WPŁYW BLANSZOWANIA PAPRYKI NA ENERGOCHŁONNOŚĆ PROCESU SUBLIMACYJNEGO SUSZENIA ORAZ NA REHYDRACJĘ SUSZU PODCZAS PRZECHOWYWANIA

Transkrypt

1 Acta Sci. Pol., Technica Agraria 7(3-4) 2008, WPŁYW BLANSZOWANIA PAPRYKI NA ENERGOCHŁONNOŚĆ PROCESU SUBLIMACYJNEGO SUSZENIA ORAZ NA REHYDRACJĘ SUSZU PODCZAS PRZECHOWYWANIA Andrzej Krzykowski Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Streszczenie. Zbadano wpływ czasu trwania blanszowania wodnego papryki w zakresie od 1 do 3 minut na proces sublimacyjnego suszenia jego czas i związane z nim nakłady energetyczne, a także właściwości rekonstytucyjne suszu podczas 24-miesięcznego przechowywania. Rozdrobniony surowiec blanszowany w łaźni wodnej w temperaturze 95 C był następnie suszony przy temperaturze płyt grzejnych 40 C i ciśnieniu 63 Pa do końcowej zawartości wody wynoszącej 8%. Stwierdzono istotny wpływ czasu trwania obróbki wstępnej na czas trwania sublimacyjnego suszenia oraz na wartość wskaźnika rehydracji suszu. Przedłużenie czasu blanszowania papryki z 1 do 3 minut wpływa na skrócenie czasu trwania sublimacyjnego suszenia i zmniejszenie nakładów energetycznych poniesionych na ten proces. Wydłużenie czasu blanszowania papryki w tym zakresie korzystnie wpływa na wartość wskaźnika rehydracji suszu, natomiast czas jego przechowywania zmniejsza zdolność suszu do pochłaniania wody zwłaszcza gdy nie stosowano blanszowania. Słowa kluczowe: blanszowanie, suszenie sublimacyjne, przechowywanie, papryka WSTĘP Suszenie sublimacyjne jest jedną z najlepszych metod konserwowania żywności, minimalizującą zmiany fizyczne i chemiczne zachodzące w przetwarzanym produkcie. Obecność lodu w materiale podczas odwadniania wpływa na zachowanie kształtu materiału, a duża porowatość suszu umożliwia większą szybkość jego powtórnego uwadniania, w stosunku do suszu uzyskanego w procesie suszenia konwekcyjnego. Również retencja składników lotnych, zachowanie barwy i witamin są istotnymi wskaźnikami jakości żywności suszonej tym sposobem [King 1980, Kawala i in. 1993]. Ze względu na wysoką jakość produktów, a także możliwość ich długotrwałego przechowywania Adres do korespondencji Corresponding author: Andrzej Krzykowski, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Katedra Techniki Cieplnej, ul. Doświadczalna 44, Lublin, andrzej.krzykowski@up.lublin.pl

2 12 A. Krzykowski metoda ta znajduje coraz szersze zastosowanie w przemyśle przetwórczym. Znaczne obniżenie wilgotności przetwarzanego surowca wraz z zastosowaniem odpowiedniego opakowania, które ochroni susz przed dostępem wilgoci z otoczenia wpływa na trwałość liofilizatu. Aby uzyskać susz o wysokiej jakości, oprócz optymalnych parametrów procesu suszenia i przechowywania konieczne jest dobranie odpowiedniego sposobu wstępnego przygotowania surowca. Jedną z metod wstępnej obróbki jest blanszowanie, której skutkami są m.in.: inaktywacja enzymów tkankowych, usunięcie powietrza z przestrzeni międzykomórkowych, koagulacja białek oraz skrócenie czasu gotowania warzyw przed spożyciem [Postolski 1987, Klimczak i Irzyniec 1994, Zadernowski i Oszmiański 1994, Kaleta 1999]. Analiza dostępnej literatury wskazuje na to, że chociaż problem blanszowania warzyw, jak również ich sublimacyjnego suszenia jest tematem wielu prac, to brakuje wyników badań dotyczących wpływu obróbki wstępnej na przebieg procesu sublimacyjnego suszenia, jego energochłonność oraz na zachowanie podstawowych cech jakościowych materiału w trakcie suszenia, a następnie przechowywania suszu. Celem pracy była próba określenia wpływu czasu blanszowania wodnego papryki na energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia, oraz wartość wskaźnika rehydracji suszu zarówno po procesie suszenia, jak i podczas 24-miesięcznego przechowywania. MATERIAŁ I METODY Materiałem doświadczalnym była papryka odmiany King Artur Capsicum annuum L., którą poddawano rozdrobnieniu w kostkę o wymiarach mm, a następnie blanszowano w łaźni wodnej w temperaturze 95 C w czasie 1, 2 lub 3 min. Tak przygotowany materiał zamrażano wstępnie w powietrzu przy temperaturze -25 C. Proces suszenia prowadzono przy temperaturze płyt grzejnych wynoszącej 40 C i ciśnieniu 63 Pa w liofilizatorze typu Alpha 1-4 tak, aby końcowa zawartość wody w suszu wynosiła 8%. Susz pakowany był w worki foliowe PAPE przy ciśnieniu wynoszącym 500 Pa w pakowarce próżniowej Multivac A 300/16. Próbki przechowywano przez okres 24 miesięcy bez dostępu światła w pomieszczeniu termostatowym przy temperaturze 20 C. Ocenę jakości suszu przeprowadzano co 3 miesiące. W skład stanowiska badawczego wchodziły również miernik poboru energii elektrycznej i waga elektroniczna, zintegrowane z komputerem wyposażonym w odpowiednie oprogramowanie. Całkowite nakłady energetyczne w procesie suszenia obliczono metodą całkowania numerycznego zmian poboru mocy w funkcji czasu. Zdolność suszu do pochłaniania wody była oznaczana bezpośrednio po procesie suszenia i w czasie jego przechowywania. Doświadczenia przeprowadzono w 5 powtórzeniach. Dane eksperymentalne poddano analizie wariancji na poziomie istotności α = 0,05. Acta Sci. Pol.

3 Wpływ blanszowania papryki na energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia WYNIKI Blanszowanie wodne papryki w czasie od 1 do 3 min miało istotny wpływ (na poziomie istotności α = 0,05) na czas sublimacyjnego suszenia (tab. 1). Tabela 1. Wyniki analizy istotności wpływu czasu blanszowania papryki na czas sublimacyjnego suszenia Table 1. The results of the analysis on the significance of the influence of the duration of blanching on the duration of freeze drying Zmienna Variable Czas suszenia Duration of freeze drying Źródło wariancji Source of variance czas blanszowania duration of blanching F Wartość-p p-value Test F 195,0923 8,29E-13 3, Czas suszenia papryki niepoddanej blanszowaniu był najdłuższy i wynosił średnio 606 min. Wraz z wydłużeniem czasu blanszowania czas suszenia papryki malał i był krótszy o około 6 i 7,5% odpowiednio dla papryki blanszowanej przez 1 i 2 min i 24% przy blanszowaniu przez 3 min, w porównaniu z czasem suszenia papryki niepoddanej tej obróbce wstępnej (rys. 1). 700,0 Czas suszenia - Duration of freeze drying, min 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 bez obróbki no blanching blanszowanie 1 min blanszowanie 2 min blanszowanie 3 min blanching 1 min blanching 2 min blanching 3 min Rys. 1. Czas sublimacyjnego suszenia papryki w zależności od czasu blanszowania Fig. 1. The duration of the freeze drying of paprika, depending on the duration of blanching Wyniki analizy wariancji (tab. 2) potwierdzają istotny wpływ (na poziomie istotności α = 0,05) czasu blanszowania papryki na jednostkowe nakłady energetyczne w procesie sublimacyjnego suszenia. Technica Agraria 7(3-4) 2008

4 14 A. Krzykowski Tabela 2. Wyniki analizy istotności wpływu czasu blanszowania papryki na jednostkowe nakłady energetyczne w procesie sublimacyjnego suszenia Table. 2. The results of the analysis on the significance of the duration of blanching of paprika on the energy inputs involved in the freeze drying process Zmienna Variable Źródło wariancji Source of variance F Wartość-p p-value Test F Jednostkowe nakłady energetyczne Energy imputs czas blanszowania duration of blanching 524,4614 3,51E-16 3, Zależność między średnim jednostkowym nakładem energii poniesionym na proces sublimacyjnego suszenia papryki a czasem blanszowania surowca ilustruje rysunek Jednostkowy nakład energii - Energy imputs, % bez obróbki no blanching 92,5 blanszowanie 1 min blanching 1 min 92 blanszowanie 2 min blanching 2 min 82 blanszowanie 3 min blanching 3 min Czas blanszowania - Duration of blanching, min Rys. 2. Energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia papryki w zależności od czasu blanszowania Fig. 2. Energy consumption of freeze drying of paprika on the dependence of the duration of blanching Na jednostkowe nakłady energii elektrycznej składa się całkowita energia dostarczona do liofilizatora w czasie procesu suszenia, odniesiona do 1 kg surowca wysuszonego podczas tego procesu. Średnie jednostkowe nakłady energetyczne były najwyższe w przypadku papryki niepoddanej blanszowaniu przed procesem suszenia. Wydłużenie czasu blanszowania papryki powodowało zmniejszenie średnich jednostkowych nakładów energetycznych o 7,5%, 8,5% oraz 18%, odpowiednio dla papryki blanszowanej Acta Sci. Pol.

5 Wpływ blanszowania papryki na energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia przez 1, 2 i 3 min. Wzrost jednostkowego nakładu energii elektrycznej wraz ze skróceniem czasu obróbki wstępnej wynikał przede wszystkim z wydłużenia czasu trwania sublimacyjnego suszenia. Na rysunku 3 przedstawione zostały wyniki badań wskaźnika rehydracji suszów w zależności od okresu przechowywania suszów i czasu blanszowania surowca (wskaźnik rehydracji oznacza stosunek wilgotności bezwzględnej suszu po rehydracji do wilgotności surowca). Najgorsze właściwości rekonstytucyjne wykazywał susz uzyskany z papryki niepoddanej obróbce wstępnej. Wydłużenie czasu blanszowania surowca, wpływało na zwiększenie zdolności suszu do pochłaniania wody. W czasie przechowywania suszów malały wskaźniki ich rehydracji, niezależnie od czasu obróbki wstępnej. Największe zmiany zaobserwowano w przypadku suszu uzyskanego z papryki niepoddanej obróbce wstępnej, po 24-miesięcznym okresie przechowywania stosunek wskaźnika rehydracji wyniósł 81%. W tym samym czasie właściwości rekonstytucyjne suszu uzyskanego z papryki blanszowanej przez 3 min zmniejszyły się o ok. 5%. 0,65 Wskaźnik rehydracji - Rehydratation rate, ur/u0 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 bez blanszowania no blanching blanszowanie 1 min blanching 1 min blanszowanie 2 min blanching 2 min blanszowanie 3 min Okres przechowywania, miesiące - Period of storage, months Rys. 3. Wskaźnik rehydracji u r /u 0 suszów z papryki w czasie przechowywania Fig. 3. The dried paprika rehydration rate during its storage Wyniki analizy wpływu czasu blanszowania papryki i okresu przechowywania suszów, jak również interakcyjny wpływ obu tych zmiennych niezależnych na wskaźnik rehydracji suszów przedstawiono w tabeli 3. Określono je na podstawie dwuczynnikowej analizy wariancji. Technica Agraria 7(3-4) 2008

6 16 A. Krzykowski Tabela 3. Wyniki analizy istotności wpływu czasu blanszowania papryki i okresu przechowywania suszów na wskaźnik rehydracji suszów Table. 3. The results of the analysis on the significance of the influence of blanching and storage duration on the rehydration of dried materials Zmienna Variable Źródło wariancji Source of variance F Wartość-p p-value Test F Wskaźnik rehydracji suszów Rehydratation rate u r /u 0 okres przechowywania period of storage czas blanszowania duration of blanching interakcja interaction 226,023 1,64E-77 2, ,13 1,2E-132 2, , ,96E-27 1, Stwierdzono istotny wpływ (na poziomie istotności α = 0,05) czasu blanszowania papryki i okresu przechowywania suszów, a także łączny wpływ tych czynników na wskaźnik ich rehydracji. Największy wpływ na zdolność suszów do rehydracji ma czas blanszowania papryki (93%). Okres przechowywania suszów wyjaśnia ok. 6,5% ogólnej zmienności wskaźnika rehydracji, natomiast interakcyjny wpływ obu tych czynników jest niewielki i wynosi ok. 0,5%. Tabela 4. Równania regresji opisujące wpływ okresu przechowywania na wskaźnik rehydracji suszów Table 4. Regression equation describing the influence storage duration on the dried materials rehydration index Blanszowanie Blanching Równanie regresji Regression equation Bez blanszowania No blanching u r /u 0 = -4,6833 τ + 553,87-0,973 1 min u r /u 0 = -3,1556 τ + 606,64-0,992 2 min u r /u 0 = -2,1111 τ + 617,78-0,980 3 min u r /u 0 = -1,6222 τ + 624,69-0,986 Analiza regresji (tab. 4) pozwala stwierdzić, że zmiany wskaźnika rehydracji suszów uzyskanych z papryki, w czasie przechowywania bardzo dobrze opisują równania liniowe. Wartości współczynnika korelacji pomiędzy okresem przechowywania suszu i jego wskaźnikiem rehydracji są wysokie. Ujemna wartość współczynnika korelacji wskazuje na to, iż wraz z wydłużeniem okresu przechowywania prostoliniowo maleje wskaźnik rehydracji suszów. r WNIOSKI 1. Zmienne niezależne (czas blanszowania papryki i okres przechowywania suszów) istotnie wpływają (na poziomie istotności α = 0,05) na energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia oraz zdolność suszu do rehydracji. Acta Sci. Pol.

7 Wpływ blanszowania papryki na energochłonność procesu sublimacyjnego suszenia Wydłużenie czasu blanszowania papryki od 1 do 3 min wpływa na skrócenie czasu trwania procesu sublimacyjnego suszenia i zmniejszenie nakładów energetycznych poniesionych na ten proces. 3. Wydłużenie czasu blanszowania papryki w zakresie 1 3 min korzystnie wpływa na wartość wskaźnika rehydracji suszu, natomiast im czas przechowywania suszu jest dłuższy, tym zdolność jego do pochłaniania wody jest mniejsza zwłaszcza, gdy nie stosowano blanszowania. PIŚMIENNICTWO Kaleta A., Metody obróbki wstępnej w procesie konwekcyjnego suszenia warzyw i grzybów. Probl. Inż. Roln. 3, Kawala Z., Kapłon J., Kramkowski R., Ważniejsze aspekty suszenia sublimacyjnego. Przem. Spoż. 3, King C.J., Nowe techniki odwadniania [w:] Spicer A. Nowe metody zagęszczania i suszenia żywności. Mat. Symp. zorganizowanego przez IUFoST. WNT, Warszawa. Klimczak J., Irzyniec Z., Blanszowanie warzyw. Kryteria wyboru warunków i metod prowadzenia procesu. Cz. I. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 9, Postolski J., Optymalizacja procesu blanszowania warzyw. Cz. I. Uwarunkowania technologiczne jakości warzyw po blanszowaniu. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 10, Zadernowski R., Oszmiański J., Wybrane zagadnienia z przetwórstwa owoców i warzyw. Wyd. ART, Olsztyn. THE INFLUENCE OF BLANCHING OF PEPPER ON THE ENERGY- -CONSUMPTION DURING ITS FREEZE DRYING AND ON REHYDRATION OF DRIED PAPRIKA DURING STORAGE Abstract. The influence of water blanching duration of pepper on the its freeze drying process i.e. the duration of the lyophilization process and the levels of energy involved, as well as the reconstitution properties of dried materials during 24 months storage were investigated. A crumbled raw material was blanched in water at temperature of 95 C and then dried at heater plates temperature of 40 C and pressure 63 Pa until to final water content of 8%. The duration of pretreatment has proved to have significant influence on the duration of freeze drying process and on the rehydration rate. Extending the blanching duration of pepper from 1 to 3 minutes results in shortening of freeze drying process and lowering of the energy level involved. Lengthening the duration of blanching in this range has a positive effect on the rehydration rate of dried materials, whereas the storage time reduces its capacity for absorbing water, especially when the blanching process has not been carried out. Key words: blanching, freeze drying, storage, pepper Zaakceptowano do druku Accepted for print: Technica Agraria 7(3-4) 2008