Degradacja witaminy C podczas suszenia mleka spożywczego w suszarce rozpyłowej

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu procesu suszenia mleka w suszarce rozpyłowej na wielkość strat witaminy C podczas tego procesu.

2. Zasada działania urządzenia

Aparatura składa się z komory suszenia, dysku rozpyłowego, sekcji grzałek, wentylatora zasysającego gorące powietrze do komory suszarki, cyklonu oddzielającego powietrze od materiału suszonego, pompki perystaltycznej dozującej materiał do suszenia i wodę do przemywania aparatury, sprężarki powietrza do rozpylania materiału w dysku.

Powietrze z otoczenia zasysane jest wentylatorem, znajdującym się na końcu układu suszarki (schemat - rysunek), następnie przepływa przez układ grzejny (grzałki), w którym jest podgrzewane do odpowiedniej temperatury i przez kolektor gorącego powietrza jest wprowadzane do górnej części suszarki ( rura przykryta daszkiem składającym się z blaszek stalowych, umożliwiających rozdzielenie strumienia powietrza równomiernie w komorze suszarki). W górnej części korpusu suszarki znajduje się również dysk rozpylający suszony materiał (mleko). Do dysku jest doprowadzane sprężone powietrze ze sprężarki, które wprowadza w ruch obrotowy dysk. Ciśnienie sprężonego powietrza doprowadzanego do dysku reguluje się pokrętłem na pulpicie suszarki: powinno ono wynosić 0,3 MPa (~3 at), wówczas obroty dysku wynoszą ~25 000 obrotów/minutę. Do przyosiowej części wirującego dysku doprowadzane jest mleko (dozowane pompką perystaltyczną). Pod działaniem siły odśrodkowej ciecz przemieszcza się z coraz większą prędkością w kierunku obwodowym do obrzeża dysku, skąd odrywają się miliardy drobnych kropelek. Średnica rozpylonych kropelek, zależna od prędkości obrotowej dysku, wynosi w granicach od 30 do 150 µm.

Gorące powietrze z kolektora równomiernie rozprowadzone w górnej części suszarki styka się współprądowo z kropelkami rozpylonego mleka. Następuje prawie natychmiastowe wysuszenie kropelek, które w postaci cząstek proszku zawieszonego w gorącym powietrzu przemieszczają się do dolnej części suszarki, dzięki podciśnieniu wytwarzanemu przez wentylator. Następnie mieszanina dwufazowa (faza stała i faza gazowa) wpływa do cyklonu, w którym następuje oddzielenie fazy stałej (wysuszony proszek ) od fazy gazowej - powietrza, które przepływa przez wentylator i wydostaje się na zewnątrz przez króciec wylotowy.

Powietrze dostarczane do suszenia spełnia potrójną funkcję: stanowi źródło ciepła potrzebnego do zamiany wody zawartej w kropelkach mleka na parę, czynnika odprowadzającego tę parę na zewnątrz oraz czynnika przenoszącego wysuszony produkt.

Zaletą metody rozpyłowej jest bardzo krótki czas suszenia, wynoszący teoretycznie około 5 sekund, a w praktyce nie więcej niż 15 sekund. Krótki czas kontaktu suszonego produktu z gorącym powietrzem pozwala na zachowanie właściwości organoleptycznych produktu przy nieznacznej degradacji witaminy C.

Z ekonomicznego punktu widzenia korzystne jest stosowanie jak najwyższej, dopuszczalnej dla danego produktu temperatury powietrza wlotowego i jak najniższej temperatury powietrza wylotowego. Zwiększa się wówczas sprawność cieplna suszarki oraz wydajność.

3. Wykonanie ćwiczenia

3.1. Przygotowanie roztworu mleka do suszenia

Przygotować 500 cm³ roztworu mleka o zawartości 30% suchej substancji oraz witaminy C w ilości 150 mg w przeliczeniu na 100 g suchej substancji roztworu mleka. W tym celu należy obliczyć masę mleka w proszku, masę wody i masę witaminy C. Do obliczeń przyjąć zawartość wody w proszkowym mleku i w witaminie C równe 5%.

Odważoną na wadze technicznej ilość witaminy C rozpuścić dokładnie w niewielkiej ilości wyliczonej wody, dodać pozostałą ilość wody, a następnie stopniowo wsypywać odważone mleko w proszku, dokładnie mieszając, aby nie tworzyły się grudki. Tak przygotowany roztwór mleka przelać przez sitko do zlewki.

Pobrać około 40 cm³ przesączonego roztworu mleka i oznaczyć w nim zawartość witaminy C (pkt 5). Pozostałą ilość mleka przeznaczyć do suszenia.

3.2. Suszenie roztworu mleka w suszarce rozpyłowej

Parametry procesu suszenia:

• temperatura powietrza wlotowego t₁ ~ 180 º C,

• temperatura powietrza wylotowego t₂ ~ 115 º C,

• wydajność pompy perystaltycznej - minimum,

• ciśnienie powietrza w dysku rozpyłowym ~ 0,3 MPa ( 3 at),

• nie zdławiony przepływ powietrza suszącego.

Włączyć suszarkę do sieci (380 V). Założyć odbieralnik suszonego materiału oraz umieścić dysk rozpyłowy w gnieździe pokrywy suszarki. Po ustaleniu temperatury powietrza wylotowego ( ~115º C), włączyć sprężarkę i ustawić ciśnienie powietrza na wartość ~0,3 MPa (3 at). Włączyć pompę perystaltyczną dozującą wodę do przemycia suszarki. Rozpylić około 200 cm³ wody destylowanej w celu osiągnięcia ustalonego ruchu ciepła w suszarce. Wyłączyć pompę, zdjąć odbieralnik, w miejsce odbieralnika założyć tekturkę, sprawdzić czystość odbieralnika i ponownie go założyć. Wymienić wodę destylowaną na wcześniej przygotowany 30% roztwór mleka z witaminą C (kwasem askorbinowym). Włączyć pompę perystaltyczną z nastawieniem tej samej , minimalnej wydajności i rozpylać roztwór mleka przez około 5 minut. Następnie wyłączyć pompę perystaltyczną, zdjąć odbieralnik, założyć tekturkę. Wysuszone mleko z odbieralnika pobrać do oznaczenia witaminy C (pkt 5). Przemyć instalację wodą destylowaną w ilości ~200 cm³, włączając pompę perystaltyczną dozującą wodę.

4. Oznaczanie zawartości substancji suchej w wysuszonym mleku

Za pomocą wagosuszarki oznaczyć procentową zawartość wody w wysuszonym mleku, pobierając do oznaczenia około 3 g produktu. Następnie obliczyć procentową zawartość suchej substancji.

5. Oznaczanie witaminy C

Na wadze laboratoryjnej odważyć 10,0 g roztworu mleka z witaminą C (przygotowanie roztworu mleka pkt 3.1.). Całość przenieść ilościowo do kolby miarowej na 100 cm³, uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać. W celu wyekstrahowania witaminy próbkę wytrząsać przez około 3 minuty. Do erlenmajerki o pojemności 50 cm³ odmierzyć 10 cm³ 2% kwasu szczawiowego, dodać 10 cm³ roztworu mleka i miareczkować 0,001 N roztworem Tillmansa do uzyskania trwałego różowego zabarwienia.

W podobny sposób oznaczyć witaminę C w wysuszonym mleku, tylko użyć mniejszej naważki, dokładnie 2,0 g.

Zawartość witaminy C w roztworze mleka o zawartości 30 % suchej substancji a także w wysuszonym mleku obliczyć według wzoru:

Wit.C =
mg/100 g s.s.

gdzie:

c - stężenie odczynnika Tillmansa, równe 0,001 N,

v - objętość odczynnika Tillmansa zużyta na zmiareczkowanie próbki, cm³,

m - masa badanej próbki, g (10 g roztworu mleka, 2g wysuszonego mleka) ,

s.s. - zawartość suchej substancji w badanej próbce, przed suszeniem - 30 %, po suszeniu - wyliczona według pkt 4,

88 - miligramorównoważnik kwasu askorbinowego (witaminy C).

6. Obliczenie wyników

6.1. Obliczenie stopnia degradacji witaminy C podczas suszenia

D =

gdzie:

A - zawartość witaminy C przed suszeniem, mg/100 g s.s. ,

B - zawartość witaminy C po suszeniu, mg/100 g s.s.

6.2. Obliczenie sprawności cieplnej suszarki

• S =
  

gdzie:

t₁ - temperatura powietrza wlotowego,

t₂ - temperatura powietrza wylotowego,

t₀ - temperatura powietrza zasysanego, t₀ = 20 º C

7. Sprawozdanie

W sprawozdaniu należy umieścić:

• krótki wstęp teoretyczny dotyczący ćwiczenia,

• cel ćwiczenia,

• opis przebiegu ćwiczenia i schemat aparatury,

• obliczenie ilości mleka w proszku, wody i witaminy C

do sporządzenia roztworu do suszenia,

• przykłady obliczeń witaminy C w mleku i suszu,

• obliczenie stopnia degradacji witaminy C,

• obliczenie sprawności cieplnej suszarki,

• wnioski.

6

---