Изменение продуктов в процессе сушки

В процессе сушки с продуктами происходят значительные изменения. Они зависят, в первую очередь, от выбранного способа и режима сушки. Основные изменения это: усадка, изменение окраски, затвердевание, нарушение восстанавливающей способности, потеря летучих веществ.

Усадка материала при сушке. В процессе сушки большинство материалов уменьшается в размерах. Это естественный процесс при сушке. Усадка – уменьшение объема и размеров материала в процессе сушки. Овощи, плоды и крупы относятся к числу капиллярно-пористых материалов, поэтому при сушке дают значительную усадку, уменьшаясь в объеме в 3-4 раза. Усадка происходить равномерно в течение всего процесса сушки.

Объемная усадка пищевых растительных материалов имеет линейную зависимость от влагосодержания материала и определяется по формуле 1.21.

V = V_c(1+β_v (1.21)

где: V – объем частицы в любой момент сушки, см³;

V_c – объем частицы абсолютно сухого материала, см³;

β_v – коэффициент объемной усадки (для картофеля, нарезанного кубиками размером 8х8х8 мм – 0,625; для кукурузу – 0,25; для круп вареных: гречневой – 0,919; пшеничной – 0,948; перловой – 0,45; пшенной – 0,17; гороха – 0,15).

При равномерной сушке и небольших перепадах влаги в материале усадка частиц происходит с сохранением формы. Неравномерная сушка приводит к искажению формы частиц. При больших перепадах влаги в материале образуются разрывы и трещины.

При сушке пищевых растительных материалов в «кипящем слое» с температурой воздуха выше 105 ⁰С частицы разнообразных форм и размеров сохраняют свои первоначальные форму и объем. Этому способствует равномерное омывание частиц потоком нагретого воздуха со всех сторон. Влага перемещается внутри частиц только в виде пара, внутреннее его давление уравновешивает силы, которые вызывают усадку. Сушка в «кипящем слое» при температуре ниже 100 ⁰С приводит к равномерной усадке. Это связано с тем, что влага внутри материала перемещается как в виде жидкости, так и в виде пара, а его внутреннее давление меньше сил усадки.

Перегрев (подгорание) и побурение. Происходящие при сушке необратимые нежелательные изменения называют побурением, окрашиванием, обугливанием или просто подгоранием.

Различают несколько степеней перегрева. Самая легкая – изменение цвета. Это первая ступень, происходит незначительное изменение окраски продукта по сравнению с исходной (до сушки). Эта степень перегрева не влияет на изменение вкуса и аромата.

Побурение в процессе сушки вызывается реакцией меланоидинообразования между аминокислотами и восстанавливающими сахарами, карамелизацией за счет термического разложения сахаров, а также ферментативными реакциями, связанными с процесса окисления полифенольных соединений. Самый распространенный способ ограничения реакций побурения – сульфитация продуктов перед сушкой. В результате этого повышается критическая температура сушки. Это позволяет при противоточной сушке повысить температуру подаваемого сушильного агента и, тем самым, увеличить производительность сушильных установок. Для ограничения реакций побурения используются также обработку продуктов перед сушкой в растворах аскорбиновой или лимонной кислот в концентрации 0,1 %.

Более сильный перегрев влияет на вкусовые и восстанавливающие свойства, на пищевую ценность сушеных продуктов. Подгорание характеризуется максимально допустимой критической температурой. При нагревании выше этой температуры продукт подгорает. Критическая температура у одинаковых продуктов зависит от влажности. Среди овощей наиболее чувствителен к подгоранию лук – он имеет самую низкую критическую температуру. При сушке измельченного лука влажности 10-12 % соответствует критическая температура 65-70 ⁰С; влажности 8-10 % - критическая температура 60-65 ⁰С; влажности 6-8 % - критическая температура 55-60 ⁰С. На конечном этапе сушки критическая температура примерно равна температуре высушиваемого продукта. Критическую температуру подгорания можно повысить на 5-10 ⁰С, если продукт перед сушкой подвергнуть сульфитации.

На процессы подгорания продукта влияет не только температура, но и продолжительность нагрева. Этим объясняется тот факт, что при распылительной сушке продуктов, которая протекает очень быстро, при температуре уходящего сушильного агента около 100 ⁰С окраска порошка с остаточной влажностью 2-4 % практически не изменяется.

Цвет продуктов при сушке может измениться и не только в результате подгорания. Это может быть за счет реакций окисления, если высушивают продукты, которые долго хранились в очищенном виде.

Затвердевание. При сушке растительных материалов может наблюдаться такое явление, что на определенном этапе процесс сушки практически останавливается. Это происходит за счет того, что на поверхности продукта образуется практически непроницаемая для влаги твердая корочка. За счет нее влага не может испаряться с поверхности продукта. Продукт внутри остается влажным. Чтобы этого избежать, фрукты, высушиваемые в целом виде или в виде крупных кусков, в начальный период сушки при высокой относительной влажности высушивают при низкой температуре сушильного агента. Например, для слив применяют воздух с начальной температурой 50-55 ⁰С и относительной влажностью 60-65 %. Эти условия препятствуют образованию на поверхности слив твердой корочки. Если продукты нарезаны на мелкие кусочки, то поверхностного затвердевания не происходит.

Нарушение регидратационной (восстанавливающей) способности. Обычно сушеные продукты употребляются в регидратированном (увлажненном) состоянии. Продолжительность и степень регидратации у продуктов, высушенных традиционными способами, чаще всего оказываются неудовлетворительными. Самыми лучшими регидратационными свойствами обладают продукты, высушенные методом сублимационной сушки. Такие продукты во время регидратации полностью восстанавливают исходную влажность и первоначальные физические свойства. Процесс их восстановления протекает очень быстро.

Снижение восстанавливающей способности вызывается необратимым перегревом продуктов. Он может происходить и без видимого изменения окраски (побурения). Это происходит за счет того, что после испарения свободной и механически связанной влаги начинает удаляться физико-химическая влага. В результате этого основные компоненты высушиваемого материала претерпевают различные изменения. Среди них наиболее значительные это: затвердевание амилопектина, пектина и белков. В первую очередь, коллоидную необратимость сушеных продуктов вызывает тепловая коагуляция белков. Она может быть как частичной, так и полной.

Потеря летучих веществ. Испаряясь из материала при сушке, влага вместе с собой увлекает и летучие компоненты продуктов. Вследствие этого сушеные продукты теряют вкус и аромат. Состав уходящих с влагой летучих веществ зависит от изменения температуры продукта в процессе сушки, а также от давления паров летучих компонентов при данной температуре. Большое значение имеет также растворимость летучих компонентов в воде и других веществах высушиваемого материала. При некоторых современных методах сушки (например, при производстве сухих порошков) к сушеным продуктам добавляют ароматические концентраты. Их получают путем конденсации паров исходного продукта. Но такой способ является достаточно сложным и дорогостоящим.

 

Контрольные вопросы

 

1 Что такое равновесное влагосодержание, какую роль оно играет при сушке?

2 Чем отличаются изотермы сорбции и десорбции, с какой целью их строят?

3 Чем объясняется площадь гистерезиса на изотермах сорбции и десорбции?

4 Что такое гигроскопическое влагосодержание, какова технологическая роль этого показателя?

5 Что такое кривая сушки, какие участки можно на ней выделить?

6 Что такое скорость сушки, приведенная скорость сушки, как они определяются?

7 От каких показателей зависит определение продолжительности сушки?

8 Как влияет температура сушильного агента на процесс сушки?

9 Какую роль играет относительная влажность воздуха при сушке?

10 Как влияет толщина слоя высушиваемого материала на процесс сушки и производительность сушильных установок?

11 Какие изменения происходят с продуктами в процессе сушки?

12 Что такое усадка материала и чем она обусловлена при сушке?

13 За счет чего происходит изменение цвета продуктов при сушке?

14 Чем обусловлено затвердевание продуктов при сушке и как этого избежать?

15 Что такое регидратационная способность, как можно ее повысить?

16 За счет чего происходит потеря летучих компонентов при сушке?