Zmiany struktury tkanki rolinnej wywołane odwadnianiem osmotycznym

Transkrypt

1 Hanna Kwalska, Andrzej Lenart Katedra Inynierii ywnci i Organizacji Prdukcji, Wydział Technlgii ywnci, SGGW, Warszawa Zmiany struktury tkanki rlinnej wywłane dwadnianiem smtycznym Streszczenie: Przedstawin wyniki bada dtyczce jedneg ze spsbów usuwania wdy z ywnci - dwadniania smtyczneg jabłek i marchwi w rónych rztwrach smtycznych w zakresie temperatury d 30 d 80 C. W wyniku teg prcesu nastpiły zmiany składu chemiczneg raz struktury jabłek i marchwi. Odwadnianie smtyczne bu surwców w rztwrze glukzy spwdwał uzyskanie najwikszych ubytków wdy, ale jednczenie miał miejsce najwikszy przyrst masy suchej substancji. Najwiksze zmiany strukturalne tkanki miały miejsce przy zastswaniu rztwru syrpu skrbiweg i pdwysznej temperatury d 80 C. W parciu signite wyniki i zmiany strukturalne za najkrzystniejsze warunki dwadniania smtyczneg uznan rztwór sacharzy raz temperatur 50 C dla jabłek i 30 C dla marchwi. Słwa kluczwe: struktura, tkanka rlinna, ubytek wdy, substancja smtyczna, jabłka, marchew Oznaczenia: WL - ubytek wdy [gh 2 O/g p.s.s.] SG - przyrst masy suchej substancji [g/g p.s.s.] dwl - szybk usuwania wdy [gh 2 O/g p.s.s. min] dsg - szybk wnikania substancji smtycznej [g/g p.s.s. min] Wprwadzenie Odwadnianie smtyczne jest jednym ze spsbów uauwania wdy, które umliwia pracwanie technlgii w duym stpniu zachwujcych wartci dywcze i sensryczne utrwalanej ywnci. Jednczenie, w prównaniu z innymi metdami, uszkdzenie struktury ywnci jest znacznie mniejsze. Nisze jest równie zuzycie energii, a prdukt charakteryzuje si wysk jakci. Pnadt tkanka rlinna stanwi dgdny materiał d wprwadzania ddatkwych substancji, jak np. witamin, zwizków mineralnych. Jednczenie bnina zawart wdy wpływa na przedłuenie trwałci prduktu, za wiksza kncentracja sku kmórkweg i becn substancji smtycznej pprawiaj jeg jak i umliwiaj wykrzystanie d dalszej bróbki [Lazarides I in., 1995]. Z teg wzgldu dwadnianiu smtycznemu w statnim czasie pwica si craz wicej uwagi [Kwalska i Lenart, 2000; Barat i in., 2004; Pitrwski i in., 2004]. ywn budwie tkankwej jest jednym z głównych atrybutów decydujcych jakci ywnci, a tym samym jej marketingu i akceptacji przez knsumenta. Z punktu widzenia technlgiczneg surwce rlinne stanwi matryc, która nie uczestniczy w wymianie masy, ale umliwia utrzymanie, bd przepływ krelnych strumieni, c me mie due znaczenie przy prjektwaniu 187

2 nwych prduktów, a tym samym prwadzi d wzrstu spycia wców i warzyw. Błny bilgiczne (bimembrany) s t pdstawwe struktury wszystkich kmórek ywych rganizmów. Maj budw lipidw-białkw i wystpuj w pstaci błny kmórkwej, ddzielajcej wntrze kmórki d tczenia raz błn ródkmórkwych, taczajcych rganelle kmórkwe i twrzcych system róneg rdzaju pcherzyków, isttnych elementów systemu transprtu wewntrz i midzykmórkweg. Błna kmórkwa spełnia niezwykle wan rl w regulwaniu składu treci kmórkwej, pniewa przez ni wprwadzane s wszystkie składniki pkarmwe wnikajce d kmórki raz wszystkie wydaliny i wydzieliny przedstajce si z niej na zewntrz. Pnadt utrudnia przenikanie pewnych zwizków, umliwia wnikanie innych [Mavrudis i in., 1998; Kwalska i Lenart, 2001; Niet i in., 2004]. Wprwadzenie krelnych warunków dwadniania smtyczneg z udziałem innych spsbów utrwalania, np. suszenia lub zamraania, stwarza mliw wykrewania nwych atrakcyjnych dla knsumentów prduktów. Cel i zakres pracy Celem pracy był krelenie zmian zachdzcych w jabłkach i marchwi w wyniku usuwania wdy i równczesneg nasycania substancjami smtycznymi. W zakresie pracy ujt wpływ rdzaju substancji smtycznej i temperatury na przebieg dwadniania smtyczneg raz na zmiany struktury jabłek i marchwi wywłane dwadnianiem smtycznym. Metdyka Badania prwadzn na jabłkach dmiany Idared i marchwi dmiany Kartka. Surwiec w kształcie kstek bku 10 mm dwadnian w rztwrach glukzy, sacharzy i syrpu skrbiweg ( równwaniku glukzwym DE 30-35) w steniach dpwiadajcych aktywnci wdy 0,9 raz przy stsunku masy surwca d masy rztwru smtyczneg 1:4. Prces prwadzny był w temperaturze 30, 50 i 80 C w czasie d 180 minut. Odwadnianie w warunkach dynamicznych prwadzn w wyniku wprawienia naczy pmiarwych w ruch drgajcy amplitudzie 50 br/min. W czasie kadeg eksperymentu p krelnym czasie znaczan mas próbki i zawart wdy (PN-90/A /03). Odwadnianie smtyczne jabłek i marchwi analizwan na pdstawie bezwymiarwej zawartci wdy, szybkci usuwania wdy [gh 2 O/g p.s.s. min] raz szybkci wnikania substancji smtycznej w przeliczeniu na pcztkw mas suchej substancji [g/g p.s.s. min]. Struktur materiału surweg i próbek dwdninych smtycznie w rztwrach glukzy, sacharzy i syrpu skrbiweg w temperaturze 30 i 80 C krelan na pdstawie zdj wyknanych w skaningwym mikrskpie elektrnwym JSM-35 firmy JOEL przy napiciu przyspieszajcym 25kV. Współczynnik kształtu i rednic kmórek jabłek i marchwi analizwan za pmc prgramu kmputerweg Mcha (wersja 1.2). 188

3 Wyniki bada i ich analiza Na rysunku 1 przedstawin zmiany zawartci wdy jak wielkci bezwymiarwe. bezwym. zaw. wdy, ułamek 0,8 0,6 0,4 a) jabłka-30c b) jabłka-50c marchew-30c jabłka-80c marchew-50c 0,8 marchew-80c bezwym. zaw. wdy, ułamek 0,2 0, czas, min czas, min 0,6 0,4 Rys. 1. Zmiany zawartci wdy pdczas dwadniania smtyczneg surwców w rztwrze glukzy: a jabłek, b - marchwi: Fig. 1. Water cntent during smtic dehydratin f raw materials in glucse slutin: a - apples, b - carrts Zabserwwan, e w wyniku wzrstu temperatury nastpił wiksze bnienie zawartci wdy. Najwiksze zmiany zawartci wdy miały miejsce na pcztku prcesu. P dłuszym czasie dwadniania smtyczneg zawart wdy zmieniała si nieznacznie. W jabłkach dwadnianych w rztwrze glukzy w temperaturze 30 i 50 C zmiany zawartci wdy d kł 30 minut dwadniania smtyczneg były zbline. Na pdstawie analizy statystycznej wykazan isttny wpływ temperatury na bnienie zawartci wdy w jabłkach i marchwi dwadnianych w rztwrach glukzy, sacharzy i syrpu skrbiweg [Kwalska i Lenart, 2001]. Pdwyszna temperatura spwdwała wikszy przepływ wdy i intensywn wymian masy w strefie pwierzchniwej prduktu dziki bninej lepkci rztwru smtyczneg. Wynika t równie z faktu, e w wyniku pdwyszenia temperatury nastpiła czciwa defrmacja cian kmórkwych i zakłócenie selektywnej zdlnci przepływu rónych substancji przez błny kmórkwe. Wymiana masy pdczas dwadniania smtyczneg w niszych temperaturach nie była tak intensywna ze wzgldu na duy pór stawiany przez tkank, c wymagał zastswania dłuszeg czasu dwadniania smtyczneg badanych surwców. Zabserwwan (rys. 2), e szybk usuwania wdy była znacznie wiksza d szybkci wnikania suchej substancji. Prównujc stsunek dwl /dsg, kazał si, e w przypadku jabłek (rys. 2a) najlepsze efekty uzyskan pdczas dwadniania w temperaturze 50 C (dw /dsg w całym zakresie pmiarwym miecił si w zakresie 3,8-4,2). W temperaturze 30 C nastpwał stpniwe 189

4 pwikszanie si stsunku dw/dsg d 1,8 d 4,3 i w niec niszym zakresie w 80 C d 2,6 d 3,9. Natmiast w marchwi (rys. 2b) uzyskan stsunkw due ubytki wdy przy granicznym wnikaniu substancji smtycznej w temperaturze 30 C (dwl/dsg=4,9-5,2), mniejsze w 50 C (dwl/dsg=3,6-4,0) i najwiksze w 80 C (sigajce d dwl/dsg=6,2). dwl, [gh2o/g p.s.s.*min] 5,0 4,0 3,0 2,0 a) 5,0 b) jabłka-30c marchew-30c jabłka-50c jabłka-80c 4,0 marchew-50c marchew-80c 3,0 dwl=ds G 0,0 0,0 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 dsg, [g/g p.s.s.*min] dsg, [g/g p.s.s.*min] Rys. 2. Zalen szybkci usuwania wdy d szybkci wnikania suchej substancji w czasie dwadniania smtyczneg jabłek i marchwi w rztwrze glukzy: a - w jabłkach, b w marchwi Fig. 2. Relatinship between rate f water lss and slids gain during smtic dehydratin in glucse slutin: a - apples, b - carrts Zmiany struktury tkanki jabłek i marchwi w wyniku dwadniania smtyczneg przedstawin na rys. 3 i 4. Tkanka jabłek wieych (rys. 3a) złna jest z kmórek kształcie heksagnalnym współczynniku kształtu wynszcym, kł 0,80 (tab. 1). Wynikajce z takieg ułenia przestrzenie midzykmórkwe zajmuj znaczn cz bjtci jabłek. rednia rednica kmórek jabłek wynsi kł 110 m. Kmórki krzenia wieej marchwi (rys. 4a) charakteryzuj si wiksz rónrdnci pd wzgldem wielkci kmórek w prównaniu z jabłkiem. Pd uwag wzit kmórki mikiszu, których rednica wynsi kł 38 m. Kmórki marchwi surwej maj kształt kilkuciennych wielbków (współczynnik kształtu kł 0,84) cile d siebie przylegajc, c eleminuje istnienie duych pwierzchni zajmwanych przez przestrzenie midzykmórkwe. Odwadnianie jabłek i marchwi prwadzne w czasie 24 gdzin w temperaturze 30 C spwdwał, e zmiany struktury zbline były d tych, jakie uzyskan w krótkim czasie dwadniania (k. 30 minut) w pdwysznej temperaturze (80 C). 2,0 dwl=ds a) b) c) 190

5 Rys. 3. Struktura tkanki jabłek a surwe; dwadniane (24 gdz, 30 C) w rztwrze: b - glukzy, c sacharzy. Pwikszenie 60x. Fig. 3. Structure f apples tissue: a raw material; dehydrated (24 h, 30 C) in: b glucse slutin, c - sucrse slutin. Zm 60x a) b) c) Rys. 4. Struktura tkanki marchwi a surwa; dwadniana (24 gdz, 30 C) w rztwrze: b - glukzy, c sacharzy. Pwikszenie 200x Fig. 4. Structure f carrts tissue: a raw material, dehydrated (24 h, 30 C) in: b glucse slutin, c - sucrse slutin. Zm 200x Niezalenie d rdzaju substancji smtycznej, kmórki jabłek i marchwi uległy zmniejszeniu i nastpił wiksze ich upakwanie raz zniekształcenie cian kmórkwych (rys. 3 i 4). Najbardziej widczna w tkance jabłek pwierzchnia zajmwana przez przestrzenie midzykmórkwe uległa równie znacznemu zmniejszeniu. W duym stpniu zstał zmniejszny współczynnik kształtu kmórek d kł 0,71-0,74 w jabłkach i 0,55-0,68 w marchwi, niezalenie d zastswaneg rztwru smtyczneg (tab. 1). rednia rednica kmórek tkanki jabłek zstała zmniejszna kł 5-18% w jabłkach dwadnianych w rztwrze glukzy, sacharzy i syrpu skrbiweg, za w marchwi kł 20-30%. Tab. 1. Analiza matematyczna struktury jabłek i marchwi Tab. 1. Mathematical analysis f apple and carrt structure 191

6 wart. rednia/ wsp. kształtu rednica Fereta, m dchyl. standard. jabłka surwe 0.80/ /8.62 jabłka dwadniane (24 gdz., 30 C) w rztwrze: glukza 0.71/0, /16.40 sacharza 0.74/ /18.27 syrp skrbiwy 0.71/ /14.73 marchew surwa 0.84/ ,20/5,46 marchew dwadniana (24 gdz., 30 C) w rztwrze: glukza 0.55/1,21 26,51/5,66 sacharza 0.68/ ,96/6.27 syrp skrbiwy 0.67/ ,12/13,22 Wielk i kształt kmórek zaleały d ilci usunitej wdy, która w marchwi zstała bnina w wikszym stpniu w prównaniu z jabłkami, niezalenie d temperatury prcesu (rys. 1). Przyrst masy suchej substancji tylk nieznacznie graniczał defrmacj cian kmórkwych. W jabłkach jak i w marchwi dwadnianych w rztwrze sacharzy w zakresie temperatury C uzyskan najbardziej krzystne bnienie zawartci wdy i wysycenie substancj smtyczn badanej tkanki, głównie w warstwach zewntrznych, c nie spwdwał znaczcych zmian kształtu i wielkci kmórek. Wniski Na zmiany tkanki rlinnej pdczas dwadniania smtyczneg jabłek i marchwi wpływ miała intensywn wymiany masy, która uzalenina była d temperatury prcesu. Za najkrzystniejsza temperatur dwadniania smtyczneg jabłek uznan 50 C, a dla marchwi 30 C. Ubytki wdy były najwiksze, a przyrsty suchej masy najmniejsze. Stsunek szybkci usuwania wdy d szybkci wnikania substancji smtycznej wyniósł kł 4 dla jabłek i kł 5 dla marchwi. Odwadnianie smtyczne prwadzne w czasie 24 gdzin spwdwał znaczn defrmacj struktury tkanki rlinnej i zmniejszenie wielkci kmórek raz przestrzeni midzykmórkwych. Na zmiany struktury tkanki rlinnej pdczas dwadniania smtyczneg miał wpływ rdzaj substancji smtycznej. Najmniejsze zmiany miały miejsce przy zastswaniu rztwru sacharzy i temperatury C. 192

7 Bibligrafia Barat J.M., Rdriguez-Barna S., Andrès A., Visquert M. 2000: Mass transfer analysis during the cd desalting prcess. Fd Research Internatinal, Elsevier 37(2004) pp Kwalska H., Lenart A., 2000: The influence f plant tissue structure n smtic dehydratin, 12th Internatinal Drying Sympsium IDS, Netherlands, Hague, paper nr 242 Kwalska H., Lenart A., 2001: Mass exchange during smtic pretreatment f vegetables, Jurnal f Fd Engineering 49 (2/3), Lazarides H. N., Katsanidis E., Niclaidis A. (1995): "Mass transfer kinetics during smtic precncentratin aiming at minimal slid uptake"; Jurnal f Fd Engineering, 25, Mavrudis M.E., Gekas W., Sjöhlm I., 1998: Osmtic dehydratin f apples. Shrinkage phenmena and the significance f initial structure n mass transfer rates. Jurnal f Fd Engineering, Elsevier 38 (1998) Niet A.B., Salvatri D.M., Castr M.A., Alzamra S.M., 2004: Structural changes in apple tissue during glucse and sucrse smtic dehydratin: shrinkage, prsity, density and micrscpic features. Jurnal f Fd Engineering, Elsevier 61(2) pp: Pitrwski D., Lenart A., Wardzyski A., 2004: Influence f smtic dehydratin n micrwave-cnvective drying f frzen strawberries. Jurnal f Fd Engineering, Elsevier 65 (2004) pp Changes f structure in plant tissue fllwed dewatering Summary Osmtic dehydratin f apples was carried ut in slutin f glucse, sucrse and starch syrup. Temperature f dewatering was changed frm 30 t 50 and 80 C. Time f dehydratin was varied frm 0 t 180 min. Osmtic dehydratin f apples depends n prcessing time, the kind f smtic substances and temperature. When the time f prcessing is lnger, smtic dehydratin is mre intensive, because tissue structure f apples has sme lse. The mst significant changes f water cntent, water lss and slids gain tk place during smtic dehydratin f apples and carrts at 80 C temperature. The pimal parameters f smtic dehydratin were btained by using sacarse slutin and 50 C fr apples and 30 C fr carrts. In that cases defrmatin f tissue structure was nt cnsiderable. Keywrds: structure, plant tissue, water lss, slids gain, apple, carrt. 193