Ocena jakości

Oceny jakości papryki zielonej uzyskanej podczas suszenia hybrydowego z wykorzystaniem metody konwekcyjnej, mikrofalowej oraz promieniowania podczerwonego przeprowadzono na podstawie pomiaru całkowitej zmiany barwy, aktywności wody, zawartości (retencji) witaminy C oraz procesu rehydratacji suszonego biomateriału.

Całkowita zmiana barwy ΔE

Barwa produktów biologicznych takich jak warzywa i owoce jest jednym z ważniejszych wskaźników jakości, gdyż jest to jedyny atrybut, który może być oceniony przez człowieka w sposób subiektywny (bez przyrządów pomiarowych) i decydować o jego zakupie. Parametr ten, w sposób pośredni, może wskazywać w jakim stopniu zostały zachowane cenne składniki odżywcze (przede wszystkim naturalne barwniki), decydując tym samym o zdrowotności i apetyczności produktu w oczach klienta.

Całkowita zmiana barwy papryki zielonej, dla wszystkich zrealizowanych badań, mieści się w zakresie wartości od 9.41 ± 0.332 do 13.30 ± 0.335, co obrazuje wykres na rysunku 9.5. Wielkość parametru ΔE zależy głównie

90 od czasu ekspozycji materiału na wysoką temperaturę podczas suszenia.

Największą zmianą barwy zaobserwowano dla próbki wysuszonej metodą CV+IRokr. Program ten charakteryzuje się wysoką temperaturą początkową (nawet do 75°C) oraz długim czasem suszenia. Brak wyrównania wilgoci w materiale podczas aplikacji promieniowania podczerwonego po początkowym etapie procesu doprowadziło do lokalnego przegrzania materiału, co niewątpliwie negatywnie wpłynęło na zmianę barwy w materiale.

W przypadku suszenia konwekcyjnego wspomaganego energią mikrofalową (MWCV) i promieniowaniem podczerwonym (CVMW+IR_okr lub CV+MW_okr+IR_okr) całkowita zmiana koloru była dużo niższa niż dla suszenia czysto konwekcyjnego. Pomimo wyższej temperatury (w każdym z tych programów hybrydowych) niż dla suszenia czysto konwekcyjnego, decydującym w zachowaniu barwy okazało się skrócenie czasu suszenia.

Rys. 9.5. Całkowita zmiana barwy

Aktywność wody

Aktywność wody (aw) jest atrybutem jakości, który wskazuje jaka jest stabilność mikrobiologiczna biomateriałów, takich jak owoce i warzywa. Wysoka wartość aktywności wody, oznacza dużą podatność materiałów biologicznych na psucie. W literaturze można znaleźć progową wartość aktywności wody aw = 0,6, poniżej której zahamowany zostaje rozwój większości mikroorganizmów

91 odpowiedzialnych za zepsucie oraz rozkład surowców biologicznych (Mputu i Thonart, 2013).

Na rysunku 9.6 przedstawiono wyniki pomiarów aktywności wody dla materiału świeżego oraz suszonego w poszczególnych testach hybrydowych.

Aktywność wody dla świeżej papryki zielonej wynosiła średnio 0,97 ± 0,01.

Wszystkie zastosowane testy suszenia obniżyły wartość tego parametru poniżej progowej wartości aw = 0,6. Jednak najniższą aktywnością wody charakteryzował się materiał wysuszony metodą CV+IRokr (0,398 ± 0,01) i był niższy o 29%

w stosunku do suszenia konwekcyjnego (0,560 ± 0,01). Ponadto, wszystkie metody hybrydowego suszenia papryki zielonej obniżyły wartość aktywności wody o ok 20-30% w porównaniu do suszenia konwekcyjnego. Można zatem stwierdzić, że aplikacja hybrydowych metod suszenia pozytywnie wpływa na stabilność mikrobiologiczną i trwałość suszu.

Rys. 9.6. Aktywność wody

Retencja Witaminy C

Kwas askorbinowy jest związkiem niezwykle wrażliwym i łatwo ulega degradacji zarówno pod wpływem wysokiej temperatury jak i czasu trwania procesu suszenia. Dlatego retencja, czyli możliwie duża pozostałość zawartości witaminy C w materiale jest jednym z kluczowych wskaźników jakości i świadczy o zachowaniu przez susz właściwości bioaktywnych (Veras i inni, 2012). Procent zachowania witaminy C w materiale wysuszonym różnymi

92 programami suszenia hybrydowego przedstawiono na rysunku 9.7. Ponieważ zawartość kwasu askorbinowego w wysuszonym materiale jest bezpośrednio związana z temperaturą materiału oraz czasem suszenia, najwyższy poziom retencji witaminy C (63,91 ± 3,7 %) uzyskano w programie suszenia CVMW.

Program ten charakteryzuje się stosunkowo krótkim czasem suszenia oraz najniższą (w porównaniu do innych programów suszenia hybrydowego) temperaturą (ok. T = 54ºC). W przypadku programów suszenia z promieniowaniem podczerwonym (CVMW+IRokr i CV+MWokr+IRokr), susz papryki zielonej charakteryzował się wyraźnie niższym stopniem zachowania witaminy C. Wynik taki można tłumaczyć ekspozycją próbki na wysoką temperaturę (do 75°C) podczas tego procesu. Pomimo, że okres trwania tak wysokiej temperatury był krótki, jednak spowodował on wysoki stopień rozkładu kwasu askorbinowego. Dla programu CV+MW_okr+IR_okr zaobserwowano wyższą zawartość witaminy C niż dla programu CVMW+IRokr, wynik można tłumaczyć jedynie okresową aplikacją dodatkowego mikrofalowego źródła energii.

Rys. 9.7. Retencja witaminy C

Najniższą wartość witaminy C, (ok 16,9 ± 2,3 %) zanotowano dla programu CV+IR_okr charakteryzującego się nie tylko wysoką temperaturą wynikającą z aplikacji promieniowania podczerwonego, ale również długim czasem trwania procesu, podczas którego mogły zachodzić reakcje utleniania kwasu askorbinowego oraz jego rozkładu pod wpływem temperatury. Stosunkowo

93 wysoki stopień zachowania witaminy C, aż 46,5 ± 2,2 %, zaobserwowano dla suszenia konwekcyjnego CV, co może świadczyć o tym, że na rozkład kwasu askorbinowego w większym stopniu wpływa wysoka temperatura niż długi czas prowadzenia procesu.

Rehydratacja

Stopień degradacji struktury suszonego materiału można określić poprzez jego ponowne nawodnienie i zdolność do nasycenia wodą oraz pomiar ilości wchłoniętej wody (Singh and Pandey, 2011). Rysunek 9.8 przedstawia krzywe kinetyki nawodnienia biomateriału uprzednio wysuszonego różnymi programami suszenia hybrydowego oraz czystej konwekcji. Najwyższy stopień nawodnienia zaobserwowano dla materiału wysuszonego metodą CVMW+IRokr, (0,33 ± 0,016 kg/kg). Jednak niezależnie od zastosowanego programu przyrost masy wody w suszu był niewielki. Oznacza to, że struktura materiału papryki zielonej podczas procesu suszenia w znacznym stopniu uległa zniszczeniu. Z rysunku 9.8 można odczytać, że najmniejszym stopniem rehydratacji, odznaczał się materiał wysuszony czysto konwekcyjnie CV. Wynika stąd, że suszenie konwekcyjne powoduje największą degradację struktury materiału.

Rys. 9.8. Krzywa kinetyki rehydratacji

94

9.4. Aspekt energetyczny

Na rysunku 9.9 przedstawiono wyniki pomiarów zużycia energii dla różnych wariantów procesu suszenia. Zasadniczo najwyższym zużyciem energii powinny charakteryzować się procesy suszenia wykorzystujące dodatkowe źródło promieniowania MW i/lub IR. Stwierdzono jednakże, że całkowity pobór energii zależy również od czasu suszenia i charakteru danego procesu. Dlatego jednym z najbardziej energochłonnych procesów jest suszenie czysto konwekcyjne (6.5 ± 0.1kWh). Metoda ta charakteryzuje się ograniczonym kontaktem między czynnikiem suszącym (w tym wypadku gorącym powietrzem) a materiałem.

Spowodowane jest to między innymi oporem, jaki stanowi materiał wobec przepływającego medium. Znaczącym jest również brak rekuperacji (ponownego zawrócenia oczyszczonego, jeszcze gorącego strumienia powietrza) oraz to, że suszenie konwekcyjne jest najdłuższym z przeprowadzonych procesów.

Rys. 9.9. Pobór energii elektrycznej [kWh]

Analizując otrzymane wyniki można stwierdzić, że najbardziej opłacalnym z punktu widzenia zużycia energii jest prowadzenie procesu suszenia z aplikacją tylko jednego dodatkowego źródła energii, a mianowicie energii mikrofalowej.

Materiał nagrzewany jest wówczas w całej objętości (dzięki zastosowaniu mikrofal) oraz na jego powierzchni (dzięki suszeniu konwekcyjnemu), co przynosi najlepsze efekty energetyczne przy względnie dużym skróceniu czasu

95 suszenia. Pobór energii elektrycznej, wynosi wówczas 3,3 ± 0,1 kWh, co stanowi jedynie 13% zużycia energii we wszystkich przeprowadzonych badaniach.

W wyniku aplikacji jeszcze dodatkowego źródła energii, np. promieniowania podczerwonego, mimo największej redukcji czasu suszenia, pobór energii elektrycznej w procesach CV+MWokr+IRokr i CVMW+IRokr jest wyższy niż dla CVMW. Ponad to, program CVMW+IRokr wykazuje ok 1 ± 0,1 kWh wyższy pobór energii niż CV+MWokr+IRokr ze względu na ciągłe, a nie interwałowe, załączenie dodatkowego źródła energii jakim są mikrofale.

Bardzo nieefektywnym energetycznie programem jest suszenie konwekcyjne z promieniowaniem podczerwonym CV+ IR_okr. Zaobserwowano wówczas najwyższy pobór energii elektrycznej wynoszący 6,9 ± 0,1kWh. Pomimo aplikacji jedynie dwóch źródeł poboru energii, przebieg krzywych kinetyki oraz wysokie zużycie energii świadczy o złym wykorzystaniu dodatkowego źródła jakim jest promieniowanie podczerwone. Mimo relatywnie dużego skrócenia czasu suszenia (ok 35%) w porównaniu do suszenia konwekcyjnego, duże straty energii generowane są przez złe rozłożenie profilu strumienia termodyfuzyjnego w materiale. W tym wypadku energia zużywana była na nagrzewanie szkieletu biomateriału oraz lokalne przegrzania, a nie na parowanie oraz transport wilgoci.

Interesującym jest również porównanie wyników suszenia CV+IRokr z CV+MWokr+IRokr, gdzie dodatkowo wprowadzono promieniowanie mikrofalowe w takich samych odstępach interwałowych co podczerwień.

Aplikacja mikrofal powodująca nagrzewanie materiału w całej objętości, kompensuje strumień wilgoci i profil temperatury w materiale, powodując znacznie bardziej efektywne suszenie z punktu widzenia poboru energii oraz czasu trwania procesu.

Na podstawie przeprowadzonych badań, stwierdzono, że suszenie hybrydowe wybranymi metodami, charakteryzuje się krótszym czasem suszenia (nawet o 76% – dla programu CVMW+IR_okr) oraz niższym zużyciem energii (nawet o 52% – dla programu CV+MWokr+IRokr) w porównaniu do suszenia konwekcyjnego. Odpowiednie zastosowanie suszenia hybrydowego pozytywnie wpływa również na jakość suszonego materiału.

96