WPŁYW ODWADNIANIA OSMOTYCZNEGO NA POROWATOŚĆ JABŁEK SUSZONYCH KONWEKCYJNIE Ewa Domian, Monika Janowicz, Andrzej Lenart, Wanda Pomarańska-Łazuka

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 2008, 12(3), WPŁYW ODWADNIANIA OSMOTYCZNEGO NA POROWATOŚĆ JABŁEK SUSZONYCH KONWEKCYJNIE Ea Domian, Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Wanda Pomarańska-Łazuka Katedra InŜynierii śyności i Organizacji Produkcji, Wydział Nauk o śyności, GW ul. Nooursynoska 159c, Warszaa ea_domian@sgg.pl S t r e s z c z e n i e. W pracy analizoano pły czasu odadniania roztorze sacharozy i syropu skrobioego oraz temperatury i prędkości poietrza suszącego na skurcz, gęstość i poroatość otrzymyanych suszy z jabłek. Suszenie jabłek metodą osmotyczno-konekcyjną, umoŝliiło otrzymanie produktu o mniejszym skurczu i deformacji kształtu cząstek porónaniu do suszenia bez obróbki osmotycznej. Parametry suszenia osmotyczno-konekcyjnego, głónie temperatura suszenia, miały pły na gęstość pozorną i poroatość otartą suszy z jabłek. S ł o a kluczoe: jabłko, odadnianie osmotyczne, gęstość, poroatość WSTĘP Zadaniem suszenia jest obniŝenie aktyności ody do poziomu, przy którym pogarszanie się jakości Ŝyności przebiega dostatecznie olno, aby mogła być składoana przez długi czas i dogodnie transportoana. Jednak podczas samego suszenia są moŝlie zmiany jakości materiału. Pogarszanie się jakości ynika z parametró istotnych procesie suszenia takich jak: ysoka temperatura, przegrupoanie składnikó, enętrzny przepły masy oraz sam proces usuania ody (Witroa-Rajchert i Leicki 2006). Wśród zmian najposzechniej ziązanych z procesem suszenia znajdują się: zmiany tekstury ynikające z usuania ody i siecioania składnikó polimeroych, utrata aromatu i obniŝenie artości odŝyczej lub jakości spoodoane reakcjami chemicznymi, szczególności brązoieniem nieenzymatycznym (Leicki 1998, Prothon i in. 2003). Jakość Ŝyności suszonej jest często limitoana zmianami tekstury i zdolności Badania ykonane ramach pracy naukoej finansoanej ze środkó Ministersta Nauki i Szkolnicta WyŜszego latach (projekt badaczy nr N /0466).

2 638 E. DOMIAN i in. rehydracji (Witroa-Rajchert i Leicki 2006). W przypadku materiałó roślinnych utrata integralności komórkoej oraz krystalizacja polimeró są uaŝane za głóne przyczyny tych zmian (Leicki 1998). Na ziększoną rehydrację płya iększa poroatość materiału. W ielu przypadkach Ŝyność o ziększonej poroatości chłania znaczne ilości ody podczas rehydracji, ale oda ta moŝe być słabo utrzymyana strukturze materiału, na skutek obniŝenia zdolności iązania ody (Witroa-Rajchert i Leicki 2006). Suszenie produktó spoŝyczych jest procesem często poprzedzonym czynnościami dodatkoymi zapeniającymi zachoanie łaściości organoleptycznych, czy uzyskanie ymaganych łaściości końcoego produktu (Janoicz i Lenart 2007). Wstępne odadnianie osmotyczne oocó, przez zmianę składu chemicznego, yołanie określonych zmian strukturalnych oraz zmienne stęŝenie substancji osmotycznej przestrzeni próbki, płya na łaściości fizyczne i teksturę otrzymanego suszu (Leicki i Lenart 2007, May i Perre 2002). Półprzepuszczalna naturalna błona komórkoa uniemoŝliia niknięcie cukru do nętrza oocu. Kaałki oocó ododnione osmotycznie, a następnie suszone poietrzem charakteryzują się mniejszą kurczliością i lepszą teksturą niŝ produkty suszone yłącznie poietrzem (Janoicz i Lenart 2007, Leicki 1998). Cel i zakres pracy obejmuje analizę płyu zaróno parametró odadniania, jak i suszenia konekcyjnego na gęstość i poroatość otrzymyanych suszy z jabłek. MATERIAŁY I METODY Badania przeproadzono na jabłkach odmiany Idared. Jabłka pokrojone kostki sześcienne o boku 10 mm (około 200 kostek) odadniano roztorach sacharozy (61,5%) i syropu skrobioego (67,5%) o stęŝeniu odpoiadającym aktyności ody 0,9, temperaturze 30 C, przez czas 12, 96 i 180 min, przy stosunku masy suroca do roztoru osmotycznego 1:4. Suszenie konekcyjne proadzono prototypoej suszarce laboratoryjnej pojedynczej arstie przy ilgotności zględnej poietrza 60-70%, prędkości przepłyu poietrza 1, 1,5 i 2 m s -1 i temperaturze 55, 70 i 85 C. W celu określenia płyu ybranych parametró suszenia konekcyjnego (temperatury t i prędkości poietrza suszącego v) i odadniania osmotycznego (czasu odadniania τ) na gęstość i poroatość otrzymanych suszy z jabłek przeproadzono dośiadczenie czynnikoe obejmujące 11 eksperymentó (11 = 2k+3, gdzie k = 3 liczba zmiennych). Poziomy zmian badanych czynnikó podczas dośiadczenia i plan eksperymentó zestaiono tabeli 1.

3 WPŁYW ODWADNIANIA OSMOTYCZNEGO NA POROWATOŚĆ JABŁEK 639 Tabela 1. Schemat eksperymentu edług zmiennych parametró suszenia konekcyjnego i odadniania osmotycznego Table 1. Osmo-convective drying variables and experimental design levels Poziomy zmiennych kodoanych Rzeczyiste artości zmiennych niezaleŝnych Actual values of independent variables Levels of coded values t ( o C) v (m s -1 ) τ (min) , Nr eksperymentu Run number Schemat eksperymentu Experimental design Gęstość rzeczyistą ρ, to jest gęstość materiału stałego torzącego cząstkę suszu, obliczano na podstaie zaartości poszczególnych składnikó, uzględniając nikanie substancji osmotycznej do tkanki jabłek: ρ = ( 100 ) ( 100 ) ρ ρ ρ ss os (1) gdzie: zaartość ody, %; ρ gęstość ody 1020 kg m -3 ; ρ ss gęstość suchej substancji jabłek 1547 kg m -3 ; ρ os gęstość suchej substancji cieczy osmotycznej 1580 kg m -3 ; - przyrost suchej substancji jabłkach podczas odadniania osmotycznego, kg kg s.s.

4 640 E. DOMIAN i in. Gęstość suchej substancji jabłek obliczono z zaleŝności (May i Perre 2002): x i= 1 i ρss = (2) n xi i = 1ρi gdzie x i i ρ i zaartość i gęstość składnika i suchej substancji jabłek; odpoiednio: białko 2% i 1400 kg m -3, tłuszcz 2% i 930 kg m -3, cukry 91,4% i 1580 kg m -3, błonnik 4,6% i 1440 kg m -3. Gęstość pozorną cząstek suszy ρ s yznaczano przy uŝyciu piknometru heloego Stereopycnometer/Quantachrome Instruments, gęstość cząstek suszy ρ b metodą piknometryczną stosując toluen. Poroatość całkoitą ε t i otartą ε 0 suszy z jabłek obliczano na podstaie gęstości rzeczyistej ρ oraz gęstości cząstek ρ s i ρ b : ρb εt = 1 100% ρ ρ b ε o = 1 100% ρs Skurcz s podczas odadniania i suszenia obliczano z zaleŝności: V 1 k s= 100% V0 gdzie V k, V 0 średnia objętość kostki jabłka, odpoiednio końcoa (piknometr z toluenem) i początkoa (1 cm 3 ). ZaleŜności pomiędzy kaŝdą zmienną zaleŝną Y i (s, ρ s, ρ b, ε t, ε 0 ) a badanymi czynnikami suszenia (t, v) i odadniania (τ) formie kodoanej (artości 1, 0 lub +1) yraŝano za pomocą rónania regresji: Y i = b 0 + b 1 t + b 2 v + b 3 τ (6) Dane liczboe poddano analizie statystycznej przy poziomie istotności p = 0,05 poprzez eryfikację hipotezy: H 0 : b 1 = b 2 = b 3 = 0, zakładającej, Ŝe poziomy zmiennych parametró suszenia i odadniania nie płyają sposób istotny na skurcz, gęstość i poroatość otrzymanych suszy. WYNIKI W tabelach 2 i 3 zestaiono artości skurczu, gęstości i poroatości suszy z jabłek otrzymyanych poszczególnych eksperymentach suszenia osmotycz- n (3) (4) (5)

5 WPŁYW ODWADNIANIA OSMOTYCZNEGO NA POROWATOŚĆ JABŁEK 641 no-konekcyjnego. W tabeli 4 przedstaiono charakterystykę suszy z jabłek otrzymyanych analogicznych arunkach suszenia bez zastosoania stępnego odadniania. Tabela 2. Charakterystyka fizyczna suszy z jabłek stępnie odadnianych roztorze sacharozy Table 2. Physical properties of dried apples ith an osmotic pre-treatment in sucrose solution Eksperyment Run (kg kg d.m. -3 ) s ρ ρ b ρ s ε t 1 5,43 0, ,35 1, ,72 1, ,69 0, ,17 1, ,16 0, ,03 1, ,09 0, ,69 0, ,65 0, ,04 0, ε o Tabela 3. Charakterystyka fizyczna suszy z jabłek stępnie odadnianych roztorze syropu skrobioego Table 3. Physical properties of dried apples ith an osmotic pre-treatment in starch syrup solution Eksperyment Run (kg kg d.m. -3 ) s ρ ρ b ρ s ε t 1 6,0 0, ,9 0, ,9 0, ,6 0, ,7 0, ,9 0, ,7 0, ,1 0, ,7 0, ,3 0, ,4 0, ε o

6 642 E. DOMIAN i in. Tabela 4. Charakterystyka fizyczna suszy z jabłek bez stępnego odadniania Table 4. Physical properties of dried apples ithout osmotic pre-treatment Eksperyment Run (kg kg d.m. -3 ) s ρ ρ b ρ s ε t 1, 2 5, , 4 4, , 6 1, , 8 1, , 10, 11 2, Obseroaną zmienność skurczu, gęstości i poroatości próboano yjaśnić zmiennością oddziałyania parametró procesu. W tabeli 5 zestaiono artości spółczynnikó regresji między analizoanymi ielkościami, a rozpatryanymi zmiennymi niezaleŝnymi postaci zakodoanej. Tabela 5. Zestaienie spółczynnikó regresji Y i = b 0 + b 1 t + b 2 v + b 3 τ (artości kodoane) dla badanych fizycznych łaściości suszy z jabłek stępnie odadnianych Table 5. Coefficients in regression equation Y i = b 0 + b 1 t + b 2 v + b 3 τ for physical properties of osmo-convective dried apples (using coded values of independent variables) Y i Odadnianie roztorze sacharozy Osmotic dehydration in sucrose solution ε o Odadnianie roztorze syropu skrobioego Osmotic dehydration in starch syrup solution b 0 b 1 b 2 b 3 R 2 b 0 b 1 b 2 b 3 R 2 s 62,4 0,2 0,0 0,4 0,020 68,4 1,1 0,5 1,9 0,359 ρ b 593,8 30,4 7,6 28,2 0, ,1 0,0 0,0 0,0 0,128 ρ s 884,3 284,3* 33,6 27,9 0,856* 750,0 271,8* 10,8 6,8 0,777* ε t 60,6 2,0 0,5 1,8 0,356 70,7 1,0 0,1 0,6 0,128 ε o 27,7 20,7* 3,5 0,1 0,842* 31,3 20,6* 0,0 0,2 0,920* *artości istotne na poziomie p = 0,05 significant at p = 0.05 probability level. Bezpośrednio po suszeniu jabłka ykazyały niską zaartość ody nie przekraczającą 8%. Skurcz s, śiadczący o napręŝeniach ystępujących tkance podczas suszenia, przyjmoał artości niŝsze dla jabłek stępnie odadnianych porónaniu do materiału bez obróbki i zaleŝnie od ariantu dośiadczenia ynosił od 56 do 66% dla jabłek odadnianych roztorze sacharozy, od 62 do 75% roztorze syropu skrobioego i od 69 do 76% bez odadniania. Ponadto zapadanie się i kurczenie struktury materiału stępnie odadnianego iązało z mniejszą deformacją kształtu kostek podczas suszenia jabłek (rys. 1). Podobne zaleŝności zmniejszania skurczu na skutek odadniania zanotoano literaturze (Leicki i Lenart 2007,

7 WPŁYW ODWADNIANIA OSMOTYCZNEGO NA POROWATOŚĆ JABŁEK 643 Mavroudis i in. 1998, Prothon i in. 2003). Podczas odadniania osmotycznego ystępuje jednoczesny ubytek ody z tkanki i nikanie do niej roztoru osmotycznego. Przyrost suchej substancji jabłka zaleŝnie od czasu odadniania przyjmoał artości od 0,563 do 1,025 kg kg d.m. -3 dla roztoru glukozy oraz od 0,188 do 0,311 kg kg d.m. -3 dla syropu skrobioego. Zmiany struktury i skurcz podczas suszenia stanoią bardzo złoŝone zagadnienie i są bezpośrednio ziązane z usuaniem ody, ynikają ielu przypadkach z siecioania składnikó polimeroych, przegrupoania składnikó i enętrznego przepłyu masy (Leicki 1998). a) b) c) Rys. 1. Zdjęcia suszy z jabłek: a) bez odadniania, b) stępnie odadnianych roztorze sacharozy, c) stępnie odadnianych roztorze syropu skrobioego Fig. 1. Pictures of dried apples: a) ithout osmotic pre-treatment, b) osmotic dehydration in sucrose solution, c) osmotic dehydration in starch syrup solution Przestrzenne rozmieszczenie struktur enątrz tkanki i skład chemiczny decydują o jej gęstości i poroatości (tab. 2-4). Obróbka stępna jabłek poprzez odadnianie przyczyniła się do otrzymyania suszy o podobnej poroatości całkoitej ε t i niŝszej poroatości otartej cząstek ε 0 porónaniu z suszem nieodadnianym. ZaleŜnie od temperatury suszenia, susze z jabłek stępnie odadnianych charakteryzoały się iększą lub mniejszą gęstością ich cząstek ρ b i gęstością pozorną cząstek ρ s porónaniu z suszem z jabłek nieodadnianych. Analizoane zmienne parametry procesoe (czas odadniania τ oraz temperatura t i prędkość poietrza suszącego v), nie miały istotnego płyu na poroatość całkoitą ε t cząstek suszy i ich gęstość ρ b. Poroatość całkoita cząstek suszy kształtoała się graniach od 64 do 71% dla jabłek suszonych bez obróbki osmotycznej, od 50 do 66% dla jabłek z stępną obróbką roztorze sacharozy oraz od 64 do 73% dla jabłek stępnie odadnianych roztorze syropu skrobioego. Temperatura suszenia miała istotny pły na pozorną gęstość cząstek ρ s i poroatość otartą ε 0 suszy z jabłek (tab. 5). Wzrost temperatury suszenia t zakresie o C skutkoał zmniejszeniem pozornej gęstości cząstek ρ s. Śiadczy to o zrastającym udziale poietrza gęstości ρ s i jest spoodoane zmniejszeniem poroatości otartej ε 0, która ynosiła od 37 do 52% dla jabłek suszonych bez obróbki osmotycznej, od 2 do 52% dla jabłek stępnie odadnianych roztorze glukozy oraz od 10 do 60% dla jabłek odadnianych roztorze syropu skrobioego. Zmniejszenie poroatości otartej suszy jabłek, moŝe mieć decydujący pły na odtarzalność materiału podczas rehydracji (Leicki i 1998, Witroa-Rajchert i Leicki 2006).

8 644 E. DOMIAN i in. WNIOSKI 1. Suszenie jabłek metodą osmotyczno-konekcyjną, umoŝliia otrzymanie produktu o mniejszym skurczu i deformacji kształtu cząstek porónaniu do suszenia bez obróbki osmotycznej. 2. Proces odadniania osmotycznego roztorze sacharozy lub syropu skrobioego poprzedzający suszenie oraz zrost temperatury suszenia przyczyniają się do zmniejszenia pozornej gęstości cząstek suszy z jabłek i ich poroatości otartej. PIŚMIENNICTWO Janoicz M., Lenart A., Rozój i znaczenie operacji stępnych suszeniu Ŝyności. W: Właściości Fizyczne Suszonych Surocó i Produktó SpoŜyczych (red. Dobrzański B. jr, Mieszkalski L.). Komitet Agrofizyki PAN, Wyd. Nauk. FRNA, Leicki P.P., Lenart A., Osmotic dehydration of fruit and vegetables. In: Handbook of Industrial Drying (Eds. A.S. Mujumdar), Leicki P.P., Effect of pre-drying treatment, drying and rehydration on plant tissue properties: a revie. Int. J. Food Properties, 1, Mavroudis N.E., Gekas V., Sjöholm I., Osmotic dehydration of apples. Shrinkage phenomena and the significance. J. Food Eng., 38, May B.K., Perre P., The importance of considering exchange surface area reduction to exhibit a constant drying flux period in foodstuff. J. Food Eng., 54, Prothon F., Ahrne L., Sjöholm I., Mechanisms and prevention of plant tissue collapse during dehydration: a critical revie. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 43(4), Witroa-Rajchert D., Leicki P. P., Rehydration properties of dried plant tissues. Int. J. Food Sci. Technol., 41, INFLUENCE OF OSMOTIC DEHYDRATION ON POROSITY OF CONVECTIVE DRIED APPLES Ea Domian, Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Wanda Pomarańska-Łazuka Department of Food Engineering and Process Management, Warsa University of Life Sciences (GW) ul. Nooursynoska 159c, Warszaa ea_domian@sgg.pl Ab s t r a c t. The effect of dehydration time in sucrose and starch syrup solutions, as ell as temperature and velocity of drying air, on shrinkage, density and porosity of dried apples as investigated. Osmo-convective drying of apples permitted the obtainment of a product ith smaller shrinkage and deformation of shape of segments compared to drying ithout osmotic processing. Changes of osmo-convective parameters, mainly the drying temperature, had influence on apparent density and open porosity of dried apples. K e y o r d s : apple, osmotic dehydration, density, porosity