Универзитет у НишуТехнолошки факултет у Лесковцу

Основи конзервисања

Конзервисање намирница сушењем

Студент: Професор:Стефан Стојиљковић 5291/13, ПТ др Ивана Карабеговић, доцент

У Лесковцу, октобар 2015.

Под појмом „сушење“ подразумева се одстрањивање воде, тако да намирница остане у чврстом стању. Због географских и климатских услова, одређене намирнице је могуће гајити само на одређеним географским ширинама. Од било којег начина конзервисања, које се заснива на принципу смањења активности воде, сушење има најдужу традицију. Осушене намирнице су познате од памтивека. То је, вероватно, најстарији метод конзервисања намирница уопште. Конзервисање сушењем неки називају и ксероанабиозом (од гршког ксерос – сув). Најстарији поступци сушења намирница заснивали су се на коришћењу енегрије Сунца и ветра. Познато је да су Индијанци у Америци сушили говеђе месо на сунцу. Природно осушена риба може се наћи у земљама Скандинавије, где је рибарење важна привредна грана, а користи се и данас за исхрану. На сунцу сушено воће познато је вековима уназад, а практикујуе се и данас где климатски услови то омогућавају. Данас, применом савремених уређаја за сушење, уствари се опонашају и побољшавају природни услови сушења, тј. примењују се топлота и струјање ваздуха. Тек негде средином овог века, овај поступак конзервисања је подигнут на ниво технологије. Иако се сушењем може конзервисати било која намирница, најчешће се суши воће и поврће (кромпир, мрква, купус, шпаргла, печурке, паприка, целер, патлиџан, боранија, грашак, јабука, кајсија, смоква, бресква, крушка, шљива, грожђе). У принципу, намирнице се суше тако што се вода у виду водене паре издваја из намирница које се:- загревају или- претходно замрзавају, а касније загревају. Иако за сада у пракси нема примену, напомиње се да се намирнице могу сушити и на собној температури, тј. без загревања, и то применом одређених десиканата (средства која упијају влагу). Пошто се намирница не загрева, практично не трпи никакве промене што се манифестује изванредним квалитетом. Кад се ради о сушењу, подразумева се да намирнице пре сушења могу бити у чврстом шљива, грожђе...) или течном (млеко) агрегатном стању, а да је финални производ у чврстом агрегатном стању. Сушењем се одваја вода до тог степена да таква намирница може годинама бити заштићена од кварења, плеснављења и губитка укуса. При томе се не сме одузети целокупна количина воде, јер то негативно делује на гипкост (еластичност) и на способност за поновно упијање воде.

Сорпциона изотерма

Свако тело чија је активност воде мања од 1,0 (тело које нема слободну воду) је хигроскопно. Важи и обрнуто – ако је напон водене паре већи у намирници у поређењу са околином, део воде ће испарити, односно намирница ће десорбовати одређену количину влаге.Ако се на константној температури мења напон водене паре изнад намирнице, тиме ће се мењати и садржај влаге у намирници, у складу са одвијањем процеса сорпције или десорпције. Крива која представља зависност садржаја влаге у намирници од релативне влаге околног ваздуха, назива се сорпциона изотерма. Она почиње нулом, што одговара апсолутно сувом производу, а завршава се вредношћу близу 100, што одговара максимално могућем садржају хигроскопне влаге.Многи истраживачи су објашљавали облик изотерме на основу јачине везивања воде на суву супстанцу. На приказаном графикону сорпциона изотерма је тачкама „А“ и „В“ подељена на три области.

Слика 1. Хипотетичка сорпциона изотерма

а – вода која се сушњем не одвајаb – вода која се одваја сушењем

Област I представља мономолекуларни слој практично везане влаге, која се уобичајеним сушењем не одстрањује и која на учествује у било каквим реакцијама. Вода која условљава влажност у области II је „лабаво“ везана, односно представља полимолекулски слој влаге, услед поларности молекула воде која је слабим силама везана за монослој. У области III вода се налази у макрокапиларама и релативно лако може учествовати у разним реакцијама (има особине воде у правом смислу речи).Граница између области II и III представљена је тачком „B“ и односи се на равнотежну влажност материјала која условљава активност воде измешу 0,6 и 0,7; то је уобичајена граница до које се намирнице суше.Сорпциона изотерма се може формирати тако што се прати процес сорпције (адсорпција), тј. упијање влаге или да се мери супротан процес („исушивање“, десорпција).

Сушење загревањем

Како је већ речено, вештачко сушење често опонаша природне услове при сушењу, при чему је битно деловање топлоте и струјање ваздуха. При вештачком сушењу вода се из намирнице отклања загревањем помоћу топлог ваздуха. Да би сушење било коректно изведено, потребно је да је ваздух:

- загрејан до одређене температуре и- да константно струји.

Температура ваздуха мора обезбедити сушење, али да не изазове прегревање производа и непожељне промене на намирници. Јасно је да се намирница загрева у контакту са топлим ваздухом, а топлота се у дубље слојеве преноси кондукцијом. Загревање ваздуха се може извести директно, индиректно или комбинованим поступком. При директном загревању, пламен непосредно загрева ваздух који се усмерава ка сушеној намирници. То значи да се овом струјом ваздуха на намирницу усмеравају и сви продукти сагоревања. Јасно је да у том случају гориво мора бити изузетно чисто, што значи да у продуктима сагоревања на буду састојци који би могли бити штетни по здравље или да изазивају непожељне органолептичке карактеристике готовог производа. Као гориво, у овом случају, треба се користити: пропан, бутан или природни – земни гас. Другим горивима практично није могуће задовољити наведени захтев, тако да се чешће примењује индиректни систем загревања ваздуха, што значи да се ваздух загрева пролазом преко одређених измењивача топлоте и вентилаторима се усмерава ка сушеном производу. Очигледно је да је при индиректном загревању већи утрошак енергије. Ради убрзања сушења, уштеде енергије и добијања бољег квалитета, сем сушења при уобичајеном атмосферском притиску, сушење се може обавити и при смањеном атмосферском притиску (вакууму), односно при нижој температури сушења. Сушењем у вакууму, када је у великој мери одстрањен кисеоник, омогућено је боље очување боје, укуса и облика производа, као и витаминског састава. На брзину сушења утичу различити фактори. Неки од њих су следећи: величина површине, структура намирнице, начин везивања воде и услови сушења. Разноликост намирница и поједини фактори од којих зависи брзина сушења и квалитет осушене намирнице условили су развој различитих техника сушења. Са аспекта сушења све намирнице су сврстане у следеће групе:

1. Више или мање течне намирнице (раствори, сокови, екстракти, суспензије, емулзије). Овде се убрајају и намирнице у облику каше које су дезинтеграцијом првобитног облика ослобођене нејестивих делова (пасирано воће и поврће).

Сви ови производи се суше распршавањем или на топлим површинама (ваљкасте сушаре), а само сушење не причињава веће тешкоће и проблеме. Брзина сушења је константна.2. Намирнице које су једнородне по саставу (хомогене и изотропне), а по облику су налик геометријским телима (производи од пшеничног или неког другог брашна, као што су: пекарски производи, кнедле, резанци...). Пренос топлоте и влаге је униформан, а због геометријски дефинисаних облика лако је могуће израчунати брзину сушења оваквих производа; она представља константну вредност.3. Намирнице са, углавном, природном структуром чије су ћелије престале са животним функцијама. Овде се убрајају намирнице животњског порекла (месо, риба), као и неке намирнице биљног порекла (бланширано поврће, кафа, чај, какао и различити зачини).

Сушење ове групе намирница је доста компликовано, пре свега зато што на брзину сушења у великој мери утиче пренос воде из унутрашњости на површину. Структура ових намирница је веома различита и неравномерна, тако да је стварна површина сушења непозната. Све док испарава само слободна вода (производ је практично прекривен слојем слободне воде), брзина сушења је константна. После одвајања ове воде, везани део воде дифундује ка површини намирнице која се суши. Унутрашњи транспорт воде се одвија преко ћелијских зидова и различитих ткива, услед чега брзина овог транспорта није позната, тако да није могуће израчунати и прогнозирати напон водене паре на површини материјала који се суши. Ако се има у виду и сама хетерогеност оваквог материјала (сви плодови нису исте величине, сува материја може бити различита) онда је јасно да се о брзини сушења може говорити само као средњој брзини сушења, и то искључиво на основу експерименталних података.4. Још компликованије је сушење намирница у чијим се ћелијама у почетку сушења одвијају животни процеси (воће, жито, небланширано поврће). Очигледно је да је у току сушења због одузимања воде или високе температуре долази до одумирања појединих ћелија, што има одраза на унутрашњи транспорт воде и на њено одвајање од намирнице.

Без обзира о којој се намирници ради, све док се на њеној површини налази слој слободне воде, брзина сушења при датим условима је константна. Када се успори или прекине доток воде из унутрашњости, слој слободне површинске воде испари веома брзо (AW на површини падне испод 1), а брзина сушења се смањује. У највећој мери брзина сушења у овом периоду зависи од брзине преноса слободне влаге из дубљих слојева намирнице ка површини. Нормално је очекивати да је сада потребно (због успореног дотока воде на површину и смањене испарене количине воде) смањити и количину доведен топлоте. У супротном долази до прегревања намирнице, стварања тврдог површинског слоја који спречава даљи доток воде из унутрашњости, карамелизације сећера и других негативних последица.

Уређаји за сушење

Имајући у виду разноврсност намирница према хемијском саставу и агрегатном стању, као и различиту могућност сушења према специфичним обележјима (начин рада, начин загревања, правац и смер кретања ваздуха, различити притисци при сушењу и др.) постоји веома велики број подела и класификација уређаја за сушење. Не улазећи дубље у ову проблематику, дају се најважније класификације и приказ неких уређаја за сушење када се вода издваја у облику водене паре.

За сушење намирница у комадима често се примењују континуалне тунелске или тракасте сушнице са могућношћу да је намирница изложена различитим, али унапред дефинисаним условима (најповољнији услови струјања ваздуха, температура и влажност). У свим континуалним сушницама намирнице које се суше крећу се на колицима, вагонетима или траци истосмерно или противструјно са кретањем топлог ваздуха, при чему комади намирница један у односу на други не мењају положај (тунелска сушница) или га мењају (тракаста-флуидизациона). Иако, у принципу, није битно да ли топао ваздух струји паралелно (истосмерно или противсмерно) или попречно на правац кретања намирнице, постоји низ варијаната сушница у овом погледу – у зависности од осетљивости производа и економичности самог сушења.

С' обзиром на то да је сувља намирница осетљивија на деградативне промене, лакокварљиве намирнице се чешће суше уз истовремено кретање ваздуха. Међутим, и овакав начин сушења има мана, јер велика температурна разлика између ваздуха и намирнице може довести до прскања осетљивог биљног ткива (воће и поврће) и издвајања течне фазе.

Течне намирнице се веома успешно суше у спреј-сушницама, тако што се формира емулзија или суспензија у врућем ваздуху. Мале капљице се суше веома брзо и претварају се у прах пре него што стигну до зидова сушнице. Величина капљица које се суше обично износи 10-100 μm. Обично је температура ваздуха на улазу нешто испод 200°С. Производ се током сушења загреје на око 45°С, а само сушење траје неколико секунди. У оваквим сушницама обично се примењују ротирајући распршивачи (атомизери). Распршена течна намирница обично пада са врха сушнице. Насупрот њој, струји осушени и стерилни ваздух који одузима влагу, а истовремено успорава падање капљица.

Вискозне намирнице се обично суше применом контактних сушница. Материјал који се суши углавном или искључиво се загрева кондукцијом, тј. намирница се суши у директном контакту са загреваном површином (ваљцима) који се изнутра обично загревају воденом паром. Оне могу радити под атмосферским притиском – када се ваздух користи за транспорт испарене воде или могу радити под вакуумом, при чему се водена пара одводи кондензацијом и исисавањем. Намирница у танком слоју се мора осушити за краће време него што се ваљак (бубањ) једном окрене. Овакве сушнице су погодне за сушење пастозних производа које није могуће атомизирати и сушити у спреј-сушници (нпр. кромпир пире). Поготово су добре за сушење намирница са доста скроба (кромпир), јер се истовремено са сушењем одвија и клајстеризација скроба, тако да се овако добијени производи убрајају у инстант производе (припремљени су за јело додатком одређене количине воде; осушена намирница се лако раствара).

Сушење лиофилизацијом

Како се из самог назива може закључити, током овог начина сушења вода из намирнице се издваја у виду водене паре, и то сублимацијом. Јасно је да се ради о намирницама које су претходне замрзнуте. Материјал се лиофилизацијом суши у контактној сушници уз примену вакуума. С' обзиром на то да се вода издваја на ниској температури, ако се уопште дешавају какве хемијско-биолошке промене, оне су сведене на минимум. Са аспекта квалитета, ово је најбољи начин дехидрације (нема непожељних органолептичких промена, способност рехидратације је веома велика, очуван је првобитни облик), али је за сада економски неприхватљив за већину намирница.

С' обзиром на то да се у поређењу са обичним сушењем лиофилизацијом одстрани већи део воде (у намирници остане 1-3% воде), такве намирнице су и хемијски стабилне током складиштења. Истовремено, овако осушене намирнице су хигроскопније, о чему се треба водити рачуна, тј. таква намирница обавезно треба бити пакована у паранепропустљиву амбалажу. Лиофилизацијом осушен производ је порозне (сунђерасте) структуре, тј. има велику површину, што омогућава одвијање оксидационих процеса у већој мери. За спречавање ових непожељних процеса, овакви производи се често пакују у атмосфери инертног гаса (најчешће азот). Да би се могло одвијати сушење лиофилизацијом, потребно је намирницу замрзнути да се слободна вода претвори у лед; у следећој фази замрзнута намирнице са благо загрева уз примену доста високог вакуума (често мањи од 133 Ра), а издвојена водена пара се одводи из самога апарата. Загревање намирнице мора бити постепено и благо, и то до температуре која неће изазвати отапање леда. Промена температуре намирнице током сушења лиофилизацијом приказана је на следећем графику.

Утицај сушења на квалитет намирница

Сваким поступком конзервисања долази до одређених промена на конзервисаној намирници. Без обзира како је сушење изведено, и оно оставља одређени траг на квалитет. Идеално осушена намирница би требало бити у могућности да прими сву количину извојене воде, и да у потпуности поврати првобитна својства. Међутим, по правилу, осушена намирница не може повратити првобитна својства, нити може примити првобитну количину воде. Сушењем долази до промена у боји, укусу, мирису и конзистенцији, као и до губљења одређених осетљивих састојака. Када се говори о квалитету осушених намирница, најчешће се мисли на рехидратацију, тј. на могућност враћања (примања) издвојене воде. У овом смислу не треба губити из вида да услови сушења (температура) у највећој мери утичу на моћ рехидратације. Вода је у великој мери везана за протеински комплекс (раствор желатина). Познато је да протеини чине спиралне облике, и да су амино групе међусобно везане водоничним везама. У присуству воде, на активна места аминогрупа су уграђени молекули воде, тј. преко молекула воде су везане аминогрупе. У случају примене температуре која нарушава ову везу, вода се издваја из овог комплекса, протеини прелазе у нову, стабилну “неводену” форму, активна места аминогрупа су попуњена међусобно, и вода се више не може вратити на првобитно место. На ниским температурама сушења (лиофилизација) не долази до деградације и денатурације протеина, задржава се њихова првобитна конфигурација (није успостављена директна водонична веза између аминогрупа), што омогућава да се вода врати на првобитно место. У току сушења, нарочито при вишим температурама, убрзавају се оксидациони процеси што се најчешће огледа у смањењу садржаја аскорбинске киселине и оксидацији липидних компонената. Поготово у овом другом случају, ова појава може знатно погоршати органолептичке особине. Сушењем се концентришу састојци у намирници, што доводи до неензимског тамњења, тј. настају горке и тамне компоненте – меланоиди, што знатно мења боју и изглед производа. До истих појава може доћи и услед карамелизације шећера на повишеним температурама сушења. Ако температура сушења није довољно висока за термичку деструкцију ензима, да не би дошло до ензимских промена, како током сушења тако и при складиштењу, ензиме претходно треба инактивирати, што се изводи најчешће бланширањем или сулфитирањем. Јасно је да је циљ сваког сушења да све ове могуће негативне промене буду сведене на најмању могућу меру. Температура складиштења осушених производа је вероватно и важнија од температуре сушења, зато што је време складиштења сушених производа много дуже од времена самог сушења. Оксидационе промене у току складиштења осушених производа могу се свести на минимум захватима као што су: услови складиштења (температура), паковање у амбалажу непропустљиву за ваздух, паковање у

атмосфери инертног гаса или примена антиоксиданаса.