9. Niestacjonarne suszenie wiśni ze wstępnym odwadnianiem osmotycznym
9.2. Suszenie ze wstępną obróbką osmotyczną
Kolejną serię testów suszenia konwekcyjnego owoców wiśni, zarówno w stałych warunkach Tp = 62 ± 1°C, jak i okresowo zmiennych (program 5 – 30), przeprowadzono ze wstępną obróbką osmotyczną polegającą na odwadnianiu osmotycznym w 60% roztworze glukozy przez 30 min. Podjęto również próbę zintensyfikowania procesu wymiany masy w roztworze hipertonicznym aplikując dodatkowo ultradźwięki czynne o mocy 700 W i częstotliwości 25 kHz.
Rysunek 9.2 przedstawia krzywe suszenia wiśni po procesie odwadniania osmotycznego. Zastosowanie zabiegu wstępnego odwadniania osmotycznego spowodowało redukcję początkowej zawartości wilgoci z około 6,40 [kgkg-1sm]
do około 3,26 i 2,31 [kgkg-1sm], odpowiednio w próbkach odwadnianych osmotycznie bez (rys. 9.2a) i ze wspomaganiem ultradźwiękowym (rys. 9.2b).
Ponieważ aplikacja ultradźwięków spowodowała większy ubytek wilgoci z owoców wiśni, całkowity czas suszenia w stałych warunkach uległ skróceniu z 438 ± 3 min do 400 ± 5 min. Jak wynika z krzywych temperaturowych, profile temperatury suszonych biomateriałów (Tm) ze wstępną obróbką osmotyczną, również uległy zmianie.
109
a) b)
Rys. 9.2. Krzywe suszenia wiśni w stałych warunkach: a – po odwadnianiu osmotycznym, b – po odwadnianiu osmotycznym z ultradźwiękami.
W przypadku tych biomateriałów, pierwszy okres suszenia trwał bardzo krótko, w wyniku czego wiśnie osiągnęły temperaturę mokrego termometru (ok. 40°C) znacznie szybciej, niż owoce suszone bez zabiegów wstępnych.
W dalszym etapie eksperymentu przeprowadzono badania suszenia konwekcyjnego w warunkach niestacjonarnych wiśni odwadnianych osmotycznie z i bez wspomagania ultradźwiękowego (rys. 9.3).
a) b)
Rys. 9.3. Krzywe suszenia wiśni w warunkach okresowo zmiennych: a – po odwadnianiu osmotycznym, b – po odwadnianiu osmotycznym z ultradźwiękami.
Całkowity czas suszenia wiśni w warunkach zmiennej temperatury powietrza (5 – 30) po osmozie wyniósł średnio 374 ± 4 min, a w przypadku próbek odwadnianych osmotycznie ze wspomaganiem ultradźwiękowym, całkowity czas suszenia skrócił się do 330 ± 5 min. A zatem, obróbka wstępna surowca przed suszeniem, jak również okresowe chłodzenie komory suszarki, wpłynęły na poprawę kinetyki suszenia wiśni. Krzywe temperaturowe wiśni nie różnią się znacząco w porównaniu z próbkami suszonymi w zmiennych warunkach bez obróbki osmotycznej. Jednakże, można zauważyć że w przypadku procesu suszenia prowadzonego po odwadnianiu osmotycznym z ultradźwiękami (rys. 9.3b), suszony materiał ze względu na przyrost suchej substancji (cukru), nie osiągnął temperatury suszącego medium. Najbardziej efektywnym sposobem
110 usuwania wilgoci z owoców wiśni jest zatem połączenie odwadniania osmotycznego z okresowym suszeniem konwekcyjnym. Metoda ta pozwala skrócić czas suszenia maksymalnie o około 2 godziny, zapewniając jednocześnie dobrą jakość suszonego produktu.
Efektywność odwadniania osmotycznego owoców wiśni w 60% roztworach glukozy scharakteryzowano na podstawie obliczeń dwóch parametrów, tj. przyrostu suchej substancji (SG) oraz ubytku wody (WL). Wartości tych parametrów w przeliczeniu na materiał wilgotny oraz ich błąd całkowity zestawiono w tabeli 9.1.
Tabela 9.1. Parametry odwadniania osmotycznego.
Warunki osmozy SG
[kgkg-1 mm]
WL [kgkg-1 mm]
Odwadnianie osmotyczne (T = 25 ± 2 °C) 0,10 ± 5,74×10-4 0,18 ± 7,77×10-4 Odwadnianie osmotyczne ze wspomaganiem
ultradźwiękowym (T = 28 ± 1°C) 0,13 ± 5,75×10-4 0,24 ± 7,66×10-4
Jak wynika powyższej tabeli, wartości parametrów osmotycznych SG oraz WL uzyskane po odwadnianiu osmotycznym ze wspomaganiem ultradźwiękowym są wyższe w porównaniu z wartościami dla procesu prowadzonego bez ultradźwięków. Ubytek wody zwiększył się o około 6% natomiast przyrost substancji o około 3%. Zatem, aplikacja ultradźwięków nie tylko zmieniła kinetykę odwadniania biomateriałów podnosząc sprawność tego procesu, ale wpłynęła też na właściwości fizyczne wywołując, tzw. „efekt gąbki”. Zjawisko to przyspiesza dyfuzję wilgoci z suszonego materiału do opływającego go gorącego czynnika suszącego, a w konsekwencji skraca czas suszenia konwekcyjnego.
9.3. Ocena jakości produktu
Korzyści, jakie płyną z osmotyczno-konwekcyjnej metody odwadniania materiałów pochodzenia roślinnego, to przede wszystkim zachowanie naturalnego koloru, smaku i zapachu surowca, a ponadto zahamowanie reakcji utleniania i degradacji enzymatycznej. W związku z tym suszone wiśnie poddano ocenie jakościowej polegającej na oszacowaniu wielkości zmiany barwy oraz aktywności wody. Na rysunku 9.4 zaprezentowano zdjęcia próbek wiśni suszonych konwekcyjnie w trybie ciągłym i przerywanym, bez i z obróbką wstępną polegającą na odwadnianiu osmotycznym.
111
a) b) c)
Rys. 9.4. Zdjęcia suszonych owoców wiśni: a – stałe warunki, b – osmoza + zmienne warunki, c – osmoza z ultradźwiękami + zmienne warunki.
Próbki suszone wyłącznie konwekcyjnie (rys. 9.4a) charakteryzowały się niską jakością, tj. silnym skurczem, twardą powierzchnią oraz utratą koloru surowca (pociemniały). Z kolei próbki odwadniane osmotycznie i suszone w zmiennych warunkach posiadały lepszą teksturę oraz barwę. Jednak najbardziej atrakcyjny wygląd miały próbki wiśni suszone w trybie okresowo zmiennym ze wstępną obróbką osmotyczną wspomaganą ultradźwiękami (rys.9.4c).
Wiśnie te posiadały przyjemny słodkawy zapach oraz zachowały delikatny miąższ.
Całkowita zmiana barwy (ΔE)
Wyniki pomiarów całkowitej zmiany barwy wiśni po procesie suszenia konwekcyjnego przedstawiono na rysunku 9.5.
Rys. 9.5. Całkowita zmiana barwy owoców wiśni po procesie suszenia.
Ponieważ degradacja naturalnych barwników w owocach wiśni (antocyjany) objawia się zmianami sensorycznymi, m.in. utratą czerwonego zabarwienia, w przypadku wszystkich próbek po procesie suszenia zaobserwowano spadek parametru jasności L* oraz a* (parametru barwy czerwonej). Dla próbek
112 suszonych wyłącznie konwekcyjnie, zarówno w stałych jak i zmiennych warunkach (5 – 30) uzyskano najwyższe wartości całkowitej zmiany barwy, odpowiednio 15,88 ± 0,34 oraz 13,04 ± 0,36. Dowodzi to, iż długotrwałe suszenie gorącym powietrzem powoduje znaczącą zmianę koloru wiśni. Obróbka wstępna surowca polegająca na odwadnianiu osmotycznym pozwoliła na lepsze zachowanie barwy wiśni, a zwłaszcza w przypadku próbek suszonych w okresowo zmiennej temperaturze powietrza. Jednakże, najlepszej jakości susz owocowy uzyskano po zastosowaniu odwadniania osmotycznego ze wspomaganiem ultradźwiękowym przed suszeniem okresowym, tj.
ΔE=8,62±0,23. Oznacza to, że kombinacja obróbki osmotycznej z ultradźwiękami i suszenia z okresowymi zmianami temperatury umożliwia zachowanie atrakcyjnego koloru wiśni do około 46%, a także cennych antocyjanów.
Aktywność wody (aw)
Aktywność wody w owocach wiśni zarówno przed jak i po procesie suszenia konwekcyjnego przedstawiono na rysunku 9.6.
Rys. 9.6. Zmiana aktywności wody w owocach wiśni po procesie suszenia.
Średnia aktywność wody w owocach wiśni po rozmrożeniu wynosiła 0,98 ± 0,00, natomiast po procesie suszenia, zarówno w stałych jak i zmiennych warunkach zaobserwowano spadek aktywności poniżej wartości 0,6. Średnia aktywność wody suszonych wiśni wyniosła 0,50 ± 0,01. Stwierdzono zatem, że otrzymany na drodze suszenia konwekcyjnego susz owocowy charakteryzuje się stabilnością mikrobiologiczną. W przypadku wiśni odwadnianych osmotycznie, a zwłaszcza w przypadku wiśni ze wstępną obróbką osmotyczną wspomaganą ultradźwiękami, zaobserwowano znaczny spadek aktywności wody, tj. o ok. 18%, w porównaniu z próbkami suszonymi wyłącznie konwekcyjnie w warunkach stacjonarnych. Jednakże, z powodu dość wysokiego przyrostu
113 suchej substancji (cukru) w próbkach odwadnianych osmotycznie z ultradźwiękami i suszonych w zmiennej temperaturze powietrza (5 – 30), odnotowano najniższą wartość aktywności wody równą 0,44 ± 0,01.
Na podstawie powyższych wyników badań potwierdzono, iż modyfikacja konwencjonalnego suszenia konwekcyjnego i aplikacja dodatkowych zabiegów wstępnych o dużej efektywności usuwania wilgoci, prowadzi do uzyskania wysokiej jakości produktów, które mogą stać się atrakcyjną i zdrową przekąską.
114