Wpływ odmiany selera korzeniowego na przebieg procesu suszenia

Dorota Nowak, Wanda Pomaraska-Łazuka, Piotr P. Lewicki Katedra Inynierii ywnoci I Organizacji Produkcji, SGGW Wpływ odmiany selera korzeniowego na przebieg procesu suszenia Wstp Streszczenie: Badania przeprowadzono na siedmiu odmianach selera korzeniowego uprawianego w Polsce. Surowiec pocity w plastry o wysokoci 6 mm i rednicy 30 mm poddawano suszeniu po blanszowaniu (KON-BL) lub pomijajc blanszowanie (KON-NBL). Suszenie konwekcyjne prowadzono w temperaturze powietrza wlotowego 70 o C i prdkoci powietrza 1,5 m/s. Surowiec nieblanszowany poddano równie suszeniu za pomoc podczerwieni (IR). Stwierdzono, e uyta odmiana mocno wpływa na kinetyk suszenia, natomiast brak jest bezporedniej zalenoci pomidzy kinetyk procesu a pocztkow zawartoci suchej substancji. Blanszowanie wpływało niekorzystnie na kinetyk suszenia i dla niektórych odmian - powodowało wydłuenie czasu suszenia a o 50%. Suszenie podczerwieni powodowało skrócenie czasu suszenia o 10-15%. Słowa kluczowe: podczerwie, kinetyka suszenia, suszenie konwekcyjne, seler korzeniowy Kadego roku na rynek producentów warzyw trafiaj nowe odmiany, które hodowane s pod ktem wymaga rynku. Std "tworzenie" nowych rolin musi uwzgldni projektowanie cech powstajcej odmiany zarówno pod ktem plennoci, odpornoci na zakaenia, na warunki klimatyczne, ale równie pod ktem właciwoci fizycznych, chemicznych, pozwalajcych na modyfikacj takich cech jak odpowiednia wytrzymało mechaniczna, tekstura, zawarto podanych lub niepodanych substancji i wiele innych. Std poszczególne odmiany materiału rolinnego, który z samej swojej natury jest mocno heterogeniczny w obrbie nawet jednego korzenia czy bulwy [Khan i Vincent 1990], maj prawo róni si składem chemicznym, porowatoci, wielkoci komórek [Reeve 1953], rednic kapilar, a wic tymi cechami struktury wewntrznej, które decyduj o oporach ruchu masy [Nowak i wsp. 2001]. Mona wic przypuszcza, e poszczególne odmiany mog wymaga zrónicowanych parametrów procesu technologicznego. Tez t postanowiono sprawdzi na przykładzie procesu suszenia - jako jednej z operacji, w której zarówno ruch ciepła jak i masy odgrywa decydujc rol, oraz na przykładzie selera - warzywa do popularnego i bardzo ciekawego ze wzgldu na zawarto wielu cennych substancji, majcych korzystny wpływ na zdrowie człowieka [Rupérez i Toledano 2003]. Metodyka bada Do bada uyto 7 odmian selera korzeniowego sporód około dwudziestu znajdujcych si na rynku polskim: Odrzaski, Luna, Gol, Jabłkowy, Makar, Mentor i Cisko. Odmiany te pochodziły z Zakładu Hodowli i Nasiennictwa 233

Ogrodniczego PlantiCo, Zielonki. Wyboru odmian dokonano na podstawie wyników bada prowadzonych w Katedrze Przetwórstwa Owoców i Warzyw Akademii Rolniczej w Lublinie jako tych, które s najbardziej interesujce pod ktem zawartoci zwizków biologicznie czynnych. Surowiec pokrojony został w krki o wysokoci 6 mm i rednicy 3 cm. Do dalszych procesów uywany był zarówno bez, jak i po blanszowaniu w 0,2% r-rze kwasu cytrynowego o temperaturze 80 o C w czasie 1,5 minuty. Zastosowano trzy warianty procesu: suszenie konwekcyjne w temperaturze powietrza wlotowego 70 o C i prdkoci przepływu 1,5 m/s - surowiec nieblanszowany (wariant oznaczony KON-NBL) i blanszowany (wariant oznaczony KON-BL) oraz suszenia promieniami podczerwonymi (wariant oznaczony IR). W przypadku suszenia podczerwieni zastosowano dystans pomidzy promiennikami a powierzchni materiału 20 cm, temperatur powietrza przepływajcego nad materiałem - 25 o C, prdko powietrza - 0,8 m/s. Wartoci parametrów zapewniały, e materiał w kocowym etapie suszenie osigał temperatur 69 o C, a wic tak, jak podczas suszenia konwekcyjnego. Kade z susze przeprowadzono w tej samej, konwekcyjno-promiennikowej suszarce prototypowej wykonanej w Katedrze Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji SGGW, w której jako ródło ciepła moe by wykorzystane promieniowanie podczerwone w zakresie bliskiej podczerwieni o nateniu 7,875 kw/m 2 lub podgrzewane - za pomoc elektrycznych grzałek - powietrze. Tym sposobem wyeliminowane zostały rónice w przebiegu poszczególnych susze mogce wynika ze specyfiki komory suszenia. W suszarce materiał układany był w pojedynczej warstwie, co dawało załadunek na poziomie 6 kg/m 2. Powietrze suszce lub wspomagajce suszenie podczerwieni przepływało wzdłu warstwy materiału znajdujcego si w komorze suszenia. Zakoczenie procesu suszenia okrelano na podstawie cigłego monitorowania masy i temperatury materiału suszonego. Suszenie uznawano za zakoczone, gdy nie nastpował ubytek masy w cigu 15 minut, a temperatura materiału przyjmowała warto stał. W surowcu oraz w wysuszonym selerze oznaczano zawarto wody metod suszarkow. Wyniki i ich omówienie Uyty surowiec był zrónicowany pod wzgldem pocztkowej zawartoci suchej substancji od 11,2% (v.cisko) do ponad 15% (v. Odrzaski, Makar, Gol) (Tabela 1). 234

Tabela 1. Zawarto suchej substancji w wieych korzeniach badanych selerów. Table 1. Dry matter content in fresh celery roots Odrzaski Cisko Luna Makar Jabłkow y Gol Mentor Zaw. s.s., % 15,03 11,22 12,25 15,64 13,68 15,16 11,92 SD 0,37 0,29 0,18 0,23 0,09 0,33 0,09 Wyniki te znalazły przełoenie na przebieg procesu suszenia, cho nie wprost. Analizujc przebieg kadego z zastosowanych wariantów susze stwierdza si znaczne zrónicowanie czasu potrzebnego do osignicia okrelonej zawartoci wody. I tak, aby otrzyma susz o zawartoci wody 10% potrzebne jest od 163 do 236 minut - w przypadku suszenia konwekcyjnego bez obróbki wstpnej, 185 do ok. 300 minut - w przypadku suszenia konwekcyjnego poprzedzonego blanszowaniem oraz od 156 do 200 minut w przypadku zastosowania podczerwieni (Tabela 2). Tabela 2. Czas potrzebny do uzyskania suszu o wilgotnoci 10%, minuty Table 2. Time needed to obtain dried celery at 10% of moisture, minutes Odrzas ki Cisko Luna Makar Jabłkow y Gol Mentor KON-NBL 202 163 236 221 175 200 185 IR 182 156 202 167 179 175 175 KON-BL 185 224 251 302 255 261 260 Parametr ten nie jest bezporednio zwizany z zawartoci pocztkow wody i, dla przykładu, seler v. Luna, charakteryzujcy si najnisz zawartoci suchej substancji wymaga najkrótszego czasu do osignicia wskazanego poziomu wilgotnoci, podczas gdy seler odmiany Mentor, bdcy te odmian o niskiej zawarto suchej substancji, suszy si najdłuej. Na podstawie przebiegu krzywych suszenia dla poszczególnych odmian oraz dla poszczególnych wariantów suszenia badane odmiany mona podzieli na trzy grupy, dla których przebieg krzywych suszenia ma zdecydowanie róny charakter. Jedn z tych grup stanowi odmiany Odrzaski, Makar, Jabłkowy i Gol, które, mimo najniszej pocztkowej zawartoci wody susz si stosunkowo najdłuej, drug stanowi odmiany Luna i Cisko - te z kolei cechuje wysoka zawarto pocztkowa wody, ale najkrótszy czas suszeni. Odmiennie zachowuje si seler odmiany Mentor, który przy jednej z wyszych zawartoci wody wymaga najdłuszego czasu suszenia do uzyskania wilgotnoci 10%. Te wzajemne relacje w przebiegu krzywych suszenia wystpuj niezalenie od zastosowanego wariantu suszenia. (Rys. 1) 235

zawarto wody, g/g s.s 8 6 4 2 Wariant KON-NBL - Odrzanski - Luna - Mentor - Makar - Jabłkowy - Gol - Cisko zawarto wody, g/g s.s. 8 6 4 2 Wariant IR - Odrzanski - Luna - Mentor - Makar - Jabłkowy - Gol - Cisko 0 0 50 100 150 200 250 300 czas, min 0 0 50 100 150 200 250 300 czas, min Rysunek 1. Wpływ uytej odmiany na proces suszenia przy rónych wariantach suszenia. Figure 1. Influence of celery variety on drying kinetics at different drying mode. Analiza krzywych szybkoci suszenia potwierdza istotny wpływ odmiany selera na przebieg procesu suszenia (Rys. 2). Najwysze szybkoci suszenia uzyskano dla odmian Luna i Cisko, niezalenie od zawartoci wody w danym momencie suszenia i od zastosowanego wariantu suszenia. W pocztkowym okresie suszenia szybko suszenia dla tych odmian wynosiła ok. 0,10 do 0,12 g wody/(g s.s.*min). Jedyny wyjtek od tej reguły stanowił seler v. Odrzaski, w przypadku którego proces blanszowania spowodował istotny wzrost szybkoci suszenia w stosunku do innych odmian. W zakresie zawartoci wody 1 do 4 g/g s.s. wzrost ten był rzdu 50%. Wpływ metody suszenia na przebieg procesu w aspekcie zrónicowanych odmian Porównujc czas suszenia potrzebny do uzyskania materiału o zawartoci wilgoci 10% (Tabela 1) mona najogólniej stwierdzi, e zastosowanie promieniowania podczerwonego jako ródła ciepła niezbdnego do odparowania wody powodowało przyspieszenie procesu suszenia o ok. 10-15%. Z kolei zastosowanie blanszowania jako obróbki wstpnej wydłuyło czas osignicia zadanej wilgotnoci we wszystkich przypadkach (z wyjtkiem v. Odrzaski) i to znacznie, bo do 50%. Na uwag zasługuje fakt, e w wariancie KON-BL i KON-NBL rozrzut czasu suszenia dochodzi do 50%, natomiast przy uyciu podczerwieni jest rzdu 25%. Mona std wysun wniosek, e w przypadku zrónicowanego odmianowo materiału ten sposób suszenia pozwala uzyska najmniej zrónicowany produkt pod wzgldem kocowej zawartoci wody. 236

Szybko suszenia, g wody/(g s.s.. min) 0.12 Wariant KON-BL 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 - Odrzaski - Luna - Mentor - Makar - Jabłkowy - Gol - Cisko 0 2 4 6 8 10 Zawarto wody, g wody/g s.s. Szybko suszenia, g wody/(g s.s.. min) 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 Wariant IR - Odrzaski - Luna - Mentor - Makar - Jabłkowy - Gol - Cisko 0 2 4 6 8 10 Zawarto wody, g wody/g s.s. Rysunek 2. Wpływ uytej odmiany na szybko suszenia przy rónych wariantach suszenia Figure 2. Influence of celery variety on drying rate at different drying mode. W zalenoci od zastosowanej metody suszenia, dla kadej z uytych odmian zmienia si ogólny przebieg krzywych szybkoci suszenia. W porównaniu do przebiegu krzywych suszenia otrzymanych podczas suszenia konwekcyjnego materiału niepoddanego obróbce wstpnej blanszowanie powoduje, e ich kształt zbliony jest do linii prostej, z kolei zastosowanie podczerwieni powoduje, e w zakresie wysokich zawartoci wody szybko suszenia maleje wolniej, a zdecydowane jej obnienie obserwuje si przy zawartociach wody poniej 1 g/(g s.s.*min). Jednak wpływ metody suszenia na zmiany szybkoci suszenia w trakcie procesu jest równie uzaleniony od odmiany uytego selera. Z tego punktu widzenia mona wyodrbni trzy grupy odmian. Jedn z nich stanowi: Makar, Jabłkowy i Gol (Rys. 3). Grup t cechuje niewielkie zrónicowanie szybkoci suszenia pomidzy wariantami suszenia KON-NBL i KON-BL przy wysokich zawartociach wody. Przy niskich zawartociach wody seler wstpnie blanszowany suszy si wolniej, co przekłada si istotnie na wydłuenie czasu suszenia do okrelonej zawartoci wody. Z kolei podczas suszenia promieniami podczerwonymi szybko suszenia jest nisza w pocztkowym okresie suszenia, natomiast przy zawartociach wody poniej 3,3 g/g s.s. jest nawet dwukrotnie wiksza w porównaniu z pozostałymi wariantami. Maksymalne szybkoci suszenia w tej grupie przyjmuj wartoci rzdu 0,8 do 0,9 g wody/(g s.s.*min). Drug grup stanowi odmiany Luna i Cisko (Rys. 3). Wzajemne zalenoci pomidzy wpływem zastosowanej metody suszenia a zmianami szybkoci suszenia s podobne jak w grupie pierwszej, jednak szybkoci suszenia - przy odpowiadajcych sobie wzajemnie zawartociach wody - s wysze. Oznacza to, e w tych odmianach woda jest słabiej zwizana z materiałem lub struktura jest luniejsza, przez co mniejsze s opory ruchu masy wewntrz materiału i/lub ciepło jest łatwiej przewodzone w materiale. W efekcie, mimo wyszej pocztkowej zawartoci wody czas suszenia jest krótszy. 237

szybko suszenia, g wody/(g s.s.*min) 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 - KON-NBL - IR - KON-BL v. MAKAR 0 2 4 6 zawarto wody, g/g s.s. - KON-NBL - IR - KON-BL v. LUNA 0 2 4 6 zawarto wody, g/g s.s. - KON-NBL - IR - KON-BL v. MENTOR 0 2 4 6 zawarto wody, g/g s.s. Rysunek 3. Przykłady wpływu metody suszenia na szybko suszenia dla okrelonej odmiany. Figure 3. Relationship between drying rate and water content for chosen celery varieties and modes of drying W przypadku wszystkich odmian przypisanych do pierwszej i drugiej grupy blanszowanie, mimo e zalecane przez technologi przetwórstwa warzyw, istotnie wydłua czas suszenia. Przyczyn takiego zjawiska moe by fakt, e podczas blanszowania nastpuje usunicie powietrza z przestrzeni midzykomórkowych (widoczny efekt "odpowietrzania"), co moe prowadzi do zmniejszenia porowatoci materiału, zamknicia si kapilar, a przez to do wzrostu oporu ruchu masy wewntrz materiału. Trzecia grupa to odmiany Odrzaski i Mentor (Rys. 3). W przypadku obu tych odmian proces blanszowania powoduje wzrost szybkoci suszenia praktycznie w całym zakresie zawartoci wody (z wyjtkiem kocowego etapu suszenia), co prowadzi do ograniczenia zrónicowania czasu suszenia w wariantach KON-BL i KON-NBL. Zastosowanie podczerwieni, podobnie jak w przypadku wszystkich innych odmian skraca czas suszenia o ok. 10%. Podział odmian uytych selerów na grupy pod wzgldem kinetyki procesu w obrbie jednej metody suszenia praktycznie pokrywa si z podziałem dokonanym pod wzgldem wpływu metody na przebieg suszenia danej odmiany (poza wyjtkiem, jaki stanowi seler v. Odrzaski), co potwierdza tez, e odmiany wystpujce w obrbie danego gatunku rónicuj materiał biologiczny w takim stopniu, e nie powinien by on mieszany, a parametry procesów technologicznych powinny uwzgldnia rónice odmianowe. 238

Wnioski Uyty surowiec był mocno zrónicowany pod wzgldem pocztkowej zawartoci suchej substancji od 11,2% do ponad 15%. Analizujc kinetyk suszenia konwekcyjnego i podczerwieni stwierdzono istotny wpływ odmiany na przebieg procesu suszenia, przy czym zrónicowanie przebiegu suszenia nie było bezporednio zalene od pocztkowej zawartoci suchej substancji. Suszone odmiany - pod wzgldem przebiegu ich suszenia - mona podzieli na trzy grupy rónice si istotnie midzy sob. Suszenie podczerwieni spowodowało niewielkie, ok. 10-15%-owe skrócenie czasu suszenia w porównaniu z suszeniem konwekcyjnym. Efektem zastosowania blanszowania było wydłuenie czasu suszenia do okrelonej zawartoci wody nawet o 50% w stosunku do suszenia konwekcyjnego. Za zrónicowanie kinetyki suszenia selera moe wic by odpowiedzialna struktura wewntrzna materiału oraz skład chemiczny, które z kolei mog by swoist cech danej odmiany. Bibliografia Khan A.A., Vincent J.F.V. 1990. Anisotropy of apple parenhyma. J. Sci. Food Agric., 52, 455-466. Nowak, D., Witrowa-Rajchert, D., Lewicki P.P. 2001. Wpływ struktury materiału na zdolno do rehydracji suszonej tkanki rolinnej. Inynieria Chemiczna i Procesowa. T.22, zeszyt 3D, 1020-1024. Reeve R.M. 1953. Histological survey of conditions of texture in apples. II. Structure and inter cellular spaces. Food Res., 19, 323-332. Rupérez P., Toledano G. 2003. Celery by-products as a source of mannitol. Eur. Food Res. Technol. 216,.224-226. Effect of variety of root celery on drying kinetics Summary: Seven varieties of root celery cultivated in Poland were chosen for this investigation. Cylinders with diameter 3 cm and height of 6 mm were subjected either to blanching or directed drying. Blanching was done in 0.2% solution of citric acid at 80 o C for 1.5 min. Blanched or unblanched samples (KON-BL or KON-NBL, respectively) were dried by convection at 70 o C and 1.5 m/s air velocity. Unblanched celery was also dried with infrared energy (IR). It was found that variety affects strongly kinetics of drying. Moreover there was no relation between kinetics of drying and initial water content in the sample. Blanching was found to have disadvantageous effect on drying, 239

and some varieties extended drying time by as much as 50%. Infrared drying was 10-15 % shorter than convective drying at the some final temperature of the products Key words: Infrared, convective drying, kinetic of drying, celery root 240