Studia nad wykorzystaniem promieniowania podczerwonego i mikrofalowego do suszenia jabłek

Transkrypt

1 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wydział Nauk o śywności Mgr inŝ. Małgorzata Rząca Studia nad wykorzystaniem promieniowania podczerwonego i mikrofalowego do suszenia jabłek The studies of utilization of infrared and microwave radiation for apples drying Praca doktorska Doctoral thesis Praca wykonana pod kierunkiem Prof. dr hab. Doroty Witrowej-Rajchert Wydział Nauk o śywności Katedra InŜynierii śywności i Organizacji Produkcji SGGW Recenzenci pracy: Dr hab. Marta Mitek, prof. SGGW Wydział Nauk o śywności, Katedra Technologii śywności, Zakład Technologii Owoców i Warzyw, SGGW Prof. dr. hab. Bohdan Dobrzański Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN w Lublinie Warszawa, rok 2009

2 Niniejszą pracę dedykuję Rodzicom

3 Oświadczenie promotora pracy Oświadczam, Ŝe niniejsza praca została przygotowana pod moim kierunkiem i stwierdzam, Ŝe spełnia ona warunki do przedstawienia jej w postępowaniu o nadanie tytułu zawodowego. Data... Podpis promotora pracy... Oświadczenie autora pracy Świadoma odpowiedzialności prawnej oświadczam, Ŝe niniejsza praca dyplomowa została napisana przeze mnie samodzielnie i nie zawiera treści uzyskanych w sposób niezgodny z obowiązującymi przepisami. Oświadczam równieŝ, Ŝe przedstawiona praca nie była wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem tytułu zawodowego w wyŝszej uczelni. Oświadczam ponadto, Ŝe niniejsza wersja pracy jest identyczna z załączoną wersją elektroniczną. Data... Podpis autora pracy...

4 Serdecznie dziękuję Pani Prof. dr hab. Dorocie Witrowej-Rajchert za opiekę naukową, poświęcony czas, Ŝyczliwość, wsparcie i troskę. Dziękuję równieŝ za wiarę w moje umiejętności, cierpliwość, wyrozumiałość i miłą współpracę oraz za waŝne i cenne wskazówki, które ułatwiły mi napisanie niniejszej pracy. Wszystkim pracownikom Katedry InŜynierii śywności i Organizacji Produkcji serdecznie dziękuję za pomoc w realizacji badań i stworzenie miłej atmosfery pracy. Wszystkim współuczestnikom studium doktoranckiego, a w szczególności Emilii Janiszewskiej i Karolinie Szulc, dziękuję za Ŝyczliwe rady i przyjaźń. Grzegorzowi Nowackiemu dziękuję za wsparcie, wyrozumiałość, pomoc oraz okazanie zrozumienia podczas pisania niniejszej pracy.

5 Streszczenie Celem pracy było zbadanie zmian wybranych wskaźników jakości suszu jabłkowego, otrzymanego przy zastosowaniu suszenia konwekcyjnego, konwekcyjnego wspomaganego promieniowaniem podczerwonym oraz mikrofalowym, w czasie przechowywania w temperaturze 4, 25 i 40ºC. Jakość suszy oceniano na podstawie właściwości ogólnych (skurcz, gęstość i porowatość), strukturalnych, optycznych (barwa i potencjał brązowienia), rekonstytucyjnych (zdolność pochłaniania wody i kinetyka rehydracji), higroskopijnych (kinetyka i izotermy adsorpcji), mechanicznych, odŝywczych (zawartość polifenoli i zdolność przeciwutleniająca) oraz biologicznej aktywności oddechowej i oceny sensorycznej. Suszenie z wykorzystaniem mikrofal oraz promieni podczerwonych skróciło czas suszenia jabłka odpowiednio o 63 i 30%, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego, a otrzymane susze charakteryzowały się lepszymi wyróŝnikami jakości. Susz mikrofalowo-konwekcyjny bezpośrednio po suszeniu charakteryzował się najlepszymi właściwościami fizyko-chemicznymi. W trakcie przechowywania następowały w nim jednak największe zmiany, tak Ŝe po roku przechowywania charakteryzował się właściwościami mniej korzystnymi od pozostałych dwóch suszy. Stwierdzono, Ŝe proces z wykorzystaniem promieni podczerwonych jest korzystną metodą uzyskiwania suszonych jabłek, zarówno pod względem jakościowym, ich stabilności w trakcie przechowywania oraz niŝszych kosztów, wynikających z krótszego czasu procesu suszenia. Słowa kluczowe: suszenie mikrofalowo-konwekcyjne, suszenie promiennikowo-konwekcyjne, suszenie konwekcyjne, jabłka, właściwości fizyczne, polifenole, zdolność przeciwutleniająca, ocena sensoryczna, przechowywanie The summary The purpose of the study was to examine the changes of selected quality indexes of dried apples storied at 4, 25 and 40 º C, obtained using convective, infrared-convective and microwave-convective drying. The quality of the products was evaluated on the basis of following properties: general (shrinkage, density and porosity), structural, optical (color and browning potential), reconstitution (water absorption capacity and rehydration kinetic), hygroscopic (adsorption kinetic and isotherms), mechanical, nutritional (polyphenols content and radical scavenging activity) and by biological respiratory activity and sensory evaluation. Drying time of apples was reduced 63% and 30%, compared to convective drying, supported by microwave and infrared radiation, respectively, and obtained dried materials had better quality indexes.. Microwave-convective dried apples had the best physical and chemical properties just after drying. However, the greatest changes occurred in the material during storage, so its properties were less advantageous than two other dried products after one year of storage. It was found that the process with infrared radiation was better method to obtain dried apples, both in terms of quality, their stability during storage and lower costs resulting from shorter time of drying process. Key words: microwave-convective drying, infrared-convective drying, convective drying, apples, physical properties, polyphenols, radical scavenging activity, sensory evaluation, shelf-life

6 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP PRZEGLĄD LITERATURY Charakterystyka materiału roślinnego jako surowca do suszenia Proces suszenia w przetwórstwie Ŝywności Znaczenie operacji wstępnych dla przebiegu procesu suszenia oraz jakości otrzymanego suszu Obróbka wstępna nietermiczna Obróbka wstępna termiczna Ekonomiczne aspekty suszenia Charakterystyka wybranych metod suszenia Suszenie konwekcyjne Suszenie z wykorzystaniem mikrofal Suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego Zmiany tkanki roślinnej wywołane procesem suszenia Czynniki chemiczne Reakcje enzymatycznego brązowienia Reakcje nieenzymatycznego brązowienia Zmiany barwy Zmiany smaku i aromatu Czynniki fizyczne Skurcz, gęstość i porowatość suszonego materiału Właściwości rekonstytucyjne i higroskopijne Czynniki Ŝywieniowe Utrata witamin Właściwości przeciwutleniające Ŝywności Zmiany mikrobiologiczne Stabilność przechowalnicza suszonych owoców i warzyw Wpływ zawartości wody na stabilność przechowalniczą suszy Zmiany jakości suszy w czasie przechowywania Warunki przechowywania suszonej Ŝywności Podsumowanie CEL I ZAKRES PRACY METODYKA PRACY Część technologiczna Materiał badawczy i jego przygotowanie Suszenie konwekcyjne Suszenie mikrofalowo-konwekcyjne Suszenie promiennikowo-konwekcyjne

7 Przechowywanie wysuszonego materiału Część analityczna Oznaczanie zawartości suchej substancji Oznaczanie objętości plastrów Oznaczanie aktywności wody Oznaczanie rehydracji Oznaczanie zdolności pochłaniania wody Oznaczanie kinetyki sorpcji Wyznaczanie izoterm sorpcji Badanie właściwości mechanicznych Oznaczanie barwy Oznaczanie potencjału brązowienia Oznaczanie zdolności przeciwutleniającej Oznaczanie zawartości związków polifenolowych Oznaczanie biologicznej aktywności oddechowej Analiza struktury wewnętrznej za pomocą komputerowej analizy obrazu Analiza struktury za pomocą interferometrii birefrakcyjnej Ocena sensoryczna Część obliczeniowa Metody matematyczne i graficzne Obliczanie objętości Obliczanie skurczu Obliczanie gęstości pozornej Obliczanie porowatości wewnętrznej Obliczanie parametrów barwy Obliczanie aktywności oddechowej Wyznaczanie izoterm adsorpcji Obliczenie współczynnika kształtu przestrzeni identyfikowanych na zdjęciach struktury jabłek Metody statystyczne Dwuczynnikowa analiza wariancji bez powtórzeń Test t-studenta Porównanie szczegółowe Analiza skupień Ocena błędów pomiarowych OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW Charakterystyka surowca Charakterystyka procesu suszenia Suszenie konwekcyjne Suszenie mikrofalowo-konwekcyjne

8 Suszenie promiennikowo-konwekcyjne Wpływ metody i parametrów suszenia na jakość suszu Właściwości suszu konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody Barwa i potencjał brązowienia Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Właściwości suszu mikrofalowo-konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody Barwa i potencjał brązowienia Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Właściwości suszu promiennikowo-konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody Barwa i potencjał brązowienia Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Dobór odpowiednich do badań przechowalniczych parametrów suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego Właściwości suszy przeznaczonych do badań przechowalniczych Skurcz, gęstość pozorna i porowatość Zawartość suchej substancji i aktywność wody Barwa i potencjał brązowienia Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Ocena wpływu stopnia usunięcia wody z materiału na zdolność przeciwrodnikową i zawartość polifenoli Biologiczna aktywność oddechowa Zdolność pochłaniania wody i właściwości rekonstytucyjne Właściwości higroskopijne Kinetyka adsorpcji Izotermy adsorpcji Właściwości mechaniczne suszy Struktura wewnętrzna suszy Ocena sensoryczna Zmiany zachodzące w suszach w czasie przechowywania Zmiany suchej substancji Zmiany aktywności wody Zmiany właściwości rekonstytucyjnych Susz konwekcyjny Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny Porównanie róŝnych metod suszenia Zmiany właściwości higroskopijnych

9 Susz konwekcyjny Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny Porównanie róŝnych metod suszenia Zmiany barwy Susz konwekcyjny Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny Porównanie róŝnych metod suszenia Zmiany potencjału brązowienia Susz konwekcyjny Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny Porównanie róŝnych metod suszenia Zmiany zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli Susz konwekcyjny Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny Porównanie róŝnych metod suszenia Podsumowanie omówienia i dyskusji wyników WNIOSKI SPIS LITERATURY ANEKS... A1 9

10 Przegląd literatury 1. WSTĘP W dobie rozwijającej się produkcji dań gotowych i produktów do bezpośredniego spo- Ŝycia suszarnictwo warzyw i owoców ma istotne znaczenie. Mimo Ŝe suszenie jest jedną z najstarszych metod utrwalania Ŝywności, dalej pozostaje procesem powszechnie stosowanym, ukierunkowanym na ciągły rozwój. Zastosowanie tego procesu podyktowane jest wieloma korzystnymi efektami. Suszenie ma na celu zapewnienie trwałości mikrobiologicznej przez zmniejszenie dostępności wody koniecznej do rozwoju drobnoustrojów, zagraŝających zdrowiu konsumenta, oraz zwolnienie lub zahamowanie przebiegu reakcji chemicznych i przemian fizycznych. W czasie suszenia następuje zmniejszenie masy i objętości suszonych materiałów, co obniŝa koszty pakowania, ułatwia transport i magazynowanie. Dodatkowo, dobierając odpowiednie metody suszenia przy określonych parametrach, moŝna nadać produktom specjalne formy i cechy jakościowe. Jakość produktów spoŝywczych jest związana z wieloma ich właściwościami, m.in. wartością odŝywczą, barwą, konsystencją, zapachem, teksturą, właściwościami higroskopijnymi i zdolnością do rehydracji. Właściwości te istotnie wpływają na ocenę produktu, a w niektórych przypadkach mogą decydować o jego wyborze przez konsumenta. Istotny wpływ na jakość suszonych produktów mają równieŝ warunki przechowalnicze, tzn. temperatura, odpowietrzenie, wilgotność czy dostęp światła. W ostatnich latach obserwuje się wzrost świadomości Ŝywieniowej społeczeństwa. Przed zakupem konsument coraz częściej uwzględnia nie tylko cenę i cechy wizualne, ale takŝe skład produktu, oczekując Ŝywności wygodnej, łatwej i szybkiej w przygotowaniu, o wysokiej jakości, zwracając uwagę na jej wysokie walory odŝywcze i prozdrowotne. Producenci Ŝywności, aby utrzymać się na coraz bardziej wymagającym rynku, poszukują nowych metod przetwarzania czy sposobów modyfikacji technologii. Jedną z potencjalnych moŝliwości do wykorzystania w suszarnictwie jest zastosowanie jako źródła ciepła promieniowania mikrofalowego i podczerwonego. Specyfika tego sposobu dostarczania ciepła powoduje, Ŝe zmiany zachodzące w suszonym materiale mogą przebiegać inaczej niŝ w produktach otrzymanych konwencjonalnymi metodami. WaŜnym aspektem, szczególnie w przypadku suszu, jest nie tylko otrzymanie produktu wysokiej jakości, ale równieŝ jej utrzymanie w czasie przechowywania. Znajomość zmian, które mogą nastąpić w materiale biologicznym w czasie suszenia i przechowywania moŝe umoŝliwić technologowi dobór odpowiednich parametrów procesu, które zagwarantują otrzymanie produktu nie tylko o wysokiej jakości, ale równieŝ o ściśle określonych właściwościach. 10

11 Przegląd literatury 2. PRZEGLĄD LITERATURY 2.1. Charakterystyka materiału roślinnego jako surowca do suszenia ŚwieŜe owoce i warzywa zawierają składniki mineralne, witaminy, glukozynolany, karotenoidy i związki fenolowe, tj. flawonoidy i kwasy fenolowe, oraz błonnik (Elkner, 1994). Ze względu na duŝą liczbę gatunków i odmian, stopień dojrzałości owoców, warunki klimatyczne i glebowe, skład chemiczny owoców jest bardzo zróŝnicowany. Jabłko jest owocem zawierającym około 83,3% wody, 12,1% cukrów, 1,3% błonnika, 0,9% celulozy, 0,75% kwasów, 0,6% pektyn, 0,4% tłuszczów, 0,3% białka oraz popiół w ilości 0,3% (Zadernowski i Oszmiański, 1994; Jarczyk i Berdowski, 1997; Timoumi i in., 2007). Jabłka zawierają witaminy, których na 100 g części jadalnych jest: 9,20 mg witaminy C, 0,49 mg α-tokoferolu, 0,17 mg niacyny, 0,034 mg tiaminy, 0,026 mg ryboflawiny, 0,030 mg witaminy B 6, 0,024 mg β-karotenu, 0,004 mg witaminy A jako ekwiwalent retinolu (Kuchanowicz i in., 1998). W jabłku występują równieŝ mikro- i makroelementy, tj. Ŝelazo, potas, magnez, krzem i wapń, który odgrywa szczególnie waŝną rolę przy formowaniu wiązań pomiędzy pektynami i kwasami organicznymi (Zadernowski i Oszmiański, 1994). Ponadto wapń i krzem, znajdujące się w skórce, pozytywnie wpływają na stan włosów i paznokci (Makarewicz-Wujec, 2002). Ze względów na niskie ryzyko wystąpienia alergii po spoŝyciu jabłek oraz ich korzystny wpływ na pracę przewodu pokarmowego, podaje się je niemowlętom jako pierwszy posiłek inny niŝ mleko matki. Ponadto jabłka swój specyficzny smak zawdzięczają odpowiedniemu stosunkowi zawartości cukrów do kwasów organicznych. Natomiast kwasom organicznym przypisuje się duŝe znaczenie dietetyczne, poniewaŝ działają alkalizująco na organizm (Makarewicz-Wujec, 2002). Mimo Ŝe jabłka zawierają niewiele związków biologicznie aktywnych, to stanowią waŝne ich źródło, z uwagi na to, Ŝe udział jabłek w całkowitym spoŝyciu owoców wynosi ok. 50% (Adamczyk i Rembiałkowska, 2005). Przeprowadzone przez Hertoga i in. (1993) badania wykazały, iŝ spoŝycie 110 g jabłek dziennie zmniejsza o 49% ryzyko wystąpienia zawału serca u męŝczyzn, w porównaniu z grupą spoŝywającą 18 g jabłek dziennie. Ponadto pektyny, wchodzące w skład błonnika pokarmowego w jabłku, hamują wchłanianie z poŝywienia toksycznych związków ołowiu oraz biorą udział w regulacji poziomu cholesterolu we krwi, co jest istotne ze względów dietetycznych i leczniczych w schorzeniach przewodu pokarmowego. Pektyny w jabłku występują głównie pod skórką, dlatego teŝ warto spoŝywać owoc 11

12 Przegląd literatury ze skórką, który wówczas zawiera średnio około 1,48 g pektyn, podczas gdy obrane jabłko jedynie 0,49 g (Jarczyk i Berdowski, 1997; Makarewicz-Wujec, 2002). śywność o prozdrowotnych właściwościach pełni waŝną rolę w profilaktyce chorób dietozaleŝnych, jak teŝ opóźnianiu procesu starzenia się organizmu człowieka. JednakŜe dla młodego konsumenta wartość prozdrowotna ma mniejsze znaczenie niŝ walory sensoryczne. Dlatego teŝ naleŝy wziąć pod uwagę ten aspekt przy wprowadzaniu nowych produktów na rynek, jak i szeroko pojętej edukacji Ŝywieniowej (Babicz-Zielińska i Zabrocki, 2007). Ze względu na to, Ŝe konsumenci coraz częściej wybierają Ŝywność wygodną i szybką w przygotowaniu, produkcja dań gotowych oraz produktów przeznaczonych do bezpośredniego spoŝycia dynamicznie się rozwija. Bardzo częstym składnikiem takiej Ŝywności są suszone warzywa i owoce. Suszone owoce stanowią cenny dodatek do wielu produktów spo- Ŝywczych, np. płatków śniadaniowych, jogurtów, serków twarogowych, pieczywa cukierniczego. Susze owocowe są produktami zachowującymi w znacznym stopniu skład chemiczny świeŝych owoców, z wyjątkiem zawartości wody i składników lotnych (Beveridge i Weintraub, 1995; Kopera i Mitek, 2007). Dlatego teŝ ich produkcja stale wzrasta i w 2000 roku osiągnęła w Polsce 17,7 tys. ton, a w 2004 roku aŝ 27,9 tys. ton. RównieŜ wzrasta import suszonych produktów, co wskazuje na zapotrzebowanie na tego typu produkty (Pr. zbiorowa, 2006; Analizy rynkowe, 2008a; Analizy rynkowe, 2008b). W Europie rynek suszonych warzyw i owoców oceniany jest na ok. 300 milionów dolarów (Zhang i in., 2006). Chipsy owocowe są najlepszą alternatywą dla chipsów tradycyjnych, które nie są polecanym produktem przez Ŝywieniowców. Smak i zapach typowych chipsów owocowych i warzywnych, otrzymywanych metodą smaŝenia w niskiej temperaturze (75-85ºC) we wrzącym oleju, nie jest tak charakterystyczny jak dla chipsów suszonych, ze względu na wzrost zawartości oleju w chipsach jabłkowych w czasie smaŝenia. W związku z tym w chipsach smaŝonych wyczuwalny jest smak i zapach oleju, natomiast suszone jabłka charakteryzują się typowym dla surowca smakiem i zapachem. Ponadto jasność smaŝonych chipsów maleje wraz ze wzrostem temperatury i czasem smaŝenia (Shyu i Hwang, 2001). Suszone jabłka cieszą się duŝą popularnością na rynku przetworów owocowych, zarówno krajowych jak i zagranicznych (Maniak i in., 2007). Niektóre firmy, np. Paula czy Melinda Snack, juŝ rozpoczęły produkcję i sprzedaŝ suszy jabłkowych o oryginalnym smaku jabłek, jak teŝ róŝnych smakach, wzbogacanych w witaminę C, które cieszą się uznaniem konsumentów. 12

13 Przegląd literatury Ponadto prowadzone są badania, które mają na celu zwiększenie walorów sensorycznych produktów suszonych. Przykładowo, Maniak i Kuna (2007) podjęły próbę zastosowania chitozanu z inhibitorami brązowienia do produkcji suszonych krąŝków jabłek. Obecnie rynek stawia producentom Ŝywności coraz wyŝsze wymagania, co do wartości odŝywczej, jakości oraz walorów estetycznych oferowanej Ŝywności. Oczekiwania konsumentów wskazują, iŝ Ŝywność powinna być produkowana jako Ŝywność gotowa do spoŝycia lub moŝliwa do przygotowania w minimalnym czasie, bez potrzeby stosowania urządzeń kuchennych (Wierzbicka, 2006) Proces suszenia w przetwórstwie Ŝywności Procesy termiczne są jednymi z najwaŝniejszych metod utrwalania Ŝywności, zmierzającymi do inaktywacji enzymów, zapewnienia trwałości mikrobiologicznej oraz zmniejszenia aktywności wody przez zmniejszenie jej zawartości lub dostępności (Mayor i Sereno, 2004; Janowicz i Lenart, 2007; Koyuncu i in., 2007; Wu i in., 2007). Suszenie jest najstarszą metodą utrwalania Ŝywności, która równieŝ obecnie jest istotnym procesem w przemyśle spoŝywczym (Vega-Mercado i in., 2001; Lewicki, 2006; Deng i Zhao, 2008). Wiele branŝ wykorzystuje ten proces w określonych, najczęściej końcowych etapach produkcji Ŝywności. W związku z powyŝszym, suszenie jest w istotnym stopniu odpowiedzialne za jakość końcowego materiału, a przez odpowiednie prowadzenie tego procesu moŝna kształtować w pewnym stopniu właściwości produktu (Witrowa-Rajchert, 2000). Sezonowość surowców roślinnych często prowadzi do powstawania nadwyŝki owoców i warzyw, natomiast suszenie daje moŝliwość w łatwy sposób, w krótkim czasie i z zachowaniem odpowiedniej jakości utrwalić takie surowce (Chua i Chou, 2003; Janowicz i Lenart, 2007). Mimo istotnych zalet procesu suszenia, Ŝywność jest materiałem wraŝliwym na działanie podwyŝszonej temperatury, dlatego teŝ jakość suszonych produktów w duŝym stopniu zaleŝy od zastosowanych warunków i parametrów procesu. Suszenie wywołuje znaczne zmiany w tkance roślinnej, często niekorzystne, wywołane reakcjami chemicznymi, tj. brązowieniem nieenzymatycznym, procesami utleniania, przemianami witamin. Ponadto suszeniu towarzyszą zmiany właściwości mechanicznych, związanych ze skurczem materiału, zmianą struktury, powierzchni i tekstury suszonego materiału (Maskan, 2001a). Zastosowanie właściwych parametrów suszenia, tj. sposobu dostarczenia ciepła, temperatury procesu oraz szybkości przepływu powietrza suszącego, decyduje nie tylko o zmianach cech strukturalnych, barwy, aromatu czy składników odŝywczych, ale równieŝ zmniejsza koszty eksploata- 13

14 Przegląd literatury cyjne. Jest to szczególnie waŝne, ze względu na jedną z podstawowych wad procesu suszenia, jakim jest jego wysoka energochłonność (Strumiłło, 1983; Bakier, 2002) Znaczenie operacji wstępnych dla przebiegu procesu suszenia oraz jakości otrzymanego suszu Jakość owoców i warzyw świeŝych oraz przetworzonych charakteryzują takie parametry jak: skład chemiczny, struktura, aktywność biologiczna, zawartość substancji odŝywczych i witamin, wyróŝniki sensoryczne, takie jak tekstura, barwa, zapach, wygląd, trwałość i moŝliwość odtwarzania. Zachodzące w czasie suszenia niekorzystne zmiany moŝna ograniczyć, stosując odpowiedni dobór parametrów procesu oraz odpowiednie wstępne przygotowanie surowca. Zastosowanie róŝnego rodzaju obróbki przed suszeniem zwiększa efektywność procesu. Ponadto celem takich zabiegów jest uzyskanie atrakcyjnych produktów (Bakier, 2002; Janowicz, 2002b; Janowicz i Lenart, 2007) Obróbka wstępna nietermiczna Jedną z pierwszych czynności wstępnych jest rozdrabnianie surowca, które zdecydowanie wpływa na czas trwania procesu suszenia (Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Zwiększenie grubości plastrów suszonego materiału roślinnego, np. bakłaŝana (Ertekin i Yaldiz, 2004) czy jabłka (Sacilik i Elicin, 2006) wpływa na wydłuŝenie czasu suszenia. Gdy zwiększono grubość plastrów bakłaŝana z 0,635 do 1,27 i 2,54 cm, czas suszenia ulega wydłuŝeniu odpowiednio o 104 i 294% (Ertekin i Yaldiz, 2004). Podobnie, dla plastrów jabłka o grubości 5 mm czas suszenia w temperaturze 40, 50 i 60ºC wynosił odpowiednio 400, 300 i 240 minut, podczas gdy dla plastrów o grubości 9 mm odpowiednio 640, 560 i 460 minut (Sacilik i Elicin, 2006). Dlatego teŝ odpowiednie rozdrobnienie surowca ma duŝe znaczenie, ze względu na poprawę warunków wymiany ciepła i masy w procesie usuwania wody (Strumiłło, 1983). Obróbka wstępna obejmuje równieŝ powlekanie oraz moczenie w róŝnych roztworach surowca poddawanego później suszeniu. Suszenie pomidorów w temperaturze 60ºC powoduje nieodwracalne zmiany struktury tkankowej, barwy i zapachu. JednakŜe zastosowanie przed odwadnianiem osmotycznym moczenia w 2% roztorze CaCl 2 pozwala na zahamowanie zmian barwy i zapachu oraz wpływa na poprawę warunków wymiany masy podczas procesu suszenia (Lewicki i in., 2002). Moczenie przed suszeniem czerwonej papryki w roztworze oleinianu etylu równieŝ wpłynęło na lepsze zachowanie barwy, w porównaniu z próbką niemoczoną, a dodatkowo skróciło czasu suszenia (Doymaz i Pala, 2002). RównieŜ zanurzanie próbek 14

15 Przegląd literatury w roztworach kwasu cytrynowego lub askorbinowego przed suszeniem zmniejsza ogólną liczbę bakterii (Lewicki, 2006) oraz zapobiega ciemnieniu tkanki roślinnej (Pereira i in., 2007). Jadalne półprzepuszczalne powłoki są stosowane do róŝnorodnych produktów, ze względów zarówno estetycznych, jak i ich bezpieczeństwa. Przez zastosowanie powłok chitozanowych, zawierających takŝe inhibitory brązowienia, uzyskuje się przez cały okres przechowywania suszonych jabłek korzystniejsze wartości wyróŝników barwy L* i a*, w porównaniu do jabłek bez powłok. Ponadto stwierdzono równieŝ działanie ochronne powłoki chitozanowej w stosunku do zawartości witaminy C (Maniak i Kuna, 2007). Innym procesem stosowanym przed suszeniem jest odwadnianie osmotyczne, mające na celu częściowe usunięcie wody, co zmniejsza koszty późniejszego suszenia oraz wpływa na jakość suszonej Ŝywności (Askari i Emam-Djomeh, 2005; Strumiłło, 2005; Lewicki i Lenart; 2006). Proces ten powoduje fizyko-chemiczne zmiany w tkankach roślinnych (El-Aouar i in., 2003). Podczas procesu odwadniania substancja osmotyczna wnika do odwadnianego surowca, w wyniku czego w czasie suszenia następują zmiany warunków wymiany masy (Lewicki i Lenart, 2006). Poprzedzenie suszenia odwadnianiem osmotycznym moŝe skrócić czas suszenia (Garcia i in., 2007), choć najczęściej go wydłuŝa. Czas suszenia ulega zazwyczaj wydłuŝeniu nawet o 35-50%, co prowadzi do zmiany kinetyki procesu (Cerkowniak i Lenart, 1999; Janowicz i Lenart, 2005). Wzrost temperatury suszenia i przepływu powietrza powoduje wzrost efektywności dyfuzji wody i jest on wyŝszy w surowcu niepoddanym obróbce wstępnej niŝ w odwadnianej próbce (El-Aouar i in., 2003). Ponadto odwadnianie osmotyczne korzystnie wpływa na cechy sensoryczne, własności strukturalne, właściwości reologiczne i teksturę gotowego wyrobu (Lewicki i Łukaszuk, 2000; Erle i Schubert, 2001; Janowicz, 2002b; Jakubczyk i Sionek, 2006). Wpływ odwadniania osmotycznego na proces suszenia był badany przez wielu autorów. Jabłka odwodnione osmotycznie przed suszeniem konwekcyjnym, bez względu na parametry procesu, charakteryzują się mniejszymi zmianami objętości w porównaniu z materiałem bez obróbki wstępnej. Odwadnianie przed suszeniem ogranicza zmiany objętości w granicach od 12 do 33%, w zaleŝności od zastosowanej substancji osmotycznej i temperatury procesu (Janowicz i Lenart, 2007). Ponadto zastosowanie róŝnych roztworów odwadniających przed suszeniem ma pozytywny wpływ na cechy mechaniczne jabłka suszonego konwekcyjnie (Jakubczyk i Sionek, 2006). Zastosowanie mikrofal w trakcie suszenia konwekcyjnego powoduje uzyskanie suszy o mniejszej twardości (Sitkiewicz i Lenart, 2002). RównieŜ dodatek kwasu mlekowego do roztworów odwadniających oraz zastosowanie do odwadniania syropu jabł- 15

16 Przegląd literatury kowego czy wiśniowego zamiast roztworu sacharozy daje ten sam efekt (Jakubczyk i Sionek, 2006). Stosowanie róŝnych naturalnych roztworów do odwadniania wpływa korzystnie na jakość prozdrowotną produktu. Odwadnianie w roztworze koncentratu gruszkowego, jak i mieszaninie koncentratu i sacharozy, prowadzi do wzrostu zawartości polifenoli w gruszkach. Natomiast zastosowanie jedynie roztworu sacharozy do odwadniania powoduje zmniejszenie zawartości polifenoli, tym większe im dłuŝej trwał proces. Po 6 godzinach zawartość polifenoli w kostkach była o 50% mniejsza niŝ w surowcach. Dodatkowo zastosowany proces suszenia konwekcyjnego po procesie odwadniania osmotycznego obniŝa zawartość polifenoli ogółem w suszach gruszkowych (Kopera i Mitek, 2007). Natomiast susze otrzymane z owoców świeŝych borówki wysokiej charakteryzują się istotnie wyŝszą pojemnością przeciwutleniającą, w porównaniu z suszami otrzymanymi z owoców wcześniej blanszowanych i poddawanych odwadnianiu osmotycznemu (Ścibisz i Mitek, 2006). Odwadnianie osmotyczne wpływa na wielkość i kształt komórek tkanki, co w konsekwencji zmienia kształt i wymiar przestrzeni międzykomórkowych. Obserwuje się zdecydowane zmniejszenie objętości tkanki poddawanej odwadnianiu osmotycznemu, a rozkład komórek ma mniejszy zakres dla odwadnianej próbki niŝ surowej tkanki (Lewicki i Porzecka- Pawlak, 2005; Garcia i in., 2007). Proces ten powoduje wzrost udziału małych komórek w tkance i przesunięcie współczynnika kształtu w stronę mniejszych wartości. Długotrwałe odwadnianie (3h) powoduje zmiany w komórkach, deformacje oraz marszczenie powierzchni komórek, co moŝe doprowadzić do przerwania struktury i ciągłości tkanki (Lewicki i Porzecka-Pawlak, 2005). Aby poprawić jakość otrzymywanych surowców po odwadnianiu osmotycznym, stosuje się dodatkowe zabiegi i substancje pomocnicze w procesie odwadniania. Podczas odwadniania moŝna stosować ultradźwięki, które prowadzą do podwyŝszenia temperatury przejścia szklistego, obniŝają aktywność wody i jej zawartość oraz wpływają na lepszy stopień odtworzenia produktu. Dodatek soli wapnia do roztworu osmotycznego powoduje jednocześnie wzbogacenie Ŝywności w wapń oraz poprawia strukturę tkanki, co równieŝ wpływa korzystnie na proces suszenia oraz właściwości rekonstytucyjne suszu (Deng i Zhao, 2008). Kolejny proces stosowany przy odwadnianiu to traktowanie pulsacyjnym polem elektrycznym, które zdecydowanie poprawia wymianę masy wraz ze wzrostem zastosowanej liczby impulsów oraz przyczynia się do zachowania lepszej barwy odwadnianej czerwonej papryki (Ade- Omowaye i in., 2003). Ponadto często przed procesem odwadniania stosuje się powlekanie takimi substancjami jak: skrobia ziemniaczana, skrobia kukurydziana, amylopektyna, Ŝelatyna, nisko- i wysoko- 16

17 Przegląd literatury metylowana pektyna, karboksymetyloceluloza itp., w celu ograniczenia wnikania substancji osmotycznej do odwadnianej tkanki. Zastosowanie powłoki zwiększa równieŝ ubytek wody i zmniejsza przyrost masy i efektywny współczynnik dyfuzji, w porównaniu do próbki bez powłoki (Emam-Djomeh i in., 2005) Obróbka wstępna termiczna Jednym z podstawowych zabiegów wstępnych jest obróbka termiczna surowca. Podstawowym z nich jest blanszowanie, które ma na celu częściowe zniszczenie mikroflory, inaktywowanie enzymów, np. oksydazy polifenolowej odpowiedzialnej za ciemnienie surowców, usunięcie powietrza z przestrzeni międzykomórkowych oraz niepoŝądanych i szkodliwych dla organizmu ludzkiego składników, np. azotanów obecnych w roślinach nadmiernie nawoŝonych (Beveridge i Weintraub, 1995; Valle i in., 1999; Shyu i Hwang, 2001; Galindo i in., 2005). Ponadto proces blanszowania zdecydowanie skraca czas suszenia, nawet o 57% w przypadku suszenia bakłaŝana (Ertekin i Yaldiz, 2004). Dzięki blanszowaniu moŝna uzyskać produkt, który po procesie suszenia będzie delikatniejszy, w porównaniu do twardych suszy konwekcyjnych (Beveridge i Weintraub, 1995). MoŜna równieŝ zapobiegać zmianom barwy surowców poddawanych późniejszemu suszeniu poprzez blanszowanie produktów w syropie przygotowanym na bazie sacharozy, syropu kukurydzianego, wody i miodu pszczelego (Janowicz, 2002b). Blanszowanie, jak kaŝdy proces cieplny, powoduje utratę cennych składników zawartych w surowcach oraz zmiany w strukturze tkankowej. Kwas askorbinowy i beta-karoten są wraŝliwe na temperaturę i utlenianie podczas blanszowania jak i suszenia (Negi i Roy, 2000). Zawartość kwasu L-askorbinowego w czarnej porzeczce po procesie blanszowania w wodzie ulega zmniejszeniu o 18%, po blanszowaniu parowym straty wynoszą 14%, a po blanszowaniu mikrofalowym 10% (Lis i Rudy, 2000). Obróbka wstępna wpływa równieŝ na obniŝenie zdolności przeciwutleniającej owoców (Ścibisz i Mitek, 2006). Zmniejszenie podczas blanszowania ubytków substancji o wysokiej wartości odŝywczej jest moŝliwe dzięki zastosowaniu właściwej kombinacji parametrów procesu, tj. czasu i temperatury. Zastosowanie blanszowania mikrofalowego, a następnie suszenia konwekcyjnego w temperaturze 60ºC pozwala na otrzymanie suszu z czarnej porzeczki o najlepszej jakości pod względem zawartości kwasu L-askorbinowego, oceny sensorycznej oraz zdolności do rehydracji (Lis i Rudy, 2000). Jednocześnie suszenie w niskiej temperaturze 30±2 C powoduje lepsze zachowywanie beta karotenu i kwasu askorbinowego w kapuście włoskiej, kozieradce i szarłacie trójbarwnym (Negi i Roy, 2000). Ze względu na zmiany w strukturze tkankowej, stopień odtworzenia suszonej 17

18 Przegląd literatury próbki poddanej wcześniej blanszowaniu jest zazwyczaj niŝszy niŝ próbki poddanej jedynie suszeniu (Ertekin i Yaldiz, 2004). Blanszowanie mikrofalowe w ostatnich latach zyskało na popularności, ze względów na korzystne wyniki prowadzonych badań nad wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego jako czynnika grzewczego. Ogrzewanie mikrofalowe tkanki przez 2,5-5 minut, zastosowane przed suszeniem konwekcyjnym, skraca czas suszenia o połowę (Funebo i in., 2000). W porównaniu do surowca nieblanszowanego, blanszowanie w wodzie skraca czas suszenia cebuli o 57%, a mikrofalowe o 21% (Lis i Lis, 1996). Zastosowanie ogrzewania mikrofalowego ma istotny wpływ na strukturę suszu i lepszą odtwarzalność, choć po procesie suszenia skurcz materiału jest większy, w porównaniu z produktem niepoddanym obróbce wstępnej przed suszeniem (Funebo i in., 2000). Podobnie ogrzewanie omowe wpływa na lepszą wymianę masy w czasie suszenia. Traktowanie prądem przyspiesza suszenie i przy zastosowaniu minimalnych wartości mocy pola elektrycznego 50 V/cm oraz końcowej temperatury 45ºC czas suszenia słodkich ziemniaków pod obniŝonym ciśnieniem jest krótszy o 22-24%, w porównaniu do próbki niepoddanej ogrzewaniu (Zhong i Lima, 2003). Zastosowanie przed suszeniem konwekcyjnym ogrzewania HTST, w wysokiej temperaturze przez krótki czas, równieŝ zdecydowanie obniŝa całkowity czas suszenia. Czas suszenia plastrów jabłka wynosił 1,1 i 0,9 h, przy zastosowaniu obróbki wstępnej HTST w temperaturze odpowiednio 120 i 140ºC przez 0,25 h, podczas gdy suszenie konwekcyjne trwało 1,6 h (Schultz i in., 2007). Zastosowanie tego typu blanszowania pozwala na zachowanie lepszej barwy produktu, choć wpływa na zmiany w strukturze tkanki, dając bardziej miękki produkt (Lewicki, 2006) Ekonomiczne aspekty suszenia Jakość Ŝywności i koszt jej wyprodukowania są jednymi z najistotniejszych czynników przy wyborze metody utrwalania (El-Aouar i in., 2003, Strumiłło, 2005). Procesy wymiany masy i ciepła, związane z przejściem fazowym, wymagają odpowiedniego nakładu energii i w związku z tym generują duŝe koszty (Witrowa-Rajchert, 2000; Ratti, 2001; Itaya i Mori, 2005; Deng i Zhao, 2008). Suszenie jest waŝnym pod względem technologicznym procesem, stosowanym w roŝnych gałęziach przemysłu (Chou i Chua, 2001; Itaya i Mori, 2005). Proces suszenia obfituje w największą róŝnorodność aparaturową wśród operacji jednostkowych inŝynierii procesowej (Witrowa-Rajchert, 2000; Chou i Chua, 2001; Chua i Chou, 2003; Lewicki, 2006). ZuŜycie energii w przemyśle suszarniczym sięga 12% całej energii zuŝywanej przez przemysł (Stru- 18

19 Przegląd literatury miłło, 2005). Jednocześnie sprawność termiczna aparatury suszarniczej jest stosunkowo niska i wynosi niekiedy jedynie kilkanaście procent, a przeciętne wartości oscylują wokół 40-60% (Witrowa-Rajchert, 2000). Celem procesu suszenia w przemyśle spoŝywczym jest uzyskanie wysokiej jakości produktu, ale takŝe, ze względów ekonomicznych, istotne jest zredukowanie kosztów procesu oraz, ze względów środowiskowych, zminimalizowanie zuŝycia energii. ObniŜenie zuŝycia energii przez przemysł suszarniczy jest konieczne równieŝ ze względu na wzrost kosztów energii. Redukcja zuŝycia energii oraz wykorzystywanie energii odnawialnej jest takŝe częścią światowego programu ochrony przed efektem cieplarnianym. Stosowanie kombinowanych metod suszenia Ŝywności pozwala na zmniejszenie zuŝycia energii, dlatego teŝ przemysł skłania się do wykorzystywania tych nowoczesnych metod suszenia (Chou i Chua, 2001; Ivanova i in., 2003; Strumiłło, 2005; Schiffmann, 2006; Koyuncu i in., 2007). Nowoczesne metody suszenia pozwalają na uzyskanie produktu o wyŝszej jakości, co spełnia równieŝ wymagania konsumenta (Chua i Chou, 2003). Główną przeszkodą we wdraŝaniu innowacyjnych urządzeń suszarniczych do przemysłu jest ich koszt. Oszczędności moŝna szukać poprzez zastosowanie metod, które będą skracały czas suszenia, dawały wyŝszy stopień usuwania wody na jednostkę materiału oraz niŝszą temperaturę powierzchni produktu, co wpłynie na jego wysoką jakość, rozumianą jako produkt charakteryzujący się mniejszym skurczem suszarniczym, brakiem pęknięć w strukturze, odpowiednią barwą oraz zachowaniem wartości odŝywczej (Chou i Chua, 2001; Chua i in., 2003). Mimo wysokich kosztów procesu, duŝe ilości surowców roślinnych są poddawane procesowi suszenia, aby utrwalić produkt o właściwym wyglądzie, oryginalnym, swoistym zapachu (Chou i Chua, 2001). W czasie suszenia następuje zmniejszenie masy i objętości suszonych materiałów, co z kolei obniŝa koszty pakowania, transportu i magazynowania (El-Aouar i in., 2003; Lewicki, 2006). Uzyskiwany w ten sposób materiał moŝe być długo przechowywany, przy czym jednocześnie jest łatwy do odtworzenia (Strumiłło, 2005; Witrowa-Rajchert i Radecka-Wierzbicka, 2005; Janowicz i Lenart, 2007). Ponadto zastosowanie właściwych parametrów suszenia, tj. wilgotności, temperatury oraz szybkości przepływu powietrza suszącego, decyduje nie tylko o zmianach cech strukturalnych, barwy, aromatu czy składników odŝywczych, ale równieŝ zmniejsza koszty eksploatacyjne (Strumiłło, 1983; Bakier, 2002). Suszenie konwekcyjne jest jednym z najłatwiejszych sposobów przetworzenia owoców i warzyw, jednak koszty operacyjne tej metody wzrastają wraz ze wzrostem zuŝycia energii (Sharma i Prasad, 2006; Schulz i in., 2007). Przy zastosowaniu suszenia wiśni w temperaturze od 50 do 70ºC i przy przepływie powietrza w zakresie 0,3-0,9 m/s, minimalne i maksymalne 19

20 Przegląd literatury wymagania energetyczne wynoszą od 11,57 do 39,55 kwh/kg, co wiąŝe się z długim czasem suszenia, od 29 do 85 h, dla róŝnych parametrów suszenia (Koyuncu i in., 2007). Koszty inwestycyjne większości suszarek konwekcyjnych są niewielkie, natomiast koszty eksploatacyjne są wysokie (Chou i Chua, 2006; Wang i Sheng, 2006). Mikrofale są atrakcyjnym źródłem energii cieplnej. Ekonomiczne korzyści wynikają z krótszego czasu suszenia oraz oszczędności czasu (Appleton i in., 2005; Askari i Emam- Djomeh i in., 2005). ZuŜycie energii w suszeniu konwekcyjno-mikrofalowym moŝe być nawet o 90% mniejsze niŝ w suszeniu konwekcyjnym (Sharma i Prasad, 2006). Przykładowo, do wysuszenia dyni metodą konwekcyjną, konwekcyjno-mikrofalową i mikrofalową zuŝyto energię w ilości odpowiednio 0,61-0,78, 0,33-0,4 i 0,24-0,26 kwh (Alibas, 2007b). Suszenie mikrofalowe przy zastosowaniu niŝszej mocy mikrofal powoduje zwiększenie pobieranej energii, ze względu na dłuŝszy czas suszenia przy mniejszych wartościach mocy mikrofal (Wang i Sheng, 2006). Zastosowanie wyŝszej mocy mikrofal, 850 W, zmniejsza zuŝycie energii, ze względu na krótszy czas suszenia liści pokrzywy, wynoszący jedynie 4 minuty. Energia potrzebna do ich wysuszenia wynosi jedynie 0,06 kwh, natomiast przy niŝszych wartościach mocy mikrofal, W, zuŝycie energii wzrasta do 0,07 kwh, ze względu na dłuŝszy czas suszenia, 5-6 minut. Natomiast podczas suszenia próŝniowego zuŝyto aŝ 0,81 kwh energii (Alibas, 2007a). Dodatkowo niŝsze koszty wynikają z natury działania mikrofal, które ogrzewają bezpośrednio produkt w całej jego objętości. Oznacza to, Ŝe energia nie jest zuŝywana na ogrzanie powietrza, ścian komory suszarniczej, sita i innych części suszarki, jak w przypadku suszenia konwekcyjnego (Schiffmann, 2006). JednakŜe stopień wykorzystania suszenia mikrofalowego w przemyśle jest niewielki, z powodu duŝych kosztów inwestycyjnych (Nijhuis i in., 1998; Appleton i in., 2005; Erle, 2005; Vadivambal i Jayas, 2007) oraz niezbyt wysokiej sprawności energetycznej, w porównaniu z technologią tradycyjną (Chou i Chua, 2001). Tylko 50-70% energii efektywnej jest przetwarzana przez magnetron na mikrofale, a teŝ tylko część ich jest absorbowana przez suszony materiał (Zhang i in., 2006). Przykładowo, koszt suszarki mikrofalowo-próŝniowej jest prawie trzykrotnie większy niŝ suszarki konwekcyjnej (Erle, 2005). Ponadto generator mikrofal magnetron jest drogim elementem suszarki, a w czasie eksploatacji często ulega uszkodzeniu i musi być wymieniany (Nijhuis i in., 1998). Suszenie za pomocą promieni podczerwonych moŝe być rozwaŝane w aspektach sztucznego suszenia słonecznego. Skraca czas suszenia, a dodatkowo w łagodny sposób traktuje suszony materiał. Suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego jest uznawane jako metoda energooszczędna, która moŝe być stosowana w rozwijających się kra- 20

21 Przegląd literatury jach (Chua i Chou, 2003; Wang i Sheng, 2006). JednakŜe całkowite koszty suszarki zaleŝą od rodzaju emitera podczerwieni, który jest głównym źródłem kosztu suszarki. Emitery promieni podczerwonych są mniej kosztowne, łatwiejsze w konserwacji i charakteryzują się dłuŝszą Ŝywotnością, w porównaniu z generatorem mikrofal (Ratti i Mujumdar, 2006). Mimo to, w porównaniu z suszeniem mikrofalowym, suszenie z zastosowaniem promieniowania podczerwonego zuŝywa większe ilości energii, ze względu na dłuŝszy czas tego procesu (Wang i Sheng, 2006). Natomiast w porównaniu z suszeniem konwekcyjnym, suszenie konwekcyjno-promiennikowe zuŝywa o około 63% mniej energii potrzebnej do usunięcia wody z marchwi i ziemniaka (Hebbar i in., 2004). Podobnie suszenie pod obniŝonym ciśnieniem oraz parą przegrzaną pod obniŝonym ciśnieniem jest procesem bardziej kosztownym niŝ suszenie wykorzystujące promienie podczerwone (Nimmol i in., 2007). Stosowanie nowoczesnych, kombinowanych metod suszenia, z zastosowaniem róŝnych źródeł ogrzewania, działających w sposób okresowy, równieŝ minimalizuje koszty procesu suszenia (Chua i in., 2003). Suszenie zaczyna być traktowane jako kompleksowy proces, obejmujący zabiegi wstępne, suszenie i przechowywanie, w wyniku czego naleŝy tworzyć całe systemy suszące (Strumiłło, 2005). Takie systemy mają za zadanie zminimalizować reakcje chemiczne, zredukować zmiany struktury i tekstury, zachować odpowiednią barwę produktu. Ponadto mają pozwolić na kontrolowanie gęstości produktu oraz umoŝliwić w łatwy sposób dobór parametrów procesu, aby otrzymywać róŝnorodne produkty, o róŝnej zawartości wody i właściwościach, przeznaczone dla róŝnych odbiorców. Jednocześnie koszt wytworzenia, jak i eksploatacji systemów suszących, powinien być stosunkowo niewielki, a urządzenie takie powinno się charakteryzować wysoką sprawnością (Chou i Chua, 2001) Charakterystyka wybranych metod suszenia Pierwsze wzmianki o suszeniu Ŝywności w literaturze pojawiły w XVIII wieku (Vega- Mercado i in., 2001). Suszenie róŝnych surowców Ŝywnościowych wymaga zastosowania specyficznych warunków suszenia, które wpływają na jakość końcową uzyskanego suszu. Najbardziej rozpowszechnioną metodą suszenia surowców roślinnych jest suszenie konwekcyjne (Nijhuis i in., 1998; Lin i in. 1998; Wang i Chao, 2002; Mayor i Sereno, 2003; Krokida i Philippopoulos, 2006). Jest często stosowane w przemyśle, ze względu na prostotę budowy i łatwą eksploatację urządzeń. Jednak niska sprawność energetyczna takich suszarek i niska jakość uzyskanego produktu wpłynęła na to, Ŝe zaczęto poszukiwać nowych metod suszenia, które dają lepszy produkt pod względem jakościowym, a zarazem charakteryzujących się ni- 21

22 Przegląd literatury skim kosztem produkcji (Wang i Chao, 2002). Wśród nich znajdują się m.in. suszenie promieniami podczerwonymi, suszenie przy uŝyciu fal mikrofalowych oraz wszelkie kombinacje metod tradycyjnych i niekonwencjonalnych (Stanisławski, 2003; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007) Suszenie konwekcyjne Surowiec suszony konwekcyjnie jest poddawany działaniu gorącego powietrza, co prowadzi do uzyskania produktów o zmienionej strukturze. Ciepło parowania dostarczane jest do powierzchni na drodze konwekcji, a odparowana wilgoć jest usuwana z otoczenia materiału (Mujumdar, 2006). Na początku procesu suszenia powierzchnia materiału charakteryzuje się znacznie wyŝszą temperaturą niŝ wewnętrzne jego partie (Schiffmann, 2006). Odparowanie wody powoduje wysuszenie matrycy materiału i wzrost stęŝenia substancji rozpuszczalnych w wodzie. Zagęszczenie składników moŝe powodować przyspieszenie przebiegu reakcji chemicznych i enzymatycznych w produkcie (Lewicki, 2006). Przy suszeniu produktów roślinnych najczęściej wyodrębnia się dwa okresy suszenia. Na początku obserwuje się stałą szybkość suszenia, a następnie jej zmniejszenie (Strumiłło, 1983; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Dzieje się tak w wyniku zmniejszenia siły napędowej procesu, czyli róŝnicy pręŝności pary na powierzchni materiału suszonego i otaczającego go powietrza. Dwa okresy suszenia zaobserwowano przykładowo podczas suszenia metodą konwekcyjną korzeni pietruszki (Skorupska, 2005), zielonych oliwek (Demir i in., 2007) i jabłka (Janowicz, 2002a; Veli i in., 2004). Jednak często obserwowany jest tylko okres malejącej szybkości suszenia dla róŝnego rodzaju surowców, np. liści mięty (Doymaz, 2006), dyni (Doymaz, 2007), bananów (Maskan, 2000), jabłek (Andrés i in., 2004; Kaya i in., 2007), czosnku (Sharma i Prasad, 2001), groszku (Doymaz, 2005), kopru i pietruszki (Doymaz i in., 2006). Skrócenie czasu suszenia wraz ze wzrostem temperatury i prędkości przepływu powietrza było obserwowane przez wielu badaczy, np. podczas suszenia marchwi (Doymaz, 2004), jabłka (Veli i in., 2004; Sacilik i Elicin, 2006; Kaya i in., 2007), bakłaŝana (Ertekin i Yaldiz, 2004), groszku (Doymaz, 2005), kapusty włoskiej (Mwithiga i Olwal, 2005), dyni (Doymaz, 2007), kopru i pietruszki (Doymaz i in., 2006). Większa róŝnica temperatur między produktem a temperaturą powietrza zwiększa migrację wody (Kaya i in., 2007). Natomiast zwiększający się przepływ powietrza przyspiesza usuwanie wilgoci znad suszonego produktu (Veli i in, 2004). 22

23 Przegląd literatury Suszenie konwekcyjne stosowane jest do otrzymywania róŝnych produktów spoŝywczych (Itaya i Mori, 2005). Natomiast podstawową jego wadą jest wysoka temperatura materiału i długi czas suszenia, który prowadzi do zmian w tkance roślinnej, obniŝając jej jakość i wartość odŝywczą (Vadivambal i Jayas, 2007; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Dlatego teŝ suszenie konwekcyjne jest niekorzystne, ze względu na duŝe straty wartości odŝywczej, zmiany barwy, zapachu, smaku i tekstury, skurcz oraz słabą rehydracją (Nijhuis i in., 1998; Hebbar i in., 2004). Jednak mimo wielu wad tego procesu, jest on niezastąpiony w wielu zakładach przemysłu spoŝywczego (Lewicki, 2006) Suszenie z wykorzystaniem mikrofal Mikrofale są to fale elektromagnetyczne o zakresie częstotliwości od 300 MHz do 300 GHz., poruszające się z taką samą prędkością co światło (Brewer, 2005). Długość fali w tym zakresie wynosi od 1 mm do 1 m (Schiffmann, 2006). Najczęściej w przemyśle wykorzystywane są dwa zakresy: 915 i 2450 MHz, które odpowiadają długości fali odpowiednio 32,7 i 12,2 cm (Drouzas i Schubert, 1996; Vega-Mercado i in., 2001; Appleton i in., 2005; Erle, 2005). Mikrofale to forma energii, która w efekcie powoduje ogrzewanie materiału, znajdującego się w polu eketromagnetycznym (Nijhuis i in., 1998). Główne składniki Ŝywności, tj. woda, węglowodany, tłuszcze, białka i sole mineralne, zachowują się róŝnie w polu elektromagnetycznym. Molekuły wody są polarne i mogą zmieniać swoją orientację, w związku z czym Ŝywność jest dobrym materiałem do suszenia z zastosowaniem mikrofal (Nijhuis i in., 1998; Vega-Mercado i in., 2001; Lewicki, 2004; Vadivambal i Jayas, 2007). Mikrofale wywołują rotację dipolów, a jony przyspieszają w polu elektrycznym (Brewer, 2005; Schiffmann, 2006; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). W ciągu sekundy następuje wiele milionów kolizji molekuł, a ogrzewanie jest wynikiem sił tarcia między nimi (Nijhuis i in., 1998; Schiffmann, 2006). Im większa jest zawartość wody w produkcie, tym więcej promieni mikrofalowych jest absorbowanych (Rybicki, 2005). Mikrofale łatwo przenikają przez produkt, ogrzewając go we wnętrzu, a nie na powierzchni, jak to ma miejsce przy suszeniu konwekcyjnym za pomocą gorącego powietrza (Giese, 1992; Lewicki i in., 2001b). Tak więc, najbardziej charakterystyczną cechą suszenia mikrofalowego jest objętościowe ogrzewanie, gdzie produkt absorbuje bezpośrednio energię mikrofal i przekształca ją w ciepło (Vadivambal i Jayas, 2007; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Mikrofale penetrują materiał, wytwarzając wewnątrz niego ciepło. Ciepło to powoduje parowanie wody i zmianę ciśnienia wewnątrz materiału. Ciepło wewnątrz materiału powoduje wytworzenie gradientu temperatury i ciśnienia w produkcie, co w konsekwencji powoduje 23

24 Przegląd literatury delikatne pompowanie wilgoci do powierzchni materiału (Chou i Chua, 2001; Sokhansanj i Jayas, 2006). Temperatura powierzchni materiału jest mniejsza w porównaniu z jej środkiem, dzięki czemu powierzchnia suszonej próbki pozostaje wilgotna. Wraz z upływem czasu, ciśnienie wewnętrzne rośnie, w wyniku czego następuje parowanie wody i usuwanie wilgoci z powierzchni (Datta i Ni, 2002; Brewer, 2005; Sokhansanj i Jayas, 2006). Dzięki wilgotnej powierzchni w suszonym produkcie nie powstają utwardzone struktury utrudniające rehydrację, a jednocześnie umoŝliwia ona wzrost szybkości suszenia i zachowanie wysokiej jakości produktu (Chou i Chua, 2001; Szarysz, 2001; Vadivambal i Jayas, 2007). Zastosowanie okresowego dostarczanie energii mikrofal wpływa na obniŝenie temperatury powierzchni materiału, w porównaniu z ciągłym suszeniem mikrofalami (Chua i in., 2003). Podobnie, zastosowanie większego przepływu powietrza moŝe wpływać na niŝszą temperaturę powierzchni produktu (Pereira i in., 2007). Kinetyka procesu suszenia konwekcyjno-mikrofalowego składa się z dwóch okresów suszenia: okresu stałej i malejącej szybkości suszenia, które obserwowano dla pietruszki (Soysal, 2004; Soysal i in., 2006), pomarańczy (Ruíz Díaz i in., 2003) i owocu longan (Varith i in., 2007). Natomiast Andrés i in. (2004) wyróŝnili aŝ cztery okresy suszenia dla jabłka. Stosując suszenie z wykorzystaniem mikrofal, otrzymuje się znacznie krótszy czas potrzebny do wysuszenia materiału roślinnego, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego. Suszenie z wykorzystaniem mikrofal skraca czas suszenia kiwi o 40 89% (Maskan, 2001a), bananów o 64,3% (Maskan, 2000), jabłek o 50% (Lewicki i in., 2001b), w porównaniu z suszeniem konwekcyjnym. Porównując czas suszenia fluidyzacyjnego z wykorzystaniem mikrofal i standardowej suszarki fluidyzacyjnej do suszenia marchwi, równieŝ okazuje się, Ŝe jest on 2-3-krotnie krótszy przy uŝyciu mikrofal, a jakość tego suszu jest lepsza pod względem barwy, chrupkości i porowatości (Stanisławski, 2003). Ponadto, wraz ze wzrostem mocy mikrofal proces suszenia przebiega szybciej (Ruíz Díaz i in., 2003), co wiąŝe się z niŝszymi kosztami zuŝycia energii i najczęściej lepszą jakością otrzymanego suszu. Stosując duŝe moce mikrofal, tj. 560 W, oraz suszenie kombinowane, wykorzystujące po 50% o łącznej mocy 706 W, moŝna jeszcze bardziej skrócić czas suszenia, nawet o 98%, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego w temperaturze 60ºC i przy przepływie powietrza 1,7 m/s (Sumnu i in., 2005). Jednak przy zbyt duŝych wartościach mocy energii mikrofalowej moŝe dochodzić do zwęglenia suszonej próbki (Pereira i in., 2007). Dodatkowe przyspieszenie procesu suszenia moŝna takŝe uzyskać poprzez obniŝenie ciśnienia w instalacji suszarniczej. Powoduje to wzrost gradientu pręŝności pary wodnej między wnętrzem materiału i jego otoczeniem oraz 24

25 Przegląd literatury zmniejsza ilości dostarczanego na drodze konwekcji ciepła, a to dodatkowo obniŝa koszty (Szarysz i in., 2002). Zaletami suszenia mikrofalowego jest intensywność wymiany masy i ciepła, wzrost szybkości suszenia bez wzrostu temperatury powierzchni produktu, dostarczanie energii prosto do materiału i wysoka jakość suszu (Wang i Sheng, 2006; Schiffmann, 2006; Alibas, 2007a). W wyniku suszenia mikrofalowego otrzymuje się produkty dobrze oceniane pod względem barwy, smaku, wartości odŝywczej, stabilności mikrobiologicznej. Ponadto proces ten powoduje inaktywację enzymów oraz charakteryzuje się dobrą jakością odtworzonego produktu w porównaniu ze świeŝym surowcem (Nijhuis i in., 1998). Suszenie mikrofalowe moŝe być stosowane do takich produktów jak zboŝe, owoce, warzywa, przekąski, produkty mleczne itp. (Chou i Chua, 2001). W przemyśle suszenie mikrofalowe obecnie stosuje się przede wszystkim do produkcji makaronów. W tym przypadku suszenie konwekcyjne trwa bardzo długo i sucha powierzchnia zewnętrzna często ulega popękaniu. Podczas ogrzewania mikrofalowego woda odparowuje wewnątrz materiału, powodując konwekcyjne chłodzenie powierzchni, która w efekcie pozostaje wilgotna do końca suszenia, co zapobiega jej uszkodzeniu (Sokhansarj i Jayas, 2006). Inne, przemysłowe zastosowanie suszenia mikrofalowego to dosuszanie herbatników po pieczeniu (Nijhuis i in., 1998). Wadą suszenia mikrofalowego jest niejednorodne, nierówne ogrzewanie materiału. Ponadto szybkie nagrzewanie się produktu moŝe być teŝ niekorzystne, gdyŝ moŝe nastąpić przegrzanie materiału i jego twardnienie. Za wysoka temperatura moŝe prowadzić do nieodwracalnych zmian oraz zniszczenia struktury, które często konsument odczytuje jako niską jakość produktu (Nijhuis i in., 1998, Schiffmann, 2006) Suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego Promieniowanie podczerwone zostało odkryte w 1800 r. przez Williama Herschela. W 1847 r. Fizeau i Foucault wskazali, iŝ promieniowanie podczerwone ma te same właściwości co światło widzialne (Skjöldebrand, 2002). Długość fal promieniowania podczerwonego znajduje się między spektrum promieniowania ultrafioletowego i mikrofal. Widmo promieniowania podczerwonego moŝna podzielić na trzy zakresy: fale krótkie 0,75 1,4 µm, średnie 1,4 3 µm oraz długie µm (Sakai i Hanzawa, 1994). Generalnie daleka podczerwień ma największe zastosowanie w przetwórstwie Ŝywności, ze względu na największą absorpcję energii promieniowania o tej długości przez większość składników Ŝywności (Krishnamurthy i in., 2008). Suszenie promiennikowe polega na dostarczeniu ciepła do wilgotnego materiału na skutek promieniowania powierzchni grzejnych. Energia cieplna jest przekazywana do su- 25

26 Przegląd literatury szonego ciała w postaci promieniowania podczerwonego (Sakai i Hanzawa, 1994). Kiedy promieniowanie oddziałuje na powierzchnię Ŝywności, moŝe wywoływać zmiany w elektronach, energii oscylacyjnej cząsteczek oraz zmieniać ruch obrotowy atomów i molekuł. W zaleŝności od rodzaju Ŝywności i składników w niej zawartych promienie podczerwone przenikają na określoną głębokość próbki. Przykładowo, dla surowego jabłka głębokość przenikania promieni podczerwonych wynosi od 4,1 do 7,4 mm (Datta i Ni, 2002 za Ginzburg, 1969). Natomiast materiał nie tylko absorbuje energię, ale moŝe ją takŝe odbijać lub rozpraszać (Datta i Ni, 2002; Lewicki, 2004; Krishnamurthy i in., 2008). Promieniowanie podczerwone powoduje szybkie nagrzanie się powierzchni suszonej Ŝywności, a następnie ciepło jest przekazywane przez przewodzenie do wnętrza materiału (Krishnamurthy i in., 2008). Suszenie promieniami podczerwonymi juŝ w latach 70-tych XX wieku wykorzystywane było na skalę przemysłową w przemyśle samochodowym, papierniczym oraz tekstylnym. Ze względu na brak wiedzy na temat wpływu promieniowania podczerwonego na produkt spo- Ŝywczy, ta metoda suszenia nie została przeniesiona do przemysłu spoŝywczego. Dopiero późniejsze badania wykazały, iŝ z powodzeniem suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego moŝe być stosowane do suszenia warzyw, owoców, makaronów, ryŝu, zboŝa, mąki, płatków, kawy, owoców morza, przypraw, mięsa i ryb. Zachowana zostaje wysoka wartość odŝywcza, dzięki czemu moŝna suszyć tą metodą delikatne produkty, które mogą słuŝyć do wytwarzania suplementów diety, Ŝywności dla niemowląt czy Ŝywności specjalnego przeznaczenia (Skjöldebrand, 2002; Chua i Chou, 2003; Ratti i Mujumdar, 2006; Timoumi i in., 2007). Ponadto promienie podczerwone działają zabójczo na niektóre drobnoustroje (Wesołowski i Markowski, 2000; Skjöldebrand, 2002; Galindo i in., 2005; Krishnamurthy i in., 2008). Zaletą tego typu suszenia jest jego uniwersalność, jako alternatywne źródło energii, oraz krótki czas suszenia. Suszenie konwekcyjne z wykorzystaniem promieni podczerwonych mo- Ŝe skrócić czas suszenia brzoskwiń nawet 2-2,5-krotnie (Wang i Sheng, 2006). W przypadku suszenia marchwi i ziemniaków czas suszenia jest krótszy o około 48% niŝ suszenie konwekcyjne (Hebbar i in., 2004). Zastosowanie promiennika podczerwieni w suszarce próŝniowej oraz w suszarce pracującej pod obniŝonym ciśnieniem skraca czas suszenia bananów od 5 do 26%, w zaleŝności od uŝytych parametrów suszenia (Nimmol i in., 2007). Suszenie promieniami podczerwonymi charakteryzuje się duŝym stopniem przekazania energii cieplnej, wysoką wydajnością przekształcenia energii elektrycznej w ciepło promieni podczerwonych, łatwym sposobem nakierowania źródła energii cieplnej na powierzchnię suszonego materiału, precyzyjną regulacją poziomu natęŝenia promieniowania, jednorodnym 26

27 Przegląd literatury ogrzewaniem, łatwym sposobem kontroli procesu i montaŝu emitera podczerwieni w istniejącą suszarkę konwekcyjną, oszczędnością energii oraz niskim kosztem. Ponadto promienie podczerwone są przekazywane z elementu ogrzewającego do produktu bez ogrzewania otaczającego powietrza (Wesołowski i Markowski, 2000; Chou i Chua, 2001; Wang i Sheng, 2006; Krishnamurthy i in., 2008). Suszarka tego typu jest tak prosta w obsłudze, Ŝe moŝe być obsługiwana przez laika (Chua i Chou, 2003). Mimo wielu zalet, nadal suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego nie jest powszechnie stosowane, choć wzrasta zainteresowanie tą metodą (Ratti i Mujumdar, 2006; Timoumi i in., 2007). Kinetyka suszenia zaleŝy od odległości między powierzchnią emitującą promienie podczerwone a naświetlaną powierzchnią oraz prędkości przepływu i temperatury powietrza. W kinetyce procesu suszenia promieniami podczerwonymi Wang i Sheng (2006) wyróŝnili dwa okresy malejącej szybkości suszenia. Na czas suszenia promiennikowego ma wpływ zastosowana moc promienników, grubość próbki oraz jej odległość od źródła promieniowania, prędkość przepływu powietrza oraz jego temperatura. Na czas suszenia równieŝ ma wpływ zastosowanie określonej długości fali. Dostarczenie ciepła za pomocą dalekiej podczerwieni FIR (3-100 µm) wydłuŝa czas suszenia jabłek około 2,5-krotnie, w porównaniu z bliską podczerwienią NIR, o długości fali 0,77-1,4 µm (Nowak i Lewicki, 2002a). Wzrost intensywności promieniowania powoduje wzrost temperatury materiału i tym samym wzrasta intensywność wymiany masy, co ma wpływ na prędkość suszenia (Mongpraneet i in., 2002). W przypadku suszenia jabłka zwiększenie mocy z 200 do 1250 W spowodowało pięciokrotne skrócenie czasu suszenia, przy wzroście temperatury powietrza jedynie o około 10ºC (Wesołowski i Markowski, 2000). Wraz ze wzrostem mocy promieni podczerwonych wzrasta szybkość dyfuzji, a istotne znaczenie ma grubość suszonej próbki (Afzal i Abe, 1998). Przy mocy 200 W czas suszenia próbki jabłka o grubości 10 mm wynosi 1800 minut, natomiast gdy próbka ma grubość 2,5 mm juŝ tylko 500 minut (Wesołowski i Markowski, 2000). Wzrost prędkości przepływu powietrza zmniejsza prędkość usuwania wilgoci, co z kolei wydłuŝa czas suszenia. Czas suszenia plastrów cebuli przy szybkości powietrza 1,0 m/s, temperaturze powietrza 45 C i mocy promienników 300 W wynosi 8 h, zwiększając się do 9 h, kiedy prędkość przepływu powietrza zwiększono do 1,5 m/s (Sharma i in., 2005). Dzieje się tak w wyniku ochładzania powierzchni suszonego produktu, w miarę wzrostu prędkości przepływu powietrza. Stąd wpływ szybkości przepływu powietrza na kinetykę suszenia podczerwonego jest przeciwny niŝ obserwowany podczas suszenia konwekcyjnego. Mimo to czas suszenia jest zdecydowanie krótszy od czasu suszenia konwekcyjnego. Natomiast gdy zwiększa 27

28 Przegląd literatury się temperaturę podczas suszenia promiennikowego, czas ulega skróceniu (Nimmol i in., 2007). Mimo wielu zalet suszenia z wykorzystaniem promieni podczerwonych, istnieją pewne przeszkody w stosowaniu tej metody. Ze względu na bardzo szybkie nagrzewanie się suszonego produktu, wysoka temperatura materiału, szczególnie w końcowym etapie suszenia, mo- Ŝe powodować chemiczne zmiany w suszonej tkance (Datta i Ni, 2002; Krishnamurthy i in., 2008). Obserwowane jest nieenzymatyczne brązowienie i związana z tym zmiana barwy. Wysoka temperatura moŝe równieŝ powodować zmiany fazowe, tj. przejście szkliste lub krystalizację, wpływające na mechaniczne właściwości suszonej Ŝywności (Nowak i Lewicki, 2005). Poza tym, w przypadku wzrostu grubości warstwy suszonego materiału, wzrostu długości fali oraz wzrostu zawartości wody w suszonym materiale, przenikliwość promieni podczerwonych maleje (Pabis, 1965; Ratti i Mujumdar, 2006). Ponadto wadą suszenia promieniami podczerwonymi jest jego powierzchniowy charakter. Aby uzyskać optymalne parametry suszenia, naleŝy suszyć próbkę o grubości nie większej niŝ 5 mm (Sakai i Hanzawa, 1994). Trudności w zastosowaniu tej metody suszenia w przemyśle mogą wynikać takŝe z potencjalnych zagro- Ŝeń poŝarowych oraz trudności w przeniesieniu suszarki do skali przemysłowej (Mongpraneet i in., 2002; Chua i Chou, 2003; Wang i Sheng, 2006; Krishnamurthy i in., 2008). Mimo tych wad, na skalę przemysłową stosuje się tego typu sposoby dostarczania ciepła głównie w Japonii, do suszenia wodorostów morskich, marchwi, dyni i innych produktów (Ratti i Mujundar, 2006) Zmiany tkanki roślinnej wywołane procesem suszenia Woda jest jednym z głównych składników Ŝywności i ma decydujący wpływ na jakość i trwałość produktu. Obecność wody wpływa na działalność enzymów, mikroorganizmów, rodzaj przemian fizycznych i chemicznych zachodzących w materiale (Vega-Mercado i in., 2001; El-Aouar i in., 2003; Janowicz i Lenart, 2007). RównieŜ parametry procesów, jakim poddawana jest Ŝywność, oraz warunki jej przechowywania w znaczący sposób wpływają na jej jakość (Nijhuis i in., 1998; Chua i in., 2003). Określenie jakości Ŝywności obejmuje takie zagadnienia jak wartość odŝywcza, akceptowalność i bezpieczeństwo. Akceptowalność dotyczy cech Ŝywności związanych z wyglądem, aromatem, smakiem i teksturą (Vadivambal i Jayas, 2007). Jest to szczególnie waŝne, poniewaŝ konsumenci wymagają wysokiej jakości produktów suszonych o wysokiej wartości odŝywczej, porównywalnej do świeŝych owoców i warzyw (Mayor i Sereno, 2004; Kalisz i Kurowska, 2005). Jednak podczas suszenia następują zmiany jakości Ŝywności, a dotyczą 28

29 Przegląd literatury one właściwości optycznych (barwa, wygląd), sensorycznych (zapach, smak, posmak), strukturalnych (gęstość, porowatość, objętość), teksturalnych, rekonstytucyjnych i odŝywczych (Vadivambal i Jayas, 2007). Na jakość Ŝywności poddawanej suszeniu wpływ mają czynniki chemiczne (reakcje brązowienia, utlenianie tłuszczów i utrata charakterystycznej barwy i aromatu), fizyczne (właściwości rehydracyjne, tekstura) i Ŝywieniowe (utrata witamin i substancji azotowych oraz wzrost mikroorganizmów) (Sokhansanj i Jayas, 2006) Czynniki chemiczne Chemiczne zmiany w Ŝywności wpływają głównie na właściwości sensoryczne produktów spoŝywczych, tj. barwę, smak i aromat. Wysoka temperatura oraz reakcje chemiczne zachodzące w czasie procesu suszenia mogą wpływać na wygląd produktu oraz powodować modyfikacje smaku i barwy suszonej Ŝywności (Nijhuis i in., 1998) Reakcje enzymatycznego brązowienia Produkty pochodzenia roślinnego często wykazują aktywność enzymatyczną, objawiającą się zmianą barwy, smaku i zapachu oraz obniŝeniem wartości odŝywczej. W wyniku procesu brązowienia enzymatycznego, występującego głównie w owocach i warzywach, powstają związki o brązowym zabarwieniu. Oprócz zmiany barwy reakcje enzymatycznego brązowienia mogą powodować straty witaminy C. Enzymatyczne brązowienie jest rezultatem utleniania polifenoli do chinonu, które katalizowane jest przez enzym oksydazę polifenolową (Sapers i in., 2002; Perera, 2005). Optimum termiczne działania tego enzymu to 40ºC oraz ph od 5 do 7 (Sapers i in., 2002). Najprostszą metodą ograniczania procesów brązowienia enzymatycznego jest blanszowanie prowadzone przed suszeniem, które niszczy enzym (Sapers i in., 2002). Ponadto suszenie z wykorzystaniem promieni podczerwonych moŝe skutecznie inaktywować enzymy. Przykładowo, działanie promieniowania dalekiej podczerwieni (FIR) tylko przez 6 minut spowodowało redukcję aktywności lipazy o 60%, podczas gdy jej termiczna obróbka inaktywowała enzym w 70% (Krishnamurthy i in., 2008). Enzymatyczne brązowienie moŝna kontrolować takŝe dzięki zakwaszaniu i siarkowaniu (Sapers i in., 2002). Stopień brązowienia produktu zaleŝy od ilości, a nie od jakości oksydazy polifenolowej (Sannomaru i in., 1998). Ponadto aktywność tego enzymu ulega obniŝeniu przy zmniejszonej aktywności wody, a poniŝej a w = 0,25 zostaje on inaktywowany. Dlatego teŝ aktywność wody 29

30 Przegląd literatury jest jednym z waŝniejszych czynników mających wpływ na jakość suszonych owoców i warzyw. PoniŜej wartości a w = 0,6 mogą zachodzić niepoŝądane zmiany, tj. zmiany strukturalne, reakcje enzymatyczne, nieenzymatyczne brązowienie czy utlenianie, a przebieg tych procesów zaleŝy równieŝ od temperatury i zawartości wody. Wartości krytyczne są charakterystyczne dla określonego rodzaju Ŝywności i zaleŝą od jej składu chemicznego (Roos, 2001). Proces enzymatycznego brązowienia zaleŝy równieŝ od zawartości kwasu askorbinowego i działalności przeciwutleniaczy w surowcu (Lozano i in., 1994). Reakcje te mogą być zminimalizowane podczas suszenia w atmosferze obojętnej lub pod zmniejszonym ciśnieniem (Genskow, 1988) Reakcje nieenzymatycznego brązowienia Podczas suszenia Ŝywności, w wyniku reakcji autooksydacji oraz reakcji Maillarda, mogą tworzyć się nowe składniki, powodując zmiany barwy produktu (Nijhuis i in., 1998; Sapers i in., 2002; Maltini i in., 2003). Reakcje nieenzymatycznego brązowienia są to reakcje cukrów z aminokwasami, zachodzące z duŝą szybkością w podwyŝszonej temperaturze i przy zawartości wody około 30% (Roos, 2001; Wang, 2007). Reakcje Maillarda zachodzą najlepiej przy aktywności wody w przedziale od 0,3 do 0,7 (Maltini i in., 2003). W czasie suszenia aktywność wody ulega obniŝeniu i praktycznie w trakcie trwania procesu moŝe dochodzić do tego typu reakcji. Wraz ze wzrostem temperatury produktu następuje wzrost szybkości tych reakcji (Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Ponadto szybkość reakcji nieenzymatycznego brązowienia zaleŝy od składu Ŝywności, ph, zawartości wody i zwykle są one związane z działaniem wysokiej temperatury i tlenu w czasie przetwarzania i przechowywania (Sapers i in., 2002). Reakcje Maillarda prowadzą do kształtowania róŝnych zmian chemicznych w produkcie. W konsekwencji wpływają na właściwości przeciwutleniające, co wiąŝe się ze zmianą barwy oraz smaku i zapachu (Nijhuis i in., 1998; Manzocco i in., 2001; Sapers i in., 2002; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Nieenzymatyczne brunatnienie powoduje zmniejszenie jakości Ŝywności podczas jej przechowywania (Roos, 2001). Następują straty wartości odŝywczej (Orsat i Vijaya Raghavan, 2007; Wang, 2007), szczególnie witaminy C (Sapers i in., 2002). Reakcje te wpływają równieŝ na zmniejszenie rozpuszczalności białek, co pogarsza ich przyswajalność i ma wpływ na twardnienie produktu. MoŜna te efekty minimalizować przez obni- Ŝenie temperatury, obniŝenie ph do odczynu kwaśnego lub dodanie inhibitorów (Genskow, 1988), czyli przez unikanie ogrzewania próbki, kontrolowanie zawartości wilgoci i aktywności wody w wysuszonych produktach oraz stosując siarczyny (Sapers i in., 2002). 30

31 Przegląd literatury Zmiany barwy O barwie owoców i warzyw decydują naturalne związki barwne, które mogą ulegać utlenianiu w czasie obróbki wstępnej i procesu technologicznego, a najistotniejszym czynnikiem przyspieszającym ich degradację jest podwyŝszona temperatura i dostęp tlenu. Barwa suszonego produktu ma duŝy wpływ na akceptację produktu przez konsumenta, gdyŝ pierwsza ocena Ŝywności dokonywana jest głównie na podstawie wraŝenia wizualnego (Maskan, 2001b; Sharma i Prasad, 2001; Kalt, 2005). Na kształtowanie się barwy i smaku przetworzonych produktów roślinnych ma wpływ wiele związków obecnych w materiale, m.in. występujące w nich związki polifenolowe (Lewicki, 1965; Heinonen i Meyer, 2002; Perera 2005; Kalisz i Kurowska, 2005). Zastosowana metoda suszenia oraz parametry procesu mają istotny wpływ na barwę produktu (Maskan, 2001b). Podczas suszenia produktów roślinnych zmiany barwy następują w wyniku reakcji brązowienia, zarówno enzymatycznego jak i nieenzymatycznego (Vadivambal i Jayas, 2007). Suszenie konwekcyjne powoduje najczęściej niekorzystną zmianę barwy. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza suszącego oraz czasem suszenia barwa staje się ciemniejsza (Sharma i Prasad 2001; Sumnu i in., 2005). Ciemnienie produktu potwierdzono badając barwę dyni (Alibas, 2007b), marchwi (Lin i in., 1998; Sumnu i in., 2005), bananów (Maskan, 2000), kiwi (Maskan, 2001b), liści pokrzywy (Alibas, 2007a), szpinaku (Alibas i in., 2007), kolendry, pietruszki i kopru (Kathirvel i in., 2006). Natomiast w przypadku suszonego konwekcyjnie w temperaturze 60ºC, wcześniej odwadnianego osmotycznie kalafiora, zielonego groszku i grzybów barwa nie ulega istotnej zmianie (Shukla i Singh, 2007). Suszenie konwekcyjne z zastosowaniem mikrofal daje zazwyczaj produkt o znacznie lepszej barwie niŝ suszenie konwekcyjne. Mikrofale powodują niewielkie zmiany barwy (Maskan, 2000; Varith i in., 2007), a zastosowana moc mikrofal w niektórych przypadkach nie wpływa istotnie na barwę produktu, np. suszonej pietruszki (Soysal, 2004) czy owoców longan (Varith i in., 2007). Wiele badań wskazuje na to, iŝ produkt po suszeniu z wykorzystaniem mikrofal ma barwę bliŝszą surowca niŝ susz konwekcyjny. Suszenie mikrofalowokonwekcyjne czosnku daje jaśniejszy susz, w porównaniu z suszeniem tradycyjnym w temperaturze 60 i 70 ºC (Sharma i Prasad 2001). W przypadku suszu pomarańczy (Ruíz Díaz i in., 2000), dyni (Alibas, 2007b), szpinaku i liści pokrzywy (Alibas i in., 2007) równieŝ uzyskano lepsze zachowanie barwy tych produktów, stosując suszenie konwekcyjne z wykorzystaniem mikrofal. Ponadto susz uzyskany przy mocy mikrofal 350 W, uzyskuje barwę bardziej zbliŝoną do świeŝej dyni, w porównaniu do suszu uzyskanego przy mocy 160 W (Alibas, 2007b), 31

32 Przegląd literatury a barwa szpinaku suszonego przy mocy W jest najbardziej zbliŝona do surowca (Alibas i in., 2007). Ponadto barwa produktu zostaje lepiej zachowana, gdy suszenie mikrofalowe odbywa się pod obniŝonym ciśnieniem. Wykorzystywanie mikrofal w suszeniu pod obniŝonym ciśnieniem daje susz z marchwi (Lin i in., 1998) i bananów (Drouzas i Schubert, 1996) o barwie, smaku, aromacie i kształcie nie róŝniącym się od suszu sublimacyjnego. Zastosowanie mikrofal w sposób impulsowy wpływa pozytywnie na zachowanie barwy Ŝurawiny. Krótsze impulsy mikrofalami wpływają na szybsze odparowanie wilgoci, natomiast dłuŝsze impulsy wpływają równieŝ na wzrost temperatury produktu, czego wynikiem jest pogorszenie jakości uzyskanego suszu (Chua i in., 2003 za Gunasekaran, 1999). Podobnie, przy zastosowaniu suszenia mikrofalowego lub mikrofalowego z wykorzystaniem lamp halogenowych barwa suszonej marchwi ulega mniejszym zmianom niŝ surowca suszonego konwekcyjnie (Sumnu i in., 2005). JednakŜe dłuŝsze traktowanie promieniami podczerwonymi moŝe spowodować ciemnienie cebuli w wyniku reakcji brązowienia (Krishnamurthy i in., 2008 za Gabel i in., 2006). Odwadniane osmotyczne ziemniaków i ananasów przed suszeniem konwekcyjnym z zastosowanym przerywanego ogrzewania promieniami podczerwonymi wpływa na mniejsze zmiany barwy. Ponadto, zastosowanie impulsowo promieni podczerwonych moŝe, ale nie musi, powodować degradację barwy, co jest uzaleŝnione od rodzaju suszonego materiału (Chua i in., 2003 za Tan i in., 2001) Zmiany smaku i aromatu W Ŝywności cząsteczki odpowiedzialne za aromat występują w bardzo małych ilościach. W czasie suszenia, gdy woda paruje z powierzchni Ŝywności, moŝe następować ubytek cząsteczek odpowiedzialnych za aromat (Erle, 2005, Krokida i Philippopoulos, 2006; Komes i in., 2007). Traktowanie wysoką temperaturą warzyw i owoców w czasie suszenia często wpływa na redukcję oryginalnych, lotnych składników (Jayaraman i in., 1994). JednakŜe część składników lotnych pozostaje w wysuszonym produkcie (Nijhuis i in., 1998). Związki zapachowe zostają zamknięte w matrycy amorficznych składników Ŝywności (Roos, 1995). Na zachowanie aromatu ma wpływ wiele czynników, m.in. ciśnienie pary poszczególnych składników lotnych, względna ich lotność, temperatura procesu suszenia i kompozycja składników lotnych w produkcie (Krokida i Philippopoulos, 2006). Ponadto pozytywny wpływ na lepsze zachowanie aromatu ma obecność w produkcie cukrów oraz ich rodzaj. Brzoskwinie, które przed suszeniem zanurzano w roztworze trehalozy zachowują 46% skład- 32

33 Przegląd literatury ników aromatu w porównaniu do świeŝej brzoskwini, podczas gdy zanurzane w roztworze sacharozy 38% (Komes i in., 2007). Degradacja związków aromatycznych jest często związana z dostępem tlenu w czasie suszenia. Po suszeniu konwekcyjnym liści pietruszki naciowej następuje degradacja związków aromatycznych, w tym około 2% apiolu i do 48% limonenu. Natomiast przy suszeniu mikrofalowo-podciśnieniowym limonen ulega degradacji na poziomie 30%, a w przypadku apiolu nastąpuje wzrost jego zawartości o 160%, co moŝe być związane z ograniczeniem dostępu tlenu w czasie trwania procesu, jak równieŝ nagrzewaniem mikrofalowym (Jałoszyński i in., 2006). W jabłkach zidentyfikowano ponad 300 związków wpływających na ich aromat, jednakŝe tylko kilka z nich ma decydujący wpływ na jakość sensoryczną, tj. octan etylu, maślan etylu i antranil metylu. Lepsze zachowanie składników aromatu suszonych sublimacyjnie jabłek w porównaniu do suszu konwekcyjnego, wynika z niŝszej temperatury produktu podczas suszenia (Krokida i Philippopoulos, 2006). Podobnie susz konwekcyjny fasoli, groszku i szpinaku jest mniej akceptowalny niŝ sublimacyjny. Susz sublimacyjny jest lepszy pod względem zapachu, naturalnej barwy i tekstury, natomiast susz konwekcyjny charakteryzuje się nienaturalną barwą, twardością, obecnością pęknięć i pomarszczeniami powierzchni. Ponadto jest wyczuwalny gorzki i przypalony smak (Sinesio i in., 1995). W przypadku suszenia z zastosowaniem mikrofal następuje równieŝ utrata składników lotnych (Brewer, 2005). Jednak w porównaniu do suszenia konwekcyjnego, smak suszonego mikrofalowo-konwekcyjnie czosnku jest mocniejszy (Sharma i Prasad, 2001). Podobnie smak bananów suszonych mikrofalowo jest bardziej preferowany, w porównaniu z suszonymi konwekcyjnie (Nijhuis i in., 1998 za Garcia i in., 1988). Ponadto stwierdzono, iŝ zastosowanie wyŝszych mocy mikrofal, tj. 480 W, pozwala na uzyskanie suszu o największej ilości związków aromatycznych w czasie suszenia mikrofalowo-próŝniowego selera naciowego, w porównaniu do suszenia przy mocy 240 i 360 W (Jałoszyński i in., 2008) Czynniki fizyczne Woda w Ŝywności wpływa na jej bezpieczeństwo, stabilność, jakość i właściwości fizyczne. Stan wody w Ŝywności kształtuje właściwości fizyczne produktu (Lewicki, 2004; Prothon i in., 2003). Właściwości fizyczne tkanki roślinnej ulegają zmianie w czasie procesu suszenia, ale te zmiany w duŝym stopniu zaleŝą takŝe od właściwości surowca (Rowicka i in., 2002). 33

34 Przegląd literatury Skurcz, gęstość i porowatość suszonego materiału Zmiany surowca zachodzące w procesie suszenia wpływają na skurcz suszarniczy, co jednocześnie wiąŝe się ze zmianą objętości (Karathanos i in., 1993; Lewicki i Pawlak 2003). W początkowym stadium suszenia powierzchnia materiału suszonego w niewielkim stopniu róŝni się od wewnętrznych struktur. Usuwanie wody oraz przemieszczanie się związków rozpuszczalnych w wodzie nadaje sztywność ścianom komórkowym. Suszenie produktów spo- Ŝywczych prowadzi do redukcji wody i koncentracji składników w niej rozpuszczonych oraz zmian właściwości ciał lepko-spręŝystych w kierunku ciał kruchych (Mayor i Sereno, 2004). Wzrastający gradient wilgotności powoduje napięcia wewnątrz materiału i tym samym wewnętrzna struktura ulega uszkodzeniu, w wyniku czego następuje skurcz suszonego materiału i załamanie kapilar podczas odparowywania z nich wody (Genskow, 1988; Funebo i in., 2000; Lewicki i Pawlak 2003; Mayor i Sereno, 2004). Wraz ze spadkiem zawartości wilgoci w tkance roślinnej następuje kolejno ogólny skurcz materiału, następnie skurcz komórkowy, załamanie struktury i załamanie porów. Objętość ulega zmniejszeniu, a porowatość zwiększeniu (Prothon i in. 2003). Podczas zagęszczania roztworu wewnątrz tkanki zostaje osiągnięty maksymalny stopień koncentracji, a amorficzne składniki zagęszczonego roztworu przechodzą w stan szklisty. Stan szklisty moŝe być scharakteryzowany jako przemiana fazowa, która występuje przy określonym zakresie temperatur (Nijhuis i in., 1998). W stanie szklistym ruchliwość cząsteczek jest ograniczona i w związku z tym moŝliwość zachodzenia reakcji jest mniejsza (Roos, 1995). Przy niskiej zawartości wody temperatura przejścia szklistego wzrasta, pozwalając materiałowi przejść ze stanu gumy w stan szklisty, który nadaje sztywność materiałowi, a stopień i zakres skurczu znacznie maleje (Mayor i Sereno, 2004; Lewicki 2004). Jakość suszonych produktów w duŝej mierze zaleŝy od skurczu materiału. Skurcz wpływa na jakość produktu poprzez redukcję jego zwilŝalności, zmiany tekstury i obniŝenie moŝliwości adsorpcji (Genskow, 1988). Zmiany kształtu, zmniejszenie objętości i wzrost twardości produktu oraz pękanie powierzchni materiału w większości przypadków odbierane jest przez konsumentów negatywnie (Mayor i Sereno, 2004). Zmiany kształtu i skurcz zaleŝą od początkowej struktury materiału, jego porowatości oraz składu chemicznego. W materiałach pochodzenia roślinnego skurcz jest prawie liniowo skorelowany z ich wilgotnością (Sjöholm i Gekas, 1995; Wu i in., 2007). Na wielkość skurczu i stopień zniszczenia struktury wewnętrznej tkanki roślinnej wpływa zastosowana metoda suszenia i parametry procesu, tj. temperatura i szybkość powietrza suszącego (Lewicki i Wi- 34

35 Przegląd literatury trowa-rajchert, 1992; Lewicki i Jakubczyk 2004). Skurcz kiwi suszonego trzema metodami - konwekcyjnie w temperaturze 60ºC, konwekcyjnie-mikrofalowo oraz mikrofalowo wynosi odpowiednio 81, 76 i 85% (Maskan, 2001a). Natomiast ziemniaki suszone mikrofalowo charakteryzują się mniejszym skurczem niŝ suszone konwekcyjnie (Khraisheh i in., 2004). W końcowych etapach suszenia następuje mniejszy skurcz suszonych produktów roślinnych, z uwagi na usztywnienie ich powierzchni, prowadzące do zachowania objętości (Yan i in., 2008). Suszone konwekcyjnie banany, ananasy i mango kurczą się intensywnie do osiągnięcia wilgotności wynoszącej odpowiednio około 24, 33 i 30%, a w czasie dalszego usuwania wody, do wartości około 5-8%, skurcz jest nieznaczny (Yan i in., 2008). Podobnie podczas suszenia plastrów ziemniaka z wykorzystaniem mikrofal, skurcz pod koniec procesu suszenia jest niewielki, natomiast jego duŝe zmiany występują do czasu usunięcia około 60% wody z materiału (Khraisheh i in., 2004). Zmniejszenie skurczu pod koniec procesu suszenie związane jest z powstaniem stanu szklistego, który powoduje zwiększenie wytrzymałości materiału i wzrost jego porowatości (Lewicki i Pawlak, 2003). Technologia suszenia promieniami podczerwonymi oraz mikrofalami, w połączeniu z ciepłym powietrzem lub obniŝonym ciśnieniem, prowadzi do mniejszych zmian struktury w tkance niŝ w przypadku suszenia konwekcyjnego (Torringa i in., 2001). Zastosowanie większej mocy mikrofal oraz większej temperatury powietrza suszącego powoduje zmniejszenie objętości i porowatości suszonej tkanki (Andrés i in., 2004; Pereira i in., 2007). Ponadto zastosowanie odwadniania osmotycznego przed suszeniem mikrofalowym moŝe wpłynąć na zmniejszenie objętości suszu, ze względu na dłuŝszy czas suszenia (Andrés i in., 2004). WaŜnym parametrem, mającym wpływ na właściwości produktu, związanym ze skurczem, jest jego gęstość (Funebo i in., 2000). Gęstość zaleŝy w duŝej mierze od surowca wyjściowego, gdyŝ gęstość owoców i warzyw często wzrasta wraz z ich dojrzałością (Dobrzański i in., 2006). Według Hatamipour i Mowla (2003) gęstość i skurcz kukurydzy i zielonego groszku suszonego w suszarce fluidyzacyjnej zaleŝą jedynie od zawartości wilgoci w końcowym produkcie. Natomiast Funebo i in. (2000) podają, Ŝe gęstość i skurcz suszonych jabłek równieŝ zaleŝy od zastosowanej metody i parametrów suszenia. Gęstość tkanki jabłka w czasie suszenia ulega zmniejszeniu, niezaleŝnie od zastosowanej metody usuwania wody. Natomiast gęstość bananów, marchwi i ziemniaków moŝe ulegać zarówno zwiększeniu jak i zmniejszeniu wraz z obniŝaniem zawartości wody, w zaleŝności od metody suszenia (Krokida i Philippopoulos, 2005). Wraz ze wzrostem gęstości następuje zmniejszenie porowatości materiału (Witrowa- Rajchert, 2003; Andrés i in., 2004). Porowatość suszonego materiału jest parametrem deter- 35

36 Przegląd literatury minującym właściwości przenoszenia masy, właściwości mechaniczne i teksturę Ŝywności (Witrowa-Rajchert, 1999). Porowatość zwiększa się w trakcie suszenia, a charakter zmian zaleŝy od rodzaju surowca, co zostało potwierdzone badaniami dla bananów i mango (Yan i in., 2008), ziemniaków i marchwi (Witrowa-Rajchert, 1999) oraz jabłek (Zogzas i in., 1994). Stan szklisty tworzący się w końcowych stadiach suszenia dodatkowo zwiększa wytrzymałość mechaniczną materiału. Skurcz jest wtedy utrudniony i porowatość jest większa (Roos, 1991) Właściwości rekonstytucyjne i higroskopijne Po suszeniu wiele produktów jest bezpośrednio spoŝywanych lub dalej przetwarzanych po ich wcześniejszym uwodnieniu (Vadivambal i Jayas, 2002). W czasie suszenia następują nieodwracalne zmiany w strukturze materiału, co wpływa na zmniejszenie zdolności wchłaniania wody i jej utrzymywania (Nijhuis i in., 1998; Witrowa-Rajchert, 1999). Rehydracja to jeden z waŝniejszych wyróŝników jakości suszonej Ŝywności, często stosowany do oceny produktów typu instant (Sumnu i in., 2005). W czasie rehydracji przebiegają równolegle trzy procesy: przyrost masy, zwiększenie objętości suszu oraz ubytek rozpuszczalnych składników suchej substancji (Witrowa-Rajchert, 1999). Ogólnie przyjmuje się, Ŝe stopień rehydracji zaleŝy od stopnia rozerwania i zniszczenia komórek i struktury podczas suszenia (Prothon i in., 2003). Pozwala on na określenie stopnia zmian fizycznych i strukturalnych, które nastąpiły w czasie suszenia. Podczas procesu suszenia ulega usztywnieniu błona cytoplazmatyczna, która podczas rehydracji nie jest w stanie odtworzyć swych właściwości i ulega rozerwaniu, powodując przepływ składników roztworu cytoplazmatycznego do otaczającej wody (Witrowa-Rajchert, 1999 za Willis i Teixeira, 1988). W zaleŝności od zastosowanych parametrów suszenia, uzyskuje się produkt o róŝnym stopniu odtwarzalności (McMinn i Magee, 1997; Szarycz i in., 2003). W związku z wydłuŝonym czasem działania podwyŝszonej temperatury w czasie suszenia konwekcyjnego, susze te charakteryzują się mniejszym stopniem odtwarzalności (Sacilik i Elicin, 2006). Ze względu na słabe odtworzenie suszonego konwekcyjnie produktu roślinnego, metoda ta nie jest właściwa do suszenia składników Ŝywności typu instant (Krishnamurthy i in., 2008). Nawet w przypadku zastosowania niŝszych temperatur powietrza suszącego, moŝe dochodzić do uzyskiwania przez produkt małego stopnia odtwarzalności, ze względu na wydłuŝony czas suszenia (Sacilik i Elicin, 2006). Susze konwekcyjno-mikrofalowe charakteryzują się mniejszym skurczem i lepszą rehydracją (Maskan, 2000). Grzyby (Torringa i in., 2001), marchew (Prabhanjan i in., 1995, Sum- 36

37 Przegląd literatury nu i in., 2005), banany (Maskan, 2000), kiwi (Maskan, 2001a) i jabłka (Funebo i in., 2000), suszone z wykorzystaniem mikrofal, charakteryzują się lepszym stopniem odtwarzalności w wodzie niŝ susze konwekcyjne. Dodatkowo, obniŝenie ciśnienia w instalacji suszarniczej poprawia właściwości rekonstytucyjne suszu. Stopień rehydracji cząstek pietruszki suszonych metodą mikrofalowo-podciśnieniową jest dwukrotnie wyŝszy niŝ cząstek wysuszonych konwekcyjnie (Szarycz i in., 2003). Podobnie, plastry marchwi suszone pod obniŝonym ciśnieniem z zastosowaniem mikrofal charakteryzują się wyŝszym stopniem odtwarzalności, w porównaniu do suszu tradycyjnego (Lin i in., 1998). RównieŜ zastosowanie suszenia mikrofalowego z z wykorzystaniem lamp halogenowych daje susz o lepszych właściwościach rekonstytucyjnych (Sumnu i in., 2005). Ponadto, wykorzystanie promieniowania podczerwonego podczas suszenia sublimacyjnego wpływa na lepsze właściwości rehydracyjne suszu, w porównaniu z suszem sublimacyjnym, w którym ciepło zostaje doprowadzone kontaktowo, co moŝe wskazywać, iŝ promieniowanie zmniejsza skurcz w porównaniu do materiału suszonego sublimacyjnie na drodze przewodzenia (Lin i in., 2007). MoŜna jednak przypuszczać, Ŝe w tym przypadku doprowadzenie ciepła na drodze promieniowania powoduje równieŝ mniejsze zmiany w związkach odpowiedzialnych za wiązanie wody, w porównaniu z zastosowaniem kontaktowego ogrzewania materiału. Ze względu na rosnącą popularność produktów typu "musli", Witrowa-Rajchert i Dworski (2003) przeprowadzili badania nad przebiegiem procesu rehydracji suszonego jabłka w mleku. Podczas prowadzonej rehydracji w mleku przyrost masy wody jest wyraźnie niŝszy (o 20-27%) w stosunku do rehydracji w wodzie. Po 90 minutach rehydracji w wodzie z jabłek suszonych konwekcyjnie dyfunduje, w zaleŝności od temperatury rehydracji, od 45 do 60% suchej substancji, zaś gdy proces prowadzono w mleku - od 25 do 35%. Właściwości higroskopijne suszonych produktów równieŝ mogą wskazywać na zmiany zachodzące w surowcu w czasie suszenia. Wybór metody suszenia ma znaczący wpływ na właściwości higroskopijne suszu, które bezpośrednio związane są z jego skurczem i porowatością. Niewielki skurcz suszu wiąŝe się z jego większą porowatością, a to prowadzi do szybszego chłonięcia pary wodnej. Przykładowo, susz sublimacyjny o skurczu około 4% i większej porowatości chłonie ponad trzykrotnie więcej pary wodnej niŝ susz konwekcyjny, którego skurcz wynosi około 77% (Fabisiak i in., 2003) Czynniki Ŝywieniowe Jakość wielu produktów spoŝywczych ulega degradacji juŝ w temperaturze pokojowej, głównie pod wpływem działania tlenu atmosferycznego. Dodatkowe doprowadzenie ciepła 37

38 Przegląd literatury i długi czas działania na produkt wpływa na większy stopień degradacji wartości odŝywczej Ŝywności (Chou i Chua, 2001; Orsat i Vijaya Raghavan, 2007) Utlenianie witamin Niekorzystnym zjawiskiem jest utrata witamin w czasie przetwarzania surowca. Owoce i warzywa są głównym źródłem witamin w diecie człowieka. Witaminy rozpuszczalne w wodzie są wraŝliwe na działanie podwyŝszonej temperatury. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach ulegają degradacji w wyniku utleniania zachodzącego w trakcie suszenia. Straty witamin w produkcie są zaleŝne od aktywności wody, warunków suszenia, dostępu światła, zawartości tlenu i obecności metali cięŝkich (np. Cu, Fe), ale równieŝ zaleŝą od rodzaju surowca i przeprowadzonej wstępnej obróbki (Sokhansanj i Jayas, 2006). Podczas suszenia owoców obniŝa się zawartość witamin rozpuszczalnych w wodzie, zwłaszcza witaminy C, zmienia się ich wartość odŝywcza i sensoryczna, zachodzą reakcje brązowienia (Maniak i in., 2007). Podczas suszenia porzeczki w temperaturze 60ºC straty kwasu L-askorbinowego wynosiły aŝ 71%, a proces blanszowania stosowany przed suszeniem zwiększał straty witaminy C do 75% (Lis i Rudy, 2000). Suszenie kapusty w temperaturze 65ºC równieŝ spowodowało obniŝenie zawartości witaminy C o około 42% (Lis i Lisowa, 1998). Wpływ suszenia pod obniŝonym ciśnieniem z zastosowaniem mikrofal na jakość suszu porównywano z suszeniem sublimacyjnym oraz konwekcyjnym. Plastry marchwi suszone pod obniŝonym ciśnieniem z zastosowaniem mikrofal charakteryzują się wyŝszą zawartością β-karotenu i witaminy C (Lin i in., 1998). W suszeniu konwekcyjnym nastąpiły około 30% straty zawartości karotenów w marchwi, natomiast susze mikrofalowe otrzymane pod zmniejszonym ciśnieniem wykazują niewielkie róŝnice w stosunku do suszy sublimacyjnych (Cui i in., 2004). Natomiast Janus (2004) podaje, iŝ strata β-karotenu w czasie suszenia krajanki marchwiowej (4,1%) jest w przybliŝeniu równa stracie podczas blanszowania (4,3%). Dodatkowo, zastosowanie przed suszeniem odwadniania osmotycznego wpływa korzystnie na wyŝszą jakość produktu, ocenianą na podstawie barwy, smaku i zawartości witaminy C (Erle i Schubert, 2001). Natomiast Alibas i in. (2007) stwierdzili, Ŝe przy wyŝszej mocy mikrofal, w zakresie W, zawartość kwasu askorbinowego w suszonym szpinaku zmniejsza się jedynie około 15%, a dla mocy W o około połowę. Podobnie suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego nie zmienia jakości Ŝywności w sposób znaczący, tj. zawartości witamin czy pojemności przeciwutleniającej (Krishnamurthy i in., 2008). 38

39 Przegląd literatury Właściwości przeciwutleniające Ŝywności W ostatnich latach wśród konsumentów wzrasta zainteresowanie produktami bogatymi w naturalnie występujące składniki biologicznie aktywne, zwłaszcza o działaniu przeciwutleniającym (Kalisz i Kurowska, 2005; Adamczyk i Rembiałkowska, 2005; Szajdek i in., 2007; Gębczyński, 2007). Owoce i warzywa są waŝnym źródłem przeciwutleniaczy (Silvina i Balz, 2004). Brak tych związków w ludzkiej diecie prowadzi do zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu. Badania biochemiczne wskazują, Ŝe za powstawanie chorób cywilizacyjnych, tj. miaŝdŝycy, nowotworów, szybszego starzenia organizmu, zawałów serca, itd. odpowiedzialne są wolne rodniki oraz reaktywne produkty ich działania (Dietrych-Szóstak i Burda, 1999; Heinonen i Meyer, 2002; Borowska, 2003; Madsen i in., 2000; Adamczyk i Rembiałkowska, 2005). Ponadto wiele związków i produktów spoŝywczych o cechach przeciwutleniających ma takŝe właściwości antydiabatyczne (Rosołowska-Huszcz, 2007). Wolne rodniki są to grupy atomów lub cząsteczki mające na ostatniej powłoce jeden lub więcej niesparowanych elektronów, co sprawia, Ŝe są one niestabilne i bardzo reaktywne. Bardzo istotną rolę w zapobieganiu skutkom działania wolnych rodników odgrywają przeciwutleniacze dostarczane do naszego organizmu wraz z Ŝywnością. Wolne rodniki mogą być dezaktywowane przez wewnątrzustrojowy mechanizm obrony enzymatycznej lub przez układ nieenzymatyczny, który tworzą m.in. witaminy, β-karoten, niektóre metale, tj. selen, mangan oraz związki polifenolowe (Mareczek i in., 2000; Sluis i in., 2002; Schirrmacher i Schempp, 2003; Wolfe i in., 2003). Aktywność związków przeciwutleniających zaleŝy od techniki uprawy, stadium rozwoju, rodzaju, odmiany surowca (Kopera i in., 2005; Stasiak i Ulanowska, 2008; Adamczyk i Rembiałkowska, 2005; Podsędek, 2007), czasu jego magazynowania oraz od części rośliny (Łata i Przeradzka, 2002; Kondo i in., 2002). Przykładowo, zawartość flawonoli i antocyjanów jest większa odpowiednio o 14 i 27% w jabłkach pochodzących z sadów ekologicznych, w porównaniu z jabłkami uprawianymi konwencjonalnie (Adamczyk i Rembiałkowska, 2005). Zawartość, i tym samym aktywność przeciwutleniaczy, jest wyŝsza w epidermie i tkance połoŝonej tuŝ pod nią niŝ w miąŝszu surowca (Bocco i in. 1998; Kondo i in., 2002; Schirrmacher i Schempp, 2003; Wolfe i in., 2003; Lu i Foo, 2000; Skąpska, 2007; Cieślik, 2007). Według Eberharda i in. (2000) pojemność przeciwutleniająca jabłek ze skórką jest blisko 100% wyŝsza niŝ owoców bez skórki. Natomiast Wolfe i in. (2003) podają, Ŝe zawartość fenoli w owocach ze skórką i bez wynosi odpowiednio 290,2 i 219,8 mg, a flawonoidów 39

40 Przegląd literatury odpowiednio 142,7 i 97,6 mg na 100 g jabłek. W czasie produkcji najczęściej skórki są odrzucane, przez to tracone są cenne źródła tych związków, a tym samym zostaje ich znacznie mniej w produkcie. Niestety, przechowywanie i przetwarzanie Ŝywności ma istotny wpływ na częściową lub całkowitą utratę właściwości przeciwutleniających produktów pochodzenia roślinnego (Oszmiański i in., 2007). Na skutek przetwarzania jabłek w celu otrzymania soku poziom flawonoidów i kwasu chlorogenowego w soku jest zmniejszony odpowiednio o 3% i 50%. Więcej przeciwutleniaczy pozostaje w wytłokach niŝ w soku (Sluis i in., 2002). Mętny sok jabłkowy zawiera cztery razy więcej polifenoli niŝ sok klarowny (Oszmiański i in., 2007). Gotowanie szparaga zielonego przyczynia się do obniŝenia zawartości polifenoli o 11%, a pojemności przeciwutleniającej o 18% (Gębczyński, 2007), a w przypadku nasion fasoli poddanych gotowaniu pojemność przeciwutleniająca jest niŝsza o 40-70%, w stosunku do nasion surowych (Stasiak i Ulanowska, 2008). Badania przeprowadzone dla owoców borówki wysokiej (Ścibisz i Mitek, 2006), gruszek (Kopera i Mitek, 2007) oraz limonki (Kuljarachanan i in., 2009) wykazują, iŝ odwadnianie osmotyczne, blanszowanie oraz suszenie obniŝa zawartość polifenoli i pojemność przeciwutleniającą owoców. Przyspieszenie procesu suszenia przez zastosowanie mikrofal wpływa na zmniejszenie negatywnych skutków przemian biochemicznych, ze względu na krótszy czas kontaktu materiału z tlenem (Kramkowski, 2001). Badania zmian zdolności przeciwrodnikowej suszonej tkanki roślinnej są interesujące, z uwagi na niejednoznaczny charakter tych zmian. Z jednej strony wysoka temperatura i odwodnienie prowadzą do degradacji związków wykazujących właściwości przeciwrodnikowe. Z drugiej zaś, powstające w czasie suszenia produkty reakcji enzymatycznego i nieenzymatycznego brązowienia mogą mieć charakter przeciwutleniaczy (Manzocco i in., 2001) Zmiany mikrobiologiczne Konsumenci przywiązują coraz większe znaczenie do bezpieczeństwa Ŝywności, w tym równieŝ mikrobiologicznego (Maniak i Kuna, 2007). Woda w Ŝywności wpływa na jej bezpieczeństwo, stabilność, jakość i właściwości fizyczne (Lewicki, 2004; Prothon i in., 2003). Źródłem zagroŝenia mikrobiologicznego w produkcji Ŝywności są najczęściej same surowce. Stosowanie róŝnych procesów obróbki wstępnej zmniejsza moŝliwość zmian mikrobiologicznych w suszonej Ŝywności. Dzięki odpowiedniemu myciu produktów roślinnych moŝna usunąć ponad 90% drobnoustrojów (Stec, 1981). Ponadto proces blanszowania zdecy- 40

41 Przegląd literatury dowanie zmniejsza liczbę bakterii, w przypadku fasoli i kalafiorów nawet o 77-99,5% (Burbianka i in., 1983; Beveridge i Weintraub, 1995). Oprócz zabiegów wstępnych, w czasie których usuwana jest mikroflora, dodatkowo suszenie, jako proces cieplny, zapewnia obniŝenie aktywności wody w materiale, spowolnienie wielu reakcji enzymatycznych i zmniejszenie ilości drobnoustrojów, co w efekcie powoduje, Ŝe produkt jest przydatny do dłuŝszego przechowywania (Wesołowski i Markowski, 2000; Vega-Mercado i in., 2001; Janowicz i Lenart, 2007; Koyuncu i in., 2007). Przykładowo, warzywa suszone konwekcyjnie w temperaturze 60ºC, wcześniej poddane odwadnianiu osmotycznemu, charakteryzują się zerową ilością pleśni i droŝdŝy, zarówno po procesie suszenia jak i po rehydracji suszu (Shukla i Singh, 2007). W przypadku zastosowania mikrofal wzrasta stopień zniszczenia bakterii, ze względu na szybki wzrost temperatury (Nijhuis i in., 1998; Sokhansanj i Jayas, 2006). Promieniowanie podczerwone takŝe posiada specyficzne właściwości działające zabójczo na niektóre drobnoustroje (Wesołowski i Markowski, 2000; Skjöldebrand, 2002; Galindo i in., 2005). JednakŜe skuteczne zniszczenie mikroorganizmów za pomocą promieni podczerwonych zaleŝy od poziomu mocy promieniowania podczerwonego, długości fali, temperatury próbki, jej grubości, zawartości wody, rodzaju Ŝywności oraz mikroorganizmów. Zwiększenie mocy promieniowania podczerwonego powoduje absorbowanie większej ilości promieni przez mikroorganizmy, co z kolei prowadzi do ich niszczenia (Krishnamurthy i in., 2008). Na przemiany mikrobiologiczne zachodzące w Ŝywności suszonej bardzo duŝy wpływ ma aktywność wody. W przypadku suszy zmiany mikrobiologiczne są niewielkie, gdyŝ mają one niską aktywność wody. Aktywność drobnoustrojów zostaje zahamowana przy aktywności wody poniŝej wartości 0,6 (Perera, 2005; Shafiur Rahman, 2005) Stabilność przechowalnicza suszonych owoców i warzyw Stabilność przechowalnicza suszonej Ŝywności zaleŝy od końcowej wilgotności produktu oraz warunków przechowywania, wśród których decydujące znaczenie mają temperatura, wilgotność, dostęp światła, rodzaj otaczającej atmosfery oraz zastosowane opakowanie. Zmiany w wyglądzie produktów przetworzonych wpływają na akceptację konsumencką, ale przede wszystkim są wskaźnikiem przemian chemicznych, które prowadzą do obniŝenie wartości sensorycznej i odŝywczej. Niekorzystne zmiany w Ŝywności mogą być ograniczone przez prawidłowe prowadzenie procesów przetwórczych, a szczególnie właściwy dobór warunków przechowywania (Baryłko-Pikielna, 1989; Kalt, 2005). 41

42 Przegląd literatury Po procesie suszenia produkty nie uzyskują stanu równowagi. Obróbka wstępna i proces suszenia mogą wywołać napręŝenia i procesy, które mogą postępować w czasie przechowywania. NapręŜenia mogą ulegać relaksacji, a takŝe następują zmiany chemiczne i fizyczne, silnie zaleŝne od molekularnej mobilności składników Ŝywności. Mobilność molekularna zaleŝy od zawartości wody i temperatury materiału. Przy wyŝszej zawartości wody lub wyŝszej temperaturze następuje obniŝenie lepkości i mobilność molekuł jest większa, w związku z czym materiał jest wraŝliwszy na chemiczne, fizyczne i biologiczne zmiany (Lewicki, 2004; Lewicki, 2006). Produkt jest najbardziej stabilny, kiedy jest w stanie amorficznym szklistym i w takim stanie powinien być przechowywany (Roos, 2003). DuŜa część składników suszonej Ŝywności pozostaje w stanie amorficznym, ze względu na niewystarczającą ilość czasu potrzebnego do krystalizacji (Roos, 1995). Przejście ze stanu szklistego w stan gumowy, przy stałej zawartości wody, następuje w określonej temperaturze, zwanej temperaturą przejścia szklistego. Temperatura przejścia szklistego jest silnie zaleŝna od zawartości wody (Valle i in., 1998; Maltini i in, 2003; Lewicki, 2006). Woda pełni rolę plastyfikatora Ŝywności i jej wzrost powoduje znaczne obniŝenie temperatury przejścia szklistego. Produkt przechowywany powinien być więc chroniony przed adsorpcją wody, aby zapobiec przejściu szklistemu (Lewicki, 2006). śywność będąca w stanie amorficznym szklistym jest krucha i łamliwa (Bai i in., 2001). Stan amorficzny jest meta-stabilny i silnie zaleŝy od temperatury i zawartości wody (Lewicki, 2004). Temperatura materiału niŝsza od temperatury przejścia szklistego oznacza, iŝ produkt jest w stanie szklistym. Stąd produkt będący w stanie szklistym powinien być przechowywany w temperaturze niŝszej od temperatury przejścia szklistego, a wahań temperatury powinno się unikać. Natomiast suszone produkty, które nie osiągnęły stanu szklistego i są w stanie gumowatym ulegają zmianom fizycznym i chemicznym, a kinetyka tych zmian zaleŝna jest od zawartości wody i temperatury (Lewicki, 2006). Temperatura przejścia szklistego jest bardzo niska, ale szybko wzrasta ze spadkiem zawartości wody (Maltini i in, 2003). Podczas przechowywania powyŝej wartości krytycznej temperatury przejścia szklistego, szklista struktura zaczyna ulegać zmianie i przechodzi w stan gumowy. Ta zmiana istotnie wpływa na fizyko-chemiczną jakość produktu. Załamanie struktury powoduje obniŝenie porowatości i skurcz materiału, który ma istotny wpływ na właściwości rekonstytucyjne Ŝywności (Nijhuis i in., 1998). Dlatego teŝ tekstura suszonych materiałów moŝe pogarszać się w czasie przechowywania, jeśli produkt jest naraŝony na 42

43 Przegląd literatury działanie wysokiej temperatury lub wilgoci, albo gdy jest niewystarczająco wysuszony (Bhandari i Howes, 1999) Wpływ zawartości wody na stabilność przechowalniczą suszy Woda wpływa na przebieg wielu procesów i reakcji, które determinują jakość i stabilność przechowalniczą Ŝywności (Rowicka i in., 2002). Stabilność przechowalnicza produktu zaleŝy od aktywności wody, zawartości oraz jej rodzaju w produkcie. śywność jest najbardziej stabilna przy zawartości wody poniŝej wartości monowarstwy (Mathlouthi, 2001). Ponadto stabilność przechowalnicza wzrasta wraz z obniŝaniem się aktywności wody (Orsat i Vijaya Raghavan, 2007). Dlatego teŝ większą uwagę zwraca się na aktywność wody niŝ jej zawartość (Maltini i in., 2003). Od aktywności wody zaleŝą właściwości fizyczne, procesy zachodzące wewnątrz suszu, smak i zapach oraz czas przechowywania. Obecnie aktywność wody stosowana jest do przewidywania końcowego punktu suszenia oraz projektowania i kontrolowania procesów suszenia (Shafiur Rahman, 2005). Utrata kruchości Ŝywności jest związana ze wzrostem zawartości wody, która działa jak plastyfikator (Labuza i in., 2004). Właściwości materiału ulegają zmianie podczas magazynowania (Lewicki i Sitkiewicz, 1999). Twardość liofilizowanych jabłek zmniejsza się wraz ze zwiększaniem się aktywności wody (Rowicka i in., 2002). Suszenie powoduje występowanie gradientu wilgoci wewnątrz materiału. Dyfuzja wody podczas magazynowania obniŝa ten gradient, co jest przyczyną zmniejszania się napręŝeń w materiale podczas przechowywania, co potwierdzili Lewicki i Sitkiewicz (1999), badając suszoną cebulę Zmiany jakości suszy w czasie przechowywania Jakość suszonej Ŝywności to przede wszystkim jej bezpieczeństwo i wartość odŝywcza (Perera, 2005). Straty witamin i wartości odŝywczych zaleŝą od rodzaju surowca, fizycznych zmian i środowiska przechowywania tj., temperatury, dostępu światła czy tlenu (Wang, 2007). Zawartość wody równieŝ wpływa na tempo utleniania witamin podczas przechowywania (Roos, 2001). Wraz z wydłuŝeniem czasu przechowywania ilość substancji odŝywczych maleje (Wang, 2007). Badania w suszonych śliwkach (Chaudry i in., 1998), pietruszce (Kmiecik, 1995), papryce (Daood i in., 1996) wykazują, iŝ w czasie przechowywania następują znaczne straty witaminy C. W związku z utratą witaminy C oraz przemianami związków polifenolowych w czasie przechowywania znacznemu zmniejszeniu mogą ulegać równieŝ właściwości przeciwutleniające Ŝywności (Ścibisz i Mitek, 2005). Po 36 tygodniach przechowywania so- 43

44 Przegląd literatury ków pozostaje w nich średnio od 5 do 68% początkowej zawartości polifenoli (Kopera i Mitek, 2006). Podobnie zawartość tokoferoli w suszonej papryce ulega zmniejszeniu podczas przechowywania, podczas gdy zawartość karotenoidów obniŝa się w niewielkim stopniu (Daood i in., 1996). NiŜsza temperatura przechowywania jest korzystna, ze względu na lepsze zachowanie zapachu. Groszek suszony konwekcyjnie przechowywany w temperaturze 37ºC zachowuje zapach do 2-3 miesięcy, w 20ºC przez 9-12 miesięcy, a w 15ºC nawet przez miesięcy (Jayaraman i in., 1994). WaŜnym wyróŝnikiem jakości suszonych produktów jest zdolność do uwodnienia. Przechowywanie jabłek suszonych metodą osmotyczno-konwekcyjną przez 0,5, 1, 2,5 i 6 miesięcy powoduje obniŝenie ich zdolności do chłonięcia wody podczas rehydracji (Nowak i in., 1998). Wraz ze wzrostem czasu przechowywania suszonej marchwi równieŝ następuje zmniejszenie jej zdolności do ponownego uwodnienia (Prakash i in., 2004). Na stabilność przechowalniczą suszonych produktów ma wpływ obróbka wstępna. Zastosowanie przed suszeniem moczenia marchwi w roztworze kwasu askorbinowego i glukozy korzystnie wpływa na obniŝenie degradacji przeciwutleniaczy w czasie przechowywania (Yen i in., 2008). Suszona konwekcyjnie marchew niepoddana Ŝadnej obróbce po 60 dniach przechowywania charakteryzuje się obniŝeniem zawartości karotenów, o 32% w porównaniu do próbki badanej bezpośrednio po suszeniu, a po 300 dniach przechowywania - o 64%. Natomiast w marchwi potraktowanej SO 2, który zwiększa stabilność karotenów w czasie suszenia, po 60 dniach przechowywania ubytek karotenów jest na poziomie 10%, a po % (Baloch i in., 1977). Podobnie zastosowanie powłok zawierających 0,1% chitozanu w 1% kwasie cytrynowym wpływa na obniŝenie energii aktywacji w procesie degradacji witaminy C podczas 12-tygodniowego przechowywania suszonych jabłek w temperaturze 5 i 25ºC (Maniak i Kuna, 2007). Właściwości produktu w czasie przechowywania zaleŝą w duŝym stopniu od zastosowanej metody suszenia. Agrest suszony konwekcyjnie z wcześniejszym odwadnianiem osmotycznym daje produkt o najwyŝszej zawartości kwasu askorbinowego i w trakcie przechowywania charakteryzuje się najwyŝszą jego zawartością, w porównaniu z suszeniem słonecznym oraz w warunkach konwekcji naturalnej (Pragati i in., 2003). Natomiast marchew suszona fluidyzacyjnie (50 i 60ºC) i przechowywana przez 30 i 120 dni jest lepsza pod względem jakości sensorycznej, zdolności do rehydracji oraz zawartości β-karotenu niŝ susz mikrofalowy. Najgorszymi właściwościami charakteryzuje się susz otrzymany w suszarce słonecznej w temperaturze od 32-55º C (Perera, 2005). Susz marchwiowy suszony fluidyzacyjnie wykazuje się równieŝ intensywniejszą barwą (Prakash i in., 2004). Natomiast w przypadku suszu 44

45 Przegląd literatury promiennikowego przechowywanego przez 6 miesięcy otrzymano produkt o barwie jaśniejszej niŝ przed przechowywaniem, co mogło być spowodowane fizycznymi zmianami przechowanego materiału albo utlenieniem brązowych pigmentów tworzonych podczas suszenia (Nowak i Lewicki, 2005) Warunki przechowywania suszonej Ŝywności Stopień zmian w czasie składowania produktów suszonych zaleŝy głównie od zawartości wody w suszonych produktach, temperatury i czasu przechowywania. Mniejszą rolę odgrywa zastosowanie modyfikowanej atmosfery bądź próŝni (Mahmutoğlu i in., 1996), choć często wpływa korzystniej niŝ przechowywanie w atmosferze powietrza. W atmosferze powietrza znacznie szybciej następuje utrata smaku i zapachu marchwi liofilizowanej, a zawartość karotenów jest niŝsza niŝ przy przechowywaniu jej w atmosferze azotu (Kamiński i in., 1986). Magazynowanie w atmosferze azotu przez 6 miesięcy konwekcyjnego suszu marchwi i otrzymanego pod zmniejszonym ciśnieniem z zastosowaniem mikrofal powoduje utrzymanie jakości, uzyskanej bezpośrednio po wysuszeniu produktu (Regier i in., 2005). Podobnie przy zastosowaniu pakowania próŝniowego przechowywanie suszonych krewetek w niŝszej temperaturze wpłynęło na lepsze zachowanie astaksantyny, silnego przeciwutleniacza, i barwy produktu (Niamnuy i in., 2008). Jak podaje Perera (2005), najlepsza temperatura przechowywania suszonych produktów wynosi 0-10ºC. Przy składowaniu suszu jabłkowego w temperaturze poniŝej 10ºC nawet przez kilka miesięcy zmiany barwy są niewielkie (Pr. zbiorowa, 1994). NiŜsza temperatura daje moŝliwość dłuŝszego przechowywania. Jednak w przypadku przechowywania suszonych owoców w niskiej temperaturze moŝe dojść do pojawienia się białych, krystalicznych form glukozy, co jest niepoŝądane (Perera, 2005). Natomiast Pijanowski i in. (2004) polecają temperaturę nie przekraczającą wartości 25ºC przy wilgotności otoczenia poniŝej 40%. Gdy jest większa wilgotność, susz chłonie parę wodną i następuje pogorszenie cech sensorycznych produktu Podsumowanie Doniesienia dotyczące suszenia promieniami podczerwonymi oraz mikrofalami często odnoszą się do badania przebiegu procesu suszenia i wybranych właściwości produktów. Ze względów na brak wiedzy na temat wpływu promieniowania podczerwonego czy mikrofalowego na produkt spoŝywczy, jego właściwości fizyko-chemiczne, a w szczególności jakość przechowalniczą, nowoczesne metody suszenia są sporadycznie wykorzystywane w przemy- 45

46 Przegląd literatury śle spoŝywczym (Skjöldebrand, 2002). Kompleksowe badania procesów suszenia, w których energia dostarczana jest w sposób niekonwencjonalny, poprzez analizę kinetyki procesu i wielu wyróŝników jakości, tj. wartości odŝywczej, właściwości strukturalnych, dyfuzyjnych, rekonstytucyjnych, sorpcyjnych, optycznych oraz mechanicznych suszy, równieŝ podczas przechowywania, pozwoli na ocenę moŝliwości zastosowania nowoczesnych metod suszenia w przemyśle. 46

47 Cel i zakres pracy 3. CEL I ZAKRES PRACY Celem pracy było zbadanie wpływu sposobu dostarczenia ciepła w czasie suszenia na jakość suszonej tkanki jabłka, ocenianą bezpośrednio po suszeniu oraz po określonym czasie przechowywania. Zakres pracy obejmował: 1. Zbadanie wpływu róŝnych parametrów procesu suszenia z zastosowaniem promieniowania podczerwonego oraz mikrofalowego na jakość suszu jabłkowego. 2. Przeprowadzenie kompleksowej analizy róŝnych wyznaczników jakości suszy otrzymanych metodą konwekcyjną oraz z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego i mikrofalowego, obejmujej: właściwości mechaniczne, sorpcyjne, rekonstytucyjne, optyczne, strukturalne, właściwości prozdrowotne, oceniane na podstawie zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli oraz ocenę sensoryczną. 3. Dobór odpowiednich parametrów suszenia z zastosowaniem promieni podczerwonych (prędkość przepływu powietrza, odległość źródła promieniowania podczerwonego od powierzchni suszonego materiału), oraz suszenia z zastosowaniem mikrofal (temperatura powietrza, moc mikrofal), zapewniających otrzymanie produktu o jak najwyŝszej jakości. 4. Przeprowadzenie testów przechowalniczych, prowadzonych w zmiennej temperaturze i czasie, suszu konwekcyjnego oraz wybranego suszu mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego. 47

48 Metodyka pracy 4. METODYKA PRACY 4.1. Część technologiczna Materiał badawczy i jego przygotowanie Materiał do badań stanowiły jabłka odmiany Idared, pochodzące z Pól Doświadczalnych Katedry Sadownictwa SGGW. Jabłka odebrane z przechowalni SGGW do momentu rozpoczęcia badań jabłka przechowywano przez miesiąc w chłodni w temperaturze 5-8 C, przy wilgotności względnej powietrza około 90%. Jabłka charakteryzowały się białokremowym, jędrnym, soczystym, lekko kwaskowatym miąŝszem. Do doświadczeń wybierano jabłka duŝe, o średnicy około 11 cm. Materiał do suszenia przygotowywano w postaci plastrów o średnicy 30 mm i grubości 5,0±0,5 mm. Pokrojony materiał zanurzano w 0,1% rozworze kwasu cytrynowego na około 10 min, w celu zabezpieczenia przed reakcjami brunatnienia enzymatycznego. Następnie materiał osuszano na bibule i poddawano suszeniu. W pracy zamieszczono wyniki badań przeprowadzanych w ciągu 3 lat. Badania dotyczące materiału surowego, bezpośrednio po suszeniu róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów procesowych oraz dla wybranych parametrów suszenia były wykonywane w latach Wszystkie eksperymenty technologiczne i analizy prowadzono w okresie od listopada do marca kaŝdego roku Suszenie konwekcyjne Proces suszenia konwekcyjnego prowadzono w suszarce laboratoryjnej (rys. 1). Surowiec układano na sicie w pojedynczej warstwie i suszono w temperaturze 70 C, stosując przepływ powietrza równoległy do warstwy materiału o prędkości 2 m/s. ObciąŜenie sita wynosiło 0,25 kg (1,92 kg/m 2 ). Suszenie trwało do momentu osiągnięcia równowagowej zawartości wody. Zmiany masy materiału rejestrowano za pomocą programu POMIAR, archiwizującego dane, połączonego z wagą mikroprocesorową typu A 5000 firmy AXIS o dokładności ±0,1 g. Za pomocą termopar podłączonych do przetwornika rejestrowano w programie REJESTRATOR v temperaturę materiału w trakcie suszenia. Na podstawie zmierzonych ubytków masy w trakcie procesu opracowano wykresy kinetyki suszenia. Wszystkie suszenia powtarzano trzykrotnie. 48

49 Metodyka pracy Rysunek 1. Schemat laboratoryjnej suszarki konwekcyjnej 49

50 Metodyka pracy Suszenie mikrofalowo-konwekcyjne Proces suszenia konwekcyjnego wspomaganego mikrofalami prowadzono w laboratoryjnej suszarce, umoŝliwiającej regulację temperatury powietrza, mocy mikrofal oraz pomiar zmian masy i temperatury materiału (rys. 2). Wybrano sześć róŝnych kombinacji parametrów suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego, przy zastosowaniu dwóch poziomów mocy mikrofal: 150 i 300 W oraz trzech temperatur powietrza: 20, 30 i 40 C. Przepływ powietrza był prostopadły do warstwy materiału o prędkości około 3,5 m/s. ObciąŜenie sita wynosiło 0,25 kg (2,40 kg/m 2 ). Rejestrację zmian masy materiału w trakcie suszenia zapewniała waga elektroniczna typu B3 firmy AXIS o dokładności ±0,1 g, podłączona do komputera rejestrującego wskazania wagi w programie do rejestracji przebiegu suszenia mikrofalowego PROMIS. Równocześnie rejestrowano temperaturę materiału, dzięki zastosowaniu pirometru. W momencie pomiaru temperaury i masy nastepowało wyłączenie mikrofal. Suszenie trwało do uzyskania około 10% wody w suszonym materiale, co wynikało ze sposobu działania suszarki. Na podstawie zmierzonych ubytków masy w trakcie procesu opracowano wykresy kinetyki suszenia. Wszystkie suszenia powtarzano trzykrotnie. 50

51 Rysunek 2. Schemat laboratoryjnej suszarki mikrofalowo-konwekcyjnej Metodyka pracy 51

52 Metodyka pracy Suszenie promiennikowo-konwekcyjne Proces suszenia konwekcyjnego wspomaganego promieniami podczerwonymi prowadzono w laboratoryjnej suszarce, umoŝliwiającej regulację odległości emitera promieni podczerwonych od powierzchni suszonego materiału, prędkości przepływu powietrza oraz pomiar zmian masy i temperatury materiału (rys. 3). Źródłem promieniowania podczerwonego było dziewięć lamp firmy PHILIPS, ustawionych szeregowo w trzech rzędach, o mocy 175 W kaŝda i średnicy 125 mm. Emiter promieni podczerwonych o całkowitej mocy 7,875 kw/m 2 był zawieszony u szczytu suszarki. Wybrano dziewięć róŝnych kombinacji parametrów suszenia przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, stosując trzy prędkości przepływu powietrza (przepływ równoległy do warstwy materiału): 0,5, 1,2 i 2 m/s oraz trzy odległości źródła promieniowania od powierzchni suszonego materiału: 10, 20 i 30 cm. ObciąŜenie sita wynosiło 0,25 kg (1,26 kg/m 2 ). Suszenie trwało do uzyskania stałej masy suszu. Rejestrację zmian masy materiału w trakcie suszenia zapewniała waga elektroniczna typu A 4000 firmy AXIS o dokładności ±0,1 g, podłączona do komputera rejestrującego wskazania wagi w programie POMIAR. Za pomocą termopar podłączonych do przetwornika rejestrowano w programie WTC TIK Corp. temperaturę materiału w trakcie suszenia. Na podstawie zmierzonych ubytków masy w trakcie procesu opracowano wykresy kinetyki suszenia. Wszystkie suszenia powtarzano trzykrotnie. 52

53 Rysunek 3. Schemat laboratoryjnej suszarki promiennikowo-konwekcyjnej Metodyka pracy 53

54 Metodyka pracy Przechowywanie wysuszonego materiału Suszone jabłka przygotowane do przechowywania pochodziły z tej samej partii surowca, z grudnia 2007 r. Susz otrzymany metodą: - konwekcyjną w temperaturze 70ºC przy przepływie powietrza 2 m/s, - konwekcyjną wspomaganą mikrofalami o mocy 300 W i przy przepływie powietrza o temperaturze 40ºC wynoszącym 3,5 m/s, - konwekcyjną wspomaganą promieniami podczerwonymi, stosując odległość źródła promieniowania od powierzchni suszonego materiału wynoszącą 20 cm i przepływ powietrza 1,2 m/s, przechowywano w torebkach PE/Al/PE o ogólnej wysokiej barierowości (Kuzia, 1998). Funkcją opakowania jest zapobieganie niekorzystnym reakcjom chemicznym, polegającym na odcięciu dostępu tlenu i światła, które w wielu przypadkach przyspieszają te procesy (Czapski, 1998). Podczas pakowania w urządzeniu komorowym do pakowania w woreczki foliowe PP 5.4 firmy TEPRO usuwano w 80% powietrze i zgrzewano. Tak zapakowane susze przechowywano w trzech temperaturach: 4 (szafa chłodnicza), 25 (pokój termostatowy) i 40 C (cieplarka POL-EKO Aparatura ST). Susze przechowywano przez okres 12 miesięcy, a po 1, 3, 6 i 12 miesiącach przeprowadzano badania jakościowe. Dla kaŝdej temperatury i czasu przechowywania przygotowano materiał w trzech powtórzeniach Część analityczna Oznaczanie zawartości suchej substancji Zawartość suchej substancji oznaczano zgodnie z normą PN-90/A-75101/03 w materiale surowym, bezpośrednio po suszeniu róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów procesowych oraz po kaŝdym czasie przechowywania i po kaŝdym etapie rehydracji. Oznaczeń dokonywano w dwóch lub trzech powtórzeniach Oznaczanie objętości plastrów Oznaczenie objętości wykonano metodą toluenową (Mazza, 1983) w materiale surowym i suszonym róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów procesowych. Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach dla dwóch plastrów jabłka. 54

55 Metodyka pracy Oznaczanie aktywności wody Pomiar aktywności wody wykonywano w materiale surowym, suszonym róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów procesowych oraz po kaŝdym czasie przechowywania w higrometrze firmy ROTRONIK w temperaturze 25 C. Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach Oznaczanie rehydracji Rehydrację przeprowadzono w materiale suszonym róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po kaŝdym czasie przechowywania. Rehydrację wyraŝono względnym przyrostem masy i względnym ubytkiem rozpuszczalnych składników suchej substancji. Plastry suszu o znanej masie zalewano 100 cm 3 wody destylowanej o temperaturze 20 C. Kinetykę procesu badano w zakresie 0-3 godzin. Po 0,5; 1 i 3 godzinach próbkę oddzielano na sicie od wody, osuszano bibułą i waŝono (Witrowa-Rajchert, 1999). Oznaczenia dokonywano w trzech powtórzeniach dla kaŝdego czasu rehydracji Oznaczanie zdolności pochłaniania wody Badanie zdolności pochłaniania wody w materiale suszonym róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych wykonano zgodnie z normą PN-90/A-75101/19, określając objętość wody wchłoniętej przez susz po 24 h uwadniania materiału suszonego. Oznaczenia wykonano w dwóch powtórzeniach Oznaczanie kinetyki sorpcji W celu określenia właściwości higroskopijnych, wyraŝonych kinetyką sorpcji, materiał bezpośrednio po suszeniu róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po kaŝdym czasie przechowywania, waŝono na wadze analitycznej typu AE 240S firmy METTLER o dokładności ±0,0001 g i umieszczano w eksykatorze nad roztworem NaCl w środowisku o a w = 0,75. Kinetykę adsorpcji wyznaczano przez 72 godziny w temperaturze 25 C. Po czasie 0,5, 1, 3, 5, 8, 10, 24, 48 i 72 h waŝono próbki. Oznaczenia dokonywano w sześciu powtórzeniach dla kaŝdej temperatury i czasu przechowywania Wyznaczanie izoterm sorpcji Do wyznaczenia izoterm sorpcji stosowano metodę statyczno-eksykatorową. Przed umieszczeniem próbek w eksykatorze, suszone róŝnymi metodami przy wybranych parame- 55

56 Metodyka pracy trach procesowych jabłko dosuszano w suszarce próŝniowej w temperaturze 50 C pod ciśnieniem 0,27 kpa przez 24 godziny. Materiał, po zwaŝeniu na wadze analitycznej typu AE 240S firmy METTLER z dokładnością do ±0,0001 g, umieszczano w eksykatorach, gdzie jako czynnik higrostatyczny zastosowano nasycone roztwory soli o określonej aktywności wody (tab. 1). W higrostatach o aktywnościach wody powyŝej 0,7 umieszczono tymol, w celu ochrony przed rozwojem mikroorganizmów. Produkty przechowywano w warunkach stałej wilgotności względnej dla 0 do 0,903 przez 3 miesiące. Po 3 miesiącach próbki waŝono i mierzono aktywność wody. Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Tabela 1. Aktywność wody nasyconych roztworów soli w temperaturze 25 C (Ruegg, 1980) Rodzaj substancji Aktywność wody CaCl 2 0,0 LiCl 0,113 CH 3 COOK 0,225 MgCl 2 0,328 K 2 CO 3 0,432 Mg(NO 3 ) 2 0,529 NaNO 2 0,648 NaCl 0,753 (NH 4 ) 2 SO 4 0,810 BaCl 2 0, Badanie właściwości mechanicznych Badanie właściwości mechanicznych przeprowadzono przy zastosowaniu teksturometru TEXTURE ANALYSER TA-TX2 firmy Stable Micro Systems Ltd. o zakresie 25 kg. Test cięcia przeprowadzonego przy zastosowaniu noŝa o długości 62 mm, szerokości 24 mm i grubości 0,5 mm. Test przeprowadzono do całkowitego przcięcia plastra, z prędkością przesuwu głowicy 1,0 mm/s i siłą 15 N. Rozpoczęcie cięcia następowało przy stawianiu przez próbkę oporu 0,1 N. JednonoŜowy element tnący przesuwał się wewnątrz metalowej podstawki ze szczeliną, powodując przecięcie lub złamanie próbki. Wyniki testów rejestrowano za pomocą programu komputerowego Texture, które następnie kopiowano do programu Excel. Do badania brano losowo 10 plastrów materiału surowego i suszonego róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych. Pracę cięcia obliczono jako pole pod krzywą obrazującą zmiany siły (N) w funkcji przesunięcia głowicy (mm) do osiągnięcia siły maksymalnej. 56

57 Metodyka pracy Oznaczanie barwy Barwę materiału surowego i suszonego róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów, suszonego róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po przechowywaniu określano za pomocą chromametru typu CR-300 firmy Minolta. Barwę mierzono w systemie CIE L * a * b * dla oświetlenia standardowego C. Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach dla 15 plastrów jabłka Oznaczanie potencjału brązowienia W celu oznaczenia potencjału brązowienia ekstrahowano z tkanki jabłka brązowe barwniki melaninowe, produkty reakcji enzymatycznego i nieenzymacztycznego brązowienia. OdwaŜano 5 g rozdrobnionego miąŝszu surowych jabłek, rozdrabniano i dodawano 20 cm 3 95% etanolu. W przypadku suszu masę próbki potrzebną do analizy obliczano przy załoŝeniu, Ŝe masa suchej substancji w suszu ma być równa masie suchej substancji zawartej w 5 g surowego jabłka. Do odwaŝonego, rozdrobnionego suszu dodawano taką ilość wody, aby sumaryczna masa wynosiła 5 g, a następnie 20 cm 3 95% etanolu. Próbę homogenizowano przez 3 min, a następnie pozostawiano pod przykryciem przez 60 minut. Tak przygotowany roztwór wirowano w wirówce firmy Sigma4K1S POLYGEN przez 30 minut w temperaturze 10ºC przy prędkości obrotowej 1150 obr/min. Od osadu odsączano supernatant, wcześniej zwilŝając sączek 95% etanolem i uzupełniano do objętości 25 cm 3. W ekstrakcie oznaczano potencjał brązowienia zgodnie z metodyką podaną przez Viña i Chaves (2006). Pomiar polegał na określeniu absorbancji uzyskanego ekstraktu w spektrofotometrze typu Heλios γ Thermo- Spectronic przy długości fali 320 nm. Wynik wyraŝono w jednostkach absorbancji (AU/g jabłka). Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach w materiale suszonym róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów, suszonym róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po przechowywaniu Oznaczanie zdolności przeciwutleniającej Zdolność przeciwutleniającą oznaczano metodą polegającą na określeniu stopnia wygaszania wolnych rodników DPPH przez przeciwutleniacze zawarte w surowych jabłkach, w zaleŝności od części owocu i czasu przechowywania, oraz w materiale suszonym róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów, suszonym róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po przechowywaniu. Zdolność przeciwrodnikową oznaczano takŝe w jabłkach po suszeniu do określonej zawartości wody. W celu sporządzenia eks- 57

58 Metodyka pracy traktu do analiz odwaŝano 5 g rozdrobnionego miąŝszu surowych jabłek i dodawano 50 cm 3 80% etanolu. W przypadku suszu stosowano nawaŝkę równowaŝną zawartości suchej substancji w 5 g jabłka surowego i dodawano do niej taką ilość wody, aby sumaryczna masa wynosiła 5 g. Po dodaniu 50 cm 3 80% etanolu próbę homogenizowano przez 1 min i gotowano pod chłodnicą zwrotną przez 5 min. Tak przygotowany roztwór sączono do kolbek miarowych o pojemności 50 cm 3 przez 15 minut i uzupełniano do kreski. W ekstrakcie oznaczano zdolność przeciwrodnikową zgodnie z metodyką podaną przez Brand-Williams i in. (1995). W celu przygotowania roztworu wyjściowego odwaŝono 0,025 g DPPH na wadze analitycznej z dokładnością ±0,0001 g i przenoszono do kolby miarowej na 100 cm 3, uzupełniając do kreski 99%-owym metanolem. Następnie pobierano 23,0±0,5 cm 3 roztworu wyjściowego, przenoszono do kolby miarowej na 100 cm 3 i uzupełniono do kreski 80%-owym roztworem wodnego etanolu. Przygotowany roztwór przechowywano w ciemnym miejscu przez minimum 1 godzinę w temperaturze pokojowej. Dla próby kontrolnej odmierzano do probówki 2 cm 3 roztworu wyjściowego DPPH i dodawano 2 cm 3 80%-owego wodnego roztworu etanolu, mieszano i po przechowywaniu przez 30 minut w zaciemnionym miejscu dokonywano pomiaru absorbancji, która dla tej próby powinna wynosić 0,6 0,7. Pomiaru dokonywano przy długości fali 515 nm w spektrofotometrze typu Heλios γ ThermoSpectronic. W celu pomiaru zdolności przeciwutleniającej, do probówek dodawano w odpowiedniej ilości ekstrakt i 80%-owy wodny roztwór etanolu (tab. 2), a następnie dodawano 2 cm 3 roztworu DPPH. Probówkę zakrywano korkiem, mieszano jej zawartość i przechowywano w zaciemnionym miejscu przez 30 minut. Pomiar absorbancji przeprowadzano w spektrofotometrze typu Heλios γ ThermoSpectronic przy długości fali 515 nm wobec próby zerowej (80%-owego wodnego roztworu etanolu). Tabela 2. Objętości stosowane do oznaczania zdolności przeciwutleniającej L.P. Ekstrakt [cm 3 ] 80% etanol [cm 3 ] DPPH* [cm 3 ] 1 0,05 1,95 2,0 2 0,08 1,92 2,0 3 0,12 1,88 2,0 4 0,15 1,85 2,0 5 0,20 1,80 2,0 6 0,25 1,75 2,0 7 0,30 1,70 2,0 8 0,35 1,65 2,0 58

59 Metodyka pracy Na podstawie uzyskanych wyników wykreślono liniową zaleŝność pomiędzy objętością ekstraktu a stopniem neutralizacji wolnych rodników DPPH. Efektywność wygaszania wolnych rodników przez badane susze i surowiec wyraŝano w formie współczynnika IC 50, określającego ilość materiału potrzebnego do 50%-owej redukcji wolnych rodników DPPH. Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach Oznaczanie zawartości związków polifenolowych Zawartość związków polifenolowych oznaczano metodą Folina-Ciocalteu a (Sluis i in., 2002) w materiale surowym, suszonym róŝnymi metodami przy zastosowaniu róŝnych parametrów, suszonym róŝnymi metodami przy wybranych parametrach procesowych oraz po kaŝdym etapie przechowywania, stosując jako wzorzec kwas chlorogenowy. Zawartość polifenoli oznaczano takŝe w jabłkach po suszeniu do określonej zawartości wody oraz w materiale surowym pochodzącym z róŝnych części owocu i w trakcie jego przechowywania. Do analiz wykorzystano ekstrakt przygotowany do oznaczania stopnia wygaszania wolnych rodników. Do kolb miarowych o pojemności 50 cm 3 pobierano 30 cm 3 wody destylowanej, 1,5 cm 3 ekstraktu i 2,5 cm 3 odczynnika Folina. Po wymieszaniu zawartości kolby po 3 minutach dodawano 5 cm 3 roztworu węglanu sodowego i uzupełniono wodą destylowaną do objętości 50 cm 3. Po wymieszaniu pozostawiono w zaciemnionym miejscu na czas 1 godziny w temperaturze pokojowej, a następnie dokonano pomiaru absorbancji w spektrofotometrze typu Heλios γ ThermoSpectronic przy długości fali 750 nm wobec próby zerowej (bez ekstraktu). Z wartości absorbancji na krzywej wzorcowej odczytywano zawartość polifenoli wyraŝonych w mg kwasu chlorogenowego/100 cm 3. W celu przygotowania krzywej wzorcowej odwaŝono na wadze analitycznej 0,05 g kwasu chlorogenowego, przenoszono do kolby miarowej na 100 cm 3 i uzupełniano do kreski wodą destylowaną. Do kolb miarowych o objętości 100 cm 3 pobrano odpowiednio po 2, 4, 6, 8 i 10 cm 3 roztworu kwasu chlorogenowego i uzupełniano wodą destylowaną do końcowej objętości kolby. Następnie do kolb miarowych o objętości 50 cm 3 pobrano odpowiednio: 30 cm 3 wody destylowanej, 10 cm 3 roztworu kwasu chlorogenowego i 2,5 cm 3 odczynnika Folina-Ciocalteu. Zawartość kolby mieszano, po 3 minutach dodawano 5 cm 3 roztworu węglanu sodowego (177 g węglanu sodowego rozpuszczono w wodzie destylowanej w kolbie miarowej na 1000 cm 3 ) i uzupełniono wodą destylowaną do objętości 50 cm 3. Po wymieszaniu pozostawiano w zaciemnionym miejscu na 1 godzinę w temperaturze pokojowej, a na- 59

60 Metodyka pracy stępnie mierzono absorbancję przy długości fali 750 nm. Wyniki podano w mg kwasu chlorogenowego, po uwzględnieniu rozcieńczeń. Dla 2, 4, 6, 8 i 10 cm 3 roztworu kwasu chrogenowego otrzymano, uwzględniając rozcieńczenia, odpowiednio 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 i 1 mg kwasu chlorogenowego/100 cm 3. Zestawienie otrzymanych danych pozwoliło na przedstawienie krzywej wzorcowej obrazującej zaleŝność pomiędzy absorbancją i zawartością związków polifenolowych w jabłku (rys. 4). Otrzymany wynik w mg kwasu chlorogenowego/100 cm 3 przeliczano na mg kwasu chlorogenowego/100g suchej substancji jabłka. Oznaczeń dokonywano w trzech powtórzeniach. wartość absorbancji 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0,5965x + 0,0133 R 2 = 0,999 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 zawartość polifenoli [mg kwasu chlorogenowego/100 cm 3 ] Rysunek 4. Krzywa wzorcowa zawartość związków polifenolowych w jabłku Oznaczanie biologicznej aktywności oddechowej Badanie aktywności oddechowej jabłka surowego, suszy jabłek otrzymanych trzema metodami suszenia przy wybranych parametrach procesowych oraz suszy rehydrowanych przez trzy godziny przeprowadzono urządzeniu OxiTop Control (rys. 5), którego zasada działania opiera się na manometrycznym pomiarze zuŝycia tlenu. Metoda ta wykorzystuje zjawisko zuŝywania tlenu podczas fotosyntezy, przy jednoczesnym wydzielaniu dwutlenku węgla. W naczyniu o pojemności 1 dm 3, zamykanym szczelnie pokrywką, umieszczano na okres 5 godzin próbkę materiału surowego, rehydrowanego przez 3 godziny (Witrowa- Rajchert, 1999) o masie ok. 100 g oraz suszonego, którego nawaŝka byłą równowaŝna 100 g jabłka surowego. Specjalnie zamontowane w pokrywkach główki pomiarowe rejestrowały zmiany ciśnienia wewnątrz naczyń pomiarowych. Podczas pomiaru badana próbka znajdowa- 60

61 Metodyka pracy ła się na dnie naczynia pomiarowego. Nad próbką, na specjalnym uchwycie, umieszczone było naczynie z cieczą absorbującą CO 2 (50 cm 3 1 M roztworu NaOH), w związku z czym nie pojawiał się on w postaci wolnego gazu. W konsekwencji zmiana ciśnienia wewnątrz naczynia pomiarowego wynikała z zuŝycia tlenu przez badaną próbkę. Mierzone wartości ciśnienia przekazywano z główki pomiarowej, za pomocą podczerwieni, do kontrolera, a następnie przeliczano na biologiczną aktywność oddychania BA. Ze względu na silną zaleŝność pomiędzy ciśnieniem a temperaturą, pomiary były wykonywane w warunkach termostatycznych, w temperaturze 20ºC (Platen i Wirtz, 1999). Po pomiarze aktywności oddechowej określano objętość próbki. Materiał wyjmowano z naczynia OxiTop i umieszczano w cylindrze miarowym, o pojemności 500 cm 3. Następnie do cylindra nalewano wodę, tak aby próbka w całości znajdowała się poniŝej jej poziomu. Po określeniu poziomu cieczy, wodę z cylindra z próbką przelewano do pustego cylindra miarowego, o pojemności 250 cm 3. Objętość próbki stanowiła róŝnica między poziomem wody w obydwóch cylindrach. Natomiast objętość próbki suszonej mierzono przy wykorzystaniu metody toluenowej (Mazza, 1983). Rysunek 5. Urządzenie OxiTop Control do pomiaru aktywności biologicznej Analiza struktury wewnętrznej za pomocą komputerowej analizy obrazu Analizę mikrostruktury suszy jabłek, otrzymanych trzema metodami przy wybranych parametrach procesowych, przeprowadzono na podstawie zdjęć wykonanych przy uŝyciu elek- 61

62 Metodyka pracy tronowego mikroskopu skaningowego FEI QUANTA 200 z mikroanalizatorem typu EDS i cyfrowym zapisem obrazu w formacie *.jpg. Do wykonania zdjęć losowo wybrano trzy plasterki kaŝdego suszu. Suszone jabłka przecinano wzdłuŝ osi Ŝyletką i wycinano pasek o grubości około 2 mm ze środkowej części wysuszonego plastra jabłka. Zdjęcia wykonano w Centrum Analitycznym SGGW. Przy uŝyciu programu komputerowego MultiScan v , na podstawie zdjęć otrzymanych przy powiększeniu 80x i 177x, wyliczono średnie pole powierzchni (mm 2 ), obwód (mm), średnicę Fereta (mm) i współczynnik kształtu identyfikowanych przestrzeni. Histogramy oraz krzywe skumulowane sporządzano w programie Microsoft Excel 2003 w układach: liczebność mierzony parametr Analiza struktury za pomocą interferometrii birefrakcyjnej Analizę mikrostruktury suszy jabłek, otrzymanych trzema metodami przy wybranych parametrach procesowych, przeprowadzono w warunkach interferometrii birefrakcyjnej przy uŝyciu mikroskopu Biolar PI (Bakier, 2005). Suszone jabłka przecinano wzdłuŝ osi Ŝyletką i wycinano skrawek tkanki o grubości około 0,01 mm poprzecznie do powierzchni. Obraz utrwalano przy uŝyciu cyfrowego rejestratora obrazu Casio QV-2900UX w formacie *.jpg. Zdjęcia wykonano przy stałym powiększeniu z zablokowanym automatycznym zoomem Ocena sensoryczna Ocenę sensoryczną przeprowadzono po 24 godzinach od otrzymania trzech rodzajów suszy, uzyskanych przy wybranych parametrach procesowych. Oceny dokonywał w skali pięciopunktowej 6-cio osobowy panel ekspertów. Próbki suszu (3 plasterki) podawano oceniającym w kolejności losowej w przezroczystych naczyniach. Do ilościowego wyraŝania jakości i intensywności sensorycznej suszu pod względem wybranych cech zastosowano metody skalowania (Klepacka, 2002). Ocenę przeprowadzono dwukrotnie w trzymiesięcznym odstępie czasowym. WyróŜniki oraz odpowiadające im określenia brzegowe zastosowane podczas analizy zebrano w tabeli 3. 62

63 Metodyka pracy Tabela 3. Badane wyróŝniki oraz odpowiadające im określenia brzegowe zastosowane przy ocenie sensorycznej suszy Barwa ton barwy WyróŜniki Określenia brzegowe ( j.u.) 0 5 Ŝółto-kremowy ciemno-miodowobeŝowa jasność ciemno-ŝółty jasny Zapach Charakterystyczny dla dojrzałych jabłek (w masie opakowaniu) Charakterystyczny dla dojrzałych jabłek (w masie opakowaniu) Obcy (inny niŝ naturalny) (w masie opakowaniu) Smak nietypowy niewyczuwalny niewyczuwalny typowy bardzo intensywny bardzo intensywny Charakterystyczny dla dojrzałych jabłek typowy nietypowy Charakterystyczny dla dojrzałych jabłek (w masie opakowaniu) niewyczuwalny bardzo intensywny Obcy (inny niŝ naturalny) niewyczuwalny bardzo intensywny Twardość Opór jaki stawia susz podczas rozdrabniania go zębami Ogólna ocena jakości suszu Ogólne wraŝenia sensoryczne odbierane przy ocenie próbki, obejmujące wszystkie oceniane wyróŝniki zapachu, tekstury i smaku gumowate zła twarde bardzo dobra Najsmaczniejsze wg własnej opinii próbka 1 próbka 2 próbka Część obliczeniowa Metody matematyczne i graficzne Obliczanie objętości Objętość plastrów jabłek surowych i suszonych obliczano wg poniŝszego wzoru: V śr Vcyl Vtol =, [1] 2 gdzie: V śr średnia objętość jednego plastra, cm 3 63

64 Metodyka pracy V cyl objętość cylindra, cm 3 V tol objętość toluenu, cm Obliczanie skurczu Na podstawie pomiarów objętości materiału obliczano skurcz podczas suszenia według wzoru: V = 1 K S 100%, [2] V0 gdzie: S skurcz plastra, [%] V k objętość końcowa suszonego plastra, [cm 3 ] V 0 objętość plastra przed suszeniem, [cm 3 ] Obliczanie gęstości pozornej Pomiar masy i objętości plastrów umoŝliwił obliczenie gęstości pozornej tkanek surowych i suszonych, stosując równanie: m ρ =, [3] V śr gdzie: ρ gęstość pozorna badanej tkanki, [g/cm 3 ] m masa plastra, [g] V śr średnia objętość jednego plastra, [cm 3 ] Obliczanie porowatości wewnętrznej Porowatość wewnętrzną tkanki obliczano zgodnie z poniŝszymi wzorami (Andrés i in., 2004): ρm ρ ε =, [4] ρ m 1 ρ m =, [5] xw ( 1 xw ) + gdzie: ε porowatość ρ m gęstość masowa, [kg/m 3 ] ρ gęstość pozorna, [kg/m 3 ] 64

65 Metodyka pracy x w zawartość wody Gęstość masowa określa średnią gęstość układu składającego się z suchej substancji oraz wody, z pominięciem przestrzeni powierzchni Obliczanie parametrów barwy Obliczono następujące parametry barwy: nasycenie barwy: * 2 * ( a ) ( b ) 2 bezwzględną róŝnicę barwy: C = +, [6] ton barwy: * 2 * 2 * ( L ) + ( a ) + ( b ) 2 E =, [7] * 1 b H = tg, [8] * a gdzie: L* jasność, a* współrzędna chromatyczna określająca barwę czerwoną (+a*)/zieloną (-a*) b* współrzędna chromatyczna określająca barwę Ŝółtą (+b*)/niebieską (-b*) L *, a *, b * wskaźniki róŝnicy barwy powierzchni porównywanych próbek, w odniesieniu do jabłka surowego. E jest wyraŝona w umownych jednostkach NBS, które zostały wprowadzone przez amerykańskie biuro normalizacyjne (Klepacka, 2002) Obliczanie aktywności oddechowej Aktywność oddechową materiału obliczano ze wzoru (Platen i Wirtz, 1999): ( O ) M R BA = R T 2 V m fr Bt p, [9] gdzie: BA aktywność oddechowa tkanki, [mg O 2 /kg suchej substancji] M R (O 2 ) masa molowa tlenu 32000, [mg/mol] V fr objętość wolnego gazu, [dm 3 ] R stała gazowa 8,314, [J/mol K] T wartość pomiarowa temperatury, [K] m Bt masa suchej substancji w próbce, [kg] p spadek ciśnienia w próbie, [J/dm 3 ] (1hPa = 0,1 J/dm 3 ) 65

66 Metodyka pracy Dla kaŝdego pomiaru określono objętość wolnego gazu V fr według poniŝszego wzoru: V fr V ges V AG V AM V =, [10] Bf gdzie: V fr objętość wolnego gazu, [dm 3 ] V ges całkowita objętość przestrzeni w naczyniu pomiarowym zamkniętym pokrywką (bez próbki, bez naczynia absorpcyjnego, bez czynnika absorbującego), [dm 3 ] V AG objętość naczynia na czynnik absorpcyjny, [dm 3 ] V AM objętość czynnika absorbującego, [dm 3 ] V Bf objętość próbki, [dm 3 ] Wyznaczanie izoterm adsorpcji Do opisu izoterm adsorpcji pary wodnej badanego suszu zastosowano następujące modele: model BET (Pałacha, 2007 za Brunauer i in., 1938): u = model Lewickiego (1998a): u = model Pelega (1993): ( 1 a ) [ 1 + ( C 1) a ] F w u m C a w G H ( 1 a ) 1 + a w B E a w Daw F w w, [11], [12] u = Α +, [13] gdzie: u równowagowa zawartość wody [g H 2 O/100 g s.s.] u m stała, pojemność monowarstwy, [g H 2 O/g s.s.], a w aktywność wody [-] C stała energetyczna powiązana z ciepłem adsorpcji A,D,F stałe B, E, G, H wykładniki Parametry dla modeli adsorpcji pary wodnej wyznaczono przy zastosowaniu programów Microsoft Office Excel 2003 oraz Table Curve 2D v firmy Jandel Scientific. 66

67 Metodyka pracy Przydatność modeli do opisu uzyskiwanych izoterm oceniono na podstawie średniego błędu kwadratowego (RMS), wyraŝonego w procentach i obliczonego na podstawie równania (Lewicki, 1998a): RMS = gdzie: ue u ue N p 2 100%, [14] u e doświadczalna równowagowa zawartość wody [g H 2 O/100 g s.s.] u p prognozowana na podstawie modelu równowagowa zawartość wody [g H 2 O/100 g s.s.] N liczba punktów pomiarowych Pojemność warstwy monomolekularnej określono poprzez opisanie izoterm sorpcji równaniem BET przy pomocy programu Table Curve 2D v firmy Jandel Scientific, który umoŝliwia znalezienie równania opisującego złoŝone dane poprzez poszukiwanie rozwiązań spośród szerokiego zakresu modeli dla kaŝdego rodzaju zastosowań Obliczenie współczynnika kształtu przestrzeni identyfikowanych na zdjęciach struktury jabłek Współczynnik kształtu s f obliczono wykorzystując następujący wzór (Lewicki i Pawlak, 2003): 4πA s f =, [15] 2 p gdzie: A pole powierzchni przestrzeni, [mm 2 ] p obwód przestrzeni, [mm] Metody statystyczne Dwuczynnikowa analiza wariancji bez powtórzeń W celu zbadania wpływu dwóch parametrów, tj. temperatury i czasu przechowywania, na badane wyróŝniki jakości, przeprowadzono dwuczynnikową analizę wariancji. Uzyskane wyniki, będące funkcją dwóch parametrów (temperatury i czasu przechowywania), uszeregowano w następującą macierz: 67

68 Metodyka pracy 1 miesiąc w 40 C 1 miesiąc w 25 C 1 miesiąc w 4 C 3 miesiące w 40 C 3 miesiące w 25 C 3 miesiące w 4 C 6 miesięcy w 40 C 6 miesięcy w 25 C 6 miesięcy w 4 C 12 miesięcy w 40 C 12 miesięcy w 25 C 12 miesięcy w 4 C Dane analizowano za pomocą programu Microsoft Office Excel Istotnym wynikiem analizy jest wartość p", nazywana poziomem istotności. W przypadku, gdy wartość p" < 0,05, moŝna stwierdzić, Ŝe podane wartości zaleŝą od jednego bądź dwóch parametrów. Mniejsza wartość p" dla kolumn oznacza większy wpływ czasu przechowywania. Natomiast gdy wartość p jest mniejsza dla wierszy oznacza to odpowiednio większy wpływ temperatury przechowywania na wybrane wyróŝniki jakości suszy. Wyniki analizy statystycznej podano w aneksie (tab. 3, 8, 10,15-42, 44, 45, 47, 48, 50-53) Test t-studenta Za pomocą testu t-studenta zbadano istotność róŝnic pomiędzy badanymi parametrami średnimi. Testowano hipotezę o występowaniu istotnych statystycznie róŝnic pomiędzy ocenianymi wartościami średnimi przy poziomie istotności α = 0,05. Wartość tablicową odczytano przy poziomie istotności α = 0,05 (Strzałkowski i ŚliŜyński, 1978) Porównanie szczegółowe Porównania szczegółowe umoŝliwiły uzyskanie podziału średnich na grupy jednorodne, czyli nie róŝniące się istotnie w ujęciu statystycznym. Dane analizowano za pomocą programu Statgraphics Plus. Zastosowano procedurę Duncana przy poziomie istotności α = 0, Analiza skupień Analiza skupień ma na celu zorganizowanie, poprzez analizę podobieństw, poddanych badaniom próbek, w określone grupy. Podobieństwa oceniano na podstawie wielowymiarowego układu cech. Tworzono skupienia takich elementów, które były do siebie najbardziej podobne i równocześnie maksymalnie róŝne od elementów zakwalifikowanych do pozostałych grup. W obliczeniach zastosowano metodę aglomeracji pojedynczego wiązania. Analizę skupień wykonano przy zastosowaniu programu Statistica 8,0 PL. 68

69 Metodyka pracy Ocena błędów pomiarowych Dokładność metody wyraŝa się wielkościami błędów bezwzględnego i względnego, jakimi obarczone są wyniki otrzymane daną metodą pomiarową (Gawęcki i Wagner, 1984). Błąd bezwzględny ( x) stanowi róŝnicę wartości uzyskanej jako wynik pomiaru (x) od rzeczywistej wartości badanej cechy (x r ) wyraŝoną w odpowiednich jednostkach. x = x, [16] x r Błąd względny (σ) jest to procentowy stosunek błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej (x r ) wyraŝający się wzorem: ± x δ = 100, [17] x r Błędy pomiarowe wyznaczono dla metody pomiaru potencjału brązowienia, zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli. Pozostałe pomiary wielkości fizycznych były pomiarami bezpośrednimi. Błędy pomiarów pośrednich przedstawiono poniŝej: Mierzona wielkość Błąd [%] Potencjał brązowienia 1,04 Zdolność przeciwutleniająca 0,83 Zawartość polifenoli 2,22 69

70 Omówienie i dyskusja wyników 5. OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW 5.1. Charakterystyka surowca Jabłka odmiany Idared charakteryzowały się początkową wilgotnością wynoszącą średnio 85,8±0,54% i aktywnością wody 0,99. Gęstość pozorna świeŝego surowca wynosiła 0,85±0,12 g/cm 3. Podobne wyniki otrzymali Mavroudis i in. (2003) i Witrowa-Rajchert (2003). Gęstość jabłka surowego według tych autorów wynosiła odpowiednio 0,79 i 0,80 g/cm 3. Tkanka jabłka charakteryzowała się porowatością wynoszącą 34±0,2%. Natomiast w literaturze wartości porowatości dla surowego jabłka są nieco niŝsze, tj. około 21% (Karathanos i in., 1996; Witrowa-Rajchert, 2003; Mavroudis i in., 2003). Wartość ph tej odmiany jabłek wynosiła 3,7, a zawartość ekstraktu oznaczonego metodą refraktometryczną - 8±0,5% Charakterystyka procesu suszenia Suszenie konwekcyjne W czasie suszenia następują istotne zmiany w strukturze wewnętrznej surowców roślinnych. Jabłka poddano suszeniu konwekcyjnemu, w wyniku którego uzyskano susz o zawartości suchej substancji 94,3±0,07% i aktywności wody 0,16±0,03. Czas potrzebny do wysuszenia plastrów jabłka do zawartości wody równej 0,1 g H 2 O/g s.s. (u/u 0 =0,015) wynosił dla suszenia metodą konwekcyjną 160 minut (tab. 1 - aneks), a temperatura produktu rosła systematycznie, osiągając pod koniec procesu wartość równą temperaturze powietrza suszącego, czyli 70ºC (rys. 6). względna zawartość wody u/u o 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 konw 70 C 0,3 temp konw 70 C 0,2 0,1 0, czas suszenia [min] Rysunek 6. Kinetyka konwekcyjnego suszenia jabłek w temperaturze 70ºC temperatura [ o C] 70

71 Omówienie i dyskusja wyników Suszenie mikrofalowo-konwekcyjne Jabłka po suszeniu mikrofalowo-konwekcyjnemu charakteryzowały się zawartością suchej substancji średnio 90,6±1,46% i aktywnością wody na poziomie 0,356±0,05. Wszystkie wartości suchej substancji i aktywności wody suszy uzyskanych przy zastosowaniu róŝnych parametrów procesowych zamieszczono w dalszej części pracy w tabeli 4, 8 i 12 (rozdział , , ). Zastosowanie mikrofal podczas suszenia wpływało istotnie na skrócenie czasu procesu. Czas potrzebny do wysuszenia tkanki jabłka do zawartości wody równej około 0,1 g H 2 O/g s.s. wynosił od 60 do 160 minut, w zaleŝności od uŝytej mocy mikrofal i temperatury powietrza (rys. 7 i 8, tab. 1 aneks). Najkrótszy czas suszenia odnotowano przy zastosowaniu najwyŝszej temperatury powietrza suszącego i mocy mikrofal wynoszącej 300 W. W porównaniu z suszeniem konwekcyjnym, wykorzystanie mikrofal skróciło czas suszenia plastrów jabłka nawet o 63%. Lewicki i in. (2001b) równieŝ uzyskali blisko dwukrotnie krótszy czas suszenia jabłek, w porównaniu z suszeniem konwekcyjnym w temperaturze 70 C. Susząc konwekcyjnie jabłka poddane działaniu mikrofal przed usuwaniem wody, równieŝ uzyskano znacznie krótszy czas suszenia (Funebo i in., 2000). Im mniejszą moc mikrofal oraz niŝszą temperaturę powietrza suszącego zastosowano, tym czas suszenia był dłuŝszy. Przy zastosowaniu parametrów: 150 W, temperatura 20 i 30ºC był on porównywalny z czasem suszenia konwekcyjnego. Podobne wyniki otrzymali Prabhanjan i in. (1995), którzy stwierdzili skrócenie czasu suszenia marchwi o 25-70%, w zaleŝności od zastosowanej mocy mikrofal i temperatury powietrza suszącego. Maskan (2001a), Piotrowski i in. (2004), Andrés i in. (2004) oraz Wang i Sheng (2006) równieŝ wykazali, iŝ wraz ze wzrostem mocy mikrofal proces suszenia przebiega szybciej. Podczas suszenia z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego na początku procesu temperatura materiału rosła do pewnej wartości wynoszącej około 35-45ºC przy mocy mikrofal 150 W i 40-50ºC, gdy stosowano moc 300 W. Następnie przez dłuŝszy czas utrzymywała się na stałym poziomie, niezaleŝnie od mocy mikrofal (rys. 7 i 8). Po usunięciu około 90% wody z jabłek (u/u o = 0,1), czyli przy zawartości wody około 0,6 g H 2 O/g s.s., niezaleŝnie od zastosowanych parametrów procesu, przy dalszym suszeniu następował widoczny wzrost temperatury materiału. Przy mocy mikrofal 150 W temperatura materiału osiągnęła pod koniec suszenia wartości około 50 C dla temperatur powietrza 20 i 30 C, zaś około 65 C dla temperatury powietrza 40 C. Podobne zaleŝności zaobserwowano podczas suszenia przy zastosowaniu wyŝszej mocy mikrofal 300 W (rys. 8). NiezaleŜnie od temperatury powietrza, wszystkie susze otrzymane przy mocy 300 W pod koniec procesu suszenia osiągnęły temperaturę bliską 70 C (rys. 8), a gdy stosowano 150 W, temperatura produktu zaleŝała od tempe- 71

72 Omówienie i dyskusja wyników ratury powietrza i osiągnęła jedynie 70 C w przypadku przepływu powietrza o temperaturze 40 C (rys. 7). względna zawartość wody u/u o 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 150W 40 C 150W 30 C 150W 20 C temp 150W 40 C temp 150W 30 C temp 150W 20 C temperatura [ o C] czas suszenia [min] Rysunek 7. Kinetyka mikrofalowo-konwekcyjnego suszenia jabłek przy mocy 150 W 0 względna zawartość wody u/u o 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 300W 40 C 300W 30 C 300W 20 C temp 300W 40 C temp 300W 30 C temp 300W 20 C temperatura [ o C] czas suszenia [min] Rysunek 8. Kinetyka mikrofalowo-konwekcyjnego suszenia jabłek przy mocy 300 W 0 72

73 Omówienie i dyskusja wyników Suszenie promiennikowo-konwekcyjne Suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego, charakteryzuje się większą intensywnością wymiany ciepła i masy (Nowak i Lewicki, 2001), co wpływa na przyspieszenie procesu suszenia. W przypadku suszenia jabłek suszenie wspomagane promieniami podczerwonymi było szybsze nawet o około 50% niŝ suszenie konwekcyjne, przy zastosowaniu porównywalnych parametrów procesu (Nowak i Lewicki, 2004). RównieŜ o około 10-15% nastąpiło skrócenie czasu suszenia selera metodą konwekcyjno-promiennikową przy prędkości powietrza wynoszącej 0,8 m/s i wysokości emitera 20 cm, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego (Nowak i in., 2005). Czas potrzebny do wysuszenia plastrów jabłka do zawartości wody równej 0,1 g H 2 O/g s.s. podczas suszenia z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego wynosił od 112 do 155 minut (rys. 9-11, tab. 1 aneks) i był krótszy od czasu suszenia konwekcyjnego o 3 do 30%. Wysuszone jabłka charakteryzowały się zawartością suchej substancji od 90,1 do 95,3%, czyli równowagową zawartością wody od 0,11 do 0,05 g H 2 O/g s.s i aktywnością wody wynoszącą średnio 0,25±0,03 (tab. 12). Najkrótszy czas suszenia odnotowano przy zastosowaniu odległości od źródła promieniowania wynoszącej 30 cm i prędkości przepływu 0,5 m/s, i był on krótszy od suszenia konwekcyjnego o 30%. Jednak czas ten nie róŝnił się istotnie statystycznie od czasu suszenia jabłek przy zastosowaniu parametrów: 20 cm; 1,2 m/s oraz 30 cm; 1,2 m/s. 1, ,9 90 względna zawartość wody u/u o 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 10cm 0,5m/s 10cm 1,2m/s 10cm 2,0m/s temp 10cm 0,5m/s temp 10cm 1,2m/s temp 10cm 2,0m/s temperatura [ o C] 0,1 10 0, czas suszenia [min] Rysunek 9. Kinetyka promiennikowo-konwekcyjnego suszenia jabłek przy odległości 10 cm od źródła promieniowania 0 73

74 Omówienie i dyskusja wyników 1,0 80 0,9 70 względna zawartość wody u/u o 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 20cm 0,5m/s 20cm 1,2m/s 20cm 2,0m/s temp 20cm 0,5m/s temp 20cm 1,2m/s temp 20cm 2,0m/s temperatura [ o C] 0, czas suszenia [min] Rysunek 10. Kinetyka promiennikowo-konwekcyjnego suszenia jabłek przy odległości 20 cm od źródła promieniowania 0 1,0 80 0,9 70 względna zawartość wody u/u o 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 30cm 0,5m/s 30cm 1,2m/s 30cm 2,0m/s temp 30cm 0,5m/s temp 30cm 1,2m/s temp 30cm 2,0m/s temperatura [ o C] 0,1 10 0, czas suszenia [min] Rysunek 11. Kinetyka promiennikowo-konwekcyjnego suszenia jabłek przy odległości 30 cm od źródła promieniowania Czas potrzebny do osiągnięcia 0,1 g H 2 O/g s.s. wydłuŝał się wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza. Większa prędkość przepływu powietrza powodowała chłodzenie powierzchni materiału, co potwierdziły temperatury plastrów pod koniec suszenia (rys. 9-11, tab. 1 aneks). W efekcie prowadziło to do zmniejszenia szybkości usuwania wody i wydłu- Ŝenia czasu suszenia, przy wzroście prędkości powietrza z 0,5 do 2 m/s nawet o 22%, przy 0 74

75 Omówienie i dyskusja wyników odległości lamp od powierzchni materiału równej 10 cm. Wzrost prędkości powietrza wpływał w najmniejszym stopniu na czas suszenia, gdy suszony był materiał w odległości 20 cm od źródła promieniowania. Podobne wyniki uzyskali Sharma i in. (2005) podczas suszenia plastrów cebuli. Czas suszenia przy prędkości powietrza 1,0 m/s, w temperaturze powietrza 45 C i mocy promienników 300 W wynosił 8 h, zwiększając się do 9 h, gdy szybkość powietrza wzrosła do 1,5 m/s. Jednocześnie temperatura materiału zwiększała się wraz ze zmniej-szaniem odległości materiału suszonego od źródła promieniowania, co równieŝ zauwaŝyli Nowak i Lewicki (2001). Według tych autorów dla najmniejszej odległości od źródła promieniowania temperatura jabłek pod koniec procesu osiągała wartości powyŝej 75 C przy wyŝszych prędkościach przepływu powietrza, a nawet do 91 C przy najniŝszej. W analizowanych w niniejszej rozprawie badaniach temperatura materiału pod koniec procesu rosła wraz ze zmniejszeniem się odległości od źródła promieniowania i wynosiła 76-91, i 63-69ºC, gdy próbki suszono w odległości od emiterów odpowiednio 10, 20 i 30 cm. Analizując rysunki 6-11, przedstawiające krzywe suszenia i krzywe temperaturowe, moŝna zauwaŝyć, Ŝe niezaleŝnie od zastosowanej metody i parametrów procesu, gdy zawartość wody osiągnęła wartość około 0,6 g H 2 O/g s.s. (około 38% wilgotności), następował intensywny wzrost temperatury. MoŜna przypuszczać, Ŝe przy tej wilgotności jabłka rozpoczynał się proces usuwania innej formy wody, np. wody mikrokapilarnej, trudniejszej do odparowania w porówaniu z wodą makrokaplarną, co pociągnęło za sobą wzrost temperatury materiału. Wówczas ciepło dostarczane z powietrzem lub w wyniku promieniowania podczeronego i mikrofal, w mniejszej części było wykorzystywane do odparowania wody, powodując ogrzewanie suszonego materiału Wpływ metody i parametrów suszenia na jakość suszu Właściwości suszu konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody Usuwanie wody w procesie suszenia powoduje zmiany objętości (Karathanos i in., 1993), gęstości (Lewicki, 1998b) i porowatości materiału (Andrés i in., 2004). Wzrastający gradient wilgotności powoduje napięcia wewnątrz materiału i tym samym wewnętrzna struktura ulega uszkodzeniu, w wyniku czego następuje skurcz suszonego materiału i załamanie struktury (Mayor i Sereno, 2003; Prothon i in.,2003; Funebo i in., 2000). 75

76 Omówienie i dyskusja wyników Zawartość suchej substancji, aktywność wody, skurcz, gęstość pozorną i porowatość materiału otrzymanego w wyniku suszenia konwekcyjnego przedstawiono w tabeli 4. Skurcz plastrów jabłek wynosił 76±2,9%. Nieco mniejszy skurcz zaobserwowano podczas suszenia konwekcyjnego jabłka w temperaturze 70ºC i przy prędkości przepływu powietrza 2 m/s, który wynosił około 73,3% (Witrowa-Rajchert, 2003). Gęstość pozorna jest wypadkową gęstości wody, suchej substancji i powietrza (Lewicki, 1998b). DuŜy skurcz jest przyczyną wzrostu gęstości pozornej (Witrowa-Rajchert, 2003), jednakŝe duŝy wpływ na ten parametr ma takŝe sam surowiec (Karathanos i in., 1993; Zogzas i in., 1994) i stopień jego dojrzałości (Dobrzański i in., 2006). Przykładowo, jabłko charakteryzowało się największą porowatością, wynoszącą 21%, w porównaniu do marchwi czy ziemniaka, dla których porowatość wynosiła odpowiednio 4 i 2% (Karathanos i in., 1993). Surowe jabłko o gęstości wynoszącej 0,8 g/cm 3 miało największą porowatość, wynoszącą 23,5%, marchew przy gęstości 1,02 g/cm 3 charakteryzowała się porowatością na poziomie 5,1%, natomiast porowatość ziemniaka wynosiła 1,7%, co związane było między innymi z większą gęstością tej tkanki, równą 1,06 g/cm 3 (Witrowa-Rajchert, 2003). Podczas suszenia gęstość tkanki jabłka zmniejszała się i pod koniec procesu suszenia konwekcyjnego osiągnęła wartość około 0,43 g/cm 3. Podobną wartość gęstości suszonego konwekcyjnie jabłka odmiany Idared uzyskała Witrowa-Rajchert (2003), która wynosiła 0,385 g/cm 3. Z gęstością skorelowana jest porowatość materiału roślinnego. Mała gęstość powinna świadczyć o duŝej porowatości i odwrotnie. Porowatość określona w analizowanych badaniach wynosiła około 72% i była zbieŝna z danymi literaturowymi (Witrowa-Rajchert, 2003). Jak podaje literatura, porowatość zwiększała się w czasie suszenia od 20% dla surowego jabłka do 70% dla suszu konwekcyjnego (Zogzas i in., 1994). Natomiast w przypadku suszonych konwekcyjnie ziemniaków i marchwi stwierdzono wzrost porowatości od wartości odpowiednio 2 i 5% dla materiału surowego do 11 i 17% dla suszu (Witrowa-Rajchert, 1999). Podobnie, porowatość plastrów banana i mango wzrastała od około 5% dla świeŝej próbki do odpowiednio 17 i 25% po suszeniu (Yan i in., 2008). Tabela 4. Charakterystyka suszu konwekcyjnego Metoda suszenia Zawartość suchej substancji [%] Aktywność wody [-] Skurcz [%] Gęstość pozorna [g/cm 3 ] Porowatość [%] konwekcyjna 70ºC; 2m/s x SD x SD x SD x SD x SD 94,3 0,07 0,16 0,03 76,0 2,9 0,43 0,

77 Barwa i potencjał brązowienia Omówienie i dyskusja wyników W czasie suszenia następują zmiany barwy surowców roślinnych. W tabeli 5 przedstawiono jasność, współrzędne chromatyczności oraz ton i nasycenie barwy jabłka surowego i suszu konwekcyjnego. Surowe plastry jabłka charakteryzowały się jasnością wynoszącą 81,9, wartością współrzędnej a* równą -5,7, świadczącą o udziale barwy zielonej, wartością współrzędnej b*, odpowiedzialnej za barwę Ŝółtą, równą 22,7. Podobne wartości jasności surowego jabłka uzyskał Funebo i in. (2000) oraz Mandala i in. (2005) odpowiednio 82 i 81,9. Suszenie konwekcyjne w sposób istotny wpłynęło na zmiany wartości L*, a* i b*. Barwa suszu konwekcyjnego uległa ściemnieniu w sposób istotny, w stosunku do surowego miękiszu jabłka. Podobną zaleŝność obserwował Sumnu i in. (2005) podczas suszenia konwekcyjnego marchwi. W przypadku współrzędnych wskazujących na chromatyczność barwy, następował wzrost wartości a* i b*, a więc zwiększał się udział barwy czerwonej, przy jednoczesnym wzroście udziału barwy Ŝółtej. Wzrost wartości składowej barwy a* oznacza bardziej czerwone nasycenie barwy, które wskazuje na przebieg reakcji brązowienia w czasie suszenia (Vadivambal i Jayas, 2007) i wraz ze wzrostem temperatury procesu suszenia wzrasta wartość współrzędnej a* (Leeratanarak i in., 2006). Nasycenie barwy jest ściśle związane z wartością współrzędnej b* (Maskan, 2001b), w związku z czym zmiany a* i b* miały swoje odzwierciedlenie w zmianach wartości tonu h* i nasycenia C*. Zwiększało się nasycenie barwy, a kąt tonu barwy pozostawał w obszarze barwy Ŝółtej. Tabela 5. Jasność, współrzędne chromatyczne, nasycenie i ton barwy oraz potencjał brązowienia surowego jabłka i suszu konwekcyjnego Rodzaj materiału surowe jabłko susz konwekcyjny Parametry barwy L* a* b* C* h* Potencjał brązowienia [AU/g] x SD x SD x SD x x x SD 81,9 a 1,5-5,7 a 0,4 22,7 a 1,7 23,4-1,32 0,305 a 0,01 77,7 b 1,2 4,2 b 0,9 28,8 b 0,7 29,1 1,50 0,371 b 0,01 Barwa, a szczególnie jasność materiału zaleŝy m.in. od obecności związków o brązowej barwie, które moŝna wyznaczyć za pomocą badania potencjału brązowienia. Wartości potencjału brązowienia suszy porównano z materiałem przed suszeniem. Podczas suszenia w tkance jabłka zachodzą reakcje enzymatycznego i nieenzymatycznego brązowienia, wpływając 77

78 Omówienie i dyskusja wyników statystycznie istotnie na zawartość brązowych barwników w suszach, niezaleŝnie od metody i parametrów suszenia. Wartość potencjału brązowienia surowych jabłek wynosiła 0,305±0,008 AU/g, natomiast istotnie wzrosła podczas suszenia konwekcyjnego do poziomu 0,371±0,014 AU/g, co świadczy o powstawaniu w tkance w czasie procesu usuwania wody związków melaninowych Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Zawarte w surowcach roślinnych związki działające przeciwutleniająco wykazują pozytywne działanie na organizm człowieka, dlatego teŝ poświęca się im duŝo uwagi (Silvina i Balz, 2004). Zmienność występowania związków bioaktywnych (polifenoli) w badanych surowych jabłkach była stosunkowo duŝa i zaleŝała od czasu przechowywania jabłek (rys. 13) oraz części tkanki (rys. 15). Do 50-procentowej redukcji wolnych rodników potrzeba było około 3,12±0,54 mg suchej substancji tkanki bezpośrednio po zbiorze i w czasie przechowywania następował spadek aktywności przeciwrodnikowej (rys. 12), jednak statystycznie istotnych zmian nie stwierdzono. Natomiast zawartość polifenoli w surowych jabłkach wynosiła po zbiorze średnio 1382±45 mg kwasu chlorogenowego/100 g s.s. (rys. 13). Według badań Podsędek i in. (2000) zawartość związków polifenolowych w tej samej odmianie jabłek wynosiła 2730 mg/100g s.s. Natomiast w jabłkach odmiany Jonatan (Wilska-Jeszka i in., 1991) i Gala (Cieślik i in, 2006) zawartość polifenoli wynosiła odpowiednio 1710 i 2120 mg/100g s.s. W trakcie przechowywania jabłek odnotowano istotny wzrost polifenoli jedynie po pierwszym miesiącu przechowywania (rys. 13), choć zasadniczo związki polifenolowe są stabilne w czasie przechowywania (Oszmiański, 2007a). Natomiast Kopera i in. (2005) w czasie przechowywania grusz stwierdzili, Ŝe początkowo następował wzrost zawartości polifenoli, natomiast w kolejnych miesiącach przechowywania spadek. Zawartość polifenoli istotnie się zmienia w zaleŝności od części jabłka. Zawartość przeciwutleniaczy jest wyŝsza w epidermie i tkance połoŝonej tuŝ pod nią niŝ w miąŝszu surowca (Łata i Przeradzka, 2002; Kondo i in., 2002; Cieślik, 2007; Skąpska, 2007). Najwięcej polifenoli znajdowało się pod skórką i wraz z oddalaniem od niej następował istotny ich spadek (rys. 15). Badania zdolności przeciwutleniającej potwierdziły te zaleŝności (rys. 14). Do zredukowania 50% wolnych rodników DPPH potrzeba najmniej ekstraktu pochodzącego z tkanki bezpośrednio pod skórką, natomiast w miarę oddalania się od niej niezbędna była większa ilość ekstraktu do redukcji wolnych rodników, czyli zdolność przeciwutleniająca zmniejszała się. 78

79 Omówienie i dyskusja wyników zdolność przeciwutleniająca. [mg s.s.] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 a a czas przechowywania [miesiąc] a a zdolność przeciutleniająca. [mg.s.s.] a a a skórka środek gniazdo część tkanki jabłka Rysunek 12. Zmiany zdolności przeciwutleniającej w czasie przechowywania zawartość polifenoli. [mg/100 g s.s.] a b czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 13. Zmiany zawartości polifenoli w czasie przechowywania b b Rysunek 14. Zdolność przeciwutleniająca w róŝnych częściach tkanki jabłka zawartość polifenoli. [mg/100 g s.s.] a b skórka środek gniazdo część tkanki jabłka Rysunek 15. Zawartość polifenoli w róŝnych częściach tkanki jabłka Surowce roślinne poddawane suszeniu ulegają zmianom, powodującym najczęściej pogorszenie jakości przetworzonej Ŝywności. Następuje zmniejszenie zawartości związków o charakterze przeciwutleniającym (Lohachoompol i in., 2004; Ścibisz i Mitek, 2006; Kopera i Mitek, 2007) w wyniku procesu utleniania i działania temperatury w czasie procesu suszenia (Grajek, 2003). Występujące w jabłkach związki fenolowe są głównymi substancjami odpowiedzialnymi za aktywność przeciwutleniającą (Oszmiański, 2007a), a niektóre z polifenoli wykazują aktywność kilkakrotnie wyŝszą niŝ kwas askorbinowy (Horubała, 1999). c Podczas suszenia konwekcyjnego jabłek zdolność przeciwrodnikowa i zawartość polifenoli uległa znacznemu zmniejszeniu. Proces suszenia konwekcyjnego zachodzi w podwyŝszonej temperaturze i przy dłuŝszym natlenieniu, co prowadzi do znacznych strat polifenoli, Tabela 6. Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli w jabłku suszonym konwekcyjnie Materiał Zdolność przeciwutleniająca [mg s.s.] Zawartość polifenoli [mg/100 g s.s.] x SD x SD surowe 3,12 a 0, a 214 susz konwekcyjny 4,94 b 0, b 76 79

80 Omówienie i dyskusja wyników wynoszących niekiedy nawet 50% (Horubała, 1999). W przeprowadzonych badaniach zaobserwowano, iŝ w wyniku suszenia konwekcyjnego nastąpiło istotne zmniejszenie zdolności przeciwrodnikowej i zawartości polifenoli. Zdolność przeciwrodnikowa i zawartość polifenoli jabłek zmniejszyła odpowiednio o około 58 i 29%, w porównaniu z surowcem przed suszeniem (tab. 6, rys. 28 i 29). Podobnie, podczas suszenia konwekcyjnego w temperaturze 70ºC świeŝych owoców borówki wysokiej stwierdzono 39%-owa straty zawartości polifenoli ogółem i zmniejszenie pojemności przeciwutleniającej o 41% (Ścibisz i Mitek, 2006) Właściwości suszu mikrofalowo-konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody Zawartość suchej substancji, aktywność wody, skurcz, gęstość pozorną i porowatość materiału otrzymanego w wyniku suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego przedstawiono w tabeli 7 i 8. Zastosowanie róŝnych parametrów suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego nie spowodowało istotnego zróŝnicowania aktywności wody, natomiast wyŝsze zawartości suchej substancji obserwowano przy zastosowaniu mocy mikrofal 300 W (tab. 8). Podczas suszenia Tabela 7. Skurcz, gęstość pozorna i porowatość suszy mikrofalowo-konwekcyjnych mikrofalowokonwekcyjna 300; 40 63,3 a 1,2 0,29 a 0,02 81 a 2 300; 30 68,0 b 1,6 0,33 a,b 0,01 78 a,b 1 300; 20 69,6 b 0,8 0,36 b,c 0,02 76 b,c 2 150; 40 71,6 b 1,1 0,39 c 0,04 75 c 4 150; 30 70,1 b 0,9 0,36 b,c 0,03 74 b,c 3 150; 20 71,4 b 1,8 0,38 c 0,03 74 c 3 Tabela 8. Zawartość suchej substancji i aktywność wody suszy mikrofalowo-konwekcyjnych mikrofalowokonwekcyjna Metoda suszenia parametry su- [%] [g/cm 3 ] [%] Skurcz Gęstość pozorna Porowatość szenia [W, ºC] x SD x SD x SD Metoda suszenia parametry suszenia [W, ºC] Zawartość suchej substancji [%] Aktywność wody [-] x SD x SD 300; 40 92,5 a 0,6 0,35 a 0,05 300; 30 90,2 c 0,8 0,35 a 0,03 300; 20 91,3 b 1,3 0,35 a 0,05 150; 40 90,1 c 1,0 0,36 a 0,05 150; 30 90,0 c 1,2 0,35 a 0,04 150; 20 90,0 c 0,9 0,36 a 0,01 80

81 Omówienie i dyskusja wyników konwekcyjnego suszona tkanka jabłka kurczyła się bardziej (76%) niŝ materiał suszony z wykorzystaniem mikrofal, dla którego skurcz wynosił od 63,3 do 71,6% (tab. 7). Andrés i in. (2004), którzy suszyli jabłko metodą mikrofalowo-konwekcyjną uzyskali skurcz wynoszący 67,9%. RównieŜ Maskan (2001a) uzyskał mniejszy skurcz kiwi suszonego metodą mikrofalowo-konwekcyjną, w porównaniu z suszem konwekcyjnym. Wraz ze wzrostem mocy mikrofal i temperatury powietrza suszącego materiał ulegał mniejszemu skurczowi, co związane było prawdopodobnie z wyŝszą temperaturą materiału i większą szybkością suszenia. Jeśli materiał suszony jest szybko, to moŝe powstawać na powierzchni sztywna warstwa o innych właściwościach fizycznych niŝ wnętrze, która przeciwdziała skurczowi i nie pozwala na istotną zmianę objętości. Podobne zaleŝności otrzymali Lewicki i Jakubczyk (2004) podczas suszenia konwekcyjnego jabłek w róŝnych temperaturach. Wraz ze zwiększającym się skurczem, gęstość pozorna tkanki jabłka ulegała zwiększeniu, natomiast porowatość malała. Równoczesna utrata wody i kurczenie się wywierają wpływ na gęstość materiału. Gęstość pozorna jabłka suszonego konwekcyjnie w temperaturze 70ºC wynosiła około 0,43 g/cm 3 i była istotnie większa niŝ gęstość jabłek suszonych z wykorzystaniem mocy mikrofal 150 i 300 W, jednocześnie skurcz tych materiałów był mniejszy niŝ suszu konwekcyjnego. Mniejszy skurcz i gęstość pozorna spowodowały wyŝszą porowatość suszy mikrofalowo-konwekcyjnych, która wynosiła od 74 do 81%. Nieco niŝsze wartości otrzymali Andrés i in. (2004), którzy podają, Ŝe w zaleŝności od parametrów suszenia konwekcyjnego wspomaganego mikrofalami, porowatość jabłka mieściła się w granicach od 68 do 73% (Andrés i in., 2004). Wraz ze wzrostem temperatury powietrza i mocy mikrofal, co wiązało się z krótszym czasem suszenia, uzyskano susz o większej porowatości. Współczynnik korelacji, r = 0,89, między porowatością a skurczem świadczy o mocnej ujemnej korelacji pomiędzy badanymi wartościami, czyli zwiększenie skurczu istotnie wpływało na zmniejszenie porowatości tkanki. porowatość 0,84 0,82 0,80 r tab = 0,7545 r = 0,897 0, a 0,76 0, a,b a,b b a,b 0, b 0, skurcz [%] Rysunek 16. ZaleŜność między skurczem i porowatością suszy mikrofalowo-konwekcyjnych 81

82 Omówienie i dyskusja wyników Barwa i potencjał brązowienia Zastosowanie mikrofal podczas suszenia, niezaleŝnie od parametrów procesu, spowodowało wzrost wartości L* (tab. 9). WyŜsza wartość parametru L* suszy mikrofalowokonwekcyjnych, w porównaniu do surowego miękiszu jabłka, wynika ze sposobu wykonania oznaczenia, który polega na pomiarze odbitego od powierzchni promieniowania. MiąŜsz jabłka surowego zawiera duŝo wody i światło odbija się od jego powierzchni inaczej niŝ od porowatej powierzchni suszu. Woda moŝe równieŝ absorbować część promieniowania, w efekcie czego mniej odbija się od powierzchni, co jest rejestrowane przez przyrząd pomiarowy. Faktycznie oko ludzkie nie odbiera wraŝenia rozjaśnienia materiału, a wręcz przeciwnie, co potwierdziły równieŝ badania potencjału brązowienia. Przy suszeniu mikrofalowo-konwekcyjnym wzrost temperatury powietrza i uŝytej mocy mikrofal był przyczyną uzyskiwania niŝszych wartości parametru L*. Jaśniejsza barwa materiału przy niŝszej mocy mikrofal mogła być spowodowana niŝszą temperaturą materiału podczas procesu suszenia. Temperatura materiału pod koniec suszenia z wykorzystaniem mikrofal o mocy 150 W wynosiła około 50ºC, gdy temperatura powietrza suszącego była na poziomie 20 i 30ºC oraz 65ºC dla temperatury powietrza 40ºC. Natomiast przy mocy 300 W temperatura materiału na powierzchni miała wartość około 70ºC, bez względu na zastosowaną temperaturę powietrza suszącego. W porównaniu do suszu konwekcyjnego, odnotowano istotny wzrost wartości parametru L* miąŝszu jabłka wszystkich suszy uzyskanych z wykorzystaniem mikrofal. Badania Sharma i Prasad (2001), Ruìz Dìaz i in. (2000) i Alibas (2007b) równieŝ potwierdziły lepsze zachowanie barwy produktów po suszeniu mikrofalowo-konwekcyjnym, w porównaniu do suszenia konwekcyjnego. Jednak w przypadku kiwi suszonego mikrofalowo zauwaŝono odwrotną tendencję, czyli spadek jasności suszu mikrofalowo-konwekcyjnego, w porównaniu z konwekcyjnym (Maskan, 2001b). RównieŜ Varith i in. (2007) nie zauwaŝyli wpływu zastosowanej mocy mikrofal na zmianę barwy owocu longan. Wartość współrzędnej a*, odpowiedzialnej za barwę czerwoną i zieloną, przy suszeniu miękiszu jabłek metodą mikrofalowo-konwekcyjną uległa mniejszej zmianie niŝ w przypadku suszu konwekcyjnego. Suszenie z wykorzystaniem mikrofal spowodowało mniejszy wzrost wartości a*, co moŝe świadczyć o tym, iŝ produkt ma mniej związków o brązowej barwie (Maskan, 2001b; Vadivambal i Jayas, 2007). Suszenie przy mocy 300 W i przy wyŝszych temperaturach powietrza powodowało zwiększenie wartości a*, czyli obniŝenie udziału barwy zielonej na korzyść barwy czerwonej. Podobny wpływ na wartość współrzędnej a* moŝna zauwaŝyć przy suszeniu konwekcyjnym, przy czym jest on zdecydowanie bardziej wyraźny. Natomiast w przypadku mocy mikrofal 150 W i niŝszych temperatur powietrza suszącego nastąpiła istotna 82

83 Omówienie i dyskusja wyników zmiana tej współrzędnej w stosunku do świeŝego jabłka, jednak mniejsza niŝ w przypadku suszenia przy mocy 300 W. Susze uzyskane przy mocy 150 W charakteryzowały się mniejszym udziałem barwy czerwonej. Za barwę Ŝółtą odpowiada dodatnia wartość współrzędnej b*. Przy suszeniu z zastosowaniem wyŝszych mocy mikrofal, niezaleŝnie od zastosowanej temperatury powietrza suszącego, nie nastąpiła istotna zmiana wartości współrzędnej b*, w porównaniu do wyjściowego surowca. Nasycenie barwy suszy, uzyskanych przy zastosowaniu mocy 300 W, uległo istotnemu spadkowi, w porównaniu do świeŝego jabłka. Natomiast przy niŝszej mocy mikrofal, wraz ze zwiększającą się temperaturą powietrza suszącego, następował wzrost wartości współrzędnej b* oraz nasycenia barwy. Natomiast ton barwy pozostawał we wszystkich wariantach w obszarze barwy Ŝółtej, mimo zmiany połoŝenia w układzie współrzędnych. mikrofalowokonwekcyjna Tabela 9. Jasność, współrzędne chromatyczne, nasycenie i ton barwy suszy mikrofalowokonwekcyjnych Metoda suszenia parametry suszenia [W; ºC] L* a* b* C* h* x SD x SD x SD x x 300; 40 83,4 c,d 0,9 0,05 b 0,40 19,6 b 1,2 19,6 b 1,57 b 300; 30 83,9 d 0,3 0,27 b 0,42 19,7 b 0,4 19,7 b 1,56 b 300; 20 84,9 b 0,3-0,20 b,c 0,18 20,3 b 0,9 20,3 b -1,56 a 150; 40 85,6 a,b 0,5-1,91 d 0,36 24,0 c 0,7 24,1 c -1,49 a 150; 30 85,7 a,b 0,9-0,93 b,c,d 0,94 20,5 b 0,8 20,6 b -1,53 a 150; 20 86,5 a 0,3-0,91 b,c,d 0,53 16,3 a 0,4 16,3 a -1,52 a konwekcyjna 77,7 f 1,2 4,21 a 0,91 28,8 d 0,7 29,1 d 1,50 b jabłko surowe 81,9 e 1,5-5,73 e 0,44 22,7 b,c 1,7 23,5 c -1,32 a W tabeli 10 przedstawiono bezwzględną róŝnicę barwy E względem barwy surowego jabłka, dla zastosowanych parametrów suszenia konwekcyjnego i mikrofalowo-konwekcyjnego. Wartość bezwzględnej róŝnicy barwy określa się na podstawie jasności (L*), barwy czerwonej (a*) i barwy Ŝółtej (b*) produktu końcowego (Maskan, 2000). Im te wartości bardziej odbiegały od jabłka surowego, tym większa była bezwzględna róŝnica barwy. Analizując wartości bezwzględnej róŝnicy barwy moŝna stwierdzić, Ŝe najbardziej zbliŝoną wartość do materiału wyjściowego prezentowała próba wysuszona w temperaturze powietrza 40ºC i przy mocy mikrofal 300 W. ZauwaŜono, Ŝe im mniejsza była temperatura przy mocy mikrofal 300 W, tym róŝnica barwy była bardziej zauwaŝalna. Natomiast bardziej widoczną zmianą barwy charakteryzował się susz uzyskany przy mocy mikrofal 150 W, a szczególnie w temperaturze 20 i 40ºC. Przyczyną mógł być dłuŝszy czas suszenia przy zastosowaniu mocy mikrofal 150 W, który wiązał się z dłu- 83

84 Omówienie i dyskusja wyników gim działaniem tlenu na produkt, co prowadziło do intensyfikacji procesów utleniania i większych zmian barwy. Interpretacja wartości E jest następująca: gdy róŝnica barwy mieści się w przedziale E = 0-1, to róŝnica barw mieści się w tolerancji pomiaru, a odchylenie jest niewidoczne; dla E = 1-2 obserwuje się niewielkie odchylenie, rozpoznawalne przez osobę doświadczoną w odróŝnianiu niuansów barw; E = 2-3,5 oznacza średnie odchylenie, rozpoznawalne nawet przez osobę postronną; E = 3,5-5 określa wyraźne odchylenie, natomiast gdy E > 5 stwierdza się duŝe odchylenie ( Na podstawie tej interpretacji moŝna uznać, Ŝe barwa suszy otrzymanych przy zastosowaniu mocy mikrofal 300 W charakteryzowała się niewielkim lub średnim odchyleniem od barwy miękiszu jabłka surowego, zaś gdy uŝyto mocy 150 W odchylenie to było wyraźne lub duŝe. Tabela 10. Bezwzględna róŝnica barwy E suszy konwekcyjnego i mikrofalowo-konwekcyjnych, względem barwy surowego jabłka Parametry suszenia Moc mikrofal [W] Temperatura [ºC] Suszenie konwekcyjne Suszenie mikrofalowo-konwekcyjne E 10,9 c 2,7 a 2,3 a 1,8 a 5,2 b 3,2 a 5,1 b Do oceny barwy przeprowadzono równieŝ badania potencjału brązowienia, określające ilość związków o brązowej barwie, których obecność wynika z przebiegu w czasie suszenia enzymatycznego i nieenzymatycznego brązowienia. Przy zastosowaniu suszenia z wykorzystaniem mocy mikrofali 150 W nie nastąpiły istotne zmiany potencjału, w porównaniu do surowego jabłka (rys. 17). Brązowienie produktu następuje wraz ze wzrostem temperatury i czasu suszenia (Sharma i Prasad, 2001 za Ren i Chen, 1998). Dlatego teŝ wyŝsza moc mikrofal i wyŝsza temperatura powietrza suszącego, przy wysokiej temperaturze końcowej produktu (69ºC), spowodowała istotny wzrost ilości brązowych barwników powstających w czasie suszenia, co związane było z mniejszą jasnością tych suszy.moŝna zatem stwierdzić, Ŝe większy wpływ na po- potencjał brązowienia [AU/g surowego jabłka]. 0,39 0,37 0,35 0,33 0,31 0,29 0,27 c a sur b b c c parametry suszenia [W, o C] c Rysunek 17. Potencjał brązowienia suszy mikrofalowokonwekcyjnych 84

85 Omówienie i dyskusja wyników wstawanie brązowych pigmentów miała temperatura materiału niŝ czas suszenia, który był zdecydowanie dłuŝszy przy zastosowaniu mniejszych mocy mikrofal. Mimo to uzyskano susze o mniejszym potencjale brązowienia. Na rysunku 18 przedstawiono zaleŝność wartości parametru L* i potencjału brązowienia. Współczynnik korelacji wynoszący r = 0,59 był większy od wartości tablicowej dla α = 0,05. Świadczy to o istotnej ujemnej zaleŝności pomiędzy potencjałem brązowienia a jasnością suszu, w związku z tym zmniejszenie jasności badanych suszy moŝna tłumaczyć powstawaniem brązowych barwników podczas suszenia tkanki owocu. Porównując wartości bezwlędnej róŝnicy barwy z potencjałem brązowienia, moŝna zauwa- Ŝyć, Ŝe barwa suszy uzyskanych przy zastosowaniu mocy mikrofal 150 W wyraźnie róŝniła się od barwy świeŝej tkanki jabłka, a jednocześnie ich potencjały brązowienia nie były zróŝnicowane. Świadczy to o tym, Ŝe na zmianę barwy tych suszy L* r tab = 0,4555 r = 0,5955 nie miały wpływu produkty brązowienia enzymatycznego i nieenzymatycznego. To przypuszczenie potwierdzają równieŝ wyniki uzyskane dla jabłek suszonych przy mocy 300 W, w których barwa zmieniała się nieznacznie, zaś potencjał brązowienia wzrastał istotnie. 82 0,28 0,31 0,34 0,37 0,40 potencjał brązowienia [AU/g surowego jabłka] Rysunek 18. ZaleŜność między potencjałem brązowienia i jasnością suszy mikrofalowo-konwekcyjnych Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Zastosowanie mikrofal do suszenia owoców, w porównaniu z suszeniem konwekcyjnym, wpływa na zmniejszenie negatywnych skutków przemian biochemicznych, prawdopodobnie ze względu na krótszy czas kontaktu materiału z tlenem (Kramkowski, 2001). W suszach otrzymanych przy zastosowaniu mikrofal o mocy 300 W zawartość polifenoli i zdolność przeciwrodnikowa, w porównaniu z surowym jabłkiem, były na podobnym lub wyŝszym poziomie (rys. 19 i 20). Zdolność przeciwutleniającą i zawartość polifenoli w surowych jabłkach przyjęto jako 100%. Bezwzględne wartości zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli zamieszczono w tabeli 2 w aneksie. UŜycie mniejszej mocy mikrofal spowodowało statystycznie istotne zmniejszenie zdolności przeciwutleniającej, o 21-26% w stosunku do jabłek surowych (rys. 19), ale były to wartości mniejsze niŝ uzyskane dla jabłek suszonych konwekcyjnie (42%). Spadek zdolności przeciwrodnikowej przy mniejszej mocy moŝna tłumaczyć dłuŝszym czasem suszenia i dzia- 85

86 Omówienie i dyskusja wyników łania tlenu. Nie stwierdzono natomiast statystycznie istotnych zmian zawartości polifenoli w czasie susze nia z zastosowaniem mniejszej mocy mikrofal w porównaniu z surowymi jabłkami (rys. 20). Wzrost (w stosunku do jabłka surowego) zawartości polifenoli w suszach otrzymanych przy mocy 300 W wynika z małej selektywności metody Folina-Ciocalteu a, gdyŝ na wyniki oznaczenia mo- Ŝe wpływać obecność aminokwasów, białek (Kalisz i Kurowska, 2005; Oszmiański, 2007b za Priori, 2005), fruktozy, glukozy lub kwasu askorbinowego (Polovka i in., 2003). Gdy do otrzymania suszu zastosowano wyŝszą temperaturę powietrza, a więc i krótszy czas suszenia, zdolność przeciwutleniająca suszu była istotnie wyŝsza (rys. 19). Wysokie wartości zdolności przeciwutleniającej mogą wynikać z jednej strony z małej degradacji związków obecnych w tkance jabłka, posiadających zdolność zmiatania wolnych rodników, np. polifenoli, a z drugiej strony z obecności produktów enzymatycznego i nieenzymatycznego brązowienia, o czym świadczy wzrost potencjału brązowienia. Związki te równieŝ posiadają właściwości przeciwutleniające (Manzocco i in., 2001). Podobnie, podczas suszenia konwekcyjnego brokułów stwierdzono wzrost zdolności przeciwutle- zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] a a,b a,b b,c c parametry suszenia [W, o C] c Rysunek 19. Zmiany zdolności przeciwutleniającej suszy mikrofalowo- konwekcyjnych zmiany zawartości. polifenoli [%] a,b,c a a,b c c parametry suszenia [W, o C] c Rysunek 20. Zmiany zawartości polifenoli w suszach mikrofalowo- konwekcyjnych zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] y = -2,1901x + 240,36 300W 40C 300W 30C 300W 20C y = -0,0844x + 87,30 150W 40C 150W 30C 150W 20C czas suszenia [min] Rysunek 21. Zmiany zdolności przeciwutleniającej jabłek suszonych mikrofalowo-konwekcyjnie w zaleŝności od czasu suszenia 86

87 Omówienie i dyskusja wyników niającej, co najprawdopodobniej było związane z powstawaniem oligomerów o wyŝszej zdolności przeciwutleniającej niŝ naturalnych związków (Mrkìc i in., 2006). Czas suszenia był krótszy wraz z zastosowaniem wyŝszej mocy mikrofal i wyŝszej temperatury. Stwierdzono zaleŝność, Ŝe im dłuŝszy był czas suszenia i niŝsza temperatura powietrza suszącego, tym zawartość polifenoli i zdolność przeciwrodnikowa były mniejsze, zarówno przy mocy mikrofal 150 W, jak i 300 W (rys. 21). Zdolność przeciwrodnikowa jest odwrotnie proporcjonalna do czasu suszenia mikrofalowego, ale w róŝnym stopniu, w zaleŝności od mocy mikrofal. Przy niŝszej mocy mikrofal następował mniejszy spadek zdolności przeciwrodnikowej wraz z wydłuŝeniem czasu suszenia. Przy zastosowaniu mikrofal o mocy 150 W wydłuŝenie czasu suszenia o 10 min powodowało zmniejszenie zdolności przeciwrodnikowej o ok. 1%, natomiast przy 300 W spadek ten był znacznie większy i wyniósł aŝ 22%. Wyniki te znalazły potwierdzenie w przeprowadzonej analizie wariancji, która wykazała, Ŝe na zdolność przeciwrodnikową większy wpływ miała, ściśle skorelowana z czasem suszenia, temperatura powietrza suszącego niŝ moc mikrofal (tab. 3 aneks). Na rysunku 22 przedstawiono zaleŝność zdolności prze- zmiany zdolności przeciwutleniającej [mg s.s.]. 4,00 3,50 3,00 r tab = 0,5139 r = 0,408 2, zawartość polifenoli [mg/100 g s.s.] Rysunek 22. ZaleŜność między zdolnością przeciwutleniającą i zawartością polifenoli suszy mikrofalowo-konwekcyjnych ciwrodnikowej i zawartości polifenoli. Współczynnik korelacji, r = 0,4, mniejszy od wartości L* tablicowej dla α=0,05, świadczy o braku korelacji pomiędzy badanymi wartościami, czyli zawartość polifenoli nie wpływała istotnie na zdolność przeciwrodnikową suszy mikrofalowo-konwkcyjnych. Brak zaleŝności moŝe wynikać między innymi z małej selektywności metody oznaczenia polifenoli. Faktycznie zawartośc polifenoli w badanych suszach moŝe być mniejsza. Brak korelacji między zdolnością przeciwutleniającą i zawartością polifenoli obserwowano równieŝ przy suszeniu konwekcyjnym brokułów (Mrkìc i in., 2006) oraz jar tab = 0,4555 r = 0, zawartość polifenoli [mg/100g s.s.] Rysunek 23. ZaleŜność między jasnością i zawartością polifenoli suszy mikrofalowo-konwekcyjnych 87

88 Omówienie i dyskusja wyników błek suszonych (Fabisiak, 2009). W literaturze naukowej moŝna znaleźć informacje, Ŝe występujące w tkance związki polifenolowe mają wpływ na kształtowanie barwy produktów roślinnych (Viña i Chaves, 2006). Porównano więc wpływ zawartości polifenoli na jasność otrzymanych suszy (rys. 23). Nie stwierdzono jednak istotnej korelacji pomiędzy badanymi wyróŝnikami suszy mikrofalowokonwekcyjnych Właściwości suszu promiennikowo-konwekcyjnego Skurcz, gęstość pozorna, porowatość i aktywność wody W przypadku suszenia z zastosowaniem promieniowania podczerwonego za warunki procesu odpowiadają odległość źródła promieniowania od powierzchni materiału oraz prędkość przepływu powietrza, od której zaleŝy m.in. szybkość usuwania wody z materiału, a jednocześnie proces chłodzenia powierzchni. Zawartość suchej substancji, aktywność wody, skurcz, gęstość pozorna i porowatość materiału otrzymanego w wyniku suszenia promiennikowo-konwekcyjnego przy zastosowaniu róŝnych parametrów przedstawiono w tabeli 11 i 12. Suszenie wspomagane promieniami podczerwonymi powodowało mniejszy skurcz tkanki jabłka (średnio 69%) niŝ suszenie konwekcyjne (76%), niezaleŝnie od zastosowanych parametrów suszenia (tab. 11). Parametry suszenia promieniami podczerwonymi nie wpływały w sposób istotny na skurcz materiału, jego gęstość pozorną i porowatość, a współczynnik korelacji r=0,06 między porowatością a skurczem suszy promiennikowo-konwekcyjnych świadczy o braku korelacji pomiędzy badanymi wartościami (rys. 24). Gęstość pozorna tych suszy wynosiła średnio około 0,31 g/cm 3 i była Tabela 11. Skurcz, gęstość pozorna i porowatość suszy promiennikowo-konwekcyjnych Metoda suszenia promiennikowo-konwekcyjna parametry suszenia [cm, m/s] Skurcz [%] Gęstość pozorna [g/cm 3 ] Porowatość [%] x SD x SD x SD 10; 0,5 69,2 a 1,7 0,32 a 0,01 79 a 1 10; 1,2 70,4 a 2,0 0,32 a 0,03 79 a 3 10; 2,0 67,5 a 2,2 0,33 a 0,01 78 a 1 20; 0,5 70,4 a 1,7 0,33 a 0,02 78 a 2 20; 1,2 68,9 a 1,7 0,30 a 0,02 81 a 2 20; 2,0 69,1 a 1,0 0,32 a 0,02 79 a 1 30; 0,5 69,2 a 1,7 0,31 a 0,02 80 a 2 30; 1,2 66,6 a 1,3 0,30 a 0,02 81 a 2 30; 2,0 69,8 a 1,7 0,30 a 0,03 81 a 3 88

89 Omówienie i dyskusja wyników Tabela 12. Zawartość suchej substancji i aktywność wody suszy promiennikowo-konwekcyjnych Metoda suszenia promiennikowo-konwekcyjna parametry Zawartość suchej substancji [%] Aktywność wody [-] suszenia [cm, m/s] x SD x SD 10; 0,5 91,1 a,b 0,9 0,23 a 0,02 10; 1,2 90,8 a,b 0,8 0,25 a 0,01 10; 2,0 89,6 a 0,7 0,26 a 0,01 20; 0,5 90,4 a,b 2,3 0,24 a 0,03 20; 1,2 92,1 b 1,4 0,25 a 0,03 20; 2,0 94,0 c 0,2 0,24 a 0,02 30; 0,5 95,1 c 0,3 0,23 a 0,02 30; 1,2 94,8 c 0,4 0,25 a 0,02 30; 2,0 94,3 c 0,4 0,23 a 0,03 mniejsza od gęstości suszu konwekcyjnego i większości suszy mikrofalowo-konwekcyjnych (za wyjątkiem suszy otrzymanego w parametrach: 300 W, 40ºC). Z małą gęstością pozorną wiązała się większa porowatość, równa średnio 80%. Aktywność wody równieŝ nie róŝnicowała suszy (tab. 12). Jedynie zawartość suchej substancji była zróŝnicowana i wraz ze wzrostem odległości źródła promieniowania od materiału suszonego następował jej. porowatość 0,83 0,82 0,81 0,80 0, ,5 b,c 10 1,2 a,b 10 2,0 b,c 20 0,5 b 20 1,2 a,b 20 2,0 a,b 0,78 0, ,5 b,c 30 1,2 c r = 0, ,0 b,c 0, skurcz [%] Rysunek 24. ZaleŜność między skurczem i porowatością suszy promiennikowo-konwekcyjnych Barwa i potencjał brązowienia Suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego powoduje ciemnienie tkanki i czasami otrzymuje się produkt o ciemniejszej barwie od suszu konwekcyjnego (Nowak i Lewicki, 2005). Mongpraneet i in. (2002) równieŝ stwierdzili delikatne pociemnienie suszu walijskiej cebuli otrzymanego z uŝyciem promieni podczerwonych o mocy 100 W pod obniŝonym ciśnieniem. Zastosowanie promieni podczerwonych do suszenia badanej tkanki 89

90 Omówienie i dyskusja wyników jabłka takŝe spowodowało jej ciemnienie (tab. 13). Wartość parametru L* suszy uzyskanych przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, przy odległości źródła promieniowania od materiału wynoszącej 10 i 30 cm, niezaleŝnie od prędkości przepływu powietrza, była porównywalna lub mniejsza od wartości uzyskanej przez susz konwekcyjny. Pociemnienie próbek było najprawdopodobniej związane z wyŝszą temperaturą końcową materiału suszonego (tab. 1 aneks). W przypadku zastosowania średniej odległości (20 cm) emitera od materiału suszonego, jasność suszu była najbardziej zbliŝona do jasności jabłka surowego, szczególnie przy niŝszych prędkościach przepływu powietrza. promiennikowo-konwekcyjna Tabela 13. Jasność, współrzędne chromatyczne, nasycenie i ton barwy suszy promiennikowokonwekcyjnych Metoda suszenia parametry suszenia [cm, m/s] L* a* b* C* h* x SD x SD x SD x x 10; 0,5 77,5 b,c,d 0,80 3,45 b,c,d 0,63 29,4 b 0,3 10; 1,2 76,4 d 0,81 4,87 f 0,16 30,7 b,c 1,6 10; 2,0 76,8 c,d 0,25 4,59 e,f 0,46 30,7 b,c 0,9 20; 0,5 78,6 a,b 0,84 2,85 a,b,c 0,20 29,4 b 1,8 20; 1,2 79,7 a 0,82 2,54 a,b 0,27 29,5 b,c 1,0 20; 2,0 78,1 b,c 0,47 3,72 c,d,e 0,63 31,6 c 0,5 30; 0,5 77,6 b,c,d 0,22 4,03 d,e,f 0,16 30,3 b,c 0,5 30; 1,2 77,7 b,c,d 0,88 3,54 b,c,d 1,14 31,0 a,b 1,8 30; 2,0 78,7 b,c,d 0,56 3,17 b,c,d 0,60 31,2 b,c 0,6 konwekcyjna 77,7 b,c,d 1,2 4,21 d,e,f 0,91 28,8 b,c 0,7 jabłko surowe 81,9 a 1,5-5,73 a 0,44 22,7 a 1,7 29,6 a 31,1 a,b 31,0 a,b 29,5 a 29,6 a 31,8 b 30,5 a,b 31,2 a,b 31,4 a,b 29,1 d 23,5 c 1,45 c,d 1,41 b 1,42 b,c 1,47 d 1,49 d 1,45 c,d 1,44 b,c 1,46 c,d 1,47 d 1,50 d -1,32 a W tkance jabłek, niezaleŝnie od zastosowanych parametrów suszenia, następowały istotne statystycznie zmiany wartości współrzędnych barwy a* i b*. Wartość a* surowych jabłek (-5,7) charakteryzowała się większym udziałem barwy zielonej, natomiast suszenie z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego spowodowało obniŝenie udziału barwy zielonej na korzyść barwy czerwonej. Zmiana współrzędnej a* mogła być związana z tworzeniem się barwnych związków (Vadivambal i Jayas, 2007). Zastosowanie średniej odległości 90

91 Omówienie i dyskusja wyników materiału suszonego od źródła promieniowania, niezaleŝnie od prędkości przepływu powietrza, spowodowało najmniejsze zmiany wartości współrzędnej a*. Największy udział barwy czerwonej odnotowano w suszach uzyskanych przy zastosowaniu najmniejszej (10 cm) odległości emitera od próbki, szczególnie przy wyŝszych prędkościach przepływu powietrza. Podobne wyniki uzyskali Mongpraneet i in. (2002) podczas suszenia cebuli, gdzie wraz ze wzrostem intensywności promieniowania następowało zwiększenie udziału barwy czerwonej rehydrowanego suszu. Podczas suszenia, niezaleŝnie od zastosowanego wariantu, następowało równieŝ znaczące zwiększenie współrzędnej b*, czyli zwiększenie udziału barwy Ŝółtej. Przy przepływie powietrza wynoszącym 0,5 m/s, przy mniejszych odległościach źródła promieniowania od suszonej tkanki, wartości współrzędnej b* były najniŝsze. Podobnie nasycenie C* i ton h* barwy róŝnicował próbki, jednak w niewielkim stopniu. Analizując bezwzględną róŝnicę barwy E w odniesieniu do barwy surowego jabłka moŝna stwierdzić, iŝ najmniejsza bezwzględna róŝnica barwy charakteryzowała susz uzyskany przy niŝszych prędkościach przepływu powietrza przy odległości źródła promieniowania wynoszącej 20 cm i była porównywalna z wartością E suszu konwekcyjnego (tab. 14). Natomiast największą róŝnicę barwy uzyskał susz suszony przy zastosowaniu parametrów: 10 cm i 1,2 m/s. JednakŜe bezwzględna róŝnica barwy w kaŝdym przypadku była wyŝsza od wartości E>5, co świadczyło o duŝym odchyleniu od barwy wyjściowej surowej tkanki jabłka. Tabela 14. Bezwzględna róŝnica barwy E suszu konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego, względem barwy surowego jabłka Parametry suszenia Odległość lamp [cm] Prędkość powietrza [m/s] E Suszenie konwekcyjne Suszenie konwekcyjno-promiennikowe ,0 0,5 1,2 2,0 0,5 1,2 2,0 0,5 1,2 2,0 10,9 a,b 11,1 a,b,c 13,2 c 12,9 b,c 10,6 a 10,6 a 13,1 b,c 12,1 a,b,c 12,5 a,b,c 12,5 a,b,c Badania potencjału brązowienia wykazały, iŝ w przypadku suszy promiennikowokonwekcyjnych, otrzymanych przy róŝnych parametrach suszenia, występuje pewne zróŝnicowanie (rys. 25). MoŜna zauwaŝyć tendencję potwierdzającą zmiany jasności suszy. W plastrach jabłek suszonych w odległości 20 cm od źródła promieniowania zmiany potencjału były najmniejsze w stosunku do surowych jabłek i porównywalne z suszem konwekcyjnym. Natomiast dla suszy uzyskanych przy odległości od źródła promieniowania 10 i 30 cm warto- 91

92 Omówienie i dyskusja wyników ści te były większe. Mimo zauwaŝalnej tendencji zmniejszającej się jasności przy wzroście potencjału brązowienia, współczynnik korelacji pomiędzy wartością jasności i potencjałem brązowienia wynosił 0,046 i był mniejszy od wartości tablicowej dla α = 0,05, co świadczy o braku korelacji pomiędzy badanymi wartościami (rys. 26). Na kształtowanie się barwy przetworzonych produktów roślinnych mają równieŝ wpływ występujące w nich związki polifenolowe (Viña i Chaves, 2006). potencjał brązowienia [AU/g surowego jabłka]. 0,47 0,42 0,37 0,32 0,27 a c,d sur 10 0,5 b,c 10 1,2 c,d 10 2,0 c 20 0,5 b,c 20 1,2 b,c 20 2,0 c,d 30 0,5 parametry suszenia [cm, m/s] d 30 1,2 c,d 30 2,0 Rysunek 25. Potencjał brązowienia suszy promiennikowo-konwekcyjnych L* r tab = 0,3246 r = 0, ,25 0,30 0,35 0,40 potencjał brązowienia [AU/g surowego jabłka] Rysunek 26. ZaleŜność między potencjałem brązowienia i jasnością suszy promiennikowo-konwekcyjnych Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Suszenie promieniami podczerwonymi jest uznawane jako metoda suszenia, gwarantująca uzyskanie wysokiej jakości suszonej Ŝywności, w szczególności owoców, warzyw i zbóŝ (Toğrul, 2006). Bezwzględne wartości zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli zamieszczono w tabeli 4 w aneksie. Przy odległości źródła promieniowania od suszonego materiału wynoszącej 10 cm, wraz ze zwiększeniem się prędkości przepływu powietrza, następowało zmniejszenie zdolności przeciwrodnikowej (rys. 27) oraz podobnie zawartości polifenoli (rys. 28). W przypadku tych parametrów suszenia zanotowano najwyŝsze temperatury końcowe materiału (tab. 1 aneks), co w połączeniu z długim czasem suszenia i znacznym natlenieniem materiału przy wyŝszych prędkościach przepływu powietrza spowodowało największe zmniejszenie zdolności przeciwrodnikowej i zawartości polifenoli. Badania prowadzone przy odległości emitera od suszonego materiału wynoszącej 20 i 30 cm charakteryzowała odwrotna zaleŝność. Większą zdolność przeciwutleniająca oraz zawartość polifenoli obserwowano się przy zastosowaniu wyŝszych prędkości przepływu powietrza. W przypadku odległości próbek od źródła promieniowania wynoszącej 20 cm moŝna to tłumaczyć zmniejszającą się temperaturą końcową materiału wraz ze wzrostem prędkości przepływu suszenia, co w efek- 92

93 cie doprowadziło do mniejszej degradacji polifenoli i związków charakteryzujących się moŝliwością zmiatania wolnych rodników. Gdy zastosowano odległość 30 cm, nastąpiło wydłuŝenie czasu suszenia wraz ze wzrostem prędkości powietrza, co oznacza, Ŝe przy mniejszej dawce energii doprowadzanej do plastrów jabłka, wzrost prędkości powodował bardzo intensywne chłodzenie materiału, a w efekcie mniejsze prędkości suszenia. Potwierdzają to równieŝ wartości temperatury końcowej materiału, róŝniące się w niewielkim stopniu (67-69 C). Zdolność przeciwutleniająca suszu promiennikwokowekcyjnego uzyskanego przy odległości od źródła promieniowania wynoszącej 30 cm była większa wówczas, gdy prędkość przepływu powietrza była mniejsza, mimo dłuŝszego czasu suszenia, co związane.. zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] a 10 0,5 c,d 10 1,2 d 10 2,0 Omówienie i dyskusja wyników c,d b,c,d 20 0,5 20 1,2 a 20 2,0 b,c,d 30 0,5 parametry suszenia [cm, m/s] a,b,c a,b 30 1,2 30 2,0 Rysunek 27. Zmiany zdolności przeciwutleniającej suszy promiennikowo-konwekcyjnych zmiany zawartości. polifenoli [%] f 10 0,5 a,b 10 1,2 a 10 2,0 a,b,c a,b,c 20 0,5 20 1,2 e,f 20 2,0 d,e,f 30 0,5 parametry suszenia [cm, m/s] b,c,d 30 1,2 f 30 2,0 Rysunek 28. Zmiany zawartości polifenoli w suszach promiennikowo-konwekcyjnych. zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] ; 0,5 10; 1,2 10; 2,0 20; 0,5 20; 1,2 20; 2, ; 0, ; 1,2 y = 3,2582x - 276,82 30; 2, czas suszenia [min] było z mniejszym natlenieniem Rysunek 29. Zmiany zdolności przeciwutleniającej jabłek suszonych promiennikowo-konwekcyjnie w zaleŝności od czasu suszenia. suszonego materiału. Natomiast w pozostałych wariantach suszenia nie zaobserwowano korelacji między badanymi parametrami. Na rysunku 30 przedstawiono zaleŝność zdolności przeciwrodnikowej i zawartości polifenoli. Współczynnik korelacji r = 0,68, większy od wartości tablicowej dla α=0,05, świadczy o korelacji pomiędzy badanymi wartościami, czyli zawartość polifenoli w suszach promienni- 93

94 kowo-konwekcyjnych miała istotny wpływ na ich zdolność przeciwrodnikową. Enzymatyczne bądź chemiczne utlenianie polifenoli jest głównym powodem utraty zdolności przeciwutleniającej (Lu i Foo, 2000; Manzocco i in., 2001). W wielu publikacjach wykazano wysoką korelację li- zmiany zdolności przeciwutleniającej [mg s.s.]. 4,00 3,50 3,00 2,50 Omówienie i dyskusja wyników r tab = 0,576 r = 0,6817 2, zawartość polifenoli [mg/100 g s.s.] niową między zawartością polifenoli ogółem a zdolnością przeciw- konwekcyjnych Rysunek 30. ZaleŜność między zdolnością przeciwutleniającą i zawartością polifenoli suszy promiennikowo- utleniającą (BieŜanowska-Kopeć i Pisulewski, 2006; Gasik i in., 2008; Kuljarachanan i in., 2009). W niektórych przypadkach oznaczanie polifenoli ogółem moŝe słuŝyć do określania właściwości przeciwutleniającej (Oszmiański, 2007b). Na kształtowanie się barwy mają wpływ występujące w tkance związki polifenolowe (Lewicki, 1965; Heinonen i Meyer, 2002; Perera 2005; Kalisz i Kurowska, 2005; Viña i Chaves, 2006). Porównano więc zaleŝność między zawartością polifenoli i jasności otrzymanych suszy (rys. 31). Jednak nie stwierdzono istotnych korelacji między zawartością polifenoli i jasnością suszy promiennikowo-konwekcyjnych L* r tab = 0,4227 r = 0, zawartość polifenoli [mg/100g s.s.] Rysunek 31. ZaleŜność między jasnością i zawartością polifenoli suszy promiennikowo-konwekcyjnych Dobór odpowiednich do badań przechowalniczych parametrów suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego Na podstawie analizy powyŝszych wyników dokonano wyboru najlepszych wariantów suszenia z wykorzystaniem mikrofal i promieniowania podczerwonego. Przy ich wyborze kierowano się właściwościami odŝywczymi oraz wizualnymi otrzymanych suszy, ze względu na duŝy wpływ tych czynników na akceptację produktu przez konsumenta. Susze otrzymane przy wybranych parametrach poddano badaniom przechowalniczym. Jednocześnie wybrane 94

95 Omówienie i dyskusja wyników susze oraz susz konwekcyjny charakteryzowały się tym, Ŝe temperatura tych materiałów pod koniec suszenia była zbliŝona i wynosiła około 70ºC. Susz mikrofalowo-konwekcyjny uzyskany przy parametrach 300 W i temperaturze powietrza 40ºC charakteryzował się wysoką zawartością związków o charakterze przeciwutleniaczy, barwą najbliŝszą surowemu jabłku oraz najmniejszym skurczem, duŝą porowatością i małą gęstością pozorną. Czas suszenia przy tych parametrach był najkrótszy, co równieŝ jest waŝne ze względów ekonomicznych. W przypadku suszu promiennikowo-konwekcyjnego, ze względu na małe zróŝnicowanie próbek, wybrano susz uzyskany przy odległości źródła promieniowania od materiału suszonego 20 cm i prędkości powietrza 1,2 m/s, który uzyskał jeden z krótszych czasów. Susz ten charakteryzował się najmniejszą bezwzględną róŝnicą barwy, w porównaniu do surowego jabłka, niską zawartością związków o brązowej barwie oraz niewielkimi ubytkami związków o charakterze przeciwutleniaczy. 95

96 Omówienie i dyskusja wyników 5.4. Właściwości suszy przeznaczonych do badań przechowalniczych Skurcz, gęstość pozorna i porowatość ZróŜnicowany sposób dostarczenia energii mógł mieć wpływ na jakość suszu. Jabłka suszone metodą konwekcyjną pod względem właściwości fizycznych istotnie róŝniły się od jabłek suszonych metodą mikrofalowo-konwekcyjną i promiennikowo-konwekcyjną. Susz konwekcyjny charakteryzował się najmniejszą objętością oraz uległ największemu skurczowi, wynoszącemu około 76% (tab. 15). Wraz z wydłuŝaniem się czasu suszenia następował większy skurcz. W porównaniu z suszem konwekcyjnym, susze uzyskane metodą mikrofalowokonwekcyjną i promiennikowo-konwekcyjną charakteryzowały się skurczem mniejszym odpowiednio o 17 i 9%, przy czym były to wartości róŝnicujące susze w sposób istotny. Najmniejszy skurcz suszu mikrofalowo-konwekcyjnego był związany z najkrótszym czasem uzyskania suszu, bo jedynie 60 minut i wysoką temperaturą materiału, która przeciwdziała skurczowi. Większy skurcz wiązał się ze wzrostem gęstości pozornej próbki. Gęstość suszu konwekcyjnego była największa i wynosiła 0,43 g/cm 3. Natomiast gęstość suszu mikrofalowokonwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego była istotnie statystycznie mniejsza o 30-33%, przy czym susze te względem siebie nie róŝniły się istotnie. Wielkość skurczu i gęstość pozorna miały istotny wpływ na porowatość materiału. Zgodnie z wcześniej uzyskanymi wynikami, najmniejszą porowatością charakteryzował się susz konwekcyjny, a pozostałe susze były istotnie bardziej porowate, o 12-13%. Tabela 15. Charakterystyka właściwości fizycznych suszy jabłkowych uzyskanych róŝnymi metodami Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s Skurcz [%] Gęstość pozorna [g/cm 3 ] Porowatość [%] x SD x SD x SD 76,0 a 2,9 0,43 a 0,02 72 a 2 63,3 c 1,2 0,29 b 0,02 81 b 2 68,9 b 1,7 0,30 b 0,02 81 b Zawartość suchej substancji i aktywność wody Zawartość suchej substancji i aktywność wody suszy jabłkowych uzyskanych róŝnymi metodami przedstawiono w tabeli 16. Jabłka suszone konwekcyjnie wysuszono do zawartości wody wynoszącej 5,7%. Natomiast jabłka uzyskane w wyniku suszenia z wykorzystaniem 96

97 Omówienie i dyskusja wyników promieni podczerwonych i mikrofal charakteryzowały się istotnie wyŝszą, o 7,5-7,9%, średnią zawartością wody. Z zawartością wody w produkcie jest równieŝ związana jej dostępność, czyli aktywność wody. W czasie suszenia dostępność wody maleje i w przypadku suszu konwekcyjnego uzyskano wartość około 0,16, co zapobiega zmianom w wysuszonym produkcie. Przy wartości a w poniŝej 0,2 reakcje nieenzymatycznego brunatnienia nie zachodzą, co Tabela 16. Zawartość suchej substancji i aktywność wody suszy jabłkowych uzyskanych róŝnymi metodami Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s chroni produkt przed niepoŝądaną zmianą barwy (Perera, 2005). Zawartość suchej substancji [%] Aktywność wody [-] x SD x SD 94,3 a 0,07 0,16 a 0,03 92,5 b 0,6 0,35 c 0,05 92,1 b 1,4 0,25 b 0,03 W przypadku suszu uzyskanego przy wykorzystaniu promieni podczerwonych, jego aktywność wody była istotnie wyŝsza niŝ suszu konwekcyjnego. Natomiast susz mikrofalowokonwekcyjny charakteryzował się najwyŝszą aktywnością wody, która istotnie róŝniła się od pozostałych dwóch suszy. Przy aktywności wody 0,35 moŝe dochodzić do degradacji witamin i nieenzymatycznego brązowienia. Wyniki te świadczą, iŝ sposób dostarczenia energii potrzebnej do wysuszenia plastrów jabłka miał istotny wpływ na dostępność wody w produkcie. JednakŜe w przypadku wszystkich suszy aktywność wody spadła znacznie poniŝej wartości 0,6, w związku z czym moŝna stwierdzić, iŝ pod względem mikrobiologicznym susze były bezpieczne (Pr. zbiorowa, 1994) Barwa i potencjał brązowienia Barwa jest jednym z podstawowych atrybutów suszonej Ŝywności. Parametry barwy suszy uzyskanych przy zastosowaniu róŝnych metod suszenia w porównaniu do surowego jabłka przestawiono w tabeli 17. W czasie suszenia, pod wpływem temperatury i natlenienia surowca, następuje ciemnienie produktu spowodowane działaniem enzymu oksydazy polifenolowej oraz nieenzymatycznym brązowieniem (Sapers i in., 2002; Perera 2005). Sposób dostarczenia ciepła na drodze promieniowania czy działania mikrofal w istotny sposób wpływa na zmiany barwy, co równieŝ zauwaŝył Maskan (2001b) podczas suszenia konwekcyjnego i mikrofalowego owoców kiwi. Dla suszu konwekcyjnego i uzyskanego przy zastosowaniu promieni podczerwo- 97

98 Omówienie i dyskusja wyników nych nastąpiło zmniejszenie wartości parametru L* o około 4,5-5%, przy czym susze te nie róŝniły się od siebie pod względem statystycznym. Zmiany barwy suszu konwekcyjnego związane były z długotrwałym działaniem wysokiej temperatury (Mazza, 2000). Natomiast promieniowanie podczerwone prawdopodobnie spowodowało powstanie na powierzchni jabłek brunatnych związków, co było przyczyną obniŝenia jasności próbek (Nowak i Lewicki, 2005). W przypadku suszu mikrofalowego nastąpił wzrost parametru L* o około 5%. Wzrost ten był najprawdopodobniej związany z metodą oznaczania barwy, co wyjaśniono w rozdziale Porównując suszenie konwekcyjne i mikrofalowo-konwekcyjne Sharma i Prasad (2001) równieŝ stwierdzili uzyskanie suszonego czosnku o jaśniejszej barwie, gdy do suszenia wykorzystali mikrofale. Tabela 17. Jasność, współrzędne chromatyczne, nasycenie i ton barwy suszy uzyskanych przy zastosowaniu róŝnych metod Metoda suszenia L* a* b* C* h* x SD x SD x SD x x surowe jabłko 81,9 b 1,5-5,7 a 0,4 22,7a 1,7 23,4 a -1,32 a konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s 77,7 c 1,2 4,2 c 0,9 28,8 c 0,7 29,1 c 1,50 b 86,0 a 1,7-1,9 b 1,5 25,0 b 0,7 25,1 b -1,49 a 78,2 c 1,1 4,7 c 1,0 30,4 c 1,1 30,7 d 1,42 b Przy suszeniu konwekcyjnym i promiennikowo-konwekcyjnym następowała istotna statystycznie zmiana wartości współrzędnej a*, co było związane z powstawaniem większej ilości związków o brązowej barwie niŝ w przypadku suszenia mikrofalowego (Vadivambal i Jayas, 2007). Nastąpiło więc obniŝenie udziału barwy zielonej na korzyść czerwonej. Podobne wyniki uzyskano przy suszeniu konwekcyjnym jabłek w temperaturze 55ºC, gdzie nastąpił wzrost wartości współrzędnej a* z -4,73 do 5,68 (Mandala i in., 2005). Susz mikrofalowo-konwekcyjny charakteryzował się ujemną wartością współrzędnej a*, równą -1,9, świadczącą o udziale barwy zielonej. Wartość ta była jednak istotnie niŝsza od uzyskanej w jabłku surowym. Podczas suszenia, niezaleŝnie od metody, następowało równieŝ znaczące zwiększenie współrzędnej b*, czyli zwiększenie udziału barwy Ŝółtej. Susz mikrofalowo-konwekcyjny charakteryzował się najmniejszą zmianą współrzędnej b*, która uległa zwiększeniu o około 7%. Natomiast suszenie metodą konwekcyjną, jak równieŝ przy wykorzystaniu promieni pod- 98

99 Omówienie i dyskusja wyników czerwonych, spowodowało znaczny wzrost udziału barwy Ŝółtej, wynoszący odpowiednio 24 i 31%. Doniesienia literaturowe wskazują na nieco niŝszy wzrost udziału barwy Ŝółtej w suszach jabłkowych, wynoszący około 12% (Mandala i in., 2005). Wzrost wartości współrzędnych a* i b* spowodował zwiększenie nasycenia barwy, w porównaniu do surowego jabłka, przy czym nasycenie barwy róŝnicowało istotnie próbki uzyskane róŝnymi metodami (tab. 17). Nasycenie barwy suszy zwiększało się następująco: susz mikrofalowo-konwekcyjny, konwekcyjny, promiennikowo-konwekcyjny. W przypadku tonu barwy h* stwierdzono, iŝ ton suszu mikrofalowo-konwekcyjnego nie odbiega od tonu surowego jabłka, natomiast ton barwy dla suszu konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego uległ istotnej zmianie do wartości dodatnich (tab. 17), jednak pozostał w obszarze barwy Ŝółtej. Prowadzenie suszenia metodą konwekcyjną i przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego wpłynęło na uzyskanie znacznych wartości bezwzględnej róŝnicy barwy (tab. 18). Bezwzględna róŝnica barwy w przypadku powyŝszych suszy była wyŝsza od wartości 5, co świadczyło o bardzo wyraźnym odchyleniu od barwy surowej tkanki jabłka. Natomiast najmniejszą bezwzględną róŝnicą barwy charakteryzował się susz uzyskany przy wykorzystaniu mikrofal i była to róŝnica rozpoznawana przez osobę doświadczoną w odróŝnianiu niuansów barw. RównieŜ w przypadku suszenia marchwi stwierdzono, iŝ susz mikrofalowy charakteryzował się lepszą barwą niŝ susz konwekcyjny (Stanisławski, 2003). Badanie potencjału brązowienia (tab. 19) potwierdziło zaleŝności uzyskane podczas pomiaru barwy (tab. 18). Metoda suszenia miała istotny wpływ na ilość brązowych barwników powstających w czasie suszenia, co równieŝ stwierdzili Leeratanarak i in. (2006) podczas suszenia konwekcyjnego i parą przegrzaną pod obniŝonym ciśnieniem chipsów ziemniaczanych. Susz jabłkowy uzyskany przy wykorzystaniu mikrofal charakteryzował się ilością brą- Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s Tabela 18. Bezwzględna róŝnica barwy E suszy uzyskanych róŝnymi metodami mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s E [-] 10,9 b 1,8 a 10,6 b Tabela 19. Potencjał brązowienia suszy uzyskanych róŝnymi metodami Metoda suszenia Potencjał brązowienia [AU/g surowego jabłka] x SD surowe jabłko 0,305 a 0,008 konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s 0,371 c 0,014 0,336 b 0,023 0,397 d 0,012 99

100 Omówienie i dyskusja wyników zowych barwników najbardziej zbliŝoną do otrzymanych w jabłku surowym, natomiast róŝnica ta była jednak istotna statystycznie. Susz konwekcyjny zawierał istotnie więcej brązowych barwników, w porównaniu z suszem mikrofalowo-konwekcyjnym. Natomiast susz uzyskany przy wykorzystaniu promieni podczerwonych charakteryzował się najwyŝszym potencjałem brązowienia Zdolność przeciwutleniająca i zawartość polifenoli Właściwości bioaktywne składników Ŝywności mogą ulegać znacznym zmianom w czasie procesu technologicznego (Oszmiański, 2007a), obejmującego równieŝ suszenie (Ścibisz i Mitek, 2006; Kopera i Mitek, 2007; Kuljarachanan i in., 2009). Bezwzględne wartości zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli suszy uzyskanych róŝnymi metodami zamieszczono w tabeli 5 w aneksie. Podczas suszenia tkanki jabłka, niezaleŝnie od metody suszenia, następowało zmniejszenie zawartość polifenoli, które, według doniesień literaturowych, istotnie wpływają na zdolność przeciwrodnikową (Oszmiański, 2007a; Gasik i in., 2008). Podczas suszenia konwekcyjnego, w wyniku długotrwałego poddania tkanki jabłka działaniu wysokiej temperatury, zdolność przeciwutleniająca jabłek zmniejszyła się znacząco, osiągając około 42% wartości charakterystycznej dla surowca przed suszeniem (rys. 32). Podczas suszenia konwekcyjnego limonki następowały duŝe straty pojemności przeciwutleniającej, które wzrastały wraz ze wzrostem temperatury i czasu suszenia (Kuljarachanan i in., 2009). Przy suszeniu śliwek President w temperaturze 85ºC, a w końcowych etapach w 70ºC następowało zmniejszenie aktywności przeciwutleniającej o około 50% w porównaniu z temperaturą 60ºC (Caro i in., 2004). Zawartość polifenoli w suszach konwekcyjnych jabłkowych równieŝ uległa istotnej redukcji, o około 29% (rys. 33). Poza polifenolami na zdolność przeciwrodnikową składają się takŝe inne związki, np. witaminy czy barwniki, a znacznie większa strata właściwości bioaktywnych moŝe równieŝ wynikać z ubytku witamin o charakterze przeciwutleniaczy (DruŜyńska i in., 2008; Gasik i in., 2008). Suszenie z wykorzystaniem promieni podczerwonych i mikrofal spowodowało mniejsze straty polifenoli oraz zdolności przeciwrodnikowej, w porównaniu z suszem konwekcyjnym, przy czym ich zdolność przeciwutleniająca między sobą nie róŝniła się istotnie. W porównaniu do surowego jabłka stwierdzono jednak statystycznie istotne zmiany zdolności przeciwrodnikowej suszu mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego odpowiednio o 33 i 38% i zawartości polifenoli o 20 i 24%. Susz mikrofalowo-konwekcyjny, w porównaniu z suszem konwekcyjnym, charakteryzował się wyŝszą o około 25 punktów procentowych zdolnością przeciwrodnikową i wyŝszą 100

101 Omówienie i dyskusja wyników o 5 punktów procentowych zawartością polifenoli, przy czym ta ostatnia róŝnica nie była istotna statystycznie. Natomiast susz promiennikowo-konwekcyjny charakteryzował się istotnie wyŝszą o około 20 punktów procentowych zdolnością zmiatania wolnych rodników i większą o około 9 punktów procentowych zawartością polifenoli w stosunku do suszu konwekcyjnego. Większą zdolność przeciwutleniającą suszu promiennikowo-konwekcyjnego moŝna prawdopodobnie połączyć ze zmniejszającą się jasnością tego produktu. Niektóre powstające w czasie tego suszenia związki o ciemnej barwie mogą posiadać charakter przeciwutleniaczy, co tłumaczyłoby wysoką zdolność zmiatania wolnych rodników. Reakcje Maillarda prowadzą do kształtowania róŝnych zmian chemicznych w produkcie, a w konsekwencji wpływają na właściwości przeciwutleniające (Manzocco i in., 2001). zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] a c surowe konw mikr prom rodzaj materiału b b zmiany zawartości polifenoli [%] a c b,c surowe konw mikr prom rodzaj materiału b Rysunek 32. Zmiany zdolności przeciutleniającej suszy uzyskanych róŝnymi metodami Rysunek 33. Zmiany zawartości polifenoli w suszach uzyskanych róŝnymi metodami Ocena wpływu stopnia usunięcia wody z materiału na zdolność przeciwutleniającą i zawartość polifenoli W takcie suszenia następuje utleniania związków o charakterze przeciwutleniaczy. Zmiany zdolności przeciwrodnikowej i zawartości polifenoli w trakcie suszenia konwekcyjnego oraz przy zastosowaniu promieniowania podczerwonego i mikrofal przedstawiono odpowiednio na rysunkach 34 i 35. Bezwzględne wartości zdolności przeciwutleniającej i zawartości polifenoli suszy uzyskanych zamieszczono w tabeli 6 w aneksie. W przypadku suszenia konwekcyjnego i przy wykorzystaniu mikrofal początkowo następowało znaczne obniŝenie zdolności przeciwrodnikowej. Przy względnej zawartości wody wynoszącej 0,8, czyli po usunięciu 20% wody, zdolność przeciwrodnikowa tych suszy zmniejszyła się o 22%. Natomiast przy dalszym obniŝaniu zawartości wody następowało znacznie większe zmniejszenie zdolności przeciwutleniającej suszu konwekcyjnego niŝ pozostałych. Podobną zaleŝność obserwuje się dla polifenoli, tzn. intensywniejszy spadek ich za- 101

102 Omówienie i dyskusja wyników wartości na początku procesu, niezaleŝnie od metody suszenia. W przypadku suszenia z wykorzystaniem promieni podczerwonych przy wysokiej zawartości wody obniŝenie zdolności zmiatania wolnych rodników przebiegało wolniej. Przy względnej zawartości wody między 0,8 a 0,4 następowało gwałtowne zmniejszenie zdolności przeciwrodnikowej, o 22 punkty procentowe. Natomiast poniŝej względnej zawartości wody wynoszącej 0,4 zdolność przeciwrodnikowa tego suszu była porównywalna z wartościami uzyskanymi dla suszu mikrofalowo-konwekcyjnego. zmiany zdolności przeciwutleniającej [%] konw mikr prom 1,0 0,8 0,4 0,1 0,0 względna zawartość wody Rysunek 34. Zmiany zdolności przeciwutleniającej podczas suszenia róŝnymi metodami zmiany zawartości polifenoli [%] konw mikr prom 1,0 0,8 0,4 0,1 0,0 względna zawartość wody Rysunek 35. Zmiany zawartości polifenoli podczas suszenia róŝnymi metodami Biologiczna aktywność oddechowa Produkty roślinne po zbiorze w dalszym ciągu ulegają procesom oddychania, za które odpowiedzialne są enzymy obecne w tkance. Proces ten polega na utlenianiu związków organicznych tlenem pobieranym z atmosfery (Kulesza, 1994). Aktywność oddechowa ma duŝe znaczenie dla procesów przechowalniczych (Witrowa-Rajchert, 1999). Na rysunku 36 przedstawiono aktywność oddechową jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami oraz suszy po rehydracji. Aktywność oddechowa surowego jabłka wynosiła 834±21 mg O 2 / kg s.s./ 5 h w temperaturze 20ºC. Oddychanie, jak kaŝdy proces przemiany materii, zaleŝy od zawartości wody. Większość reakcji biochemicznych odbywa się w środowisku wodnym. Suche nasiona jęczmienia (zawartość wody 10-12%) produkowały 0,3 mg CO 2 /(24h kg), natomiast ziarna o wilgotności 33% aŝ 2000 mg (Libbert, 1981). Podobne doświadczenia wykonane na nasionach pszenicy wykazały, Ŝe kiedy w ziarniakach przenicy wilgotność wzrastała powyŝej 14,75%, szybkość oddychanie gwałtownie się nasilała. Takie doświadczenia podkreślają konieczność obecności wystarczającej ilości niezwiązanej wody dla podtrzymania procesów komórkowych (Giese, 1985). Intensywność oddychania zaleŝy więc od ilości wody usuniętej podczas procesu suszenia (Lewicki i in., 2001a). 102

103 Omówienie i dyskusja wyników Po procesie suszenia następował istotny spadek aktywności oddechowej, niezaleŝnie od metody usuwania wody. Usunięcie wody spowodowało znaczne zmniejszenie aktywności oddechowej, wynoszące 82% w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego i aŝ 95%, gdy jabłko suszono metodą promiennikowo-konwekcyjną. W przypadku suszu konwekcyjnego nastąpił zanik aktywności oddechowej, co najprawdopodobniej było spowodowane długim czasem działania wysokiej temperatury i usunięciem znacznej ilości wody. MoŜna zaobserwować zaleŝność, Ŝe im więcej wody pozostało w materiale po suszeniu, tym aktywność oddechowa była większa. Po rehydracji suszy obserwowano wzrost aktywności oddechowej. Susz mikrofalowokonwekcyjny charakteryzował się największą aktywnością oddechową po procesie rehydracji, wynoszącą 655±57 mg O 2 / kg s.s./ 5 h w temp. 20ºC, co mogło świadczyć o najmniejszym uszkodzeniu układu enzymatycznego w tak suszonej tkance. Otrzymane wartości aktywności oddechowej uwodnionych tkanek potwierdzają róŝnice zauwaŝone dla suszy. RóŜnice w aktywności oddechowej między uwodnionym suszem konwekcyjnym i promiennikowokonwekcyjnym nie były istotne statystycznie. Jednak obserwowano tendencję wyŝszego zu- Ŝycia tlenu przez susz promiennikowo-konwekcyjny, w porównaniu z suszem konwekcyjnym, co świadczyło o mniejszych zmianach w układzie enzymatycznym jabłka suszonego z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. BA [mg O2/kg s.s./5h] a e surowe konw mikr prom konw mikr prom rodzaj materiału suszonego rodzaj materiału rehydrowanego e d b c,d Rysunek 36. Aktywność oddechowa jabłka surowego, po suszeniu róŝnymi metodami i po rehydracji Zdolność pochłaniania wody i właściwości rekonstytucyjne W czasie suszenia następują nieodwracalne zmiany w strukturze materiału, które zmniejszają zdolność wchłaniania wody i jej utrzymywania (Witrowa-Rajchert, 1999). Skurcz powstały w czasie procesu suszenia wpływa na wzrost gęstości próbki, co z kolei powoduje 103

104 Omówienie i dyskusja wyników mniejszą porowatość i jednocześnie mniejszą zdolność do rehydracji i wchłaniania pary wodnej. W zaleŝności od zastosowanych parametrów suszenia, uzyskuje się produkt o róŝnym stopniu odtwarzalności (Prothon i in., 2003). Zdolność pochłaniania wody róŝnych suszy oznaczona zgodnie z normą PN-90/A-75101/19, była porównywalna i wartości nie róŝniły się pod względem statystycznym (tab. 20). Jednak juŝ wcześniejsze badania dowiodły, Ŝe pomiar ten moŝe być jedynie pomocniczy przy badaniu właściwości rekonstytucyjnych, czyli rehydracji. Rehydracja polega na chłonięciu wody przez wysuszony materiał. Jednak nawet po nieskończenie długim czasie nawilŝania materiał nie powraca do początkowej wilgotności przed suszeniem, ze względu na uszkodzenia struktury w czasie usuwania wody (Witrowa-Rajchert, 1999). Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s Tabela 20. Zdolność pochłaniania wody jabłka suszonego róŝnymi metodami mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s Zdolność pochłaniania wody [cm 3 /100 g] 460±28 a 468±42 a 470±31 a W czasie rehydracji następuje dwukierunkowa wymiana masy, podczas której do wnętrza materiału wnika strumień wody, a strumień niskocząsteczkowych rozpuszczalnych składników suchej substancji na zewnątrz próbki. Absorpcja wody przez polimery powoduje pęcznienie i odbudowywanie struktury (Lewicki i in., 1997; Witrowa-Rajchert, 2004). gdzie: m τr m 0 τ R Przebieg zmian względnej masy w czasie rehydracji opisano równaniem kinetycznym typu: m m R = a + b 1 τ 1 masa po czasie τ R [g] masa początkowa [g] czas rehydracji [min] a,b,c parametry równań [-] 0 e cτ R, [18] Parametry równań, współczynniki determinacji i błędy standardowe estymacji zamieszczono w aneksie w tabeli 7. Mniejsza odtwarzalność suszu moŝe być związana z wydłuŝonym czasem działania na produkt podwyŝszonej temperatury (Sacilik i Elicin, 2006). Ponadto temperatura suszenia w istotny sposób wpływa na zdolność powtórnego chłonięcia wody (Wolak i Kluza, 2000). Na proces rehydracji wpływają m.in. skurcz, gęstość i porowatość. Lepsza zdolność do rehy- 104

105 Omówienie i dyskusja wyników dracji i wchłaniania pary wodnej wiąŝe się z mniejszym skurczem, małą gęstością próbki i jej duŝą porowatością (Mayor i Sereno, 2004; Wu i in., 2007). Według Witrowej-Rajchert (2004) przy małej porowatości materiału, charakterystycznej dla suszu konwekcyjnego, zwiększenie masy było głównie wynikiem wchłaniania wody przez biopolimery, a nie wypełniania prze- strzeni powietrznych, co w efekcie prowadziło do mniejszych przyrostów masy. Względny przyrost masy (w odniesieniu do masy próbki po suszeniu) jabłek suszonych konwekcyjnie, mikrofalowokonwekcyjnie i promiennikowo-konwekcyjnie w czasie rehydracji przedstawiono na rysunku 37. Susze uzyskane róŝnymi metodami charakteryzowały się podobnymi przyrostami masy, po trzech godzinach ich masa wzrosła ponad czterokrotnie. Analiza wariancji nie wykazała wpływu względny przyrost. masy czas [min] konw mikr prom Rysunek 37. Względny przyrost masy podczas rehydracji jabłka suszonego róŝnymi metodami metody suszenia na przyrost masy w czasie rehydracji (tab. 8 aneks). Inne wyniki otrzymał Maskan (2001a), według którego kiwi suszone mikrofalowo charakteryzowało się mniejszym przyrostem masy (około 175%) nisz susze konwekcyjne i mikrofalowo-konwekcyjne (odpowiednio o 238 i 245%). Podobnie marchew suszona mikrofalowo charakteryzowała się lepszymi wskaźnikami rehydracji od produktu suszonego konwekcyjnie. Po 5 minutach rehydracji we wrzącej wodzie masa próbek suszonych mikrofalowo marchwi wzrosła 2,9-krotnie, a suszonych konwekcyjnie 2,7-krotnie (Prabhanjan i in., 1995). Stopień rehydracji suszu promienikowo-konwekcyjnego cebuli był około dwukrotnie większy, w porównaniu z suszem konwekcyjnym (Sharma i in., 2005). Podobnie susz bananowy, uzyskany pod obniŝonym ciśnieniem z wykorzystaniem promieni podczerwonych, charakteryzował się wzrostem zdolności do odtwarzania wraz ze wzrostem temperatury suszenia, co związane było z tworzeniem się bardziej porowatej struktury w wyŝszej temperaturze (Nimmol i in., 2007). W czasie uwadniania następował ubytek rozpuszczalnych składników suchej substancji. Substancje zawarte w suszu dyfundowały do otaczającego środowiska (rys. 38). Proces ten przebiegał najszybciej na początku rehydracji. Przebieg zmian ubytku suchej substancji opisano równaniem kinetycznym typu: ss ss τ R 0 ( a b) = τ e + c R b, [19] 105

106 gdzie: ss τr ss 0 τ R masa suchej substancji w jabłku po czasie τ R [g] początkowa masa suchej substancji w jabłku [g] czas rehydracji [h] a,b,c parametry równań [-] Omówienie i dyskusja wyników Parametry równań, współczynniki determinacji i błędy standardowe estymacji zamieszczono w aneksie w tabeli 9. W czasie 3 h rehydracji z jabłka suszonego konwekcyjnie dyfundowało 48% suchej substancji zawartej w suszu. W przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego stwierdzono większy ubytek składników suchej substancji, wynoszący 53%, który mógł być związany ze strukturą suszu, czyli z mniejszą jego gęstością oraz większą porowatością, umoŝliwiającą łatwiejszy ubytek cukrów, witamin, substancji mineralnych i rozpuszczalnych białek. Najmniej składników suchej susb- względna zawartość. suchej substancji 1,0 0,8 0,5 0,3 0,0 konw mikr prom czas [min] Rysunek 38. Względna zawartość suchej substancji podczas rehydracji jabłka suszonego róŝnymi metodami tancji dyfundowało z suszu uzyskanego przy zastosowaniu promieniowania podczerwonego 43%. Otrzymane wyniki mogą świadczyć o tym, Ŝe tkanka suszu promiennikowo-konwekcyjnego, w porównaniu do suszu konwekcyjnego i mikrofalowo-konwekcyjnego, uległa mniejszym uszkodzeniom w czasie suszenia, które nie spowodowało aŝ tak intensywnego wypływu z tkanki substancji ekstraktowych. Mimo obserwowanych tendencji, analiza wariancji nie potwierdziła istotnych róŝnic w ubytku suchej substancji w czasie rehydracji (tab. 10 aneks) Właściwości higroskopijne Kinetyka adsorpcji Zdolność adsorpcji pary wodnej jest cechą charakterystyczną danego produktu i zaleŝy od jego struktury i składu chemicznego (Khalloufi i in., 2000; Acevedo i in., 2008). Metoda suszenia ma takŝe wpływ na przebieg kinetyki adsorpcji (Nowak i Lewicki, 2005 za Tsami i in., 1998). 106

107 Omówienie i dyskusja wyników Po 72 godzinach adsorpcji pary wodnej znad roztworu NaCl (a w =0,75) susze osiągały istotnie róŝniącą się zawartość wody (tab. 21). Właściwości higroskopijne miały ścisły związek ze strukturą suszonego materiału. Susz uzyskany metodą konwekcyjną adsorbował 29,8±0,2 g H 2 O/100 g s.s. po 72 h procesu. Podobną zawartością wody, wynoszącą 27,9 g H 2 O/100g s.s. charakteryzował się suszony konwekcyjnie ziemniak po 48 godzinnym procesie adsorpcji pary wodnej, natomiast w tych samych warunkach procesu marchew charakteryzowała się wyŝszą zawartością wody, wynoszącą 50,8 g H 2 O/100g s.s. (Pałacha i in., 1998). Mniejszy skurcz suszu pro- Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s Tabela 21. Doświadczalne i obliczone równowagowe zawartości jabłka suszonego róŝnymi metodami mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s Równowagowa zawartość wody po 72h [g/100 g s.s.] Obliczona równowagowa zawartość wody [g/100 g s.s.] 29,8±0,2 a 29,6 39,7±0,5 c 39,8 32,7±0,2 b 32,6 miennikowo-konwekcyjnego, w porównaniu z suszem konwekcyjnym, wiązał się z jego większą porowatością, a to prowadziło do szybszego chłonięcia pary wodnej, co spowodowało, Ŝe zawartość wody po 72 h wynosiła 32,7±0,2 g H 2 O/100 g s.s.wartości te mogą wskazywać równieŝ, Ŝe w czasie suszenia konwekcyjnego nastąpiło większe uszkodzenie tkanki roślinnej, w wyniku czego została obniŝona zdolność wiązania wody. Sorpcja pary wodnej przebiegała najintensywniej w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego, który osiągnął po 72 h zawartość wody wynoszącą 39,7 g H 2 O/100 g s.s. Wynikało to z większej porowatości suszu mikrofalowego i mniejszej jego gęstości pozornej, w porównaniu do pozostałych materiałów. Susz ten charakteryzował się więc największą higroskopijnością. gdzie: u τ Kinetykę adsorpcji pary wodnej przedstawia rysunek 39. Przebieg zmian zawartości wody opisano równaniem kinetycznym typu: 1 1 u = a + b 1 + d + cτ e R 1, [20] τ e e zawartość wody [g/100 g s.s.] czas [h] a,b,c,d,e parametry równań [-] 107

108 Omówienie i dyskusja wyników Na podstawie tych równań obliczono wartości równowagowe ilości wchłoniętej wody po nieskończenie długim czasie ze wzoru: u r =a+b+d. Parametry równań, współczynniki determinacji i średnie błedy estymacji zamieszczono w aneksie w tabeli 11. W początkowej fazie procesu adsorpcji, do 10 godziny, obserwowano intensywny przyrost zawartości wody, przy czym najszybciej chłonął parę wodną susz mikrofalowo-konwekcyjny, a najwolniej konwekcyjny. Porównując obliczone na podstawie równań równowagowe zawartości wody z otrzymanymi eksperymentalnie po 72 h (tab. 21), naleŝy stwierdzić, iŝ susze osiągnęły stan równowagi. zawartość wody [g H2O/100 g s.s.] czas [h] konw mikr prom Rysunek 39. Kinetyka adsorpcji pary wodnej przez jabłka suszone róŝnymi metodami Izotermy adsorpcji Susze nieodpowiednio zabezpieczone w czasie przechowywania naraŝone są na zmiany wywołane m.in. wchłanianiem pary wodnej. W celu oznaczenia stanu wody w Ŝywności najczęściej stosowane są metody oparte na wyznaczeniu izoterm sorpcji wody (Pałacha, 2007). WraŜliwość suszy na wilgoć oraz ich zdolność chłonięcia wody moŝna określić na podstawie kształtu izoterm adsorpcji (Mathlouthi, 2001), który odzwierciedla mechanizm wiązania wody w materiale (Świtka i Krasowski, 1990). Uzyskane izotermy adsorpcji pary wodnej suszy charakteryzowały się sigmoidalnym kształtem, wykazując podobieństwo do izoterm III typu według klasyfikacji Brunauera. Taki sam kształt izoterm dla suszonych konwekcyjnie jabłek otrzymali Kaya i in. (2007). Izotermy tego typu odpowiadają produktom zawierającym znaczne ilości krystalicznych substancji, np. cukrów prostych, kwasu cytrynowego (Pr. zbiorowa, 1994). Dane eksperymentalne średniej równowagowej zawartości wody dla analizowanych suszy jabłkowych zestawiono w tabeli 12 w aneksie. Na ich podstawie zostały wykreślone 108

109 izotermy adsorpcji pary wodnej (rys. 40). Otrzymane izotermy opisano modelami matematycznymi: dwuparametrowym (BET), trójparametrowym (Lewickiego) oraz czteroparametrowym (Pelega). W aneksie w tabeli 13 zestawiono obliczone parametry modeli przy róŝnych zakresach aktywności wody oraz przedstawiono zgodność dopasowania modeli, wyraŝoną przez współczynnik determinacji (r 2 ) oraz średni błąd kwadratowy (RMS). Dla wszystkich suszy wraz ze wzros- tem aktywności wody wzrastała zawartość wody w materiale (rys. 41 a-c). RóŜnice wprzebiegu krzywych kinetycznych były nieznaczne. Podobny przebieg i kształt izo- u [g/100 g s.s.] Omówienie i dyskusja wyników susz konwekcyjny susz mikrofalowy susz promiennikowy 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a w Rysunek 40. Przebieg izoterm adsorpcji pary wodnej suszy uzyskanych róŝnymi metodami term adsorpcji wody dla matrycy suszonego konwekcyjnie jabłka otrzymał Pałacha (2007). W tabeli 22 przedstawiono średnie wartości równowagowej zawartości wody przy aktywnościach 0,113; 0,529 i 0,903. Przy najniŝszej analizowanej aktywności wody równowagowe zawartości wody róŝniły się od siebie istotnie, natomiast równowagowe zawartości wody, przy aktywnościach wody 0,529 i 0,903 były na podobnym poziomie, nie róŝniącym się od siebie istotnie. Tabela 22. Średnie równowagowe zawartości wody w wybranych aktywnościach wody jabłka suszonego róŝnymi metodami Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowo-konwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowo-konwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s Równowagowa zawartość wody [g/100 g s.s.] a w =0,113 a w =0,529 a w =0,903 1,42±0,38 a 14,56±0,88 a 93,78±1,01 a 2,76±0,78 b 15,50±0,27 a 94,02±0,71 a 5,42±0,30 c 15,40±0,31 a 93,37±1,20 a Wszystkie badane modele izoterm posiadały współczynnik determinacji powyŝej wartości 0,98. Na podstawie wyznaczonego współczynnika determinacji (r 2 ) moŝna stwierdzić, Ŝe model Pelega najlepiej opisuje przebieg adsorpcji pary wodnej. Generalnie modele dobrze opisują izotermę, jeśli wartość średniego błędu kwadratowego jest mniejsza od 5%, a dosta- 109

110 Omówienie i dyskusja wyników tecznie przy RMS mniejszym od 10%. JeŜeli średni błąd kwadratowy jest większy od 10%, dany model naleŝałoby odrzucić (Pałacha, 2007). Zastosowane modele Lewickiego i Pelega posiadały wysokie wartości średniego błędu kwadratowego, z wyjątkiem modelu Pelega opi- u [g/100 g s.s.] a konw - model Pelega konw - model Lewickiego konw - model BET 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a w Rysunek 41. Dopasowanie modeli do przebiegu izoterm adsorpcji pary wodnej jabłka suszonego metodą: a konwekcyjną b mikrofalowo-konwekcyjną c promiennikowo-konwekcyjną sującego przebieg izotermy suszu konwekcyjnego (RMS=6,37%). Świadczy to o braku moŝliwości wykorzystania tych modeli do opisu danych sorpcji badanych suszy jabłkowych. Natomiast w przypadku matrycy z suszonego konwekcyjnie jabłka modele GAB, Lewickiego i Pelega wykazały dobrą zgodność z danymi sorpcyjnymi (Pałacha, 2007). u [g/100 g s.s.] u [g/100 g s.s.] mikr - model Pelega mikr - model Lewickiego mikr - model BET 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a w prom - model Pelega prom - model Lewickiego prom - model BET 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a w Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, Ŝe jedynie model BET w zakresie aktywności wody 0,0 0,432 dobrze opisywał izotermy adsorpcji suszy. NajniŜszą wartość RMS (0,71%) posiadało równanie BET suszu promiennikowo-konwekcyjnego w zakresie aktywności wody 0,0 0,432, natomiast wartości RMS analizowanych równań, uzyskanych dla pozostałych suszy, nie przekraczały 3% RMS. Izoterma BET to prosty model adsorpcji wielowarstwowej. W modelu tym zakłada się, Ŝe cząsteczki pary wodnej są adsorbowane na powierzchni ciała w sposób zlokalizowany (tzn. cząsteczki nie mogą się przemieszczać po powierzchni), dzięki oddziaływaniom adsorbatb c 110

111 Omówienie i dyskusja wyników adsorbent. Adsorpcja pary wodnej przez produkty spoŝywcze ma charakter jednocząsteczkowy do czasu wypełnienia pierwszej warstwy (monowarstwy). Następnie na zaadsorbowanych cząsteczkach, dzięki oddziaływaniom adsorbat-adsorbat, mogą być pionowo adsorbowane kolejne cząsteczki adsorbatu. Adsorpcja ma wtedy charakter wielowarstwowy, a dalej następuje zapełnienie kapilar i rozpoczyna się kondensacja kapilarna. Zgodnie z przedstawionym powyŝej mechanizmem adsorpcji, izotermę dzieli się na trzy zakresy: zakres adsorpcji monomolekularnej (a w <0,25) do tej strefy zaliczamy wodę strukturalną oraz wodę związaną w postaci monowarstwy, zakres adsorpcji wielowarstwowej (0,25 < a w < 0,7) oraz zakres kondensacji kapilarnej (a w > 0,7), gdzie następują procesy rozpuszczania soli mineralnych, cukrów oraz pęcznienie białek (Fennema, 1996; Pałacha, 2007). Woda wpływa na przebieg wielu procesów i reakcji, które determinują jakość i stabilność przechowalniczą Ŝywności (Rowicka i in., 2002). Zawartość wody odpowiadająca pojemności warstwy monomolekularnej jest minimalną i zarazem optymalną wilgotnością produktu (Horubała, 1975). Przekroczenie krytycznej zawartości wody, odpowiadającej pojemności monowarstwy, prowadzi do niepoŝądanych zmian w produkcie (Pääkkönen i Mattila., 1991), np. twardnienia, powstawania obcego posmaku i zapachu, utraty aromatu, reakcji Maillarda oraz rozwoju drobnoustrojów (Pr. zbiorowa, 1994; Pr. zbiorowa, 1996). Model BET umoŝliwił wyznaczenie zawartości wody dla warstwy monomolekularnej. Pojemność monowarstwy suszu konwekcyjnego wynosiła 9,55 g H 2 O/100 g s.s., natomiast w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego wartości były nieco wyŝsze i wynosiły odpowiednio 9,73 i 9,65 g H 2 O/100 g s.s. MoŜna więc stwierdzić, Ŝe sposób suszenia zróŝnicował pojemność monowarstwy jabłka. Do podobnych wniosków doszli Nowak i in. (2005), susząc tkankę selera Właściwości mechaniczne suszy W wyniku procesu suszenia struktura tkanki roślinnej, ścian komórkowych i ich wnętrza ulega zmianie. Zmienia się m.in. jędrność i twardość materiału, a tym samym zmieniają się ich właściwości mechaniczne i tekstura (Parrott i Thrall, 1978; Lewicki i Jakubczyk, 2004) Na rysunku 42 przedstawiono maksymalną siłę cięcia jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami. Surowe jabłko zdecydowanie łatwiej ulegało przecięciu, a maksymalna siła cięcia wynosiła 20,4±2,7 N. Natomiast aby przeciąć surowe jabłko, wykonano pracę równą 27±7 mj. W czasie suszenia następuje ubytek wody i skurcz materiału, który wpływa na zmiany twardości tkanki i właściwości mechanicznych (Lewicki i Jakubczyk, 2004). Utrata kruchości 111

112 Omówienie i dyskusja wyników Ŝywności jest związana ze wzrostem zawartości wody, która jest plastyfikatorem (Labuza i in., 2004). Wraz ze wzrostem aktywności wody maleje odporność mechaniczna produktu i zmienia on swój charakter z ciała kruchego w spręŝysto-lepkie (Rowicka i in., 2002). Jakubczyk i Sionek (2006) równieŝ otrzymały gumiaste susze przy wyŝszych zawartościach w nich wody. Według literatury zastosowanie mikrofal do suszenia Ŝywności nie powoduje powstawania utwardzonych struktur w suszonym materiale (Chou i Chua, 2001; Szarysz, 2001; Vadivambal i Jayas, 2007), tak jak ma to miejsce w suszach konwekcyjnych. siła max [N] d c b a surowe konw mikr prom rodzaj materiału Tabela 23. Zawartość wody w suszach uzyskanych róŝnymi metodami Suszu Zawartość wody [%] konw 5,7±0,1 mikr 7,5±0,6 prom 6,0±0,2 Rysunek 42. Maksymalna siła cięcia jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami Z przeprowadzonego testu cięcia suszonych plastrów jabłka wynika, iŝ metoda suszenia ma wpływ na maksymalną siłę cięcie (rys. 42) oraz pracę cięcia (tab. 24). RównieŜ Jakubczyk i Lewicki (2002) stwierdzili, iŝ metoda suszenia istotnie wpływała na odporność mechaniczną suszonego jabłka. Susz mikrofalowy wykazywał największą odporność na ściskanie, w porównaniu z suszem konwekcyjnym i sublimacyjnym. TakŜe Leeratanarak i in. (2006) wykazali, iŝ metoda i parametry suszenia mają wpływ na maksymalną siłę cięcia chipsów ziemniaczanych. W przypadku prezentowanych w rozprawie ba- Tabela 24. Praca cięcia suszy uzyskanych róŝnymi metodami Metoda suszenia konwekcyjna 70ºC; 2m/s mikrofalowokonwekcyjna 300 W; 40ºC promiennikowokonwekcyjna 20 cm; 1,2 m/s Praca [mj] 176±20 a 310±72 c 254±67 b dań siła i praca cięcia były proporcjonalne do zawartości wody w suszach. Oznacza to, Ŝe im więcej było w nich wody, tym trudniej było je przeciąć (rys. 42, tab 23 i 24). Wynika to prawdopodobnie z faktu, Ŝe w suszach o mniejszej zawartości wody, a więc sztywnej strukturze, w trakcie cięcia następowało pękanie wewnątrz materiału, co wiązało się z tym, Ŝe do finalnego przecięcia w efekcie zuŝywano mniejszą siłę. W przypadku suszy o większej zawar- 112

113 Omówienie i dyskusja wyników tości wody, które miały charakter ciał lepko-spręŝystych, gumiastych, pękanie wewnątrz nie pojawiało się i wartości siły i pracy cięcia były większe. Tę teorię potwierdzają wykresy a Rysunek 43. Krzywa cięcia suszu: a konwekcyjnego b mikrofalowo-konwekcyjnego c promiennikowo-konwekcyjnego b otrzymane w trakcie testów prowadzonych dla suszu konwekcyjnego, które charakteryzowały się niewielkimi skokowymi zmianami, wskazującymi na pęknięcia wewnątrz materiału (rys. 43 a). Na krzywych cięcia suszu mikrofalowo-konwekcyjnego nie stwierdzono tych skokowych zmian, co potwierdza rysunek 43 b. c Praca potrzebna do przecięcia plastra suszonego jabłka była istotnie zróŝnicowana. ZauwaŜono, iŝ wartość pracy cięcia jabłka suszonego mikrofalowo-konwekcyjnie była wyŝsza o 18%, w porównaniu do suszu promiennikowo-konwekcyjnego. Odwrotną zaleŝność zaobserwowali Lewicki i Jakubczyk (2004), ale przy wykorzystaniu innego testu do oceny właściwości mechanicznych. Stwierdzili, Ŝe mniejsza zawartość wody powodowała wzrost wartości siły potrzebnej do ściśnięcia suszonej tkanki jabłka. Natomiast Nowak i Lewicki (2002b), porównując wybrane właściwości reologiczne, tj. twardość i chrupkość suszu konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego, nie stwierdzili statystycznie istotnych róŝnic pomiędzy nimi. 113

114 Omówienie i dyskusja wyników Struktura wewnętrzna suszy Omówione w poprzednich rozdziałach wyniki świadczą o duŝym zróŝnicowaniu zmian zachodzących w materiale roślinnym w czasie suszenia. Zmianom ulega równieŝ struktura wewnętrzna materiału, która jest waŝnym i złoŝonym czynnikiem warunkującym jakość Ŝywności. Usuwanie wody podczas suszenia konwekcyjnego powoduje usztywnienie zewnętrznych warstw materiału i równocześnie następuje wzrost gradientu wilgoci, w wyniku którego występuje skurcz. Materiał jest lepko-spręŝysty i wtedy łatwo ulega odkształceniom. Odparowanie wody prowadzi do zmian objętości suszonego materiału, porowatości i gęstości (Lewicki i Pawlak 2003). Obserwuje się zmiany wymiarów i kształtów komórek (Janowicz i Lenart, 2007). Proces suszenia prowadzi do zniszczenia ścian komórkowych i tworzenia przestrzeni powietrznych o większej objętości i wydłuŝonym kształcie (Prothon i in. 2003). Wówczas powierzchnie na zdjęciach moŝna mylnie interpretować jako powierzchnie komórek. Jednak w dalszej części omówienia wyników stosowane będzie określenie komórki, mając jednak na uwadze fakt, Ŝe mogą być to równieŝ przestrzenie międzykomórkowe. W surowej tkance jabłka przestrzenie międzykomórkowe stanowią średnio około 20% objętości (Lewicki i Pawlak, 2003 za Trakoontivakorn i in., 1998). Ponadto komórki połoŝone w zewnętrznych partiach jabłka, blisko skórki, są mniejsze. Rozkład pola powierzchni komórek w jabłku surowym oraz w materiale suszonym róŝnymi metodami zobrazowano na rysunku 44, a wybrane zdjęcia tkanki surowej i suszy przedstawia rysunek 50 i 51. Dla komórek jabłka surowego wartość maksymalna występowała przy polu przekroju komórki równym 0,023 mm 2 ( µm 2 ). Około 28% komórek jabłka surowego przyjmowało pole przekroju najczęściej występujące. Histogram jabłka surowego był wyraźne przesunięty w prawo, w stronę większych pól powierzchni. Z krzywej skumulowanej wynika, Ŝe połowa analizowanej populacji komórek jabłka surowego miała pole przekroju większe od wartości 0,034 mm 2 ( µm 2 ) (rys. 45). Podobne wyniki uzyskała Witrowa-Rajchert (1999), podając, Ŝe najczęściej pole przekroju komórek jabłka przyjmowało wartość 0,0230 mm 2, a komórek o takiej powierzchni było około 25%. Podczas suszenia z udziałem mikrofal szybkość tworzenia pary wewnątrz materiału przewyŝsza szybkość jej przenoszenia. Większa część wilgoci odparowuje przed opuszczeniem materiału (Erle, 2005; Schiffmann, 2006). To musi doprowadzić do mniejszego skurczu i gęstości pozornej oraz większej porowatości, często nawet do uzyskania efektu puffingu. Podczas suszenia promiennikowo-konwekcyjnego cząsteczki wody charakteryzują się wysoką absorpcją promieniowania, więc obszary o większej zawartości wody absorbują więcej energii, co prowadzi do intensywnego odparowania wody właśnie w tych obszarach. Ponie- 114

115 Omówienie i dyskusja wyników waŝ w czasie suszenia woda w postaci cieczy zlokalizowana jest bliŝej środka termicznego, taki sposób dostarczania ciepła powoduje zniwelowanie gradientów wilgotności i zmniejszenie napręŝeń prowadzących do pęknięć (Ratti i Mujumdar, 2006). Otrzymane w badaniach wyniki potwierdziły zróŝnicowany mechanizm usuwania wody z tkanki suszonej róŝnymi metodami i jego wpływ na strukturę materiału. Suszenie konwekcyjne jabłek powoduje znaczne zmiany w wielkości komórek i ich rozkładzie. Komórki w jabłku suszonym mikrofalowo-konwekcyjnie i promiennikowo-konwekcyjnie miały większe pole przekroju, w porównaniu z suszem konwekcyjnym. Najczęściej pole przekroju komórek suszu konwekcyjnego przyjmowało wartość 0,0024 mm 2 (2 480 µm 2 ), mikrofalowo-konwekcyjnego 0,0130 mm 2 ( µm 2 ), a promiennikowo-konwekcyjnego 0,0032 mm 2 (3 220 µm 2 ). Około 56% komórek suszu konwekcyjnego, 34% komórek suszu mikrofalowo-konwekcyjnego oraz 36% komórek suszu promiennikowo-konwekcyjnego przyjmowało pole przekroju najczęściej występujące. procentowy udział komórek [%] 60 surowe 50 konwekcyjny 40 mikrofalowy promiennikowy ,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 pole powierzchni [mm 2 ] częstotliwość występowania - skumulowana 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 surowe konwekcyny mikrofalowy promiennkowy 0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 pole powierzchni [mm 2 ] Rysunek 44. Rozkład wielkości komórek w jabłku surowym i suszonym róŝnymi metodami Rysunek 45. Krzywe skumulowane rozkładu pola powierzchni komórek jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami Porównując trzy analizowane susze moŝna zauwaŝyć, Ŝe w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego obserwuje się wyraźne przesunięcie histogramu w prawo, w stronę większych pól powierzchni. Analizując krzywe skumulowane (rys. 45) stwierdzono, Ŝe 50% komórek jabłek suszonych konwekcyjnie miało pole powierzchni większe lub równe 0,0020 mm 2 (2 000 µm 2 ). Dla suszu promiennikowo-konwekcyjnego wartość ta była prawie dwukrotnie większa i wynosiła 0,0059 mm 2 (5 900 µm 2 ), a mikrofalowo-konwekcyjnego sześciokrotnie większa (0,0120 mm 2 ). Komórki mają kształt elipsoidalno-kulisty. Współczynnik kształtu dla koła przyjmuje wartość 1, 0,86 dla pięciokątu, a 0 dla linii (Lewicki i Pawlak, 2003). Histogram współczynnika kształtu jabłka surowego był przesunięty w prawo (rys. 46), czyli w stronę wartości 115

116 Omówienie i dyskusja wyników bliŝszych dla pięciokątu. W surowym jabłku najwięcej, 46% komórek charakteryzowało się współczynnikiem kształtu wynoszącym 0,54. Lewicki i Pawlak (2003) uzyskali wyŝsze maksymalne wartości współczynnika kształtu komórek jabłek surowych, wynoszące 0,84, a Mayor i in. (2005) 0,81. Prawdopodobnie mniejsze wartości współczynnika kształtu wynikały z pomiaru nie tylko komórek, ale i przestrzeni międzykomórkowych, charakteryzujących się nieregularnym kształtem. Suszenie spowodowało zdecydowanie zmniejszenie współczynnika kształtu, ale najmniejsze w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego. Z analizy krzywej skumulowanej (rys. 47) wynika, iŝ 55% komórek suszu konwekcyjnego przyjmowało wartości współczynnika kształtu do 0,03. Natomiast 50% komórek suszu mikrofalowo-konwekcyj- liczba przestrzeni [%] surowe konwekcyjny mikrofalowy promiennikowy 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 współczynnik kształtu Rysunek 46. Rozkład wielkości współczynnika kształtu komórek jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami częstotliwość występowania - skumulowana 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 surowe konwekcyny mikrofalowy promiennkowy 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 współczynnik kształtu Rysunek 47. Krzywe skumulowane rozkład współczynnika kształtu komórek jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami nego i promiennikowo-konwekcyjnego osiągały współczynnik kształtu odpowiednio do 0,17 i 0,08. Z powyŝszej analizy wynika, Ŝe nastąpiło przesunięcie kształtu komórek w stronę kształtu bardziej nieregularnego, w porównaniu z surowym jabłkiem. Zmiana kształtu była spowodowana skurczem suszonej tkanki jabłka. Średnica Fereta komórek surowych jabłek odmiany Idared średnio wynosiła 0,21 mm, natomiast najczęściej występująca średnica wynosiła 0,29 mm (rys. 48). Jabłka tej odmiany w badaniach Lewickiego i Pawlaka (2003) najczęściej posiadały średnicę komórek wynoszącą 0,13 mm. RóŜnica moŝe wynikać ze zmienności surowca, gdyŝ średnica komórek w zewnętrznych partiach jabłka, w zaleŝności od odmiany, średnio waha się od 161 do 221 mm, podczas gdy w wewnętrznych warstwach od 170 do 235 mm (Lewicki i Pawlak, 2003). Uzyskane wyniki średnic Fereta komórek jabłka odmiany Idared są porównywalne z odpowiednią wartością odmiany Gravenstein (Reeve, 1953). 116

117 procentowy udział komórek [%] surowe konwekcyjny mikrofalowy promiennikowy 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 średnica Fereta [mm] Rysunek 48. Rozkład średnic Fereta komórek jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami częstotliwość występowania - skumulowana 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Omówienie i dyskusja wyników surowe konwekcyny mikrofalowy promiennkowy 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 średnica Fereta [mm] Rysunek 49. Krzywe skumulowane rozkładu średnic Fereta komórek jabłka surowego i suszonego róŝnymi metodami W czasie suszenia średnice komórek ulegały zmniejszeniu, w porównaniu do jabłka surowego, co obrazuje przesunięcie histogramu jabłek suszonych w lewo. Średnica Fereta suszu konwekcyjnego najczęściej przyjmowała wartość 0,042 mm i 22% komórek charakteryzowało się taką wielkością. W przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego obserwuje się przesunięcie histogramu bliŝej surowego jabłka, w stronę większych średnic komórek. Najczęściej średnice komórek tego suszu przyjmowały wartość 0,1 mm, a suszu promiennikowokonwekcyjnego wynosiły średnio 0,059 mm. Zdecydowane róŝnice w strukturze morfologicznej, porowatości i gęstości materiału suszonego róŝnymi metodami potwierdzono, analizując zdjęcia tkanek wykonane przy uŝyciu elektronowego mikroskopu skaningowego. Na rysunku 50 przedstawiono zdjęcie tkanki jabłka świeŝego. Susz konwekcyjny charakteryzował się małymi porami i bardzo duŝą gęstością. W czasie suszenia pod wpływem wysokiej temperatury i napręŝeń termicznych dochodzić moŝe do uszkodzeń struktury wewnętrznej, co objawia się pęknięciami (Karel, 1980; Janowicz i Lenart, 2007), a w niektórych przypadkach zniszczeniem materiału (rys. 51 b). Rozerwanie struktury obserwowano takŝe w suszu jabłkowym uzyskanym w wyniku suszenia pod obni- Ŝonym ciśnieniem, natomiast susz sublimacyjny charakteryzował się zdecydowanie mniejszymi zmianami struktury wewnętrznej (Acevedo i in., 2008). Większe pory moŝna zaobserwować jedynie w rejonie brzegowym plastra suszonego konwekcyjnie (rys. 51 a). W przypadku suszu uzyskanego na drodze suszenia z wykorzystaniem mikrofal moŝna stwierdzić, iŝ skurcz był anizotropowy, a pory były zdecydowanie większe, szczególnie w partiach brzegowych plastra (rys. 51 c i d). Innych obserwacji dokonali Andrés i in. (2004), którzy stwierdzili 117

118 Omówienie i dyskusja wyników obecność większych porów w suszu konwekcyj- Rysunek 50. Zdjęcie tkanki jabłka świeŝenym jabłek niŝ w suszu mikrofalowym. Susz pro- go wykonane przy uŝyciu elektronowego mikroskopu skaningowego przy powiększeniu 177-krotnym miennikowo-konwekcyjny analizowany w rozpra- wie charakteryzował się równieŝ duŝymi porami, jednak o mniej regularnej strukturze, w porównaniu z suszem mikrofalowo-konwekcyjnym (rys. 51 e i f). Podobnie Nowak i Lewicki (2005) zaobserwowali większe komórki w suszu jabłkowym uzyskanym przy wykorzystaniu promieni podczerwonych, w porównaniu do konwekcyjnego. Generalnie wszystkie badane w pracy susze charakteryzowały się pofałdowanymi ścianami komórkowymi. a b c d e f Powiększenie 80x Powiększenie 177x Rysunek 51. Zdjęcia brzegów i środków jabłek suszonych wykonane przy uŝyciu elektronowego mikroskopu skaningowego, a, b) susz konwekcyjny, c, d) susz mikrofalowo-konwekcyjny, e, f) susz promiennikowo-konwekcyjny 118

119 Omówienie i dyskusja wyników Uzyskane wyniki wskazują, iŝ jabłka suszone metodą konwekcyjną pod względem właściwości strukturalnych istotnie róŝnią się od jabłek suszonych metodą mikrofalowokonwekcyjną i promiennikowo-konwekcyjną. Na strukturę surowców roślinnych poddawanych suszeniu ma wpływ stan składników Ŝywności, szczególnie cukrów, które mogą ulegać przemianom fazowym, tj. przejściu szklistemu lub krystalizacji (Nijhuis i in., 1998; Nowak i Lewicki, 2005). Interferometria birefrakcyjna umoŝliwia określenie formy występowania cukrów. Stopień wysycenia tkanki suszonych jabłek przez cukry naturalnie występujące w owocu bezpośrednio po suszeniu i po rocznym przechowywaniu w temperaturze otoczenia przedstawiono na rysunku 52. Jasne, świecące twory obecne wewnątrz tkanki suszu świadczą o tym, Ŝe węglowodany (cukry) obecne a b c d e f Rysunek 52. Stopień wysycenia tkanki suszonych jabłek przez cukry naturalnie występujące w owocu: susz konwekcyjny a bezpośrednio po suszeniu, b po przechowywaniu przez rok; susz mikrofalowo-konwekcyjny c bezpośrednio po suszeniu, d po przechowywaniu przez rok, susz promiennikowo-konwekcyjny e bezpośrednio po suszeniu, f po przechowywaniu przez rok, Mikroskop Biolar PI. Powiększenie około 200x. 119

120 Omówienie i dyskusja wyników w jabłku są w formie krystalicznej, natomiast forma amorficzna jest niewidoczna na zdjęciach wykonanych w technice interferometrii birefrakcyjnej (spektrofotometryczna analiza struktury w bliskiej podczerwieni NIR). Sposób rozmieszczenia krzyształów w suszach zaleŝał od metody suszenia. W suszach konwekcyjnych kryształy są wbudowane w zbitą strukturę tkanki suszu. Podobnym rozmieszczeniem kryształów charakteryzował się susz mikrofalowokonwekcyjny. JednakŜe świecących miejsc było tutaj więcej niŝ w suszu konwekcyjnym. W przypadku suszu promiennikowo-konwekcyjnego kryształy znajdowały się były głownie na powierzchni plastrów lub na powierzchni wewnętrznych porów, co mogło być spowodowane dostarczeniem ciepła na drodze promieniowania podczerwonego. W czasie suszenia i przechowywania moŝe następować w produkcie przejście ze stanu amorficznego w stan krystaliczny lub odwrotnie (Lewicki, 1999). Cukry w suszu konwekcyjnym w wyniku przechowywania uległy dalszej krystalizacji, poniewaŝ liczba świecących miejsc zwiększyła się. Natomiast w przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego i promienniko-konwekcyjnego świecących miejsc było mniej, w porównaniu do tych przed przechowywaniem. MoŜe to świadczyć o tym, iŝ w trakcie przechowywania cukry przeszły w stan amorficzny. Nie stwierdzono obecności struktur włóknistych, które występują zarówno w napowietrzanym miodzie (Bakier 2004), jak i odwadnianych osmotycznie truskawkach (Ciurzyńska i Lenart, 2006) Ocena sensoryczna Konsument, przy wyborze produktu, w pierwszej kolejności zwraca uwagę na jego cechy wizualne, kształtując ogólne wraŝenie o produkcie (Sharma i Prasad, 2001, Kalisz i Kurkowska, 2005). Akceptacja produktu następuje takŝe na podstawie wraŝeń smakowych (Górecka, 2007). Wyniki oceny cech sensorycznych suszy jabłkowych przeprowadzane metodą skalowania przedstawiono w aneksie w tabeli 14. Na podstawie ogólnej oceny jakości suszy moŝna stwierdzić, iŝ najwyŝsze noty otrzymał susz konwekcyjny i promiennikowo-konwekcyjny, które oceniono odpowiednio na 4,2 i 4,1 punktów. Natomiast susz mikrofalowo-konwekcyjny otrzymał niŝszą ocenę, wynoszącą 3,4 punktów (rys. 53). Oceniając barwę suszu otrzymanego trzema róŝnymi metodami, nie stwierdzono istotnie zmienionego wyróŝnika opisującego ton barwy i jasność suszu. Jedynie jabłka suszone z wykorzystaniem promieni podczerwonych charakteryzowały się delikatnie ciemniejszą Ŝółtą barwą, która mogła wynikać z powstawania w czasie suszenia promieniami podczerwony- 120

121 Omówienie i dyskusja wyników mi związków o brązowej barwie, co zostało równieŝ potwierdzone instrumentalnym pomiarem jasności i potencjału brązowienia suszu. Zapach suszy oceniany był w stosunku do zapachu dojrzałych jabłek. Ze względu na mało wyczuwalny zapach pojedynczych plastrów suszy jabłkowych, do oceny zapachu podawano około 50 g suszu w opakowaniu, które otwierano bezpośrednio przed oceną. Wszystkie susze jabłkowe charakteryzowały się zapachem typowym dla jabłka, ocenionym na 4,3-4,5 punktów. Zapachy obce nie były wyczuwalne. Najintensywniejszym zapachem charakteryzował się susz uzyskany przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, ocenionym na poziomie 4,3 punktów. Ocena ta znajduje potwierdzenie w danych literaturowych. W przypadku 4-godzinnego suszenia promieniami podczerwonymi jabłek zawartość składników aromatów była praktycznie na nie zmienionym poziomie (Timoumi i in., 2007). Natomiast susz konwekcyjny i mikrofalowo-konwekcyjny miały istotnie statystycznie mniej intensywny zapach, przy czym ich zapach nie róŝnił się między sobą istotnie. Literatura tematu podaje, Ŝe suszona konwekcyjnie marchew ulegała największym stratom związków lotnych, których ilość była prawie o połowę niŝsza niŝ w suszu liofilizowanym i mikrofalowopróŝniowym (Katulski i Wąsowicz, 2000). JednakŜe Sharma i Prasad (2001) stwierdzili bardziej intensywny zapach suszonego mikrofalowo-konwekcyjnie czosnku niŝ suszonego konwekcyjnie. Opór, jaki susze stawiały podczas rozdrabniania ich zębami, wyróŝniony jako twardość, był największy dla suszu konwekcyjnego, co prawdopodobnie było związane z mniejszą zawartością wody w produkcie końcowym. Natomiast susze uzyskane z wykorzystaniem mikrofal i promieni podczerwonych charakteryzowały się istotnie niŝszą twardością, w związku z wyŝszą zawartością wody, która spełnia rolę plastyfikatora (Labuza i in., 2004; Lewicki, 2006). Ponadto substancjami wpływającymi na odczucia związane ze strukturą są obecne w jabłkach węglowodany. Prawdopodobnie wyŝsza zawartość wody w suszach mikrofalowokonwekcyjnych była przyczyną większej gumowatości suszu. JednakŜe, nie moŝna wykluczyć, iŝ równieŝ na ten wyróŝnik miał wpływ sposób dostarczania energii do wysuszenia materiału, jak w przypadku suszu promiennikowo-konwekcyjnego, który charakteryzował się istotnie wyŝszą gumowatością suszu, ocenioną na 4 punkty, w porównaniu z suszem konwekcyjnym, który charakteryzował się gumowatością na poziomie 1,7 punktów. W czasie suszenia moŝe następować w produkcie przejście ze stanu amorficznego w stan krystaliczny (Lewicki, 1999), w związku z czym moŝe mieć to równieŝ wpływ na odczucia sensoryczne związane z kruchością materiału i jego gumowatością. 121

122 Omówienie i dyskusja wyników Smak suszy, oceniany w stosunku do smaku dojrzałych jabłek, był typowy, niezaleŝnie od metody suszenia. Smak suszy oceniono wysoko, na poziomie 4,3-4,7 punktów. Prowadzenie procesu suszenia z wykorzystaniem mikrofal wpłynęło na zmianę natęŝenia smaku, które oceniono na 3,6 punktów. Natomiast susz konwekcyjny i promiennikowo-konwekcyjny charakteryzował się większym natęŝeniem smaku, na poziomie 4,4-4,6 punktów, co mogło być związane z powstawaniem związków Maillarda pod wpływem wysokiej temperatury oraz promieni podczerwonych (Nijhuis i in., 1998). Obce smaki nie były wyczuwalne. NatęŜenie smaku Typowość smaku Smak obcy Ogólna jakość Ton barwy Jasność Typowość zapachu Gumowatość NatęŜenie zapachu Twardość Zapach obcy konw mikr prom Rysunek 53. Profilogram oceny sensorycznej jabłka suszonego róŝnymi metodami Ogólna ocena wykazała, iŝ najatrakcyjniejsze były susze uzyskane przy zastosowaniu promieniowania podczerwonego i suszenia konwekcyjnego. Nieco niŝsze oceny uzyskał susz mikrofalowy. JednakŜe w przypadku suszenia marchwi metodą mikrofalowo-próŝniową jej cechy sensoryczne były zbliŝone do marchwi liofilizowanej (Katulski i Wąsowicz, 2000). Osoby z zespołu oceniającego, kierując się subiektywną oceną ogólnej jakości suszu, wskazały susz promiennikowo-konwekcyjny i konwekcyjny jako najsmaczniejsze. Susz konwekcyjny był wysoko oceniony ze względu na jego chrupkość i kruchość. Natomiast susz promiennikowo-konwekcyjny, ze względu na intensywny zapach i smak oraz przyjemny i długotrwały posmak, oceniono równie wysoko, co susz konwekcyjny. 122

123 Omówienie i dyskusja wyników 5.5. Zmiany zachodzące w suszach w czasie przechowywania Produkty suszone są jedną z najtrwalszych form Ŝywności. JednakŜe suszenie powoduje występowanie gradientu wilgoci w materiale. Dyfuzja wody podczas magazynowania obniŝa ten gradient, co jest przyczyną zmniejszania się napręŝeń w materiale podczas przechowywania. Stąd właściwości materiału zmieniają się podczas magazynowania (Lewicki i Sitkiewicz, 1999). Reakcje chemiczne przebiegają bardzo powoli, w wyniku niskiej zawartości wody. Natomiast procesy mikrobiologiczne i enzymatyczne w większości nie mają wpływu na trwałość suszy (Horubała, 1975). Badania przechowalnicze prowadzone były na nowej partii jabłek, pochodzących ze zbioru w roku Otrzymane wartości badanych wyróŝników jakościowych mogą więc róŝnić się od zaprezentowanych w poprzednich rozdziałach, które przedstawiały wyniki uzyskane dla jabłek zbieranych w latach Analizując wartości wyróŝników badanych bezpośrednio po suszeniu, moŝna stwierdzić, Ŝe choć róŝnice w wartościach bezwzględnych w niektórych przypadkach występowały, to wzajemne zaleŝności pomiędzy suszami otrzymanymi róŝnymi metodami zostały zachowane Zmiany suchej substancji Zmiany zawartości suchej substancji przedstawiono na rysunku 54. Porównania wielokrotne suszy po przechowywaniu wykazały, iŝ sucha substancja suszu konwekcyjnego, mikrofalowo-konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego w czasie przechowywania nie róŝnicuje istotnie próbek w ujęciu statystycznym. JednakŜe moŝna zauwaŝyć tendencję spadkową zawartości suchej substancji, niezaleŝnie od temperatury przechowywania. 123

124 Omówienie i dyskusja wyników zawartość suchej. substancji [%]. a konw 40 C konw 25 C konw 4 C czas przechowywania [miesiąc] zawartość suchej. substancji [%]. b mikr 40 C mikr 25 C mikr 4 C czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 54. Zmiany zawartości suchej substancji w czasie przechowywania w temperaturze 40, 25 i 4ºC jabłka suszonego metodą: a konwekcyjną b mikrofalowo-konwekcyjną c promiennikowo-konwekcyjną zawartość suchej. substancji [%]. c prom 40 C prom 25 C prom 4 C czas przechowywania [miesiąc] Zmiany aktywności wody Woda jest podstawowym składnikiem Ŝywności, gdyŝ odpowiada za jej bezpieczeństwo, stabilność, jakość oraz właściwości fizyczne (Lewicki, 2004). Trwałość Ŝywności jest kształtowana przez aktywność wody. Ma ona decydujący wpływ na zmiany zachodzące podczas przechowywania. W trakcie przechowywania produkt dąŝy do osiągnięcia stanu równowagi termodynamicznej (Lewicki, 2006). Zgodnie z danymi literaturowymi, wzrost temperatury powoduje spadek zawartości wody w materiale i wzrost aktywności wody (Pr. zbiorowa, 1994). Przeprowadzona analiza wariancji (tab. 15 aneks) wykazała, Ŝe na aktywność wody suszu konwekcyjnego miał wpływ zarówno czas jak i temperatura przechowywania. Następował istotny wzrost aktywności wody w tym produkcie w czasie jego przechowywania, wraz ze wzrostem temperatury przechowywania (rys. 55 a). Największym 49%-owym wzrostem aktywności wody charakteryzował się susz konwekcyjny przechowywany w temperaturze 40ºC, przy czym juŝ po miesiącu 25%-owy wzrost aktywności wody był istotny pod względem statystycznym. Natomiast aktywność wody suszy przechowywanych w niŝszych temperaturach były nieco niŝsze i po roku przechowywania wzrosły o 22-26%, w porównaniu 124

125 Omówienie i dyskusja wyników z aktywnością wody suszu bezpośrednio po suszeniu. Wzrost aktywności wody tych suszy był istotny statystycznie od 6 miesiąca przechowywania. W przypadku suszu mikrofalowo-konwekcyjnego nie odnotowano istotnego wpływu temperatury i czasu przechowywania na aktywność wody suszu (tab. 16 aneks). Przy niŝszych temperaturach przechowywania zauwaŝono tendencję wzrostu aktywności wody w czasie przechowywania (rys. 55 b). Aktywność wody suszu przechowywanego w temperaturze 4 i 25ºC wzrosła pod koniec okresu przechowywania odpowiednio o 15 i 22%, przy czym wzrost aktywności wody w temperaturze przechowywania 25ºC był istotny pod względem statystycznym juŝ od 6 miesiąca przechowywania. Natomiast w przypadku temperatury przechowywania 40ºC nie odnotowano zmian aktywności wody. DuŜe odchylenia standardowe w początkowych miesiącach przechowywania mogą wynikać z nierównomiernego usuwania wody w czasie procesu suszenia (Nijhuis i in., 1998, Schiffmann, 2006). Podobnie aktywność wody suszu uzyskanego przy wykorzystaniu promieni podczerwonych wzrastała w czasie przechowywania (rys. 55 c). JednakŜe istotny wpływ na wzrost aktywności wody suszu promiennikowego miała jedynie temperatura przechowywania, nato- 0,5 konw 40 C 0,5 aktywność wody. 0,4 0,3 0,2 konw 25 C konw 4 C aktywność wody. 0,4 0,3 0,2 mikr 40 C mikr 25 C a 0, czas przechowywania [miesiąc] b 0,1 mikr 4 C czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 55. Zmiany aktywności wody w czasie przechowywania w temperaturze 40, 25 i 4ºC dla jabłka suszonego metodą: a konwekcyjnego b konwekcyjno-mikrofalowego c konwekcyjno-promiennikowego miast czas istotnie nie róŝnicował próbek (tab. 17 aneks). Pod koniec przechowywania odnotowano istotny wzrost aktywności wody suszu przechowywanego w temperaturze 4 i 25ºC, odpowiednio o 15 i 11%, przy aktywność wody. c 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 prom 40 C prom 25 C prom 4 C czas przechowywania [miesiąc] 125

126 Omówienie i dyskusja wyników czym istotny wzrost aktywności wody tych suszy stwierdzono juŝ w 6 miesiącu przechowywania. Natomiast w przypadku temperatury 40ºC nie odnotowano statystycznie istotnych zmian aktywności wody suszu w czasie przechowywania. Najmniejszymi zmianami aktywności wody, a więc największą stabilnością, charakteryzował się susz promiennikowo-konwekcyjny, niezaleŝnie od temperatury przechowywania. Natomiast najmniejszą stabilność wykazywał susz mikrofalowo-konwekcyjny, którego aktywność wody wzrosła do poziomu powyŝej 0,4. Nieco wyŝsza zawartość wody w suszu mikrofalowo-konwekcyjnym, o około 3 punkty procentowe, mogła wpłynąć na większą dostępność wody oraz mniejszą stabilność suszu. Natomiast jedynie susz uzyskany na drodze suszenia konwekcyjnego, zgodnie z danymi literaturowymi, charakteryzował się wzrostem aktywności wody wraz ze wzrostem temperatury przechowywania (Pr. zbiorowa, 1994). MoŜna więc stwierdzić, Ŝe sposób usunięcia wody równieŝ mógł mieć wpływ na dostępność wody w trakcie przechowywania suszy. Wzrost aktywności wody mógł wynikać z krystalizacji składników, które po suszeniu znajdowały się w stanie amorficznym. W trakcie krystalizacji następuje wydzielenie wody do środowiska, jakim jest produkt, i tym samym wzrost jego aktywności wody (Mathlouthi, 2001; Lewicki, 2006). Prawdopodobnie proces ten nastąpił w przypadku suszu konwekcyjnego, którego aktywność wody wzrosła w największym stopniu. Potwierdzają to zdjęcia wykonane techniką interferometrii birefrakcyjnej (rys. 52), na których obserwowano po roku przechowywania tego suszu zdecydowane zwiększenie liczby świecących miejsc, świadczących o przebiegu procesu krystalizacji Zmiany właściwości rekonstytucyjnych Do omówienia zmian właściwości rekonstytucyjnych w czasie przechowywania brano pod uwagę ostatni etap procesu rehydracji (po 3 godzinach rehydracji), ze względu na największe zmiany po najdłuŝszym czasie uwadniania. Rehydracja suszu powoduje przyrost jego masy, który powodowany jest wnikaniem wody do wnętrza materiału na zasadzie ssania kapilarnego i dyfuzji. W czasie rehydracji usztywniona błona cytoplazmatyczna ulega rozerwaniu, powodując przepływ składników roztworu cytoplazmatycznego do otaczającej wody (Witrowa-Rajchert, 1999 za Willis i Teixeira, 1988). W rezultacie powstałe zmiany stanowią wypadkową obu tych procesów (Witrowa-Rajchert i Radecka-Wierzbicka, 2005) Susz konwekcyjny W czasie przechowywania stwierdzono statystycznie istotne zmiany względnego przyrostu masy i zarówno temperatura, jak i czas przechowywania miały istotne znaczenie (tab

127 Omówienie i dyskusja wyników aneks). Przechowywanie wpłynęło na zmniejszenie przyrostów masy czasie rehydracji, w porównaniu z materiałem bezpośrednio po suszeniu, szczególnie, gdy materiał przechowywano w 4 i 25ºC (rys. 56). W kaŝdym przypadku masa suszu w czasie rehydracji zwiększała się ponad 4-krotnie. Zmniejszenie przyrostu masy podczas rehydracji suszu przechowywanego w stosunku do wyjściowego był statystycznie istotny dla materiału przechowywanego w niŝszych temperaturach. Podczas przechowywania suszu w temperaturze 4 i 25 C występował istotnie mniejszy przyrost masy w czasie ponownego uwadniania w stosunku do mate- a a a względny przyrost masy. 5,00 4,70 4,40 4,10 3,80 3,50 a a a b a b temperatura [ o C] b b b b b 12 6 b czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 56. Względny przyrost masy po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego konwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy a a a względna zawartość. suchej substancji 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 c c c c b a temperatura [ o C] a,b a,b a a a 12 a czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 57. Względna zawartość suchej substancji po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego konwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy 127

128 Omówienie i dyskusja wyników riału bezpośrednio po suszeniu juŝ po 1 miesiącu przechowywania i utrzymywał się na podobnym poziomie w czasie dalszego przechowywania. MoŜna było zauwaŝyć tendencję, iŝ wraz ze zmniejszaniem się temperatury przechowywania, następowało zmniejszenie przyrostu masy suszu w czasie rehydracji, chociaŝ róŝnice nie były istotne statystycznie. Zmiany masy suszu przechowywanego w temperaturze 40 C podczas rehydracji nie ulegały istotnym zmianom w czasie przechowywania. Podobnie Prakash i in. (2004) zaobserwowali zmniejszenie stopnia odtwarzalności po 120 dniach przechowywania suszonej marchwi, niezaleŝnie od metody i parametrów suszenia. Analizując kinetykę ubytków rozpuszczalnych składników suchej substancji z tkanki roślinnej do otaczającej wody, stwierdzono, Ŝe istotnym czynnikiem wpływającym na ich zmiany był jedynie czas przechowywania. Według dwuczynnikowej analizy wariancji, temperatura nie miała wpływu na ten proces (tab. 19 aneks). W suszu przechowywanym w temperaturze 4 C pozostało najwięcej składników rozpuszczalnych po trzech godzinach rehydracji (rys. 57). Zmniejszenie zawartości suchej substancji w uwodnionym suszu przechowywanym w tej temperaturze od 1do 12 miesięcy było na poziomie 2% i nie było statystycznie istotne. W przypadku suszu przechowywanego w temperaturze 25 C nastąpiło zmniejszenie zawartości rozpuszczalnych składników suchej substancji w tkance od 4 do 12%, przy czym po okresie 12 miesięcy spadek ten był istotny pod względem statystycznym. Natomiast w przypadku suszu przechowywanego w temperaturze 40 C od 21 do 26% więcej składników suchej substancji jabłka dyfundowało do wody w stosunku do suszu wyjściowego. JuŜ po 1 miesiącu przechowywania nastąpiło istotne zmniejszenie zawartości składników suchej substancji w tym suszu po 3 godzinnej rehydracji, z wartości 0,52±0,14 do 0,41±0, Susz mikrofalowo-konwekcyjny Masa jabłek suszonych przy wykorzystaniu mikrofal w czasie 3 h rehydracji zwiększyła się ponad 3,5-krotnie (rys. 58), jednakŝe zarówno temperatura, jak i czas przechowywania nie miały istotnego wpływu na przyrost masy w czasie rehydracji (tab. 20 aneks). W czasie przechowywania suszy następowało niewielkie zmniejszenie przyrostu masy w czasie uwadniania w stosunku do suszu wyjściowego. Względny przyrost masy istotnie zmniejszył się o 8 i 11% pod koniec okresu przechowywania suszy w temperaturze odpowiednio 4 i 40 C. Zmniejszenie przyrostu masy podczas rehydracji suszu przechowywanego w temperaturze 25 C w stosunku do wyjściowego było statystycznie nieistotne. Podobne wyniki otrzymano w czasie rehydracji suszu mikrofalowo-konwekcyjnego marchwi, który bezpośrednio po suszeniu charakteryzował stopniem odtworzenia na poziomie 5,45 przy najniŝszej mocy mikro- 128

129 Omówienie i dyskusja wyników fal i wzrastał wraz ze wzrostem zastosowanej mocy mikrofal. Natomiast po przechowywaniu 120 dni zdolność do odtworzenia zmalała, w przypadku suszu uzyskanego przy najniŝszej mocy do wartości 5,12 (Prakash i in., 2004). względny przyrost masy. 5,00 4,70 4,40 4,10 3,80 3,50 b a a a a a temperatura [ o C] a a a b a a a a 12 6 a czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 58. Względny przyrost masy po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego mikrofalowokonwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy 0,60 a a a względna zawartość. suchej substancji 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 a b b b b b a b c a a a czas przechowywania [miesiąc] temperatura [ o C] Rysunek 59. Względna zawartość suchej substancji po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego mikrofaowo-konwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy Względna zawartość suchej substancji w tkance po 3 h rehydracji ulegała zmniejszeniu w czasie przechowywania (rys. 58). Jednak analiza wariancji nie wykazała, aby temperatura lub czas przechowywania miał istotny wpływ na ubytek rozpuszczalnych składników suchej 129

130 Omówienie i dyskusja wyników substancji (tab. 21 aneks). Zmniejszenie zawartości składników suchej substancji w czasie rehydracji materiału bezpośrednio po suszeniu wynosił 47% substancji rozpuszczalnych. Susz przechowywany w temperaturze 4 C charakteryzował się stabilnością badanej zmiennej (rys. 59). W przypadku suszu przechowywanego w temperaturze 25 C po 12 miesiącach przechowywania nastąpił około 13%-owy ubytek składników suchej substancji, w stosunku do suszu wyjściowego. Natomiast po 3-godzinnej rehydracji najmniej składników rozpuszczalnych zawierał susz przechowywany w temperaturze 40 C. Po rehydracji tego suszu przechowywanego przez 12 miesięcy w tkance pozostało jedynie 34% składników suchej substancji obecnych w suszu. DuŜa ilość składników suchej substancji dyfundujących do otaczającej wody mogła być spowodowana uszkodzeniem tkanek w wyniku przechowywania w wysokiej temperaturze oraz wynikała z przyśpieszenia procesu dyfuzji i wnikania masy Susz promiennikowo-konwekcyjny Susz promiennikowo-konwekcyjny przechowywany w temperaturze 40 C wykazywał się większym przyrostem masy w czasie przechowywania przez 3 i 6 miesięcy niŝ susz nieprzechowywany, przy czym po roku przyrost masy uległ zmniejszeniu o około 2%, w porównaniu do wartości przed przechowywaniem (rys. 60), jednak zmiana ta była statystycznie nieistotna. Natomiast niŝsze temperatury powodowały zmniejszenie przyrostu masy w całym okresie przechowywania. W temperaturze 25 C w 3 miesiącu nastąpiło istotne zmniejszenie przyrostu masy o 12%, natomiast w temperaturze 4 C juŝ po 1 miesiącu przyrost masy uległ zmniejszeniu o 16%, do wartości 3,79±0,2 z początkowej 4,49±0,13. Natomiast po 12 miesiącach przechowywania w temperaturze 25 i 4 C zmniejszenie przyrostu masy wynosiło odpowiednio 5 i 12% w stosunku do suszu wyjściowego. Jednocześnie analiza wariancji potwierdziła, iŝ na przyrost masy istotny wpływ miał tylko czas przechowywania (tab. 22 aneks). Natomiast analizując ubytki rozpuszczalnych składników suchej substancji stwierdzono, iŝ istotnym czynnikiem wpływającym na ich zmiany był zarówno czas jak i temperatura przechowywania (tab. 23 aneks). Najmniejszym względnym ubytkiem suchej masy w czasie 12- miesięcznego przechowywania charakteryzował się susz przetrzymywany w temperaturze 4 C (rys. 61). Dopiero w 6 miesiącu przechowywania nastąpił istotny statystycznie ubytek składników suchej substancji, o około 16%. Wówczas w materiale pozostało 48% składników suchej substancji suszu, a w uwodnionym jabłku nieprzechowywanym było ich 57%. Natomiast w całym okresie przechowywania w temperaturze 40 i 25 C susze miały podobne war- 130

131 Omówienie i dyskusja wyników tości badanego parametru, za wyjątkiem 6 miesiąca przechowywania, gdzie zdecydowanie większe ubytki suchej substancji występowały podczas rehydracji suszu przechowywanego w wyŝszej temperaturze. W porównaniu do suszu przed przechowywaniem, po 12 miesiącach z jabłka przechowywanego w temperaturze 40 C dyfundowało do wody 29% więcej składników suchej substancji i około 32%, gdy susz przechowywano w temperaturze 25 C. a a a względny przyrost masy. 5,00 4,70 4,40 4,10 3,80 3,50 a a a a a b b,c b,c b,c c b c czas przechowywania [miesiąc] temperatura [ o C] Rysunek 60. Względny przyrost masy po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego promiennikowokonwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy a a a względna zawartość. suchej substancji 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 c c b c b a,b temperatura [ o C] b b b b a 12 a czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 61. Względna zawartość suchej substancji po 3-godzinnej rehydracji jabłka suszonego promiennikowo-konwekcyjnie, przechowywanego 12 miesięcy 131

132 Omówienie i dyskusja wyników Porównanie róŝnych metod suszenia Na rysunkach 62 i 63 przedstawiono dendrogramy skupień wykonane na podstawie wartości względnego przyrostu masy i względnej zawartości suchej substancji po 3-godzinnej rehydracji jabłek przechowywanych przez 12 miesięcy. Analiza dendrogramów wykazała wyodrębnienie 2 grup względnego przyrostu masy jabłka i 3 grup względnej zaartości suchej substancji. Przechowywanie suszu w temperaturze 4 C, niezaleŝnie od jego rodzaju oraz suszu mikrofalowo-konwekcyjnego w temperaturze 40ºC prowadziło do uzyskania materiału o podobnym, mniejszym od pozostałych względnym przyroście masy (rys. 62). Kolejną z grup stanowiło pięcioelementowe skupienie wszystkich suszy przechowywanych w temperaturze 25 C i suszu konwekcyjnego i promiennikowo-konwekcyjnego przechowywanego w najwyŝszej temperaturze. Analizując rysunek 63 moŝna stwierdzić, iŝ jedynie susz mikrofalowo-konwekcyjny przechowywany w temperaturze 40 C, znajdował się w odrębnej grupie, charakteryzującej się największym ubytkiem rozpuszczalnych składników suchej substancji. Natomiast kolejną grupę stanowią susze przechowywane w temperaturze 4 C i susz konwekcyjny przechowywany w temperaturze 25 C, których ubytki rozpuszczalnych składników suchej substancji były najmniejsze. Trzecią grupę stanowią pozostałe susze, charakteryzujące się średnim względnym ubytkiem suchej substancji. Odległość wiązania 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 p 4 m4 m 40 k 4 m 25 p 25 k 25 p 40 k 40 Rysunek 62. Dendrogram skupień wykonany na podstawie względnego przyrostu masy jabłka po 3-godzinnej rehydracji; susz przechowywany 12 miesięcy Odległość wiązania 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 m 40 k 4 p 4 m 4 k 25 p 25 p 40 m 25 k 40 Rysunek 63. Dendrogram skupień wykonany na podstawie względnej zawartości suchej substancji jabłka po 3- godzinnej rehydrac; susz przechowywany 12 miesięcy 132

133 Omówienie i dyskusja wyników Zmiany właściwości higroskopijnych Zmiany fizyczne i chemiczne zachodzące podczas suszenia, ale takŝe przechowywania, determinują jakość i stabilność przechowalniczą produktu. Właściwości higroskopijne suszonych produktów wiąŝą się ze zdolnością pochłaniania wody w środowisku wilgotnym lub oddawania wody w środowisku suchym. W konsekwencji wpływa to na zmianę zawartości wody w produkcie, która determinuje trwałość Ŝywności. Zdolność adsorpcji i desorpcji pary wodnej zaleŝą w duŝej mierze od struktury i budowy produktu (Lewicki, 2004) Susz konwekcyjny Zmiany właściwości higroskopijnych suszu konwekcyjnego w trakcie przechowywania po 72 h adsorpcji pary wodnej znad roztworu NaCl przedstawiono na rysunku 64. Zdolność adsorpcji pary wodnej nie róŝnicowała próbek w czasie przechowywania w temperaturze 40 i 25 ºC, jednakŝe moŝna było obserwować pewne tendencje. W trakcie przechowywania zdolność suszu do adsorpcji pary wodnej zmniejszała się. Susz bezpośrednio po suszeniu adsorbował 29,8±0,2 g H 2 O/100 g s.s. W przypadku temperatury 4ºC po 6 miesiącu przechowywania nastąpił istotny statystycznie spadek zdolności adsorpcji pary wodnej. Susz konwekcyjny w tym przypadku zaadsorbował jedynie 22,6±0,2 g H 2 O/100 g s.s. Jednak dwuczynnikowa analiza wariancji takŝe nie wykazała wpływu temperatury i czasu przechowywania na zmiany właściwości higroskopijnych suszu (tab. 24 aneks). 40 a a a zawartość wody po 72 h adsorpcji [g/100 g s.s.] a a a a a a temperatura [ o C] a b a b a 12 a czas przechowywania [miesiąc] Rysunek 64. Zawartość wody w suszu konwekcyjnym przechowywanym przez 12 miesięcy, po 72 h przebywania w środowisku o a w =0,75 133

134 Omówienie i dyskusja wyników Susz mikrofalowo-konwekcyjny Susz uzyskany przy wykorzystaniu mikrofal bezpośrednio po suszeniu charakteryzował się najwyŝszą zdolnością adsorpcji pary wodnej, która była istotnie wyŝsza od pozostałych dwóch suszy. Wynikało to z mniejszej gęstości, a więc i większej porowatości tego suszu. Jednak w trakcie przechowywaniu juŝ po 1 miesiącu nastąpił istotny, o 17-30%, spadek zaadsorbowanej ilości pary wodnej (rys. 65). Tak duŝe zmiany mogą wskazywać, Ŝe w czasie przechowywania doszło do przemian fizycznych i chemicznych, w wyniku których została obniŝona zdolność wiązania wody. W trakcie przechowywania, wraz ze wzrostem temperatury, następowało obniŝenie zdolności suszu do adsorpcji pary wodnej. Tak więc najwyŝszą higroskopijnością charakteryzował się susz przechowywany w temperaturze 4ºC, która wynosiła pod koniec okresu przechowywania 28,9±1,2 g H 2 O/100 g s.s. Zdecydowanie mniej wody adsorbowały susze przechowywane 12 miesięcy w temperaturze 25 i 40ºC, odpowiednio 25,6±0,2 i 25,5±0,2 g H 2 O/100 g s.s. Wartości te, w porównaniu do suszu konwekcyjnego przechowywanego w tych samych warunkach były niŝsze, jednakŝe róŝnica między nimi nie była istotna statystycznie. TakŜe analiza wariancji wykazała, iŝ istotny wpływ na badane właściwości miała temperatura i czas przechowywania (tab. 25 aneks). a a a 40 b b zawartość wody po 72 h. adsorpcji [g/100 g s.s.] b b b b b b c c b b czas przechowywania [miesiąc] temperatura [ o C] Rysunek 65. Zawartość wody w suszu mikrofalowo-konwekcyjnym przechowywanym przez 12 miesięcy, po 72 h przebywania w środowisku o a w =0, Susz promiennikowo-konwekcyjny Mała gęstość i duŝa porowatość suszu promiennikowo-konwekcyjnego wpłynęły na jego zdolność adsorpcji pary wodnej. Susz uzyskany przy wykorzystaniu promieni podczerwonych bezpośrednio po suszeniu adsorbował 32,7±0,2 g H 2 O/100 g s.s. (rys. 66). Susz ten był najbar- 134

135 Omówienie i dyskusja wyników dziej stabilny pod względem zdolności adsorpcji pary wodnej i nie nastąpiły istotne zmiany w trakcie przechowywania suszy. W trakcie przechowywania, wraz ze wzrostem temperatury, w niewielkim stopniu następował spadek zdolności adsorpcji pary wodnej. NajwyŜszą higroskopijnością charakteryzował się susz przechowywany w temperaturze 4ºC, która wynosiła pod koniec okresu przechowywania 31,0±0,6 g H 2 O/100 g s.s. Natomiast susze przechowywane w temperaturze 25 i 40ºC adsorbowały nieco mniej wody. TakŜe dwuczynnikowa analiza wariancji wykazała, iŝ istotny wpływ na zdolność adsorpcji miała jedynie temperatura przechowywania (tab. 26 aneks). a a a zawartość wody po 72 h. adsorpcji [g/100 g s.s.] a a a a a a a a a a a a czas przechowywania [miesiąc] temperatura [ o C] Rysunek 66. Zawartość wody w suszu promiennikowo-konwekcyjnym przez 12 miesięcy, po 72 h przebywania w środowisku o a w =0, Porównanie róŝnych metod suszenia W tabeli 25 przedstawiono uzyskane po 72 h procesu wartości zawartości wody w suszach uzyskanych róŝnymi metodami, przechowywanych w temperaturze 4, 25 i 40ºC przez okres 12 miesięcy. Największe ilości zaadsorbowanej wody po 72 h procesu osiągnął materiał suszony promiennikowo-konwekcyjnie, niezaleŝnie od temperatury, w jakiej był przechowywany. Susz ten bezpośrednio po suszeniu charakteryzował się gorszą higroskopijnością niŝ susz mikrofalowo-konwekcyjny. Natomiast przechowywanie spowodowało pogorszenie właściwości sorpcyjnych suszu mikrofalowo-konwekcyjnego, w porównaniu do suszu promiennikowokonwekcyjnego, przy czym podczas przechowywania w wyŝszych temperaturach róŝnica pomiędzy ilością zaadsorbowanej pary wodnej przez susze była istotna statystycznie. Nato- 135