Dobór parametrów składowania cukru na podstawie izoterm sorpcji. mgr inż. Zbigniew Tamborski

Transkrypt

1 Dobór parametrów składowania cukru na podstawie izoterm sorpcji mgr inż. Zbigniew Tamborski

2 Woda w żywności Woda jest składnikiem żywności determinującym jej trwałość oraz jakość. Jest ona jednym z głównych czynników wpływających na intensywność procesów biologicznych, chemicznych i fizycznych a także tych które decydują o rozwoju drobnoustrojów. Właściwa ilość wody decyduje o konsystencji, wyglądzie i smaku żywności oraz jej podatności na zepsucie. Większość sposobów konserwowania żywności polega na zmniejszeniu zawartości wody lub zmianie jej właściwości.

3 Aktywność wody [aw] Aktywność wody produktu opisuje stan wody w nim zawartej i jest rozumiana jako stosunek prężności pary wodnej nad produktem p do prężności pary wodnej nad czystą wodą p 0 w danej temperaturze i przy danym ciśnieniu. W stałej temperaturze i przy stałym ciśnieniu prężność pary wodnej może być wyrażona jako równowagowa wilgotność względna ERH (Equilibrium Relative Humidity): a p p0 w = = T, P ERH 100%

4 Izoterma sorpcji wilgoci Izotermą sorpcji wilgoci nazywamy nieliniową, w większości sigmoidalną zależność pomiędzy zawartością wody w żywności a aktywnością wody w stałej temperaturze i przy stałym ciśnieniu. Dla umiarkowanych ciśnień aktywność wody jest tożsama z równowagową wilgotnością względną otaczającego powietrza.

5 Użyteczność izoterm sorpcji Znajomość izoterm sorpcji wilgoci przez produkt spożywczy jest niezwykle pomocna podczas projektowania, modelowania i optymalizacji procesów: Suszenia Chłodzenia Kondycjonowania Składowania. Znajomość izoterm sorpcji jest równier wnież ważna dla przewidywania stabilności i zmian jakości podczas pakowania i przechowywania suszonej żywności.

6 Izotermy sorpcji cukru Ogólny kształt izoterm sorpcji (1) cukru krystalicznego, (2) formy bezpostaciowej, (3) roztworu nasyconego.

7 Czynniki wpływaj ywające na sorpcję wody przez cukier Wilgotność względna powietrza Temperatura Wielkość kryształów w cukru granulacja Popiół Substancje barwne

8 Zbrylanie się cukru Faza A (pendular stage) jest jeszcze wtedy gdy proszek posiada zdolność do swobodnego przesypywania się; Faza B (funicular stage) odpowiada za powstawanie połączenia pomiędzy cząstkami proszku Faza C (capillary stage) to inaczej etap kapilarny ma miejsce gdy wilgotność jest wystarczająco wysoka aby utworzyć płynne mostki pomiędzy cząsteczkami Faza D (drop stage) faza kropelkowa ma miejsce gdy cząsteczki proszku rozpuszczają się

9 Przyczyny zbrylania się cukru Zbyt duża a zawartość wilgoci w cukrze (zarówno swobodna jak i/lub związana): zana): niedostateczne wysuszenie cukru; źle dobrane parametry kondycjonowania; przechowywanie w nieodpowiednich warunkach; jakość cukru.

10 Warunki przechowywania Parametry kontrolne/kontrolujące warunki przechowywania: temperatura (schładzarka, silos); wilgotność względna powietrza (transport, silos): p ϕ = 100% = aw p0 T, P 100%

11 Wpływ temperatury

12 Wilgotność względna powietrza

13 Wahania temperatury podczas składowania Prężność pary wodnej nasyconej w temperaturze: t 1 = 40 C t 2 = 30 C [( p ) ] = 7, kpa, ( p ) H O nas 40 C φ = 45% Prężność rzeczywista pary wodnej: [ ] = 4, kpa H O nas 30 C ϕ pnas 45% 7,374kPa [( ph O ) ] = = = 3,687 [ ] kpa 2 rzecz. 40 C 100% 100% Natomiast wilgotność względna powietrza po schłodzeniu wynosi: 3,687 kpa ϕ = 100% = 86,9% 4,241 kpa

14 Prężność pary nasyconej w temperaturze: t 1 = 35 C t 2 = 30 C [( ph O ) ] = 5, 622 kpa ( p ) 2 nas 35 C 2O Prężność rzeczywista pary wodnej wynosi: [ ] = 4, kpa H 241 nas 30 C ϕ pnas 45% 5,622 kpa [( p ) ] = = 2,530 [ kpa] 100% 100% = H 2O rzecz. 40 C Stąd wilgotność względna powietrza po schłodzeniu wynosi: 2,530 kpa ϕ = 100% = 59,7% 4,241 kpa

15 Wniosek I Stabilne przechowywanie cukru można osiągnąć stosując się do następujących wytycznych: różnica temperatur pomiędzy kontaktującymi się partiami cukru nie powinna przekraczać 5 C; cukier kierowany do silosu powinien być dobrze wysuszony (zawartość wilgoci mierzona metodą suszarkową 0,03%); temperatura cukru po schłodzeniu kierowanego na silos powinna wynosić około 30 C przy założeniu że wilgotność względna powietrza kontaktującego się z cukrem nie przekracza 45%; obniżanie wilgotności względnej powietrza powinno być realizowane na drodze jego osuszania

16 Wpływ jakości cukru na stabilność przechowywania Wielkość kryształów cukru granulacja Inwert Popiół Związki aromatyczne Substancje barwne

17 Wpływ wielkości kryształów 0,2 0,18 ] i [% c o ilg w ć ś rto a w a Z 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 Aktywność wody Aw 0,71-0,5 mm 0,5-0,28 mm <0,28 mm >0,71 mm

18 Frakcja >0,71mm

19 Frakcja 0,71-0,50 mm

20 Frakcja 0,50-0,28 mm

21 Frakcja <0,28 mm

22 Wpływ zawartości popiołu konduktometrycznego 0,08 ] 0,07 i [% 0,06 c o 0,05 ilg w ć 0,04 ś 0,03 rto a w 0,02 a Z 0,01 0 Zależność wilgotności cukru białego w funkcji zawartości popiołu 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Popiół konduktometryczny [g/100g s.s.] y = 2,667x + 0,002 R2 = 0,861 t = 25 C? = 75%

23 Wnioski II parametrami jakościowymi najbardziej determinującymi sorpcję wilgoci są: popiół oraz granulacja; istnieje liniowa zależność pomiędzy zawartością popiołu konduktometrycznego i zawartością wilgoci w cukrze; granulacja jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na sorpcję wilgoci. Parametr ten jednak należy rozpatrywać nie tylko w aspekcie wielkości kryształów ale również od strony ich jakości (pokrój, powierzchnia: uszkodzenia i porowatość) oraz zawartości grysiku oraz konglomeratów; produkt o lepszych parametrach jakościowych jest bardziej stabilny podczas składowania.

24 Stabilne przechowywanie cukru można osiągnąć stosując się do następujących wytycznych: różnica temperatur pomiędzy kontaktującymi się partiami cukru nie powinna przekraczać 5 C; cukier kierowany do silosu powinien być dobrze wysuszony temperatura cukru po schłodzeniu kierowanego na silos powinna wynosić około 30 C przy założeniu że wilgotność względna powietrza kontaktującego się z cukrem nie przekracza 45%; obniżanie wilgotności względnej powietrza powinno być realizowane na drodze jego osuszania.

25 Dziękuję za uwagę