Acta Sci. Pol., Technica Agraria 6(1) 2007, 17-24

Acta Sci. Pol., Technica Agraria 6(1) 2007, 17-24 ZALENO WYBRANYCH CECH MECHANICZNYCH MARCHWI (Daucus carota L.) I PIETRUSZKI ZWYCZAJNEJ (Petroselinum sativum HOFFM.) OD KINETYKI OBRÓBKI CHŁODNICZEJ METOD ODWRÓCONEJ FLUIDYZACJI Dariusz Góral, Łukasz Stadnik Akademia Rolnicza w Lublinie Streszczenie. Celem bada było wykazanie czy metoda odwróconej fluidyzacji zastosowana w obróbce chłodniczej wpływa na polepszenie zachowania wybranych cech mechanicznych surowca po obróbce w stosunku do zamraania owiewowego. Dowiadczenie przeprowadzono na pietruszce zwyczajnej (Petroselinum sativum Hoffm.) odmiany Bardowicka oraz marchwi (Daucus carota L.) odmiany Ambrozja. Badane surowce poddano zamraaniu dwiema metodami: w zamraarce (Whirpool, AFG 543-C/H, temperatura -30 C) oraz metod odwróconej fluidyzacji (, temperatura -15 C). Rozmraanie surowców przeprowadzono w stałej temperaturze rodowiska 15 C, w: rodowisku wodnym i w powietrzu w warunkach konwekcji swobodnej oraz metod. W ramach dowiadczenia badano kinetyk przebiegu procesów zamraania i rozmraania oraz siły sprystoci i siły cicia. Najwysze szybkoci obróbki zarówno w czasie zamraania, jak i rozmraania uzyskano dziki zastosowaniu metody. Badania marchwi oraz pietruszki jednoznacznie potwierdzaj przewag metody w obróbce chłodniczej. Słowa kluczowe: warzywa mroone,, odwrócona fluidyzacja, obróbka chłodnicza WSTP Współczesne wymagania konsumentów co do jakoci mroonych warzyw skłaniaj wytwórców do dostarczania produktu o jak najmniejszym stopniu przetworzenia. Badania prowadzone w tym zakresie maj na celu dopasowanie obróbki chłodniczej do danego surowca. Std zrónicowanie technologii chłodniczych. Wi si one czsto ze znacznym pogorszeniem kocowej jakoci produktu, a co za tym idzie brakiem zainte- Adres do korespondencji Corresponding author: Dariusz Góral, Łukasz Stadnik, Akademia Rolnicza w Lublinie, Katedra Chłodnictwa i Energetyki Przemysłu Spoywczego, ul. Dowiadczalna 44, 20-236 Lublin, e-mail: dariusz.goral@ar.lublin.pl

18 D. Góral, Ł. Stadnik resowania konsumenta kupowaniem tego typu produktów. Aby uzyska po obróbce surowiec jak najlepszej jakoci, naley zadba o odpowiednie jego przetworzenie. Do czsto wraz z deniem do zachowania pierwotnej jakoci ronie cena produktu. Poniewa opracowanie optymalnej technologii obróbki chłodniczej danego surowca wie si z duymi nakładami, dy si do wypracowania metod, które w jak najmniejszym stopniu bd wykazywały działanie destrukcyjne na produkty. Celem bada było wykazanie, jak wybrane metody obróbki chłodniczej, głównie metod, wpływaj na jako kocow surowca charakteryzowan sił cicia i sił sprystoci. MATERIAŁ I METODY Badania nad procesem zamraania i rozmraania realizowano wykorzystujc produkty rolinne. Próby wykonano z: pietruszki zwyczajnej (Petroselinum sativum Hoffm.) odmiany Bardowicka oraz marchwi (Daucus carota L.) odmiany Ambrozja. Uyto surowców o wysokiej jakoci pozbawionych wszelkich oznak chorobowych i przebarwie o porównywalnej jdrnoci, wieoci oraz o wyrównanym kształcie, wielkoci i intensywnoci zapachu. Obróbka wstpna badanych surowców obejmowała usunicie zewntrznej okrywy, nastpnie mycie pod biecym strumieniem wody oraz odsczenie nadmiaru wody (przy pomocy bibuły). Ze wstpnie przygotowanych surowców wycinano za pomoc noa kostki: pietruszka, kostki o wymiarze ok. 11 11 11 mm i masie pojedynczej kostki ok. 1,1 g, natomiast marchew, kostki o wymiarach 8,4 8,4 8,4 mm, rednia masa kostki ok. 1,4 g. Do bada wytrzymałociowych próbki surowców uformowano w prostopadłociany o przekroju kwadratowym o boku 8 mm. Tak przygotowane surowce poddano zamraaniu dwiema metodami: w zamraarce (Whirpool typ AFG 543-C/H, temperatura -30 C) oraz w urzdzeniu laboratoryjnym do zamraania metod odwróconej fluidyzacji (, temperatura -15 C, prdko przepływu powietrza 30 m s -1 ) [Ovadia i Walker 1998, Soto i Bórquez 2001]. Charakterystyki zmian temperatury w czasie zamraania i rozmraania przeprowadzono przy uyciu zestawu pomiarowego (typ TIK) wyposaonego w termopary NiCrNi (dokładno pomiaru ± 0,1 K) współpracujcego z komputerem. Termopary umieszczano w centrum termicznym prób. Czstotliwo pomiarów temperatury wynosiła 1 na sekund. Procesy zamraania prób przeprowadzono w dwóch powtórzeniach kad z metod. Zarejestrowane wartoci temperatury prób w czasie zamraania konwertowano do arkusza kalkulacyjnego Excel. W oparciu o otrzymane wyniki wyznaczono krzywe zamraania oraz pocztkow i kocow temperatur krioskopow prób. Rozmraanie przeprowadzono bezporednio po zamroeniu prób utrzymujc redni warto temperatury (ok. 17 C) rodowiska rozmraajcego. Próby badanych surowców rozmraano kadorazowo metod oraz w warunkach konwekcji swobodnej w powietrzu i w łani wodnej [Kluza 1999, Kluza i Spiess 1995]. Rozmraanie prowadzono do chwili osignicia temepratury 10ºC w centrum termicznym próbki. W sposób analogiczny poddano zamraaniu i rozmraaniu próby do bada wytrzymałociowych. Próbki marchwi zamraano: w zamraarce i metod odwróconej fluidyzacji () a rozmraano w łani i w powietrzu w warunkach konwekcji swo- Acta Sci. Pol.

Zaleno wybranych cech mechanicznych marchwi (Daucus carota L.) i pietruszki... 19 bodnej. Pietruszka była zamraana metod odwróconej fluidyzacji () oraz w zamraarce szafkowej a rozmraana w powietrzu warunkach konwekcji swobodnej. Po takiej obróbce próby poddano ocenie ich właciwoci wytrzymałociowych łcznie z próbami materiału wieego. W przypadku marchwi przeprowadzono pomiary siły cicia uywajc maszyny wytrzymałociowej Instron 5566, a badania prób pietruszki przebiegały na aparacie Brookfield LFRA TA 4500. Próby marchwi były przecinane za pomoc noa typu Warner-Bratzler [Wheeler 1997], natomiast pietruszki noem uniwersalnym share blade. Parametry testu cicia były nastpujce: prdko 0,5 mm s -1, a dystans 9 mm. Dla prób pietruszki dokonano pomiaru maksymalnej siły cicia natomiast w przypadku marchwi badano sił sprystoci. Cicie próbek prowadzono prostopadle do osi surowca a do chwili pełnego jego przecicia. Warto siły sprystoci odczytywana była z wykresu jako maksymalna warto siły pierwszego piku. WYNIKI BADA I ICH ANALIZA Badajc uzyskane krzywe zamraania mona jednoznacznie stwierdzi, e warto temperatury krioskopowej jest cile zalena od rodowiska zamraania i struktury surowca (tabela 1). Tabela 1. Warto temperatury krioskopowej Table 1. The value of cryoscopic temperatures Marchew Carrot Pietruszka Parsley Surowiec Product Metoda / rodowisko zamraania Method / freezing environment zamraarka freezing cabinet -30 C pocztkowa initial T CP, C kocowa final T CK, C pocztkowa initial T CP, C -15 C kocowa final T CK, C -3,8-8,1-2,3-6,2-4,2-9,1-3,5-6,1 W przypadku marchwi pocztkowa warto temperatury krioskopowej zaley głównie od temperatury otoczenia. Im nisza warto temperatury rodowiska, tym nisza jest warto temperatury krioskopowej. Podobnie jest z kocow temperatur krioskopow, której wartoci malej wraz ze zmniejszajc si temperatur rodowiska. Podobne rezultaty osignito w przypadku pietruszki. Przykładowe krzywe zamraania przedstawiono na rysunku 1. W oparciu o wyniki z pomiarów wyliczono rednie wartoci szybkoci zamraania marchwi i pietruszki dla badanych metod zamraania (tabela 2). W obydwu przypadkach zamraania warzyw proces przebiegał najkrócej w metodzie a najdłuej przy zamraaniu owiewowym. Zamraanie marchwi metod odwróconej fluidyzacji przebiegało z prdkoci ponad cztery razy wiksz ni w zamraarce. Natomiast w przypadku pietruszki zamraanie metod odwróconej fluidyzacji pozwala skróci czas o ponad 75% w stosunku do metody owiewowej. Technica Agraria 6(1) 2007

20 D. Góral, Ł. Stadnik o C Temperatura Temperature, 30 20 10 0-10 -20-30 -40 T CP = -2,32 C T CK = -8,10 C 0 5 10 15 20 25 30 35 Czas Time [min] Próbka nr 1 Próbka nr 2 Próbka nr 3 Temperatura powietrza Rys. 1. Krzywe zamraania marchwi w metodzie owiewowej Fig. 1. Freezing curves of carrot in natural air convection method Tabela 2. Parametry zamraania w badanych metodach Table 2. Freezing parameters in researched methods Metoda / rodowisko zamraania Method / freezing environment Surowiec Product Marchew Carrot Pietruszka Parsley grubo próby probe thickness mm zamraarka czas time min szybko rate mm min -1 grubo próby probe thickness mm czas time min szybko rate mm min -1 8,42 28,28 0,30 8,78 7,06 1,24 10,85 32,62 0,33 8,32 7,88 1,06 Analizujc krzywe rozmraania (przykład na rysunku 2) stwierdzono, e proces najszybciej przebiegał w metodzie. Zbliony czas uzyskano wykorzystujc rodowisko wodne. Natomiast najwolniej proces przebiegał w powietrzu w warunkach konwekcji swobodnej (tabela 3). W oparciu o otrzymane wyniki stwierdzono, e rozmraanie w obu przypadkach zamro- enia przebiegało najszybciej przy zastosowaniu metody. Jedynie w przypadku pietruszki zamroonej metod najkrótszy czas otrzymano podczas rozmraania w wodzie. Zastosowanie do rozmraania łani wodnej pozwala uzyska szybko zblion do rozmraania metod odwróconej fluidyzacji. Rozmraanie w wodzie moe by przyczyn wzrostu masy surowca a co za tym idzie utraty cennych zwizków aromatycznych. Wysokie szybkoci rozmraania, uzyskane dziki zastosowaniu metody, mog mie wpływ na jako kocow produktu, wskutek skrócenia czasu przebywania surowca w rodowisku, zmniejsza si ryzyko skaenia go drobnoustrojami [Osiska 1993, Surówka 1995]. Stosowanie metody im- Acta Sci. Pol.

Zaleno wybranych cech mechanicznych marchwi (Daucus carota L.) i pietruszki... 21 pingement do rozmraania zwiksza szanse na uzyskanie produktu kocowego o cechach zblionych do cech jakie posiada w stanie wieym, a tym samym jego struktura jest w mniejszym stopniu przetworzona ni po zastosowaniu pozostałych metod obróbki. Szczególnie dobrze wida to podczas przeprowadzonych prób cicia surowca. Temperatura Temperature, o C 30 25 20 15 10 5 0-5 0 5 10 15 20 25 30-10 -15-20 Czas - Time, min Rozmraanie metod Rozmraanie w wodzie Temperatura powietrza Temperatura powietrza w Rozmraanie w powietrzu Temperatura wody Rys. 2. Krzywe rozmraania pietruszki w badanych rodowiskach zamroonej metod Fig. 2. Thawing curves of parsley after freezed of method Tabela 3. Szybko rozmraania w badanych rodowiskach Table 3. Thawing rate in researched environments Surowiec Product rodowisko rozmraania / szybko rozmra- ania Thawing environment / rate of thawing mm min -1 Czas rozmraania Freezing time min marchew carrot pietruszka parsley marchew carrot pietruszka parsley Metoda / rodowisko zamraania Metod / freezing environment zamraarka freezing cabinet woda water powietrze air woda water powietrze air 1,34 1,21 0,43 2,41 1,54 0,29 1,41 2,86 0,32 2,41 1,53 0,29 3,57 4,59 20,59 3,59 6,05 26,42 7,07 3,75 30,32 2,59 3,23 30,26 Technica Agraria 6(1) 2007

22 D. Góral, Ł. Stadnik Wartoci siły sprystoci marchwi po obróbce badanymi metodami s znacznie zrónicowane. Jednak mniejsze rónice s widoczne dla tej samej metody zamraania niezalenie od rodowiska rozmraania (rys. 3). rodowisko rozmraania - Thawing environment Siła sprystoci Springiness force, N 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Powietrze - Air Zamraarka Impingement Zamraarka Impingement Próba bez obróbki Metoda zamraania Freezing method Woda - Water Rys. 3. Zaleno siły sprystoci od sposobu zamraania i rozmraania marchwi Fig 3. Dependence of power springiness of carrot according to freezing and thawing methods Siła - Force, N Impingement 14 12 10 8 6 4 2 wiea Raw Zamraarka szafkowa Freezing cabinet 0-2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Przesunicie Displacement, mm Rys. 4. Charakterystyki cicia pietruszki Fig. 4. Cutting test of parsley Acta Sci. Pol.

Zaleno wybranych cech mechanicznych marchwi (Daucus carota L.) i pietruszki... 23 Analizujc uzyskane wyniki stwierdzono, e warto maksymalnej siły sprystoci produktu zaley głównie od metody jego zamraania. Najwysze wartoci tej siły, powyej 30 N, zaobserwowano dla surowca poddanego zamraaniu metod oraz dla niepoddanego obróbce. Mniejszy wpływ na t wielko ma rodowisko rozmraania. Wartoci siły sprystoci marchwi w zalenoci od uytego rodowiska kształtuj si podobnie i wynosz dla produktu zamraanego metod około 36 N, a w zamraarce 20 N. Niskie wartoci tego parametru w przypadku zamraania metod owiewow wiadcz o mniejszej sprystoci badanego surowca. Wpływ na to mogła mie szybko zamraania i w konsekwencji jej destrukcyjne działanie na struktur komórkow produktu. Maksymalna warto siły cicia pietruszki wieej wyniosła rednio 10,05 N, dla prób rozmroonych po zamroeniu metod odwróconej fluidyzacji 12,02 N, a dla prób zamroonych owiewowo 11,14 N (rys. 4). Maksymalne siły cicia s zrónicowane i nie zale od metody zamroenia. Wynika to moe z obecnoci włókien w próbce. Sprysto prób pietruszki po obróbce metod była zbliona do sprystoci jak ma w stanie wieym, natomiast znaczco odbiegała w przypadku prób zamroonych w zamraarce. W oparciu o te wyniki mona przypuszcza, e szybko zamraania produktu ma istotny wpływ na póniejsze jego cechy mechaniczne. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przeprowadzone badania zamraania marchwi i pietruszki potwierdziły podstawow zasad, e wysze szybkoci procesu mona uzyska stosujc nisze wartoci temperatury zamraania z jednoczesnym wzrostem współczynnika wnikania ciepła (impigement) ni obniajc jedynie temperatur powietrza chłodzcego (zamraarka). Zastosowanie rozmraania opartego na zjawisku odwróconej fluidyzacji spowodowało uzyskanie szybkoci procesu porównywalnych z rozmraaniem w wodzie. Rozmraanie z wykorzystaniem procesu spowodowało, e próby, które były zamroone w zamraarce szybciej si rozmroziły ni zamroone metod. Przyczyn powstałego zjawiska mógł by stan strukturalny prób ukształtowany podczas zamraania. Wartoci siły sprystoci marchwi wieej i po obróbce chłodniczej metod s do siebie zblione. W pozostałych przypadkach charakterystyki te kształtuj si poniej wartoci 20N. Wybór metody zamraania ma istotny wpływ na sprysto marchwi po obróbce chłodniczej. Zamraanie pietruszki metod odwróconej fluidyzacji sprawiło, e siła jej cicia była zbliona do tej jaka cechuje próby w stanie wieym. Lepsz sprystoci po rozmroeniu charakteryzowały si próby zamroone metod ni próby zamroone w zamraarce. Technica Agraria 6(1) 2007

24 D. Góral, Ł. Stadnik PIMIENNICTWO Kluza F., 1999. Preliminary evaluation of method utility for food freezing. Proceedings of the International Congress Improved traditional foods for the next century, DG XII European Commission and CSIC Valencia, 28 29 October 1999, Spain,406 408,. Kluza F., Spiess W.E.L., 1995. Investigation on heat transfer coefficient during heat processing of food involving method, 9 th Word Congress of Food Science and Technology, Symposium subject 35, Reg.451/181, Abstracts of Lectures and Posters, vol. II, p. 47. Osiska E., Zalewski S., 1993. Wpływ sposobu rozmraania na jako, wydajno i warto odywcz potraw z drobiu i ryb przyrzdzanych z surowca mroonego. Podstawy technologii gastronomicznej, red. Zalewski S., WN-T, Warszawa, 110 118. Ovadia D.Z., Walker (Chuck) C.E., 1998. Impingement in Food Processing, Food Technol. 52, 4, 46 50. Soto V., Bórquez R., 2001. Impingement jet freezing of biomaterials, Food Control 12, p. 515. Surówka K., 1995. Mikrofalowe rozmraanie misa na tle metod konwencjonalnych, Chłodnictwo 11, 25 28. Wheeler T.L., Shackelford S.D., Koohmaraie M., 1997. Standardizing collection and interpretation of Warner-Bratzler shear force and sensory tenderness data. Proc. Recip. Meat Conf. 50, 60 77. DEPENDENCE OF CHOSEN MECHANICAL PROPERTIES OF CARROT (Daucus carota L.) AND PARSLEY (Petroselinum sativum HOFFM.) FROM REFRIGERATION PROCESS KINETIC IN JET TUBE FLUIDIZATION METHOD Abstract. The aim of research was demonstration if the jet tube fluidization method which was using in refrigeration processing influences on improvement preservation of the chosen mechanical properties of product after processing in relation to the natural air convection freezing. Experiments were carried on the Bardowicka parsley (Petroselinum sativum Hoffm.) and the Ambrozja carrot (Daucus carota L.). Raw materials were freezed in two methods: freezer (Whirpool, AFG 543-C/H, temperature -30 C) and jet tube fluidization method (, temperature -15 C). Thawing of products was carried in constant temperature of environment, in: water environment, natural air convection and the method. It was researched of freezing and thawing process kinetics. The highest speed of freezing and thawing processes was obtained in the method. Researches of springiness power and cuts power of carrots and parsleys were confirmed that the method was better in refrigeration processing than another researched methods and her small destructive operation on structure of raw material. Key words: frozen vegetables,, jet tube fluidization, refrigeration process Praca naukowa finansowana ze rodków Komitetu Bada Naukowych w latach 2004 2007 jako projekt badawczy nr 2P06T04726 Zaakceptowano do druku Accepted for print: 24.04.2007 Acta Sci. Pol.