Теория на сушене - Сушилни за плодове

Сушилни за плодове, зеленчуци и растения

Теория на сушене

Отстраняването на излишната вода от суровината се обуславя от предаването на топлина и състоянието и движението на водната пара. Топлопредаването се основава на температурната разлика между дехидратирания материал - плодове - и топлоносителя - горещ въздух.

По време на дехидратацията на плодове и зеленчуци във въздушна струя, свободната вода се улавя незабавно чрез изпаряване. Това бързо изпаряване зависи от общата площ на плодовете (зеленчуците), скоростта на циркулация на въздуха и разликата между повърхностното напрежение на парите на повърхността на материала и повърхностното напрежение на парите във въздушния поток. По време на сушенето на плодовете и зеленчуците водата в клетъчния сок се дифузира на повърхността, поради вътрешната дифузия и се изпарява.

Движението на вода от вътрешната страна на продукта навън се дължи на процеса на вътрешна дифузия и е пряка последица от разликата в осмотичното налягане, причинена от различна концентрация на разтворима течност вътре и от периферията на частиците на продукта.

Изместването на водата се осъществява от точките с по-високо водно съдържание към тези с по-ниско съдържание, в резултат на изпаряването на водата от явлението външна дифузия. Поради вътрешната дифузия влажността се изравнява във всички слоеве на продукта, подложени на дехидратация.

В допълнение към вътрешната дифузия трябва да се вземе предвид и термодифузията на водата, причинена от температурната разлика между периферните и вътрешните слоеве на продукта. Термодифузията е обратното явление на вътрешната дифузия, т.е. причинява движението на водата отвън навътре, като външната температура е по-висока. Тъй като обаче температурните разлики не са твърде големи, вътрешната дифузия е по-висока от термодифузията и като цяло движението на водата отвътре навън преобладава.

Напукване на периферната повърхност или епидермиса на продукта, например при сливи, се случва, когато скоростта на изпаряване на водата от повърхността на продукта е много по-висока от скоростта на вътрешната дифузия, което води до образуването на такава кора на повърхността на продукта.

За да се избегне този недостатък, температурата и относителната влажност на въздуха трябва да бъдат внимателно регулирани.

При нагряване относителната влажност на въздуха намалява. По този начин, ако при 15 ° C относителната влажност на въздуха е 60%, чрез нагряване при 60 ° C тя достига 5%. Следователно теоретично е препоръчително да се използва въздух при възможно най-висока температура, тъй като колкото по-висока е водопоглъщащата способност на продукта, толкова по-ниска е относителната влажност на въздуха.

Съществува обаче ограничение, което не трябва да се надвишава и което се определя от:

температурата, при която плодовете или зеленчуците започват да се разграждат (карамелизация на захарта, необратимост до рехидратация);
относителната влажност на горещия въздух не трябва да се доближава до нула, защото прекалено сухият въздух води до образуването на кора, предотвратявайки дифузията на водата отвътре към повърхността на изпарение и по този начин забавя изсъхването;
твърде високата температура на въздуха в края на процеса води до неизползване на голямо количество топлина, като по този начин се постига нисък калоричен добив. Също така, твърде високата температура на сушене нарушава аромата и цвета на продуктите.

По принцип, когато плодовете са дехидратирани, температурата на въздуха на входа на растението е 70-72 ° C и с относителна влажност 20-25%. На изхода от сушилнята температурата е по-ниска, между 40-45 ° C, а относителната влажност е 60-70%.

Скоростта на дехидратация се обуславя и от скоростта на вътрешната дифузия на водата, която от своя страна зависи от размера на частиците плодове или зеленчуци.

Температурата и скоростта на движение на горещия въздух са фактори, които обуславят икономическата ефективност на процеса на сушене.

Колкото по-висока е скоростта на изпарение, толкова по-голяма е дифузията, която е валидна до определена граница. Превишаването на тази граница определя образуването на кора. Под посочената гранична стойност има вероятност скоростта на дифузия да е равна на скоростта на изпаряване на водата. Под определена стойност на скоростта на изпаряване сушенето може да стане неикономично поради увеличените разходи за топлинна енергия за изпаряване на водата и механична енергия за циркулация на въздуха.

Оптималният процес се осъществява, когато скоростта на изпаряване на водата от повърхността на плодовете и зеленчуците е равна на скоростта на миграция на влагата отвътре към тяхната повърхност. За да се постигне бърза дехидратация, плодовете и зеленчуците се нарязват на малки парченца, като по този начин се намалява времето, необходимо за дифузия на вода, и се увеличава общата площ на изпаряване. Кайсиите се нарязват на половинки, ябълките и крушите на филийки, гроздето и сливите се оставят цели, а зеленчуците се режат на филийки, кубчета, юфка и т.н.

Скоростта на циркулация на въздуха също влияе върху процеса на сушене. Ако циркулацията на въздуха е твърде бавна, сушенето ще става бавно, защото въздухът ще се насити много бързо с влага. Скоростта на движение на въздуха в тунелната сушилня обикновено е между 3-5 м/сек.

По принцип, за да се извърши процесът на дехидратация в оптимални условия, е необходимо да се определи максималната температура, която всеки продукт може да издържи, съответно температурата на входа в агрегата и тази, при която въздухът, натоварен с влажност, трябва да излезе, за да се избегне неговата кондензация.

Ефектите на дехидратацията върху развитието на микроорганизми и ензимната активност

Клетките на микроорганизмите страдат по време на процеса на дехидратация от същите явления като клетките на растителната храна: непрекъснато повишаване на осмотичното налягане, намаляване на вакуолите в клетъчния сок, проникване на протоплазмената мембрана и др., Явления, които водят до метаболитни нарушения и дори тяхната плазмолиза.

По принцип микроорганизмите не могат да живеят върху бедни на вода субстрати или среди с високо осмотично налягане. Процесът на хранене, както и елиминирането на продуктите от метаболизма на микроорганизмите се постига чрез явлението осмоза през полупропускливите мембрани на клетките.

Намаляването на водното съдържание затруднява този осмотичен обмен и следователно влияе отрицателно върху тяхната жизнена дейност. От друга страна, ензимите, които са чувствителни към топлина, намаляват или отменят активността си с повишаване на температурата. В някои от ензимите, например във фенолоксидазата, каталитичната активност се намалява до 2%, ако субстратът се нагрее до 85 ° C и напълно се анулира при 90 ° C.

Оптималната температура на активност на ензимите в плодовете и зеленчуците е приблизително. 43 ° С. Тази температура обаче варира в зависимост както от естеството на субстрата, така и от ензимите.

Температурата, при която ензимите се инактивират, зависи много от киселинността или алкалността на средата (pH), в която те се нагряват, като максималното съпротивление е около точката на неутралност. В кисела среда инактивирането е по-лесно.

При температура от 75 ° C, в случай на попарване или пара, ензимите започват да се инактивират, но в зеленчуци и плодове, подложени на изсушаване тази температура и други по-високи се достигат само в редки случаи и особено не в цялата им маса.

Дехидратацията при нормални промишлени условия не позволява да се достигнат температури, близки до 85 ° С и следователно не осигурява инактивиране на ензимите. Поради тази причина зеленчуците трябва да се попарят преди дехидратация.

Когато ензимите не са инактивирани чрез попарване или пара, в много случаи ефектът от активността на окислителните ензими е по-интензивен върху дехидратираните продукти, отколкото върху суровините, от които те идват. Това се дължи на концентрацията на субстратите, върху които действат ензимите. Например сушените картофи без предварително попарване потъмняват по-бързо в сравнение с резенчета дехидратирани картофи.

В случай на овлажняване на сушени зеленчуци понякога се получава частична регенерация на ензими. Следователно в индустриалната практика ензимите в плодовете и зеленчуците се инактивират преди сушене, чрез термична обработка.

Ефекти от дехидратацията върху плодовете и зеленчуците

Дехидратацията има ефект на набръчкване на плодове и зеленчуци, както поради намаляване на съдържанието на вода, така и поради намаляване на първоначалния обем. Загубата на тегло се дължи на прекомерно отстраняване на водата и до известна степен на химични и биохимични промени, които се случват по време на процеса.

Физико-химичните промени включват коагулацията на протеинови вещества, която в условията на индустриална дехидратация е частично обратима. Поради повишаването на концентрацията на захар в клетъчния сок по време на дехидратация се наблюдава повишаване на осмотичното налягане.

Намаляването на водното съдържание увеличава концентрацията на органични киселини (понижаване на стойността на рН), което от своя страна влияе върху някои химични промени, като: денатурация на протеини, хидролиза на захари и др. Дехидратацията води и до загуби на захари в сравнение с първоначалното съдържание, което варира между 1 и 8%.

Етеричните масла летят леко при температури над 50-60 ° C, а растителните пигменти променят цвета си, например, зелените зеленчуци променят цвета си на зелено-жълт, а жълтите зеленчуци и плодове стават кафяви или обезцветявани чрез дехидратация. Причините за тези промени имат или ензимен характер, или термичен характер.