Szárítási és dehidratációs technológiák: Kompakt áttekintés az élelmiszer-tudományról

1 Gépészmérnöki Tanszék, Rajshahi Műszaki és Műszaki Egyetem, Rajshahi, Banglades

2 Növénytani Tanszék, Rajshahi Egyetem, Rajshahi, Banglades

* Levelező szerző: Avijit Mallik
Gépészmérnöki Tanszék
Rajshahi Műszaki és Műszaki Egyetem
Rajshahi, Banglades
Tel: +88 (721) 750742
Email: [e-mail védett]

Kapott dátum: 2017.12.01 .; Elfogadott dátum: 2017.12.15 .; Közzététel dátuma: 2017.12.22

Absztrakt

Az ételeket (főleg gyümölcsök és zöldségek) szárítják és dehidratálják, hogy növeljék azok élettartamát, tárolási stabilitását, minimalizálják a feldolgozási igényeket és javítsák a szállíthatóságot. Az élelmiszerek tartósítási technikái többnyire a napfény/napenergia módszerrel történő szárításon alapulnak, ami minőségromlást és a termék szennyeződését okozza. A szárítási folyamat energiafelhasználása és jellege alapvető paraméter a szárítási eljárás megválasztásában. Ideális szárító rendszer az érték kiszáradt elemek elrendezéséhez hozzáértő, mivel lerövidíti a szárítási időt és a legkevésbé szennyezi a tárgyat. Az energiafelhasználás és az üzemeltetési költségek csökkentése érdekében új méréseket vezettek be a szárítási eljárások során. Ez a cikk az élelmiszer-szárítási technikák alapvető áttekintését mutatja be, az áfonya két szárítási módszerével együtt (mikrohullámú-vákuum és mikrohullámú-konvektív), valamint a szárított termék minőségével és a folyamat teljesítményével kapcsolatos érdemeiket és hátrányaikat.

Kulcsszavak

Mikrokonvekció, Élelmiszer technika, Konvektív étel szárítás, Hőtechnika, Tartósítási technikák

Bevezetés

A földről termesztett ételek alapvető étrend-kiegészítők, például vitaminok, ásványi anyagok és rostok kritikus forrásai. Mivel a földből termesztett új élelmiszerek nedvességtartalma meghaladja a 80% -ot, mélyen romlandó árukat ruháznak fel. A termék frissen tartása a legjobb módja annak, hogy megőrizze egészséges megbecsülését, ugyanakkor a legtöbb tárolási technika alacsony hőmérsékletet igényel, amelyet nehéz az egész terjesztési/ellátási láncban fenntartani. A szárítás ismét megfelelő betakarítási lehetőség, különösen olyan dél-ázsiai országokban, mint Banglades, India és Kína, ahol hatástalanul megállapított alacsony hőmérsékletű diszperziós és kezelési lehetőségek vannak. Úgy tűnik, hogy a világ romlandó élelmiszer -termékeinek több mint 20% -át szárítják, hogy növeljék a reális felhasználhatósági időtartamot és elősegítsék az élelmiszerbiztonságot [1]. A biotermékeket, zöldségeket és ezekből készült termékeket szárítják a kapacitás megbízhatóságának javítása, a kötegelés előfeltételeinek korlátozása és a szállítási súly csökkentése érdekében. Ettől függetlenül Indiában alig száradnak el a romlandó termékek olyan szegmensei, amelyek óriási szerencsétlenséget okoznak, amennyiben a készpénz és a munkák a beázástól eltérő mértékben emelkednek az áruk költségei között a szezonon kívül.

A földről termesztett ételek szárítása lényegében konvektív szárítással jártas szakember [2]. Különböző vizsgálatok vonatkoznak a szokásos konvektív szárítással kapcsolatos kérdésekre. A tételek egyes lényeges fizikai tulajdonságai megváltoztak, például az árnyékolás elvesztése, a felületi különbség, a főzési változások, amelyek befolyásolják az ízt és a kiegészítőket, valamint a zsugorodást [3]. Ráadásul a konvektív szárítás kevés kiterjesztést jelent a korábbi újrahidratáláshoz, hogy az elhanyagolható minőségű szárítás után további előkészítést végezzen [4]. A szárítási eljárás magas hőmérséklete elengedhetetlen oka az értékvesztésnek. Az eljárás hőmérsékletének csökkentése rendkívüli módon javíthatja a szárított termékek jellegét [5,6]. Ilyen körülmények között azonban a munkaidő és a kapcsolódó költségek érezhetően alkalmatlanná válnak. A működési költségek csökkentése érdekében megkülönböztető előgyógyszereket és új stratégiát dolgoztak ki az alacsony hőmérsékletű és alacsony energiaigényű szárítási technikákra. A késői fejlesztések (az elmúlt évek) átfogó ellenőrzéséről a kísérő területeken lesz szó.

A szárítás típusai

Hőszivattyús szárítás

1.ábra: Hőszivattyús szárítás az ipar számára.

Túlhevített gőzszárítás

Szárítás túlhevített gőzzel (SS) levegő nélkül, teljesen gőzből készült közegben. Az SS kapacitása a tápláló anyagok szárítására annak köszönhető, hogy az érzékeny hő tágul, és hőmérséklete megemelkedik az adott tömegnél, a megragadott hőmérséklet felett. Az elpárologtatott vizet nem szükséges kimeríteni a termékből, amíg a nyomás bizonyos határokat meghalad. 2. ábra a kijelölt rendszer grafikus bemutatását ábrázolja.

2. ábra: Túlhevített gőzszárítás.

Hatalmas előnyös szempont, hogy a szárítási technika újrafelhasználása elképzelhető, különös érzékeny hő esetén. Ezenkívül bármilyen szabályos konvekciós és vezetőszárítót könnyedén át lehet állítani a túlhevített gőz felhasználása céljából [15]. A leülepedett ágy, a fluid ágy, a csíkok, az ütközéses, a pneumatikus és a fröccsenő szárítók a felmelegedett gőz innovációt használják a termékek minőségi szárításához.

Túlhevített párolt (SS) fluidizált szárítás

A kísérletek azt mutatják, hogy az SS szárítás megfelelő módon felhasználható egyes termékeknél, például kukoricakeményítő, burgonyakeményítő és más eredmények előállításához. Mindenesetre az olyan részecskék, amelyek túlságosan jelentősek, vagy a finom rétegek nehezen száríthatók fluid ágyban. A modellt a diffúziós hipotézis és különböző feltételezések felhasználásával hozták létre. Ezek közül: I) a vízgőz felhalmozódása a vizsgálatok során a víz törési pontja alatt történik, ii) a minta felületébe mozgatott hő nagyobb részét használják fel eltűnésre, ha a példa hőmérséklete egyenértékű a törési ponttal iii) törési pont A víz mennyisége megváltoztatja a súlyt a vizsgálat céljára. iv) A minta felületén az általános hőcserélési együttható magában foglalja a szárítóközeg meleg sugárzását, és v) a szárítási folyamat befejeződött, ha a vizsgálat hőmérséklete magasabb, mint a víz törési pontja. ]. 3. ábra vázlatot közvetít, amely a megadott rendszert ábrázolja. Ezt a folyamatot széles körben használják az élelmiszeriparban.

3. ábra: SS fluidizált szárítási folyamat az ipar számára.

Szárítás SS-vel

Annak ellenére, hogy elsősorban papíripar részeként használják, az élelmiszeriparban a légáramlást az olyan cikkek melegítésére és főzésére használják, mint például a burgonya chips, a pizza, a csemege és a kenyér [17]. Alacsony zsírtartalmú burgonya chips állítható be ezzel a stratégiával. A rendszer grafikus bemutatása az alábbiakban található 4. ábra.

4. ábra: A szárítás túlhevített gőzzel történik.

Az SS által előállított burgonya chips több C-vitamint tartalmazott, és a felszíni felületen előnyösebb, mint a levegőn szárított példák. Figyeljük, hogy a tömeges csere Fick elterjedési törvényét követte, és a burgonyán belüli hőcserét a Fourier hővezetési törvénye szerint tartották [18]. Mindenesetre figyelembe kell venni az SS ütközés szárításának hatását a cikk minőségére, beleértve a zsugorodást, a frissességet és a mikrostruktúrát.

Mikrohullámú-vákuumszárítás

Ezenkívül szárító frissítéseket is elérhet a légköri nyomás alkalmazásával. A víz eltűnése alacsonyabb hőmérsékleten, vákuumban történik, és ezt követően a termék kezelési hőmérséklete lényegesen alacsonyabb lehet, magasabb termékminőséget kínálva. Számos összefüggést hoztak az MW-vákuumszárítás és a különböző keretek között, többnyire a forró levegőre és a fagyasztva szárításra koncentrálva.

5. ábra nagyon jól ábrázolja a következő rendszert. A MW-vákuum hidratálás hiányát használták fel először a citruslé konvergenciájához [19]. A táplálkozási üzletágban az MW-vákuumszárítást tészták, porok és számos áteresztő szilárd anyag szárítására használják. A McDonnell Company megépített egy MW-vákuumszárító keretet (MIVAC) a szemek szárítására; a 3,4 és 6,6 kPa közötti teljes tömeg nedvességet mutat, amely 26 és 52 ° C közötti hőmérsékleten eltűnik. Mindenesetre pénzügyi szempontból nem volt iparilag eredményes. Az ebben a MW-vákuumszárító rendszerben lévő termékből kiszivárgott vizet nagyrészt vízzel táplált hűtőrendszer felhasználásával történő konszolidációval dobják ki [20].

5. ábra: Az áfonya mikrohullámú-vákuumszárítása.

Szárítási energiateljesítmény

Az élelmiszer-szárítási teljesítmény elemzésével mérhető, hogy a szárítási rendszer gazdaságilag megvalósítható-e vagy sem. A szárítási teljesítményt a következő egyenlet mutatja be:

(1)

DE = szárítási teljesítmény (kg elpárologtatott víz/J szállított energia)

tonna = A MW bekapcsolásának teljes ideje

P = MW teljesítményfelvétel (W)

mi, mf = kezdeti és végső nedvességtartalom (arány, nedves alapon)

Mi = kezdeti minta tömege (kg)

Az 1. egyenlet csak az MW rendszerek hatékonyságát veszi figyelembe; nem veszi figyelembe a levegő fűtéséhez szükséges energiát vagy a vákuumszivattyúhoz szükséges energiát.

A tárolás hatása a minőségre

A táplálékkiegészítők hatalmas vesztesége történik a szárított élelmiszerekben, amelyeket a talajból termesztenek kapacitás közepette. Ez a szerencsétlenség a kapacitás hőmérsékletén, a pH-ján és az oxigénnel, porozitáson, a fényen és a természetes savak közelségén alapul. A szerencsétlenségek mértéke a vitaminok fajtájától és a kapacitási feltételektől függ, például az oxigénnek és a fénynek való bemutatásról [24]. A spagetti kapacitása közepette például nem figyelték meg a tiamin és a niacin csökkenését, a riboflavin azonban védtelen volt a hőmérséklet, a készletezési periódus és a fény szempontjából.

Néhány esetben a hidratálás hiányára vonatkozó stratégia szintén hatással lehet a kiegészítők elvesztésére. Például Kaminski és mtsai. [25] figyelte a karotinoidok gyors lebomlását megszilárdult szárított sárgarépában. Figyelték, hogy a légszárítás hatékonyabb a karotin megőrzéséhez, ha azt átfogó hőmérsékleten tárolják. A megszárított termékek többnyire áteresztőbbek. Ez ösztönzi az oxigéncserét és elősegíti a karotin gyors oxidációját. Cinar [26] kimutatta, hogy a leginkább figyelemre méltó árnyéktalanság a 40 ° C-on eltett sárgarépában volt (98,1%), míg a legkevesebb a 4 ° C-on tartott édesburgonyában (11,3%) 45 napos kapacitás közepette.

Az energiafogyasztás csökkentésének módjai

A szokásos ápolásnak megbízhatóan meg kell kereteznie egy alapkivitelű szárítógép működését. Keverőszárítás, egy másik legideálisabb megközelítés az energiafogyasztás csökkentésére, növelve a teljesítőképességet és javítva a minőséget [27]. A vitalitás tudományos megjelenítéssel történő javítása egy másik kritikus megközelítés a vitalitás kihasználásának csökkentésére [28]. A szabálytalan szárítást és az elektroszárítási előrelépéseket szintén használják a vitalitás kihasználásának csökkentésére. Megállapították, hogy a mikrohullámú felhasználás jelentősen befolyásolja mind a szárítási időt, mind a vitalitás kihasználtságát [29]. A szőlő szárításának sajátos életerő-felhasználása 81,15 MJ/kg-ról csökkent, ha konvektív szárítás 7,11–24,32 MJ/kg-ra nőtt, mikrohullámú konvektív szárítással [30]. Az infravörös konvekciós szárítók csökkentik a burgonya és az ananász ozmotikusan előkezelt példáinak vitalitáskihasználását. A melegpumpa-szárítók és a nagy elektromos mezőszárítók óriási lehetőségeket rejtenek a modern alkalmazásban, különösen a nagy becsben tartott növények esetében, a tételek elterjedtsége, a tervezés könnyedsége és az alacsony életerő miatt [31].