Monika Soboń Gr IIA	Temat: Suszenie

Data
Wykonanie ćwiczenia: 15.03.2011	Oddanie sprawozdania: 05.04.2011	Podpis i ocena:

Wstęp:

Suszenie jest procesem przebiegającym w kontrolowanych warunkach, w czasie którego działając ciepłem na żywność, usuwa się większość w niej zawartej wody przez parowanie. Skutkiem tego procesu jest obniżenie ciężaru i objętości produktu, dzięki czemu obniżone zostają koszty transportu i składowania. Głównym celem suszenia jest przedłużenie trwałości poprzez obniżenie aktywności wody, dzięki czemu zostaje zahamowany rozwój drobnoustrojów i aktywność enzymatyczna.

W przemyśle spożywczym suszenie należy do podstawowych procesów i stosowane jest w prawie każdym zakładzie. Aby opisać proces suszenia, należy zwrócić uwagę na: związek pomiędzy zawartością wilgoci w materiale a prężnością pary wodnej, końcową zawartość wilgoci, entalpię wiązania wilgoci, strukturę materiału suszonego.

Podstawowym parametrem który określa właściwość materiału, obok jego struktury jest wilgotność. Wyrażona ona może być jako stosunek masowy X=m_A/m_S lub jako ułamek masowy X=m_A/m lub; gdzie m_A- masa wilgoci, m_s- sucha masa, m- masa wilgotnego

materiału. Wyróżniona została wilgotność równowagowa, czyli taka zawartość wilgoci która pozostaje w stanie równowagi z parą zawartą w czynniku suszącym. Często też określana zostaje jako minimalna wilgotność higroskopijna. Wilgotność krytyczna to zawartość wilgoci charakteryzująca przejście z okresu stałej szybkości suszenia do okresu zmniejszającej się szybkości suszenia.

Aktywność wody jest to miara wody wolnej, która jest dostępna dla mikroorganizmów i podtrzymująca reakcje chemiczne. reakcje chemiczne. Aktywność wody (a_w) jest to stosunek prężności pary wodnej nad materiałem (p_A) do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze(p_An)

a_w= p_A/p_An

Izoterma sorpcji to zależność między wilgotnością materiału a aktywnością wody tego materiału. Izotermy te możemy wyznaczyć poprzez umieszczenie próbek danego materiału w środowiskach o różnej aktywności wody i zmierzenie ich wilgotności gdy osiągną stan równowagi.

Ćwiczenie 1: Przeprowadzanie procesu suszenia.

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zbadanie kinetyki procesu suszenia wybranych warzyw (uwzględniając proces blanszowania) oraz wyznaczenie izoterm sorpcji.

Wykonanie:

Obraną marchewkę, pietruszkę i selera starliśmy na wiórki, przygotowano po 2 próbki każdego warzywa. Jeden zestaw zawierający 10g każdego z surowców przenieśliśmy do naczyniek suszarkowych i umieszczono w suszarce o temperaturze 95^OC, natomiast drugi taki sam zestaw poddano blanszowaniu, zwarzono, przeniesiono do naczyniek i również poddano suszeniu. Co 10 minut kontrolowaliśmy masę surowca. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1 (dla marchewki), tabeli 2 (dla pietruszki), tabeli 3 (dla selera).

Marchew zawiera 7% suchej masy.

Marchew nieblanszowana:

1. początek pomiaru:

ubytek wilgoci [g]: 0

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

masa wilgoci ma [g]: 10,13 - 0,71= 9,42

masa materiału wilgotnego m [g]: 10,13

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 9,42/10,13 = 0,93

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 9,42/0,71 = 13,27

2. po 10 minutach:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 8,01 = 2,12

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13 - 0,71 = 9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 2,12 = 7,3

masa materiału wilgotnego m [g]: 8,01

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 7,3/8,01 = 0,91

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 7,3/0,71 = 10,28

3. po 20 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 6,28 = 3,85

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13 - 0,71= 9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 3,85 = 5,57

masa materiału wilgotnego m [g]: 6,28

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 5,57/6,28 = 0,89

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 5,57/0,71 = 7,84

4. po 30 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 4,81= 5,32

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13 - 0,71 = 9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 4,81 = 4,10

masa materiału wilgotnego m [g]: 4,81

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 4,10/4,81 = 0,85

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 4,10/0,71= 5,77

5. po 40 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 3,64 = 6,49

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13-0,71=9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 6,49 = 2,93

masa materiału wilgotnego m [g]: 3,64

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 2,93/3,64 = 0,80

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 2,93/0,71 = 4,13

6. po 50 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 2,53 = 7,6

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13-0,71=9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 7,6 = 1,82

masa materiału wilgotnego m [g]: 2,53

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,82/2,53 = 0,72

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,82/0,71 = 2,56

7. po 60 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 1,63 = 8,50

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13-0,71=9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 8,50 = 0,92

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,63

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,92/1,63 = 0,56

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,92/0,71 = 1,29

8. po 70 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13 - 1,28 = 8,85

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13 - 0,71=9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 8,85 = 0,57

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,28

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,57/1,28 = 1,10

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,57/0,71 = 0,8

9. po 80 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 10,13-1,19 = 8,94

sucha masa ms[g]: 0,07 x 10,13 = 0,71

zawartość wilgoci [g]: 10,13- 0,71=9,42

masa wilgoci ma [g]: 9,42 - 8,94 = 0,48

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,19

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,48/1,19 = 0,40

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,48/0,71 = 0,68

Marchewka blanszowana:

1. na początku pomiaru:

ubytek wilgoci [g]: 0

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

masa wilgoci ma [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa materiału wilgotnego m [g]: 8,16

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 7,59/8,16 = 0,93

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 7,59/0,57 = 13,32

2. po 10 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 6,15 = 2,01

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 2,01 = 5,58

masa materiału wilgotnego m [g]: 6,15

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 5,58/6,15 = 0,91

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 5,58/0,57 = 9,79

3. po 20 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 4,36 = 3,80

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 3,80 = 3,79

masa materiału wilgotnego m [g]: 4,36

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 3,79/4,36 = 0,87

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 3,79/0,57 = 6,65

4. po 30 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 2,29 = 5,87

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 5,87 = 1,72

masa materiału wilgotnego m [g]: 2,29

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,72/2,29 = 0,75

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,72/0,57 = 3,02

5. po 40 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 2,50 = 5,66

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 5,66 = 1,93

masa materiału wilgotnego m [g]: 2,50

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,93/2,50 = 0,77

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,93/0,57 = 3,39

6. po 50 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 1,83 = 6,33

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 6,33 = 1,26

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,83

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 1,26/1,83 = 0,69

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 1,26/0,57 = 2,26

7. po 60 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 1,34 = 6,82

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 6,82 = 0,77

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,34

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,77/1,34 = 0,57

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,77/0,57 = 1,35

8. po 70 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 1,19 = 6,97

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 6,97 = 0,62

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,19

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,62/1,19 = 0,52

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,62/0,57 = 1,1

9. po 80 minutach suszenia:

ubytek wilgoci [g]: 8,16 - 1,18 = 6,98

sucha masa ms[g]: 0,07 x 8,16 = 0,57

zawartość wilgoci [g]: 8,16 - 0,57 = 7,59

masa wilgoci ma [g]: 7,59 - 6,98 = 0,61

masa materiału wilgotnego m [g]: 1,18

ułamek masowy x= ma/m [g H2O/g]: 0,61/1,18 = 0,52

stosunek masowy X= ma/ms [g H2O/g]: 0,61/0,57 = 1,1

Nr pomiaru	Czas pomiaru [min]	Masa materiału wilgotnego m[g]		Masa wilgoci mA[g]		Ułamek masowy x=mA/m		Stosunek masowy x=mA/mS		Szybkość suszenia dx/d [g/g *min]
				Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl
1	0	8,16	10,13	7,59	9,42	0,93	0,93	13,32	13,27	0,3530	0,299
2	10	6,15	8,01	5,58	7,74	0,91	0,91	9,79	10,28	0,3530	0,299
3	20	4,36	6,28	3,79	5,57	0,87	0,89	6,65	7,84	0,3243	0,245
4	30	3,29	4,81	1,72	4,1	0,75	0,85	3,02	5,77	0,2745	0,199
5	40	2,5	3,64	1,93	2,93	0,77	0,80	3,39	4,13	0,0510	0,1686
6	50	1,83	2,53	1,26	1,82	0,69	0,72	2,26	2,56	0,0655	0,16
7	60	1,34	1,63	0,77	0,92	0,57	0,56	1,35	1,29	0,0964	0,129
8	70	1,19	1,28	0,62	0,57	0,52	0,44	1,1	0,80	0,0259	0,0571
9	80	1,18	1,19	0,61	0,48	0,52	0,40	1,1	0,68	0	0,0148

Tabela 1. Zestawienie wyników procesu suszenia dla marchewki.

Bl - blanszowany

Nbl - nieblanszowany

Nr pomiaru	Czas pomiaru min	Masa materiału wilgotnego m[g]		Masa wilgoci mA[g]		Ułamek masowy x=mA/m		Stosunek masowy x=mA/mS
				Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl
1	0	7,71	10,01	7,09	9,20	0,92	0,92	11,44	11,5
2	10	5,77	8,06	5,15	7,25	0,90	0,90	8,31	9,06
3	20	4,17	6,2	3,55	5,39	0,90	0,87	5,73	6,74
4	30	3,37	4,92	2,75	4,11	0,82	0,83	4,44	5,14
5	40	2,73	3,92	2,11	3,11	0,77	0,79	3,40	3,89
6	50	2,28	3,1	1,66	2,29	0,73	0,74	2,68	2,86
7	60	1,99	2,37	1,37	1,56	0,68	0,66	2,21	1.95
8	70	1,9	2,05	1,28	1,24	0,67	0,60	2,06	1,55
9	80	1,91	1,93	1,29	1,12	0,68	0,58	2,08	1,40

Tabela 2. Zestawienie wyników procesu suszenia dla pietruszki.

Bl - blanszowany

Nbl - nieblanszowany

Nr pomiaru	Czas pomiaru min	Masa materiału wilgotnego m[g]		Masa wilgoci mA[g]		Ułamek masowy x=mA/m		Stosunek masowy x=mA/mS
				Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl	Bl	NBl
1	0	9,01	10,00	8,2	8,1	0,91	0,81	10,12	9
2	10	6,87	7,88	6,06	6,2	0,88	0,79	7,48	6,89
3	20	5,03	6,17	4,22	4,27	0,84	0,69	5,21	4,74
4	30	3,92	4,86	3,11	2,96	0,79	0,61	3,84	3,29
5	40	2,94	3,83	2,13	1,93	0,72	0,5	2,63	2,14
6	50	2,17	2,85	1,36	0,95	0,63	0,33	1,68	1,05
7	60	1,52	1,99	0,71	0,09	0,47	0,05	0,88	0,1
8	70	1,22	1,47	0,41	0,43	0,34	0,23	0,51	0,48
9	80	1,18	1,25	0,37	0,65	0,31	0,52	0,46	0,72

Tabela 3. Zestawienie wyników procesu suszenia dla selera.

Bl - blanszowany

Nbl - nieblanszowany

Wykres - krzywa suszenia marchewki (obliczenia):

Marchew blanszowana:

tgφ₁ = (X₁ - X_kr)/10

tgφ₁ = (13,32 - 9,79)/10 = 0,3530

tgφ₂ = tgφ₁

tgφ₂ = 0,3530

tgφ₃ = X₃/(40,5 - 20)

tgφ₃ = 6,65/(40,5 - 20) = 0,3243

tgφ₄ = X₄/(41 - 30)

tgφ₄ = 3,02/(41 - 30) = 0,2745

tgφ₅ = X₅/(106,5 - 40)

tgφ₅ = 3,39/(106,5 - 40) = 0,0510

tgφ₆ = X₆/(84,5 - 50)

tgφ₆ = 2,26/(84,5 - 50) = 0,0655

tgφ₇ = X₇/(74 - 60)

tgφ₇ = 1,35/(74 - 60) = 0,0964

tgφ₈ = X₈/(112,5 - 70)

tgφ₈ = 1,1/(112,5 - 70) = 0,0259

tgφ₉ = 0

Marchew nieblanszowana:

tgφ₁ = (X₁ - X_kr)/10

tgφ₁ = (13,27 - 10,28)/10 = 0,299

tgφ₂ = tgφ₁

tgφ₂ = 0,299

tgφ₃ = X₃/(52 - 20)

tgφ₃ = 7,84/(52 - 20) = 0,245

tgφ₄ = X₄/(59 - 30)

tgφ₄ = 5,77/(59 - 30) = 0,199

tgφ₅ = X₅/(64,5 - 40)

tgφ₅ = 4,13/(64,5 - 40) = 0,1686

tgφ₆ = X₆/(66 - 50)

tgφ₆ = 2,56/(66 - 50) = 0,16

tgφ₇ = X₇/(70 - 60)

tgφ₇ = 1,29/(70 - 60) = 0,129

tgφ₈ = X₈/(84 - 70)

tgφ₈ = 0,80/(84 - 70) = 0,0571

tgφ₉ = X₉/(126 - 80)

tgφ₉ = 0,68/(126 - 80) = 0,0148

Badany wyróżnik	Surowiec
		Blanszowany	Nieblanszowany
Krytyczna zawartość wilgoci, xkr [g H20/g s.s.]	9,79	10,28
Równowagowa zawartość wilgoci, xr [g H20/g s.s.]	1,1	0,68
Czas trwania pierwszego okresu suszenia [min]	10	10
Czas trwania drugiego okresu suszenia [min]	70	70
Szybkość odparowania wody, w pierwszym okresie suszenia [g H2O/h]
Szybkość odparowania wody w drugim okresie suszenia [g H2O/h]

Wnioski:

Suszenie przebiegało sprawnie co możemy stwierdzić po sprawdzeniu ubytków masy w ciągu suszenia poszczególnych produktów. Krzywe suszenia surowców blanszowanych i nieblanszowanych są podobne, na początku ubytek wilgoci jest intensywny, natomiast po około 70 minutach występuje moment wilgotności krytycznej czyli zawartość wilgoci charakterystyczny dla zmniejszania się szybkości procesu suszenia. Na krzywych szybkości suszenia widać iż dla materiału nieblanszowanego szybkość suszenia w pierwszym okresie procesu wzrasta bardzo gwałtownie, po czym intensywnie maleje, a w przypadku surowców blanszowanych szybkość suszenia również wzrasta ale nie tak szybko, po czym następuje ustabilizowanie a następnie spowolnienie procesu suszenia. Spowodowane to jest tym, że w materiale blanszowanym już przed rozpoczęciem suszenia było mniej wilgoci, a w momencie kiedy wody w materiale jest coraz mniej, coraz trudniej jest ją usunąć, stąd spadek szybkości procesu. Ważnym czynnikiem jest szybkość suszenia, ponieważ surowiec suszony zbyt szybko jest twardy na zewnątrz, przy czym w środku surowca nadal może znajdować się woda. Natomiast jeśli chodzi o suszenie za wolne, produkty mają ścisłą strukturę oraz są wklęsłe, dlatego bardzo ważna jest znajomość przebiegu procesu suszenia oraz działania poszczególnych suszarek.

II. Ćwiczenie 2: Wyznaczenie izoterm sorpcji dla wybranego rodzaju suszu

(dla zupy pieczarkowej).

Wykonanie:

Zważone i wysuszone do stałej masy próbki zupy pieczarkowej umieszczono w osobnych naczyńkach zawierających roztwór soli lub innego związku o znanej aktywności wody. Co pewien czas kontrolowano masę prób, wpisując wyniki do tabeli 4.

roztwór	Aktywność wody aW	Masa suchej substancji [g]	Masa materiału wilgotnego [g]					Masa wilgoci mA [g]	Stosunek masowy X [g H2O/g s.s]
						m1	m2			m3	m4	m5
LiCl	0,11	0,8709	1,001	1,0112	1,0110	1,0114	1,0116	0,1407	0,1616
MgCl2	0,32	0,8707	1,008	1,0231	1,0238	1,0244	1,0250	0,1543	0,1772
K2SO4	0,97	0,8641	0,9973	1,3632	1,6275	1,7113	1,8704	1,0063	1,1512
NaCl	0,75	0,8725	1,0029	1,1585	1,2445	1,2544	1,2688	0,3963	0,4542
CuCl2	0,68	0,8727	1,0031	1,1100	1,1254	1,1214	1,1335	0,2608	0,2988
K2CO3	0,43	0,8729	1,0034	1,0434	1,0428	1,0421	1,0398	0,1669	0,1912

Tabela 4. Wyniki na podstawie których sporządzono izotermię sorpcji.

87% suchej masy znajduje się w zupie pieczarkowej (sproszkowana).

LiCl:

Masa suchej substancji: 0,87 x 1,0001 = 0,8709

m_A = 1,0116 - 0,8709 = 0, 1407

Stosunek masowy = 0,1407/0,8709 = 0,1616

MgCl₂:

Masa suchej substancji: 0,87 x 1,0008 = 0,8707

m_A = 1,0250 - 0,8707 = 0,1543

Stosunek masowy = 0,1543/0,8707 = 0,1772

K₂SO₄:

Masa suchej substancji: 0,87 x 0,9932 = 0,8741

m_A = 1,8704 - 0,8741 = 1,0063

Stosunek masowy = 1,0063/0,8741 = 1,1512

NaCl:

Masa suchej substancji: 0,87 x 1,0029 = 0,8725

m_A = 1,2688 - 0,8725 = 0,3963

Stosunek masowy = 0,3963/0,8725 = 0,4542

CuCl₂:

Masa suchej substancji: 0,87 x 1,0031 = 0,8727

m_A = 1,1335 - 0,8727 = 0,2608

Stosunek masowy = 0,2608/0,8727 = 0,2988

K₂CO₃:

Masa suchej substancji: 0,87 x 1,0042 = 0,8729

m_A = 1,0421 - 0,8729 = 0,1669

Stosunek masowy = 0,1669/0,8729 = 0,1912

Wnioski:

Izoterma sorpcji która otrzymaliśmy to izoterma typu drugiego, której kształt jest sigmoidalny. Izoterma ta charakteryzuje produkty bogate w białka, skrobię lub inne związki wysokomolekularne. Zawartość wilgoci wzrasta na początku równomiernie, następnie rośnie wraz z aktywnością wody. Konieczna jest znajomość izoterm sorpcji do określania minimalnej zawartości wody w materiale, która może być teoretycznie osiągnięta w procesie suszenia danego materiału przez stosowanie powietrza w określonej temperaturze. Na próbce znajdującej się w środowisku K₂SO₄ (aktywność wody = 0,97) pojawiła się pleśń co jest spowodowane wysoką aktywność wody. Aktywność wody 0,97 sprzyja rozwojowi drobnoustrojów z rodzaju Escherichia, Pseudomonas i Bacillus.

---