czasami konieczność stosowania przeciwciśnienia-tam gdzie opakowanie nieelastyczne np. słoje bardzo właściwe odpowietrzanie + pozostawienie 3,5÷5% wolnej powierzchni)

przyspieszanie nagrzewania→agitacja

wpływ wielkości naczyń→jeśli dla objętości puszki V₁ odpowiedni jest czas τ₁ to dla puszki V₂ odpowiedni będzie czas τ₂.


k


Czas sterylizacji w opakowaniach szklanych jest o około 50% >niż w puszkach.

h)studzenie-podczas studzenia→wnętrze puszki jeszcze gorące,a ciśnienie zewnętrzne spada,więc ∆p jest duże→możliwość bombaży technicznych

i)etykietowanie

j)termostatowanie-poddaje się mu całość lub tylko część partii produkowanych konserw→ 3-8 dni, 37-40ºC (pobieranie 48h po sterylizacji, pogarsza to nieco właściwości organoleptyczne)

k)magazynowanie, pakowanie, dystrybucja→suche miejsca, nie na słońcu

Niektóre wady konserw puszkowanych.

Bombaże:

-techniczne (przeładowanie puszek, brak odpowietrzenia, zbyt szybki obniżanie ciśnienia w autoklawie)

-chemiczne (wodorowe)

-mikrobiologiczne (wywołane drobnoustrojami wytwarzającymi gazy;drożdże,częśc bakterii mlekowych, beztlenowce-bardzo groźne)

Zepsuci płasko-kwaśne:

Spowodowane działaniem względnych beztlenowców, pH spada, bez wytwarzania gazów)

Zepsucia płaskie-niekwaśne:

Spowodowane tlenowcami przetrwalnikującymi np. Bacillus subtilis, Bacillus cereus→proteoliza, powstawanie nieprzyjemnego zapachu

Teoria procesu wyjaławiania konserw.

Mikroflora żywności jako parametr technologiczny.

W czasie życia tkanki roślinne i zwierzęce są sterylne lub prawie sterylne. po zbiorze lub uboju→zanieczyszczenia mikroorganizmami

.

Wpływ dostępu powietrza i a_w na rozwój mikroorganizmów.

Żywność mało kwaśna lub niekwaśna (pH>4,6 i a_w>0,85)wymaga poddawania jej procesom cieplnym (lub radiacyjnym) o intensywności zapewniającej inaktywację Clostridium botulinum→brak rozwoju poniżej a_w=0,94 ale np. ustawodawstwo USA przyjmuje za granicę rozwoju Clostridium botulinum a_w≤0,85 (niezależnie od pH);

A_w=0,6÷0,9→IMF (żywność o średniej zawartości wody)

Wpływ temperatury na rozwój drobnoustrojów grupy żywieniowe według odczynu pH.

Wymagania minimum botulinowego przestają obowiązywać dopiero, gdy pH<4,6 lub gdy a_w≤0,85→procesy łagodniejsze niż sterylizacja (pasteryzacja).Inne ograniczenia rozwoju C.botulinum→temperatura (10ºC,typ C→3,3ºC);obecność NO₂ w peklowanym mięsie, antagonizm bakteryjny w mleku-w tych przypadkach mimo że pH>4,6 to jednak wystarczyć może pasteryzacja(np.szynka→peklowanie,ogrzewanie,przechowywanie w chłodzie).Przy pasteryzacji wymagane jednak zniszczenie bakterii nieprzetrwalnikujących.

Największe zagrożenie-przetrwalniki chorobotwórczych bakterii beztlenowych. Oprócz w/w bakterii obecne są też w żywności o pH>4,6 przetrwalniki bakterii saprofitycznych, które są bardziej oporne termicznie niż C. botulinum. Dlatego zwykle podczas sterylizacji znacznie przekracza się minima otulinowe.

Efekt działania bakterii:

a)toksyny

b)enzymy.

Działanie enzymów:

-proteolitycznych→bombaże puszek(widoczne)

-sacharolitycznych→zapsucia płasko-kwaśne(niewidoczne)

Kinetyczna interpretacja inaktywacji cieplnej w technologii konserw.

Inaktywacja cieplna(drobnoustrojów, toksyn,enzymów, składników odżywczych i zmian cech jakościowych)→opis równaniami reakcji 1º.Ogrzewanie przez czas τ →zmniejsza ilość składnika o x.

N = N_o-x

Wielkośc x = f(τ;V) a:

V= −
(*)

Po scałkowaniu(*) N = N_o ex(−kτ)

Wyliczmy czas τ potrzebny na zmniejszenie ilości składnika od N_o do N

τ =
− lnN)

τ =
logN_o −logN)

niech
→ czas dziesiętnej redukcji(oporność cieplna):czas po którym ilość składnika ulega zmniejszeniu o 90% wartości początkowej.

Wtedy:τ =D (logN_o − logN)

Dalej: :τ =DlogN_o − DlogN

DlogN = DlogN− τ /:D

logN = logN_o−


Y = B+Ax → równanie przeżywania, krzywa przeżywania (survivor

curve)




D
czas przejścia krzywej przeżywania przez jeden cykl logarytmiczny. Znając D
z równania przeżywania można wyliczyć końcową ilość składnika (N) po czasie τ.

N = N_o∙ 10



10
→ wskaźnik przeżycia drobnoustrojów

(wskaźnik retencji składnika)

Temperaturowa zależność szybkości inaktywacji.

W termobakteriologii przyjmuje się empiryczną zależność D od temperatury.

logD = log D_o
(istnieją też inne - Arrheniusa i Eyringa)

Y = B+Ax

A = tgα_o =


Krzywa oporności cieplnej składnika inaktywowanego(krzywa czasu śmierci cieplnej TDT-Thermal death time)

Z= różnica temperatur powodująca 10-krotną zmianę czasu redukcji dziesiętnej D

Znając wartość D₁ w temperaturze porównawczej (T_r) oraz parametr Z można łatwo wyliczyć D dla dowolnej temperatury T gdyż:

(**) tgα=



(***) D = D_r ∙ 10



Teoria Q₁₀→ wskaźnik mówiący ile razy zmieni się szybkość procesu przy zmianie temperatury o 10ºC.

Q₁₀=


Q₁₀ =
ale założyliśmy że


więc:

Q₁₀ =



Jeżeli więc w równaniu (**) przyjmiemy, że ∆T=10ºC →

tgα =


określenie dawki ciepła potrzebnej do osiągnięcia założonej sterylności handlowej

τ =D(logN_o - logN) =Dlog


Wprowadzamy czas inkubacji F w określonej temperaturze porównawczej T_r potrzebny do uzyskania wymaganej liczby redukcji dziesiętnych.

n = log
wtedy F = n∙D_r → tak zwana liczba sterylizacji(równoważnik

czasowy)

Najczęściej liczbę sterylizacji F określa się dla T_r = 121,1ºC oraz dla Z=10ºC,wtedy

F

zapisuje się w uproszczeniu F_o lub F.

Jeżeli sterylizację prowadzimy nie w temperaturze T_r a w innej np.T,w której ciepłooporność będzie wynosić D,to w celu osiągnięcia tego samego efektu inaktywacji termicznej (o tyle samo redukcji dziesiętnych) ogrzewanie należy prowadzić przez czas τ

N =


Wiemy też (rów.***),że:

D = D_r ∙ 10

więc

τ= F


Znając więc potrzebną do osiągnięcia sterylności handlowej minimalną dawkę ciepła w temperaturze T_r(zwykle 121,1ºC) wynoszącą F(min) (F_121,1) i wiedząc o jaki drobnoustrój chodzi (znając jego Z) można wyznaczyć czas ogrzewania τ w innej temperaturze T.

Ponieważ składniki odżywcze (witaminy, aminokwasy itp.) wykazują wyższą niż drobnoustroje wartość parametru Z to przy rosnącej temperaturze sterylizacji drobnoustroje szybciej ulegają niszczeniu niż składniki odżywcze.

Niech T_r = 121,1ºC T = 131,1º C

Dla witamin: Z = 50 τ = F∙10


Dla bakterii: Z =10 τ = F∙10


Celowe jest więc wprowadzanie ogrzewania krótszego a w wyższej temperaturze, niż długiego w niższej → zasada HIST.,UHT.

Warunek stosowania → homogenność produktu (do 3 mm),obecnie znane też metody HIST. Do całych paczek (temperatura do 131,1ºC) np.inaktywacja peroksydazy → Z = 49 [k]

Straty chlorofilu: a: Z= 51,3 [k]

b: Z = 98,3 [k]

bakterie: Z =~10

Etapy ekstrakcji w układzie ciecz - ciało stałe

• wnikanie ekstrahenta w pory nośnika sust. ekstrahującej

• rozpuszczanie określonego składnika

• (*) ruch subst. ekstrahującej w porach nośnika do powierzchni rozdziału faz

• ruch subst. ekstrahującej od powierzchni rozdziału faz do głównej masy rozpuszczalnika

Zwykle etap (*) jest najwolniejszy:

małe pory → mechanizm dyfuzji molekularnej

duże pory →przenoszenie konwekcyjne

Jako że dyfuzja molekularna ↑ gdy T↑ - często stosuje się ekstrakcje w wyższej T, ale T ograniczona jest T_wrz rozpuszczalnika, ważna też duża powierzchnia międzyfazowa → duży strumień masy ekstrahowanej subst. → odpowiednie rozdrobnienie, ale nie za duże bo wtedy gorsze warunki przepływu ekstrahenta przez złoże.

Najkorzystniejsza ekstrakcja → przeciwprąd ciała stałego i ekstrahenta

Ekstrakcja w cukrownictwie → dyfuzja cukrownicza subst. rozpuszczalnej z krajanki buraczanej wodą (75 - 80 ⁰C) →likwidacja półprzepuszczalności, denaturacja białek protoplazmatycznych.

Wielostopniowa dyfuzja sposobem bateryjnym (8 - 16 szt.) w przeciwprądzie → (materiał w ostatnim dyfuzorze ługowany często H₂O; materiał w 1 dyfuzorze ługowany jako ostatni) → w każdym dyfuzorze zapewniona stała różnica stężeń cukru między krajanką, a roztworem ługującym (→ siła napędowa ≈ const)

Każdy pojedynczy dyfuzor pracuje w sposób okresowy ale bateria jako całość pracuje w sposób ciągły.

Dyfuzor → walcowy pojemnik ścięty obustronnie stożkowo. Załadunek krajanki od góry, wyładunek wysłodków dołem. Ekstrahent wpływa górą, a ekstrakt wypływa dołem przez kaloryzator do następnego dyfuzora; efekt → sok dyfuzyjny

14-18 ⁰ Bx

(KSERO 15) - EGZAMIN

ZALETY DYFUZJI BATERYJNEJ

• ługowana krajanka pozostaje przez cały czas w tym samym dyfuzorze, a w miarę wyługowania zmienia się tylko przewody → brak uszkodzeń krajanki → dobre warunki hydrodynamiczne

• w przybliżeniu siła napędowa (ΔC) = const

• zawartość cukru w ekstrakcji końcowej (soku dyfuzyjnego) ≈ w krajance

• przepływ ekstraktu między dyfuzorami → łatwa kontrola temp. Procesu

Ekstrakcja rozpuszczalnikiem selektywnym → olejarstwo

• wydobywanie tłuszczu z nasion roślin oleistych (ześrutowany rzepak, słonecznik, soja) najczęściej benzyną

• I etap → wstępne odolejanie śruty poprzez tłoczenie (ok. 50 % oleju)

• II etap → ponowne śrutowanie i ekstrakcja benzyną lekką (C₆H₁₄, C₇H₁₆ )→ miscela (benzyna + 20-25 % oleju)

COFFEE PROCESING

Mieszanie ziaren kawy

Prażenie - rozwój charakterystyczny flavour ((N₂) powietrza do 260⁰C, ziarno do 200⁰C (5 min))

Grinding (mielenie) ≠ gradacja

Brewing (wysoka temp. - wodna ekstrakcja materiałów roślinnych)

• ważne osiągnięcie odp. mocy i flavour - odp. Stosunek kawy do wody, wielkość cząstek kawy mielonej, temp. H₂O, szybkość mieszania, czas → to wszystko wpływa na ilość i rodzaj subst. wyekstrahowanej. Istnieje optimum stopnia ekstrakcji dla najlepszych flavour, nadmierna ekstrakcja → gorzkość i wady smakowe.

(KSERO 15)

Kawa bezkofeinowa

Parzona kawa → ok. 75 - 150 mg kofeiny /150 ml (cup)

Tea → ok. 30 - 45 mg kofeiny /150 ml (cup)

Cola → ok. 30 - 65 mg kofeiny /360 ml (can)

Czekolada mleczna → 6 mg /28 g (1 oz)

Kawa bezkofeinowa → ok. 3 mg kofeiny /150 ml (cup)

Decoffeination → parowanie zielonej herbaty, a następnie ekstrakcja wodna kofeiny, a dopiero później prażenie kawy pozbawionej już kofeiny

→ czasami ekstrakcja rozp. organicznym (ważne ich późniejsze usuwanie z ziarnem przed prażeniem)

→ ost. czasy - nadkrytyczna ekstrakcja CO₂ (supercritical CO₂ extraction) → CO₂ pod wysokim ciśnieniem i w odpowiedniej temp. ma taką zdolność rozpuszczania jak ciecz przy jednoczesnej zdolności penetracji jak gaz → bdb warunki ekstrakcji - umiarkowana T i brak pozostałości ekstrahenta

Kawa instant → suszony ekstrakt kawy

Ekstrakcja - 6 - 8 dyfuzorów połączonych w baterię

Dyfuzory pracują pod zmienną T, warunki tak dobrane, aby uzyskać max ekstrakcji ale bez gorzkich składników

Profil temp. 150 - 70⁰C

Ekstrakt jest następnie szybko chłodzony i suszony, gdyż przechowywany nawet w + 4⁰C przez 6 godz. → strata aromatu

Dalej → suszenie (rozpyłowe, liofilizacja)

(KSERO 16)

Procesy sorpcyjne

- procesy związane z pochłanianiem przez dowolne ciało gazów, par lub subst. rozpuszcz. Cecha charakterystyczna → selektywność sorbentów. Ponieważ absorpcja jest procesem egzotermicznym → to zgodnie z regułą przekory gdy

↓ T i ↑ p - korzystne dla sorpcji; ↑ T i ↓ p - korzystne dla desorpcji

Absorpcja → pochłanianie subst. całą obj. cieczy pochłaniającej (np. pochłanianie SO₂ przez wino, soki)

Adsorpcja → pochłanianie powierzchnią ciała stałego określonego skł. fazy ciekłej lub gazowej. Adsorbent powinien mieć rozwiniętą powierzchnię np. (węgiel aktywny, żele krzemionkowe Al₂O₃) (np. oczyszczanie roztworów EtOH, odbarwianie melasy i r-ru cukru)

Chemisorpcja → pochłanianie gazu w czasie, którego zachodzi reakcja chem. Między pochłaniaczem a gazem (w cukiernictwie)

Desorpcja → usuwanie subst. pochłoniętej przez ciecz i ciało stałe (stosowane do regeneracji sorbentów)

ABSORPCJA

Prawo Henry`ego C = ψ ⋅ p<sub>a</sub> ψ - współczynnik Henry`ego

Teoria dwóch warstw granicznych:

1. przenikanie gazu ze strumienia przez warstwę graniczną gazu do powierzchni międzyfazowej

2. przenikanie gazu do powierzchni międzyfazowej przez warstwę graniczną cieczy do głębszych warstw cieczy

G_a = K_sc F ( C_gaz - C_ciecz) τ ⇒ ilość zaabsorbowanego gazu z powierzchni F_w

Czasie τ K_sc → współczynnik absorpcji C_gaz , C_ciecz → stężenie danej subst. w fazie gazowej i ciekłej

Zastosowanie absorpcji w przemyśle spożywczym:

• siarkowanie (sulfitacja) win → spakowanie siarki w zakrytej przestrzeni nad winem

• sulfitacja owoców przed suszeniem (zapobieganie EB)

• konserwowanie moszczów owocowych CO₂ pod ciśnieniem do 0,8 Mpa

• produkcja win musujących i napojów gazowanych (CO₂) pod zwykłym ciśnieniem ⇒ efekt konserwujący (ester dwuetylowy kw. pirowęglowego)


O C₂H₅




O C


O + H₂O ⇔ 2 C₂H₅OH + 2CO₂




O C

O C₂H₅

(działa konserwująco)

- oryginalne wino szampańskie → wysycane przez fermentację (0,4 - 0,5 Mpa). Wytrawne wino (odpowiedniej jakości)

+ likier (roztwór cukrowy) → π fermentacja w butelkach → powstaje jeszcze EtOH i CO₂ p ↑ (butelki odwrócone), zamrożenie, osad na korku, usunięcie i natychmiastowe zamknięcie (degorżowanie)

• saturacja w cukrownictwie (chemisorpcja)

→ wysycenie CO₂ na gorąco zdeformowanego wapnem palonym soku i dyfuzji w celu usunięcia Ca ²⁺ (CaCO₃ ↓)

ADSORPCJA

• jest efektem działania sił van der Waalsa (bardzo złożony proces)

• szczególnie istotna rozbudowana powierzchnia adsorbenta (1 g C aktywnego → 600 - 1700 m²)

• inne adsorbenty: silikażel, węgiel kostny, masa celulozowa, ziemia okrzemkowa, glinki kopalne (ziemia Fullera, ziemia hiszpańska, ziemia bieląca), bentonity. Kolumna adsorpcyjna do odbarwiania syropów.

DESORPCJA

→ zjawisko odwrotne od absorpcji i adsorpcji (zwykle przeprowadzana w wyższej T i pod zmniejszonym p)

• usuwanie CO₂ po konserwacji moszczów owocowych

• desulfitacja przecierów, miazg lub soków utrwalanych uprzednio SO₂

• regeneracja adsorbentów (węgiel aktywny → T ≈ 200⁰C)

Procesy i operacje fizykochemiczne:

Tworzenie emulsji (KSERO 7)

Emulsja → trwały i makroskopowo jednolity układ dyspersyjny dwóch nie mieszających się ze sobą cieczy

Faza zdyspergowana (rozproszona) + faza dyspergująca (ciągła)

W TŻ → bardzo często emulsja O/W także emulsja W/O

E. rozcieńczona → ponad 50 % f. zdyspergowanej

E. sprężone → ponad 50% f. zdyspergowanej

E. drobne → Ø do 1 μm

Grube → Ø 5-10 μm

Tworzenie emulsji → obszaru międzyfazowego

Ø kropelek ↓ ⇒ S (pow.) ↑ exponencjalne

Przykład: zdyspergowany 1 ml oleju w H₂O do Ø = 1μm ⇒ 1,9 x 10¹² kuleczek S= 6m²

V fazy zdyspergowanej może być bardzo mała (2-3 % - mleko) aż do dużej 65-80 % (majonez) i bardzo dużej 99 % → emulsje eksperymentalne

Substancja zdyspergowana w f. kuleczek może zajmować 75 % obj. max, jeśli jest jej więcej ⇒ deformacja kulek

Praca W wymagana do zwiększenia powierzchni międzyfazowej o Δ A

W = α·ΔA

A - wytworzona powierzchnia

α - napięcie powierzchniowe

Wykład 19.05.05.

(c. d. do termicznego utrwalania żywności)

Celowe jest więc prowadzenie ogrzewania krótszego, a w wyższej temperaturze, niż długiego w niższej. zasada HTST, UHT

Warunek stosowania - homogenność produktu (do 3 mm), obecnie znane są metody HTST Do całych puszek (temperatury do 131 ^oC).

Np. inaktywacja peroksydazy z = 49 K

straty chlorofilu z z = 51,3 K

straty chlorofilu b z = 98,3 K

bakterie z = 10 K

Peroksydaza - duża ciepłoodporność - wskaźnik zniszczenia wszystkich innych enzymów

Procesy HTST - szybkie, możliwe więc niedostateczne nasilenie przemian prowadzących do powstania pożądanych składników aktywnych sensorycznie (np. w przypadku wołowiny - tabela).

ASEPTYCZNY WYRÓB KONSERW (ASEPTIC PACKAGING)

Pierwsze prace - 1917 r.

1965 przemysłowe zastosowanie w USA do cieczy

1971 zastosowanie do wyrobów o cząstkach stałych

Proces produkcji aseptycznej, tzn. błyskawiczna sterylizacja i aseptyczne pakowanie - fasteryzacja.

Uperyzacja - błyskawiczne ogrzewanie wtryskiem żywej pary do produktu.

Sterylizacja przed pakowaniem aseptycznym - produkty ciekłe:

1. wymienniki rurowe i płytowe

2. wtrysk żywej pary, wtrysk produktu do pary (tzw. para konsumpcyjna) w połączeniu z systemem flash cooling (podciśnienie), podczas którego produkt traci taką ilość wody, jaka została wprowadzona z parą

3. skrobakowe wymienniki ciepła - szybkie grzanie i chłodzenie produktów ciastowatych i mających cząstki stałe.

Przygotowanie opakowań:

puszki + para wodna przegrzana 221 - 224 ^oC (45 sek.)

słoje szklane + para wodna wilgotna 153 ^oC (1,5 - 2 sek.)

pojemniki formowane - system form-fill-seal - po uformowaniu są już sterylne

pojemniki Tetra-Pak, Tetra-Brick, wykonywane z taśmy laminowanej, poddawanej

działaniu H₂O₂ w 80 ^oC i dalsze formowanie w temp. 350 ^oC + nadciśnienie

Napełnianie i zamykanie opakowań warunki sterylne, kontrola temperatury w 17 punktach krytycznych (HACCP)

Uwagi: jedynie fasteryzacja do dużych puszek, np. 55 galonów (208 l)

(purée bananowe)

Między sterylizacją a pakowaniem możliwość wprowadzenia labilnych dodatków (np. smakowych), możliwość różnych operacji (np. homogenizacja). Jest tu całkowita eliminacja oddziaływań: produkt - puszka podczas sterylizacji.

Brak zagrożeń bombaży technicznych.

Najczęstsze zastosowanie aseptycznego pakowania:

mleko i jego przetwory (śmietanka, koktajle, desery)

puddingi, sosy itp. na bazie skrobi

soki, purée, koncentraty owocowe i warzywne, zupy, sosy, gotowe potrawy typu gulasz.

Ogólna trwałość: 3 - 12 miesięcy.

Sterylizacja dwustopniowa:

1. sterylizacja wstępna - przed pakowaniem, najczęściej przepływie 135 - 141 ^oC

2. rozlew i zamykanie opakowań

3. sterylizacja końcowa produktu zapakowanego (typowe autoklawy, ale temperatura niższa lub czas krótszy)

Tyndalizacja - wyjaławianie przez 3-krotne ogrzewanie (65 - 85 ^oC) przez 30 minut, co 24 godziny pobudzenie spor do kiełkowania, przydatne tam, gdzie są składniki termolabilne, nie wytrzymujące więcej, niż 100 ^oC.

ZAGĘSZCZANIE

Metody zagęszczania:

• przez odparowanie

• kriokoncentracja

• metody membranowe (na egzamin - ze skryptu do ćwiczeń!!)

ZAGĘSZCZANIE PRZEZ ODPAROWANIE

• usuwanie wody z ciekłej żywności, produkt finalny dalej płynny

• z reguły stabilność mikrobiologiczna, zmniejszenie objętość tańszy transport i składowanie

• typowy przykład produkcja masy pomidorowej (35 - 37 % s.m.) z soku 5 - 6 % s.m.

Wyparka przeponowy wymiennik ciepła, zamknięty w dużej komorze. Para wodna ogrzewa produkt, będący pod próżnią (wrzenie w obniżonej temperaturze - mniejsze straty), opary kondensowane w skraplaczu.

Całe urządzenie wyparne składa się więc z wyparki, skraplacza (główne źródło podciśnienia) i pompy próżniowej (wspomaga wytwarzanie podciśnienia)

Wyparki jednostopniowe bez wykorzystania ciepła oparów.

Wyparki dwu- i wielostopniowe (działowe) wykorzystanie ciepła oparów do ogrzewania następnego działu wyparki - znaczne oszczędności energii, np.:

Aby odparować 1 kg H₂O:

• przy 1-działowej trzeba użyć - 1,2 kg pary wodnej

• przy 2-działowej - 0,7 kg pary wodnej

• przy 3-działowej - 0,5 kg pary wodnej

• przy 4-działowej - 0,4 kg pary wodnej

Produkt zagęszczony na pierwszym dziale wchodzi jako wsad do działu następnego.

Wyparki wielodziałowe mogą pracować w układzie:

1. współprądowym (oparu i ciecz zagęszczana - ten sam kierunek)

2. przeciwprądowym

3. równoległym

W miarę usuwania wody:

stężenie rośnie, przewodnictwo cieplne (heat transfer) maleje, temperatura wrzenia rośnie T między medium a zagęszczanym produktem maleje maleje szybkość procesu (niekorzystne - bo termolabilność składników)

Zapobiega się temu poprzez coraz większą redukcję ciśnienia w każdym dziale, a więc i temperatura wrzenia rośnie, pomimo, że produkt jest coraz bardziej gęsty.

Uwaga: pod zmniejszonym ciśnieniem usuwana para ma większą objętość konieczne odprowadzenie dużych objętości par - w 100 ^oC 1 kg pary wodnej => 1,6 m³ ; w 50 ^oC (93 mm Hg) => 12 m³

Uwaga: Wzór Fouriera: Q = K · F · r · T

Porównanie odparowywania pod normalnym i zmniejszonym ciśnieniem:

przy T_{pary grzanej} = const. : pod zmniejszonym ciśnieniem T większa (bo ciecz wrze w niższej temperaturze, a zatem szybsze przekazywanie ciepła (heat transfer)

Problemy :

• osady na powierzchni (białka, polisacharydy), czyszczenie - przerwy w pracy wyparek.

• pienienie - porywanie produktu do oparów (antifoam agents)

• stężenie rośnie lepkość rośnie - gorszy transport, pompowanie

• utrata flavour takie konstruowanie wyparek, aby straty te zminimalizować lub wyłapać lotne składniki zapachowe z oparów

Wydajność wyparek zależy od:

• powierzchni grzejnej

• powierzchni odparowania

• prędkości przepływu i turbulencji zagęszczanej cieczy

• tzw. efektywnej powierzchni parowania

• stosunku ciśnień w komorze wyparnej i skraplaczu

• średniej T pomiędzy czynnikiem grzejnym i cieczą zagęszczaną

• grubości warstwy cieczy

• liczby działów wyparki.

Typy wyparek:

1. Otwarte (pod ciśnieniem atmosferycznym)
   aparaty wyparne
   - okresowego działania, ogrzewane płaszczem parowym
   - temp. = 100 ^oC i większa nie przeszkadza

2. Zamknięte jw. + podłączona do skraplacza i próżni, temp. < 100 ^oC, mała powierzchnia wymiany ciepła i zwykle konwekcja naturalna - proces długotrwały

3. Z naturalną cyrkulacją (układ standardowy) - Roberta

• ciągłego działania

• roztwór odparowywany wrze w pionowych rurach o średnicy 5 - 10 cm, długości L: 1 - 2 m, ogrzewanych parą grzejną

• występuje naturalna cyrkulacja roztworu w rurach w górę, opadanie środkiem lub bokiem w dół

• szybkość cyrkulacji 0,3 - 1 m/s

• całość podłączona do próżni

• zastosowanie - do produktów o małej lepkości i odpornych na wysokie temperatury

4. Wyparka z wznoszącym się filmem cieczy (rising film evaporator)

• ciągłe działanie

• ciecz o niskiej lepkości wrze w rurach o średnicy 2,5 - 5 cm, L: 10 - 15 m, opary siła wznosząca cienkie warstwy w górę

• wymagane T między czynnikiem grzewczym, a produktem - min. 14 ^oC

• dobra wymiana ciepła

• cyrkulacja aż do uzyskania pożądanej konsystencji

• właściwy dobór parametrów operacyjnych - zapobiega pienieniu

• główne problemy - tworzenie baniek, tworzenie osadów wewnątrz rurek

• typowy czas przebywania 3 - 4 min

5. Wyparka z opadającym filmem cieczy (falling film evaporator)

• ciągłe działanie

• cienki film spływa we wnętrzu rurek na dół

• nadaje się lepiej do bardziej lepkich cieczy i heat sensitive

• typowy czas przepływu 20 - 30 sek.

• Wyparka wznosząco - opadowa (rising - falling film evaporator) - połączenie dwóch poprzednich wyparek w jedną

• Wyparka z obiegiem wymuszonym

• wymuszona cyrkulacja zagęszczonego produktu (2 - 6 m/s)

• w rurkach wymiennika ciepła nie następuje wrzenie (zapobiega temu hydrostatyczna głowica), dopiero w separatorze par na skutak obniżonego ciśnienia gwałtowne odparowywanie

• zalety: do lepkich cieczy; do termolabilnych cieczy; względnie niskie koszty inwestycyjne i operacyjne

• Wyparka cienkowarstwowa z agitacją (agitated thin-film evaporator)

• do bardzo lepkich cieczy i labilnych termicznie (residence time 10 - 15 sek.)

• ciecz rozprowadzana po wewnętrznej stronie cylindrycznej powierzchni grzejnej specjalnym rotorem, zapewniającym turbulentny ruch (clearance 0 - 1 mm)

• na skutek szybkiej wymiany (odnawianie powierzchni) dure heat transfer

• wady duży koszt inwestycyjny i operacyjny i mała przepustowość.

Wyparki mogą pracować nie tylko tak, jak omówione powyżej w konfiguracji rurowej, ale i także płytowej. Produkuje się nawet wyparki o wydajności do 100 m³ H₂O/h.

Zastosowanie wyparek w technologii żywności:

• cukrownictwo - zagęszczanie soku dyfuzyjnego

• przemysł owocowo-warzywny - wyrób marmolad, dżemów, koncentratów pomidorowych, koncentratów soków owocowych

• mleczarstwo - zagęszczanie mleka (mleko skondensowane i przed suszeniem)

• cukiernictwo - produkcja masy karmelowej

• przemysł ziemniaczany - produkcja syropów ziemniaczanych (dekstryna, maltoza, glukoza 15 - 20 % H₂O)

Zagęszczanie przez odparowanie 2 ograniczenia:

1. utrata substancji lotnych

2. cieplne uszkodzenia produktów

KRIOKONCENTRACJA

• brak powyższych wad

• usunięcie wody przez wymrożenie (80 kcal/kg) jest korzystniejsze energetycznie, niż przez odparowywanie (539 kcal/kg)

• łagodniejsze warunki - zachowanie właściwości smakowo-zapachowych i wartości odżywczych

• wymrożenie części wody z produktów - zagęszczenie substancji ciekłej - diagram fazowy układu eutektycznego prostego.

Urządzenia do kriokoncentracji:

Główne elementy:

• krystalizator (zwykle osiąga się rozmiary kryształów do 0,5 mm)

• separator:

• wirówki - do 1000 g, aby zminimalizować straty - przepłukiwanie kryształów

• filtry

Problemy dodatkowe wytrącanie się substancji innych niż lód, obniżenie temperatury precypitacja polimerów, garbników, np. z ekstraktów kawy i herbaty; wytrącanie się laktozy z mleka.

Zastosowanie kriokoncentracji:

• zatężanie wina do osiągnięcia określonego poziomu EtOH przez usunięcie wody

• zatężanie piwa

• zatężanie soków owocowych, ekstraktów herbaty i kawy oraz mleka odtłuszczonego

• zatężanie octu

Główne ograniczenia kriokoncentracji:

• największe stężenie - opisane punktem eutektycznym; w praktyce nie prowadzi się kriokoncentracji do punktu eutektycznego, bo rośnie lepkość fazy ciekłej (rośnie stężenie i maleje temp.); zwykle wyjściowe stężenie - 5 - 20%, a po kriokoncentracji 35 - 50 s.m.

• czasem trudne oddzielenie kryształów od lepkiej cieczy, dlatego pożądane tworzenie dużych kryształów

• duże koszty inwestycyjne urządzeń.

Wykład X 02.06.05.

SUSZENIE w TŻ

• jedna z najstarszych metod utrwalania żywności

• usuwanie wilgoci (połączone z dostarczaniem ciepła) w celu uzyskania produktu w stanie stałym, odpornego na działanie drobnoustrojów, przemiany enzymatyczne i chemiczne (czasem konieczne specjalne pakowanie)

• dostarczanie ciepła najczęściej połączone z usuwaniem wilgoci (konwekcja - powietrze), ale także przewodnictwo (suszarki walcowe, mikrofale)

• suszenie okresowe i ciągłe

• współprądowe (ograniczony stopień wysuszenia - stosowane tam, gdzie istnieje obawa, że suchy produkt w zetknięciu z gorącym powietrzem uległby zniszczeniu) powszechnie stosowane w TŻ

• przeciwprądowe (wysoki stopień wysuszenia, stosowane do materiałów odpornych na wysokie temperatury)

• zmiennoprądowe (naprzemienne lub sukcesywne)

• w prądach skrzyżowanych (prostopadły przepływ materiały i czynnika suszącego)

• ruch wody w materiale suszonym: f(stopnia i sposobu jej związania) aktywność wodna a_w (woda związana, woda wolna)

• izotermy sorpcji zależność zawartości wilgoci od równowagowej wilgotności względnej (a_w) (T = const.)

• wpływ aktywności wodnej na przemiany w żywności (BET monolayer - monowarstwa największa stabilność)

Przebieg procesu suszenia konwekcyjnego.

Wilgotność właściwa masa H₂O / jednostka masy s. s.

Krzywe suszenia (AB - podgrzewanie materiału; BC - odcinek prostoliniowy; CD - odcinek krzywoliniowy, zbliża się asymptotycznie do wilgotności równowagowej materiału)

Krzywe temperaturowe suszenia - obrazują zależność między temperaturą, a wilgotnością właściwą.

Krzywe szybkości suszenia - obrazują zależność między szybkością suszenia, a zawartością wilgoci w produkcie.

OKRESY SUSZENIA:

1. okres suszenia szybkość suszenia i temperatura materiału ≈ const.
   - przebieg podobny do odparowania wody ze swobodnej powierzchni roztworu, tzn. powierzchnia jest częściowo lub całkowicie zwilżona - dopływ wody do powierzchni jest większy lub równy ilości wody odparowanej;
   mechanizmy dopływu:
   1) różnica ciśnień osmotycznych i wyrównanie gradientu stężenia;
   2) parowanie z warstw wewnętrznych;
   3) dyfuzja kapilarna do obszarów bezwodnych;
   temperatura materiału ≈ temperatura mokrego termometru (przy danej wilgotności powietrza); o szybkości suszenia decydują warunki konwekcyjnej wymiany ciepła i masy.
   

2. okres suszenia po przekroczeniu tzw. wilgotności krytycznej dalsze suszenie powoduje, że opory przenoszenia masy w materiale zaczynają przeważać nad oporami konwekcyjnej wymiany masy z powierzchni produktu - powierzchnia wysycha, a strefa parowania ulega zagłębianiu; szybkość suszenia spada w sposób ciągły; ze względu na zwiększające się opory przewodzenia wody w materiale, „kształt” tego spadku = f(rodzaju materiału).

Parametry wpływające na przebieg procesu suszenia:

• wstępna obróbka materiału suszonego rozluźnienie struktur (termiczne, mechaniczne lepsze suszenie);

• prędkość suszenia jest odwrotnie proporcjonalna do grubości materiału korzystne pokrojenie, rozdrobnienie, ułożenie w cienkiej warstwie;

• usytuowanie materiału w suszarce - im materiał dalej od wlotu czynnika suszącego, tym suszy się wolniej;

• kurczenie się materiału suszonego w pierwszym okresie suszenia zmniejsza się objętość materiału, odpowiednio do ilości usuwanej wody, dalej zmiany objętości zmniejszają się, a np. dla warzyw przy 15 - 20% wilgotności brak skurczu;
  szybkie początkowe suszenie (przeciwprąd) podsuszenie powierzchni i dalsze odwadnianie prowadzi do mniejszych zmian objętości jako całości, taka otwarta struktura prowadzi do większej szybkości suszenia; pod „skorupą” tworzą się wolne przestrzenie - szczeliny produkt ma małą gęstość nasypową, łatwiej rehydratuje;
  [rys. 24.11, 24.12, 24.15]
  powolne suszenie początkowe (współprąd) - produkt kurczy się bardziej bardziej twardy; twardość i łykowatość oraz trudna rehydratacja suszonych produktów spowodowane utratą integralności komórkowej, krystalizacja polisacharydów, denaturacja białek; czasem zamrożenie i rozmrożenie produktów roślinnych przed suszeniem poprawia ich charakterystykę rehydratacyjną, także działanie ciśnienia i późniejsza dekompresja (puffing) przed suszeniem - też poprawia rehydratację;

• wilgotność powietrza suszącego (różnica psychrometryczna tj. między T suchego i T mokrego termometru, im ona wyższa, tym powietrze bardziej suche);
  im wilgotność powietrza mniejsza, tym szybsze suszenie (szczególnie dla produktów o dużej zawartości H₂O);

• temperatura powietrza - szczególnie istotna, ale dopiero w II okresie suszenia, tzn. przy ustalonej wilgotności względnej powietrza suszącego wzrost T przyspiesza suszenie dopiero w II okresie suszenia

• prędkość powietrza:

• dla produktów w cienkich warstwach szczególnie istotna w I okresie suszenia, w II mniej istotna;

• dla produktów o grubych warstwach zwiększanie tego parametru przyrost prędkości suszenia w całym jego okresie

Systemy suszenia:

1. Powietrzne suszarki okresowego działania

• urządzenie małe, wydajność niewielka

• zastosowanie ⇒ suszenie owoców, grzybów itp.

• ogrzewanie powietrza palnikiem, produkt umieszczony powyżej na sitach

• obsługa pracochłonna (uciążliwa)

• duży czas chłodzenia

• w przypadku owoców ⇒ wstępne siarkowanie (palenie S lub moczenie surowców w siarczynach), suszenie i wyrównywanie wilgotności w zamkniętych opakowaniach

• duża niejednorodność suszenia
  

2. Suszarki (tray cabinet) (działanie okresowe)

• użyteczne w skali pilotowej i małej technicznej

• w zamkniętej przestrzeni tace (dno perforowane) z warstwami produktu, napływ do wewnątrz powietrza, powietrze ogrzewane i wypuszczane; czasem między tacami wprowadza się jeszcze dodatkowe ogrzewanie, przyspiesza to suszenie, ale - niebezpieczeństwo przegrzania materiału.
  

3. Suszarki tunelowe ciągłego działania

• przeciwprądowe ( w miarę jak rośnie opór usuwania wilgoci ⇒ coraz wyższa T powietrza ⇒ wysoka T w momencie gdy produkt jest IMF ⇒ NEB (szybkie początkowe suszenie ⇒często pożądane)

• zmiennoprądowe - naprzemienne i sukcesywne
  

• Suszarki walcowe:

• ciepło dostarczane do materiału suszonego z wnętrza bębna (para);

• materiał suszony musi być w formie cieczy lub zawiesiny, jest on nakładany na walec jedną z różnych metod;

• grubość warstwy materiału = f(odstęp między bębnami); tam, gdzie 2 walce = f(napięcia powierzchniowego γ i kąta styku  ; grubość warstwy - (γ cos)^3/2, roztwory wodne na metalu  ≈ 0^o cos = 1, więc im γ mniejsze, tym grubość mniejsza) czasami dodatki substancji powierzchniowo aktywnych [rys. DRUM];

• obecność tłustych warstw (filmów) na powierzchni bębna ⇒ niekorzystna, bo ↑ grubość, część bębna niewykorzystana, wolniejsze suszenie, przegrzania i niedosuszenia

• rodzaj produktu suszonego ma bardzo istotny wpływ na szybkość suszenia walcowego;

• cienkie jednorodne filmy o małej lepkości suszą się bardzo szybko (nawet do 50 lbs/hr·ft², większość produktów spożywczych ma jednak dużą lepkość szybkość suszenia ~ 1-5 lbs/hr·ft²);

• wnętrze bębna ogrzewane parą wodną pod ciśnieniem T > 100^oC, ale materiał przez większość czasu utrzymuje T ≈ T_wrz. , dopiero pod sam koniec temperatura rośnie;

• system suszenia walcowego musi być wyposażony w usuwanie oporów

• usuwanie wymuszonego materiału z bębna system nożowy, często wymaga ochłodzenia produktu (który w wysokiej T może być plastyczny) nadmuch zimnego powietrza lub chłodzenie od wewnątrz (sekcja bębna tuż przed nożem)

Zastosowanie suszenia walcowego w TŻ:
płatki ziemniaczane
instantyzowane produkty zbożowe
Zalety suszenia walcowego:
relatywnie niskie koszty eksploatacji ~ 10 ¢/lb usuwanej wody
działanie ciągłe przy relatywnie dużych wydajnościach


5. Suszarki rozpyłowe:

• najpowszechniej stosowana metoda suszenia żywności ciekłej;

• wydajności niektórych instalacji ~25 tys. kg usuniętej wilgoci /h

• zastosowanie suszenie mleka i jego przetworów (jogurt, lody, śmietana) ekstraktów kawy, herbaty, hydrolizatów i pochodnych białkowych oraz skrobiowych, jaj, krwi, soków cytrusowych i pomidorowych

• zasada ciecz, zawiesina lub pasta ulega rozpyleniu w komorze suszarki, gdzie wchodzi w kontakt z gorącym powietrzem i ulega szybkiemu wysuszeniu; suche cząstki zawieszone w powietrzu częściowo osadzają się w komorze suszarki, a ich reszta oddzielona jest w cyklonie i dalej pakowana
  [rys. 10-27]

• cały proces jest złożony pod względem inżynieryjnym, jego przebieg zależy od rodzaju suszonego materiału (η, napięcia powierzchniowego, składu chemicznego) i stosowanych parametrów suszenia

• złożoność transportu ciepła i masy:

• trudny inżynieryjny (równaniami) opis procesu

• trudność w przenoszeniu ze skali pilotowej na techniczną (scale-up)


Rozpylanie (atomizacja):

• bardzo istotny wpływ na efekt suszenia

• stopień atomizacji rozmiary kropelek

• rodzaje:

• do homogenicznych cieczy -
  wysokociśnieniowe rozpylanie przez pojedynczą dyszę
  wysokociśnieniowe rozpylanie przez dyszę w prąd powietrza drugiej dyszy (drobniejsze rozbicie)

• do niehomogenicznych zawiesin - atomizatory dyskowe ciecz wprowadzana na wirujący dysk (2000 - 20000 rpm)

• próby rozpylania z udziałem ultradźwięków

• rozkład wielkości rozpylanych cząstek = f (ciśnienia rozpylania, szybkość obrotów dysku, lepkości i napięcia powierzchniowego rozpylanej cieczy)

Wymiana ciepła i masy przy suszeniu rozpyłowym:

• złożone zjawisko i wiele zmiennych (np. T, , rozmiar cząstek)

• w I etapie suszenia temperatura kropelki rośnie do temp. wrzenia i następuje suszenie warstw powierzchniowych przy stałej dyfuzji cieczy z wnętrza kropelki

• w etapie II na powierzchni a_w maleje, a powierzchnia osiąga temperaturę wyższą od temp. wrzenia wody

• w etapie III zahamowana zostaje dyfuzja ku powierzchni

• istnieje krytyczna wilgotność produktu poniżej której powierzchnia staje się nieprzepuszczalna dla aromatów, a więc zahamowana zostaje ich dyfuzja, sprzyja temu wysoka T początkowa i współprądowe suszenie (microencapsulation - mikrokapsułkowanie)

Oddzielanie wysuszonych cząstek od powietrza:

• częściowe oddzielenie w samej suszarce

• dodatkowe oddzielenie w cyklonach

• czasem cyklony nie wystarczają stosowanie filtrów, elektrofiltrów i skruberów (drogie)

• ogólne usunięcie 95 - 98% subst. stałej - proste, ale usunięcie reszty - coraz trudniejsze i kosztowniejsze(względy odzysku produktu i ekologiczne - zanieczyszczenie powietrza)

Problemy technologiczne:

Przyklejanie się wysuszonego materiału, zawierającego dużo cukrów (soki owocowe, pomidorowe) lub zhydrolizowanego białka.

Zapobieganie:

1. specjalne dosuszanie powietrza wlotowego silikażelem

2. dodawanie do suszonych cieczy jadalnych polimerów (polisacharydy, białka)

3. dodawanie roztworu glukozy (np. do soku pomarańczowego)

4. suszenie produktu do wilgotności 2-3% H₂O brak przyklejania

5. chłodzenie ścian komory suszarni do temperatury niższej od T_{sticky point} (temperatura, w której występuje klejenie)

Aglomerowanie ciał sypkich:

• łączenie drobnych cząstek w większe o porowatej strukturze nowe cenne właściwości (brak pylenia, lepsza zwilżalność (kapilary), lepsza rozpuszczalność, mniejsza higroskopijność)

• np. mleko w proszku, ekstrakty kawy, zupy błyskawiczne

Aglomerowanie mleka chudego ⇒

1. w ostatnim etapie suszenia

2. w wysuszonym już proszku mlecznym

Ad. a)

Niedosuszony proszek (lepki) wychodzący z suszarki rozpyłowej styka się z wilgotnym gorącym powietrzem, łączy się w agregaty (> 120 μm ) dalej jest dosuszany gorącym powietrzem i oziębiany (∼ 75 % proszku ulega aglomeracji, 25 % normalne mleko w proszku)

Ad b)

Zderzanie cząstek w strumieniu powietrza w obecności rozpylonej wody lub roztworu cukru.

Obecność tłuszczu przeszkadza dodatek lecytyny (do ~0,6%), następuje dosuszanie aglomeratu w łagodnych warunkach.

6. Suszarki fluidyzacyjne:

• suszenie w warstwie pseudowrzącej

• mogą być ciągłe lub okresowe

• zasada działania podobna do zamrażalników fluidyzacyjnych (owiew gorącego, suchego powietrza)

• duża efektywna powierzchnia suszenia w relatywnie małej objętości

• dla małych cząstek suszenie może być bardzo szybkie

• główne ograniczenie wymagana jednorodność rozmiarów suszonych cząstek
  

1. Liofilizatory (freeze-drying)

• suszenie ze stanu zamrożenia

• porównanie z tradycyjnym suszeniem

40




Produkt

parownik

w↑↑

T↑. →Φ ↑↑↑↑↑↑↓mmm mmm

w↓

T↓ →Φ↑

T<

Wolna przestrzeń - powietrze

Osadzanie wilgotności (lodu) na wew. części opakowania; ususzka wewnętrzna

T↓ Φ↑ w↓

---