WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA I ROZMRAANIA JABŁEK

Transkrypt

1 YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 2006, 2 (47) Supl., 1-7 ANNA KAMISKA, PIOTR P. LEWICKI WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA I ROZMRAANIA JABŁEK S t r e s z c z e n i e Praca miała na celu okrelenie, w jaki sposób wysycenie jabłek substancj osmotyczn wpływa na przebieg procesów ich zamraania i rozmraania. Materiałem badawczym były jabłka odwodnione osmotycznie (3h w 30 C oraz 1 h w 70 C), zamroone i przechowywane przez miesic w temp. -35C, a nastpnie rozmroone. Stwierdzono, e obróbka osmotyczna wpłynła na skrócenie czasu zamraania jabłek najkrócej zamraały si próbki odwadniane 1 h w temp. 70 C. Obróbka osmotyczna spowodowała równie obnienie temperatury krioskopowej. W przypadku obu badanych wariantów odwadniania czas rozmraania próbek wydłuył si w stosunku do czasu ich zamraania, a temperatura przemiany fazowej była wysza ni w procesie zamraania. Słowa kluczowe: jabłka, odwadnianie osmotyczne, zamraanie, rozmraanie Wprowadzenie Poszerzanie rynku produktów spoywczych o nowe wyroby zwizane jest z rozwojem bada nad skutecznoci metod utrwalania. Pozytywne efekty moe uzyska przez połczenie odwadniania osmotycznego z zamraaniem. Metoda ta zwana dehydrofreezing (D-F), polega na wstpnym usuniciu wody do utraty ok. 50% masy przez odwadniany materiał, a nastpnie na jego zamroeniu. W efekcie mona uzyska produkt zamroony o zredukowanej zawartoci wody, zredukowanej masie i objtoci oraz korzystnym wygldzie po rozmroeniu [3]. Metoda D-F ma równie korzystny aspekt ekonomiczny. Półprodukt o zmniejszonej zawartoci wody zamraa si krócej, a koszty opakowa i transportu s znacznie nisze ni przy tradycyjnych metodach produkcji mroonek. Dr in. A. Kamiska, prof. dr hab. P.P. Lewicki, Katedra Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji, Wydz. Technologii ywnoci, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, ul. Nowoursynowska 159 C, Warszawa

2 2 Anna Kamiska, Piotr P. Lewicki Celem pracy było okrelenie wpływu obróbki osmotycznej i zwizanego z tym wysycenia jabłek substancj osmotyczn (sacharoz), na przebieg procesu zamraania i rozmraania. Materiał i metody bada Materiał do bada stanowiły jabłka odmiany Idared. Z jabłek wykrawano kostki o wymiarach 40 x 40 x 20 mm. Kostki odwadniano w roztworze sacharozy, a nastpnie zamraano i przechowywano 1 miesic w temp. -35 C, a nastpnie rozmraano w warunkach konwekcji naturalnej w temp. pokojowej (20C). Odwadnianie osmotyczne jabłek prowadzono w roztworze sacharozy o steniu 61,5%, w temp. 30 C przez 3 h oraz w temp. 70 C przez 1 h. Kostki jabłka zanurzano w roztworze na głboko 18 mm, zachowujc stosunek masowy roztworu osmotycznego do materiału odwadnianego na poziomie 4:1. Proces prowadzono dynamicznie z czstotliwoci 1,67 Hz, w łani wodnej ELPAN, typ 357. Po upływie okrelonego czasu odwadniania próbki oddzielano od roztworu osmotycznego, przemywano zimn wod, a nastpnie osuszano na bibule filtracyjnej. Temperatur materiału w czasie zamraania, tj. w temp. -35C, jak równie w czasie rozmraania mierzono termoelementami umieszczonymi w odległoci,0 mm od strony powierzchni odwadnianej. W czasie zamraania dokonywano pomiarów temperatury w odstpach jednominutowych przez pierwsze 14 min, a nastpnie w odstpach dwuminutowych do załoonego koca procesu zamraania tj. do momentu uzyskania w odległoci,0 mm od powierzchni próbek temp. -15C [6]. Stopie migracji substancji osmotycznej w głb materiału okrelano na podstawie zawartoci sacharozy w plastrach o gruboci 0,5 mm wycinanych z próbek jabłka po odwodnieniu. W tym celu z próbek jabłka wycinano korkoborem walec o rednicy 20 mm. Nastpnie za pomoc przyrzdu zaopatrzonego w rub mikrometryczn, z walca (od strony odwodnionej) odcinano plastry o gruboci 0,5 mm. Zawarto cukrów oznaczano metod kolorymetryczn z kwasem 3,5-dinitrosalicylowym [5]. Celem oznaczenia zawartoci sacharydów redukujcych przeprowadzano hydroliz. Zawarto sacharozy oznaczano z rónicy sacharydów po hydrolizie i sacharydów bezporednio redukujcych. Oznaczenia wykonywano w trzech powtórzeniach. Uzyskano rozkład zawartoci sacharozy w materiale w odległoci: 0-0,5 mm, 0,5-1,0 mm, 2,5-3,0 mm, 4,5-5,0 mm, 6,5-7,0 mm, 9,5-,0 mm od strony powierzchni odwadnianej. Profile sacharozy, uzyskane po zbadaniu zawartoci sacharozy w poszczególnych plastrach, opisano nastpujcym równaniem: y = a + be -cx (1)

3 WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA 3 Równanie kadego wariantu dobrano za pomoc programu Table Curve 2 D (Jandel Sci.). Przyjmujc jako odległo maksymaln l = mm, mona wyznaczy wartoci rednie stenia, na podstawie równania: cx ( a + be ) 1 cr = dx (2) 0 Stenie wyraane było w procentach, dlatego te ilo dyfundujcej sacharozy w gramach otrzymamy z nastpujcej zalenoci: [( cr c 0 ) x] M ds = (3) 0 gdzie: c o pocztkowe stenie sacharozy w próbce [%], x rednia masa jednego plastra, podzielona przez jego grubo (czyli 0,5 mm). Za warto temperatury krioskopowej przyjto temp. odpowiadajc pocztkowemu prostoliniowemu odcinkowi krzywej mroenia po etapie schładzania, wykrelonej dla punktu odległego,0 mm od powierzchni próbki. Okrelono czas trwania etapu schładzania próbek jako czas od pocztku procesu zamraania do uzyskania temp. 0 C, czas przemiany fazowej w zakresie temp. od 0 do -4 C oraz czas domraania od temp. -4 C do uzyskania temp. -15 C w odległoci,0 mm od powierzchni próbki [6]. Okrelano równie czas kadej z trzech faz procesu rozmraania [1]. Wyniki i dyskusja Na podstawie krzywych mroenia okrelono czas kadego z etapów oraz wartoci temperatury krioskopowej. Czas schładzania próbek odwadnianych uległ skróceniu w porównaniu z jabłkiem surowym, nie były to jednak due rónice (tab. 1). W jabłkach odwadnianych nastpiło jednak znaczne skrócenie czasu przemiany fazowej. Etap przemiany fazowej jabłka odwadnianego 1h w temp. 70 C uległ skróceniu a o 20,21 min (etap przemiany fazowej jabłka surowego wynosił 23 min). W jabłkach odwadnianych przez 3h w 30 C etap przemiany fazowej był krótszy o 16,12 min od etapu przemiany fazowej jabłka surowego. Wynika z tego, e obróbka osmotyczna bez wzgldu na czas jej trwania ma decydujcy wpływ na skrócenie czasu przemiany fazowej. Wydłueniu uległ natomiast etap domraania odwadnianych próbek. Po zastosowaniu 3-godzinnego odwadniania w temp. 30 C, czas domraania wydłuył si z 34,52 (jabłko surowe) do 41,1 min, a po 1h odwadniania w 70 C próbki domraały si o 7,71 min dłuej ni jabłko surowe. Mimo, e czas domraania próbek poddanych odwadnianiu osmotycznemu uległ wydłueniu, całkowity czas zamraania uległ znacznemu skróceniu. Najkrócej

4 4 Anna Kamiska, Piotr P. Lewicki zamraało si jabłko po godzinie odwadniania w temp. 70 C. Całkowity czas zamraania tej próbki wyniósł 55,73 min i był o 14,12 min krótszy od całkowitego czasu zamraania próbek jabłka surowego. Jabłko odwadniane 3 h w temp. 30 C zamraało si 59,5 min, tzn. o,35 min krócej ni jabłko surowe. T a b e l a 1 Charakterystyka procesu zamraania wybranych próbek. Characteristic of freezing process for selected samples. Etapy procesu zamraania Freezing process stages Jabłko surowe Raw apple Jabłko odwodnione 3 h w 30ºC Dehyrated apple 3 h at 30ºC Jabłko odwodnione 1 h w 70ºC Dehyrated apple 1 h at 70ºC Czas schładzania [min] Cooling time Czas przem. fazowej [min] Phase-change time Czas domraania [min] Freezing time Całkowity czas zamraania [min] Total freezing time Temp. krioskopowa [ºC] Cryoscope temperature Masa dyfundujcej sacharozy [g] Mass of diffunding sucrose 12,33 11,52,67 23,00 6,88 2,79 34,56 41, 42,23 69,85 59,50 55,73-1,9-5,2-6,7-0,0650 0,0747 Porównanie krzywych mroenia próbek jabłek surowych i jabłek odwodnionych osmotycznie (rys. 1) prowadzi do stwierdzenia, e obróbka osmotyczna spowodowała znaczne obnienie temperatury krioskopowej. Gruda i Postolski [1] podaj, e temperatura krioskopowa jabłek wynosi -2,0 C. Po przeanalizowaniu krzywej mroenia jabłka surowego stwierdzono, e temperatura krioskopowa kształtowała si na poziomie -1,9 C. Odwadnianie osmotyczne spowodowało nastpujce zmiany w wartociach temperatury krioskopowej: jabłko odwadniane 3 h w temp. 30 C miało temp. krioskopow o 3,3 C nisz od temp. krioskopowej jabłka surowego, a po 1h odwadniania w 70 C nisz a o 4,8 C. Masa dyfundujcej sacharozy była wiksza w przypadku próbek odwadnianych 1 h w 70ºC, mona zatem przypuszcza, e podwyszona zawarto sacharozy wpłynła na obnienie temperatury krioskopowej (tab. 1). Potwierdza to wczeniejsze badania nad wpływem substancji osmoaktywnych na temperatur krioskopow produktów [2, 4].

5 WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA 5 Temperatura [ C] Temperature [ C] Czas [minuty] Time [minutes] surowe; raw apple odw. 3h 30 C; deh. 3h 30 C odw. 1h 70 C; deh. 1h 70 C Temperatura [ C] Temperature [ C] odw. 3h 30 C; deh. 3h 30 C odw. 1h 70 C; deh. 1h 70 C Czas [minuty] Time [minutes] Rys. 1. Krzywe mroenia - jabłko surowe odwodnione 3 h w 30C oraz 1 h w 70 C. Fig. 1. Freezing curves - raw and osmosed apple (3h at 30C and 1 h at 70 C). Rys. 2. Fig. 1. Krzywe rozmraania - jabłko odwodnione 3 h w 30C oraz 1 h w 70 C. Thawing curves - osmosed apple (3h at 30C and 1 h at 70 C). W toku rozmraania wystpowały podobne gradienty temperatur midzy produktem i medium, jak przy zamraaniu, dlatego te przebieg procesu rozmraania, podobnie jak zamraania, mona scharakteryzowa za pomoc krzywych (rys. 2). Charakterystyka procesu rozmraania wybranych próbek. Characteristic of thawing process for selected samples. T a b e l a 2 Etapy procesu rozmraania Thawing process stages Faza I [min] Phase I Faza II[min] Phase II Faza III [min] Phase III Całkowity czas rozmraania [min] Total thawing time Temp. krioskopowa [ºC] Cryoscope temperature Masa dyfundujcej sacharozy [g] Mass of diffunding sucrose Jabłka odwodniane 3 h Jabłka odwadnione 1 h w 30ºC w 70ºC Dehyrated apple 3 h at 30ºC Dehyrated apple 1 h at 70ºC 21,00 15,00 35,00 32,00 18,00 19,00 74,00 66,00-2,2-2,7 0,0973 0,1281

6 6 Anna Kamiska, Piotr P. Lewicki Z tab. 2. wynika, e w tych samych warunkach krócej (66 min) rozmraało si jabłko odwadniane 1 h w temp. 70 C i przechowywane 1 miesic w -35 C (rys. 2). Jabłko odwadniane 3 h w temp. 30 C i przechowywane przez 1 miesic w -35 C rozmraało si 74 min. Czas rozmraania, podobnie jak zamraania, zaleał od zawartoci wody i suchej substancji w próbce. Im mniej wody w próbce, tym wiksza szybko procesu rozmraania. Pierwsza faza procesu rozmraania próbki po 1 h odwadniania w temp. 70 C była krótsza po miesicu przechowywania w -35 C i wynosiła zaledwie 15 min. Sze minut dłuej trwała pierwsza faza rozmraania próbki odwadnianej 3 h w temp. 30 C i przechowywanej jeden miesic w tych samych warunkach. Podobnie wygldał rozkład rónic drugiej fazy procesu rozmraania. Rónice w długoci trzeciej fazy były niewielkie, była ona jednak najdłusza w przypadku tych próbek jabłka, które poprzednie dwa etapy przechodziły najszybciej (tab. 2). Jako warto temperatury krioskopowej przyjto w tym przypadku temperatur odpowiadajc kocowemu prostoliniowemu odcinkowi krzywej rozmraania, stanowic pocztek trzeciej fazy procesu rozmraania (rys. 2). Na warto temperatury krioskopowej, podobnie jak przy zamraaniu, ma wpływ zawarto wody i substancji osmoaktywnych w tkance. Im wiksza zawarto wody, tym wysza temperatura krioskopowa. W trakcie procesu rozmraania uwolniona woda powoduje rozcieczenie treci komórek, wpływajc tym samym na wzrost temperatury krioskopowej tego materiału. Próbka odwodniona 1 h w temp. 70ºC, przechowywana 1 miesic w -35ºC, a nastpnie rozmroona charakteryzowała si nisz wartoci temperatury krioskopowej (-2,7ºC) przy wyszej wartoci dyfundujcej sacharozy (tab. 2). Próbka odwadniana 3 h w temp. 30ºC i przechowywana 1 miesic w -35ºC, a nastpnie rozmroona miała wysz temperatur krioskopow (-2,2ºC), przy wartoci masy dyfundujcej sacharozy na poziomie 0,0973 g. Podobnie, jak w przypadku próbek zamraanych, mona dopatrywa si zalenoci midzy mas dyfundujcej sacharozy a zmianami temperatury krioskopowej. W procesie zamraania ciepło było odprowadzane z wntrza produktu przez zamarznit warstw zewntrzn, natomiast przy rozmraaniu ciepło było doprowadzane przez warstw rozmroon. Przewodno cieplna właciwa produktu rozmroonego λ pl jest 3-3,5-krotnie mniejsza ni produktu zamroonego λ pz, std znaczne wydłuenie czasu przy porównywalnych warunkach realizacji procesu [1]. Czas rozmraania próbki odwadnianej 3 h w temp. 30 C i przechowywanej 1 miesic w -35 C wydłuył si o 14,5 min w stosunku do czasu zamraania tej próbki tu po odwadnianiu ( zamraanie 59,5 min, rozmraanie 74 min), a czas rozmraania próbki odwadnianej 1 h w temp. 70 C i przechowywanej 1 miesic w -35 C wydłuył si o,27 min w stosunku do czasu zamraania (zamraanie 55,73 min, rozmraanie 66 min).

7 WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA 7 Wnioski 1. Obróbka osmotyczna wpłynła na skrócenie okresów schładzania i przemiany fazowej, a czas domraania uległ wydłueniu w stosunku do jabłka surowego. Najkrócej zamraało si jabłko po godzinie odwadniania w temp. 70ºC. 2. Podwyszona zawarto sacharozy miała wpływ na obnienie temperatury krioskopowej, zarówno w procesie zamraania, jak i rozmraania. 3. Czas rozmraania próbek wydłuył si w stosunku do czasu ich zamraania. Temperatura przemiany fazowej w procesie rozmraania była wysza ni w procesie zamraania. Literatura [1] Gruda Z., Postolski J.: Zamraanie ywnoci. WNT. Warszawa [2] Kluza F.: Zakres zamraania owoców, warzyw oraz soków owocowo-warzywnych jako wynik oddziaływania warunków ich chłodzenia i właciwoci fizycznych oraz modyfikacji składu produktu. Chłodnictwo, 1997, 32 (1), [3] LaBelle R. L., Moyer J. C.: Dehydrofreezing of red tart cherries. Food Technol., 1966, 20 (), 5-6. [4] Pałacha Z., Kamiska A.: Wpływ wstpnej obróbki osmotycznej na przebieg procesu zamraania jabłek. Chłodnictwo, 2001, 36 (3), [5] Toczko M., Grzeliska A.: Materiały do wicze z biochemii. Oznaczanie zawartoci sacharydów w materiale biologicznym. Wyd. SGGW. Warszawa 1997, s [6] Zagibalova T., Mank V.: Charakteristics of changes in cold preservation according to NMR results. Piszczewaja Technołogija, 1984, (2), EFECT OF OSMOTIC PRE-TREATMENT ON THE PROCESS OF APPLE FREEZING AND THAWING S u m m a r y The aim of this study was to investigate on how the saturation of apples by osmotic substance influence on the freezing and thawing process. The research material was a osmotically dehydrated apples (3 h at 30 C and 1 h at 70 C) frozen and stored for one month at the temperature of -35ºC and than also after thawing. It was found that the osmotic pre-treatment caused shortening of the total time of freezing the shortest was the freezing time for apple after 1h of dehydration at the temperature of 70 C. The decrease in cryoscope temperature was also noticed. The total time of thawing was longer then the total time of freezing and the cryoscope temperature for that process was higher. Key words: apples, osmotic dehydration, freezing, thawing