Notiuni si particularitati ale procesului de uscare

Notiuni si particularităti ale procesului de uscare

Uscarea legumelor si fructelor este procesul tehnologic prin care se reduce continutul natural de apa până la un nivel care sa impiedice activitatea microorganismelor, fara a se distruge tesuturile sau a se deprecia valoarea alimentara a produselor.

  Ansamblul de fenomene ce se produc in timpul uscarii duce la concentrarea substantei uscate, reducerea volumului materiei prime folosite, cresterea valorii alimentare la unitatea de greutate si modificari fizicochimice mai mult sau mai putin profunde in starea membranelor si componentelor celulare, care se exteriorizeaza prin limitele capacitatii de rehidratare.

– Deshidratarea reprezinta procesul in virtutea caruia fructele si legumele pierd o anumita cantitate de apa, in urma carui fapt se realizeaza o stare fizico-chimica propice mentinerii valorii lor nutritive si atributclor calitative: gust, miros, aroma.

– Uscarea se deosebeste de deshidratare prin lipsa de reglare a temperaturii, umiditatii relative si miscarii aerului, in care scop se foloseste si expresia de uscare naturala, spre deosebire de deshidratare, care este o uscare artificiala.

Particularitati

Diferenta dintre uscarea naturala si cea artificiala consta in natura energiei termice folosite si anume energie solara (uscare naturala) si energia rezultata din arderea unui combustibil oarecare (uscare artificiala sau deshidratare) si viteza cu care se indeparteaza excesul de apa din materia prima respectiva.  

ln primul caz prin simpla expunere la aer si la temperatura mediului ambiant are loc indepartarea umiditatii din produse prin procesul de evaporare. ln cazul al doilea, pentru a continua procesul deshidratarii se apeleaza la un aport suplimentar de caldura, inlaturarea apei făcându-se prin procesul de vaporizare.

Evaporarea, trecerea apei in stare de vapori intr-un mediu in care in afara vaporilor de apa exista si aer si alte gaze.

Vaporizarea, trecerea apei in stare de vapori, intr-un mediu in care exista numai vapori de apa.

Evaporator, este instalatia de uscat fructe si legume in care miscarea aerului se face de la sine, pe baza diferentei termice existente intre atmosfera din evaporator si atmosfera externa.

Deshidrator este o instalatie de uscat fructe si legume folosita pentru indepartarea excesului de apa din materia prima supusa deshidratarii, in care cel putin circulatia aerului incalzit, viteza de miscare, temperatura si umiditatea relativa a aerului sunt controlate automatizat, potrivit unor parametri fixati in prealabil pentru respectiva materie prima supusa procesului.

 Pentru evaporarea apei din produsele supuse deshidratarii, se utilizeaza diferite tehnici care constau dintr-o succesiune de operatii tehnologice si se folosesc aparate si instalatii mai mult sau mai putin perfectionate cu un consum de energie mai mare sau mai redus si care, pe cât posibil, permit reducerea pierderilor de caldura. Evaporarea apei din legume si fructe este un proces complex in care sunt implicate, pe de-o parte, structura anatomica a produselor, iar pe de alta parte unele legi fizico-chimice de constituire a substantelor celulare ca si permeabilitatea membranelor celulare. 

Randamentul reprezinta cantitatea de produs finit obtinut din cantitatea de materie prima si se exprima in procente.

Ratia de uscare sau deshidratare reprezinta cantitatea de materie prima necesara pentru obtinerea a 1 kg de produs finit;

1.1. Continutul legumelor în apă

Legumele si fructele sunt produse vegetale care contin mari cantitati de apa, intre 80 si 95% (tabelul 3). Prin uscare, acest continut trebuie redus la 8-24%, in functie de capacitatea produsului de a-si mentine caracteristicile de calitate si igiena, cu un continut mai mare sau mai redus de apa.

Continutul ridicat de apa in produsele proaspete explica si normele ridicate de materie prima necesare pentru obtinerea unei unitati de produs uscat (tabelul 3).

Tesuturile produselor vegetale sunt formate dintr-o multitudine de celule cu o structura fundamentala similara, dar variabila de la o specie la alta din punct de vedere morfologic (marime, forma) si fiziologic.

Apa se gaseste sub doua forme in tesuturile produselor vegetale:

– apa libera, in spatii intercelulare 

– apa legata, care in proportie de 90% se gaseste in vacuolele celulare.

Tabelul 3

In apa vacuolara sunt solubilizati unii constituienti celulari cu greutate specifica mica ca proteinele, hidratii de carbon, lipidele, acizii organici etc.

Daca apa libera, intercelulara, se evapora relativ usor din tesuturile produselor horticole, dimpotriva, apa legata, intracelulara, apa vacuolara, care este parte componenta a substantelor celulare, este cedata de acestea cu mare dificultate, deci se evapora foarte greu. Pentru evaporarea ei trebuie invinse mai intai legile fizico-chimice specifice care asigura compozitia si stabilitatea compusilor celulari, apoi trebuie asigurata migrarea apei prin peretii celulelor (membrane), care au o permeabilitate relativ redusa. Tehnologiile au gasit remediile necesare pentru a invinge aceste obstacole la evaporare, dar realizarea lor se face cu consum de energie.

In ceea ce priveste particularitatile comportarii legumelor si fructelor la uscare trebuie, in primul rând, sa se aiba in vedere caracteristicile specifice gustative, deci ale partii lor comestibile.

Clasificarea fructelor si a legumelor

Clasificarea legumelor si fructelor dupa partea comestibila, este urmatoarea:  

– radacina la morcov, patrunjel, telina, pastârnac si altele. Le mentionam numai pe acelea care se deshidrateaza;

– tulpină sub forma de tuberculi la cartofi sau sub forma de bulbi la ceapa, usturoi, praz;

– frunza la spanac, salata, patrunjel, telina; mărar, leustean;

– inflorescenta la conopida;

– fructul sub forma de pastaie la fasole verde; sub forma de baca la rosii, ardei. struguri; sub forma de drupa la cirese, visine, prune, piersici si caise; sub forma de polidrupft la zmeura si mure; sub forma depseudopolinucula la capsuni sau sub forma de fructe false, carnoase la semintoase (mere, pere si gutui).

  Pentru uscarea produselor din fiecare categorie,  trebuie folosita o tehnologie specifica. Asa de exemplu, legmnele radacinoase se caracterizeaza prin cresterea accentuata in grosime, acumularea unor cantitati mari de substante de rezerva si de apa, iar la suprafata au scoarta formata din mai multe rânduri de celule,  rândul exterior cu rol de protectie are membrana suberificata, impermeabila pentru apa. Pentru uscare trebuie indepartata scoarta, apoi se face divizarea radacinilor in cuburi sau felii.

Legumele de la care se folosesc fructele, ca si speciile pomicole (drupe sau fructe false carnoase) au la suprafata  o pielita (epicarp) formata din doua sau mai multe straturi de celule, cu rol de protectie pe rândul exterior de celule se afla un strat de ceara sau chiar perisori mai fini sau mai grosieri, care ingreuneaza procesul de uscare.  Având in vedere  aceste particularitati ale procesului de uscare a legumelor si fructelor se explica necesarul de consum de energie in efectuarea acestui procedeu de conservare. Aceste consumuri sunt explicabile numai daca se au in vedere caracteristicile anatomo-fiziologice ale legumelor si fructelor si continutul lor ridicat in apa, precum si proprietatile apei din produsele proaspete.

1.2.  Mecanismul procesului de uscare

Pentru indepartarea apei din legume si fructe, in timpul procesului de uscare, intervin doua fenomene fundamentale:

– transferul de caldura, care asigura energia necesara transformarii apei in vapori;

– transferul de masa prin transferul apei sau vaporilor de apa prin celule si apoi afara din produs. Pentru a putea fi uscate produsele trebuie sa fie in primul rând încălzite. Caldura este adusa la produs fie cu ajutorul aerului cald (convectie), fie prin incalzirea suprafetei pe care se gasesc produsele, de la care acestea preiau caldura ( conductie).

In cazul incalzirii produselor direct de la razele solare, transmiterea caldurii se face prin radiatie, Vaporii de apa iesiti din produs sunt preluati de aer, care devine mediu de transfer de masa. Pentru a intelege transferul de apa din produs, trebuie definite si explicate câteva propietati de baza ale amestecului de aer si vapori de apa:

– Umiditatea absoluta a unui amestec aer + vapori, reprezinta cantitatea de vapori de apa exprimata in grame, care poate fi continuta de un m3 de aer la o anumita temperatura si presiune.

 –Umiditatea relativa a aerului este definita printr-uri raport, exprimat in procente, intre cantitatea de vapori de apa aflati intr-un volum de aer la un moment dat si cantitatea de vapori de apa aflati in acelasi volum de aer, când este saturat, la aceeasi temperatura si presiune. Umiditatea relativa a aerului arata capacitatea aerului respectiv de a prelua cantitati noi de vapori de apa in cursul deshidratarii, până la atingerea gradului sau de saturatie.

Viteza de deshidratare si uscare depinde deci de umiditatea relativa a aerului din instalatie; cu cât aceasta va fi mai scazuta, cu atât uscarea va avea loc intr-un timp mai redus. Daca temperatura aerului din instalatia de uscare creste, umiditatea relativa a aerului scade, deci el va putea prelua cantitati noi de vapori de apa. Dimpotriva, daca temperatura aerului va scadea, el va deveni saturat in vapori de apa, iar daca va scadea si mai mult, vaporii de apa din aerul respectiv se vor condensa. Acesta este punctul de roua sau temperatura de roua.

De aceea, in timpul procesului de uscare, aerul din instalatie trebuie sa fie in continua circulatie si sa fie incalzit, pentru a-i creste capacitatea de a prelua cantitati noi de vapori de apa.

In instalatiile de uscare, evaporarea apei are loc atât pe baza diferentei de temperatura dintre cea a produsului supus uscarii si cea a aerului incalzit, cât mai ales prin diferenta dintre presiunea vaporilor din interiorul tesuturilor si cea a vaporilor cuprinsi de aerul din instalatie. Evaporarea este influentata si de tensiunea (forta) superficiala a vaporilor de apa din produs. Evaporarea se desfasoara până când se realizeaza un echilibru intre presiunea vaporilor din cele doua medii, cu alte cuvinte până când aerul cald din instalatie a fost saturat cu vapori de apa.

Cantitatea de vapori de care poate fi absorbita de aer este in strânsa dependenta de temperatura aerului din instalatie, deoarece cu cât aerul este mai cald, cu atât el poate absorbi o cantitate mai mare de vapori. Când s-a stabilit echilibrul intre umiditatea produsului si saturatia aerului cu vapori de apa in instalatie, iar produsul nu este inca gata uscat, procesul de uscare va putea continua numai prin crearea unui nou dezechilibru intre umiditatea celor doua medii. Acest dezechilibru se poate realiza prin una din urmatoarele masuri tehnologice:

– fie prin ridicarea temperaturii aerului din instalatie – daca aceasta operatie este posibila din punct de vedere tehnologic;

 – fie ventilând aerul din instalatie, făcându-l sa piarda o anume cantitate de vapori de apa cu care este incarcat.

Asupra caracteristicilor structo-texturale si fizicochimice pierderea apei din tesuturile legumelor si fructelor are o influenta profunda. Tesuturile vegetale in stare vie au proprietatea de turgescenta; fiecare celula este mentinuta destinsa, datorita continutului ei in lichid si are o structura destul de ferma.  Peretii celulelor sunt sub tensiune, iar continutul lor sub compresie. Peretii celulelor au rezistenta si plasticitate, dar daca solicitarea elastica creste peste o oarecare valoare, moderata, structura cedeaza partial ireversibil. Aceste deformatii plastice au loc indiferent de metoda folosita pentru uscarea celulelor vegetale sau animale in afara de liofilizare, unde dimensiunile originale sunt mentinute.

Daca celulele sunt omorâte prin oparire, peretii celulari devin mai usor permeabil, turgescenta poate disparea, iar deformarea permanenta prin uscare poate deveni chiar mai mare. Aceste procese se desfasoara in trei faze:

 – Faza de incalzire a materiei prime supusa uscarii. In cursul acestei faze, practic nu are loc fenomenul de evaporare a apei din produs, ci se urmareste depasirea starii de echilibru dintre umiditatea relativa a aerului din instalatia de uscare si umiditatea produsului de uscat. Încalzind aerul din instalatie se creeaza capacitatea acestuia de a absorbi o cantitate mai mare de vapori, iar prin incalzirea produsului scade tensiunea superficiala a vaporilor de la suprafata lui.

In aceasta faza, pe masura evaporarii apei de pe suprafetele umede ale produselor, diametrul porilor superficiali si a capilarelor pline cu apa se micsoreaza, elementele structurale solide se strâng sub influenta tensiunii superficiale si efectul se adânceste in straturile de tesuturi, spre centrul bucatilor de produse supuse uscarii; volumul contractiei este egal cu cel al apei evaporate si viteza uscarii pe unitatea de suprafata ramâne constanta.

– Faza de uscare, in care evaporarea apei se produce ca urmare a dezechilibrului creat intre umiditatile celor doua medii si a scaderii tensiunii superficiale a vaporilor de la suprafata produsului. Evaporarea se va realiza intr-un timp cu atât mai scurt, cu cât circuitul aerului pentru eliminarea vaporilor de apa pe care i-a preluat de la produs, se va realiza intr-un ritm mai rapid si intr-un circuit inchis fara pierderi de caldura.

In aceasta faza, elementele structurale ale produsului incep sa se deformeze prin incretire astfel  incât tind sa ocupe mai putin spatiu iar o parte din apa este indepartata la suprafata, dar la aceasta se opune cresterea rezistentei la deformare, iar o parte din apa este indepartata de la suprafata legumelor si fructelor prin difuzie moleculara in aer prin capilarele deschise.

In continuare, straturile groase de apa care tineau separat lanturile moleculare lungi si flexibile ale produselor, incep sa cedeze moleculele mai slab retinute intr-un strat difuzional in directia tesuturilor cu concentratie scazuta in apa,  spre suprafata.

Procesul continua prin subtierea straturilor groase până ce apa rămâne, in medie, in strat gros de o molecula, adsorbit de suprafetele interne, neuniform, dar de preferinta indreptate spre grupurile de celule cu polaritate mai mare din structura substratului. Elementele structurale continua sa fie tinute mai strâns impreuna si se contracta, desi mai putin decât volumul de apa pierdut.

– Faza finala se considera din momentul când produsul incepe sa cedeze din apa legata. In aceasta faza, procesul de evaporare a apei din produse incetineste simtitor curba de uscare, inregistrind descresteri. Difuzia umiditatii din rnasa produsului se face tot mai dificil; ea depinde de gradul de solubilitate a substantelor in apa celulara, de structura produsului, de capilaritatea lui, de marimea bucatior de produs supuse uscarii.

In aceasta faza finala, moleculele de apa, adsorbite pe suprafetele interne ale constituientilor solizi, sunt indepartate printr-un proces de difuzie activa de-a lungul lamelelor sau fibrelor solide, in directia suprafetelor cu potential mai scazut de vapori. In acest proces, o molecula de apa, care prin schimb capata un impuls mai mare decât mediu, in vibrarea ei termica continua, poate sari din locul ei de absorbtie intr-un loc vacant, apropiat si, in medie, vor fi mai multe loturi vacante in directia presiunii scazute de vapori. Procesul va continua insa din ce in ce mai  lent, până când este atins echilibrul cu umiditatea aerului inconjurator.

1.3. Operatii specifice pentru uscarea legumelor si fructelor

Pregatirea materiei prime pentru uscare in gospodarie, cuprinde mai multe operatii, care, in general, sunt comune tuturor speciilor de legume si fructe. Totusi, sunt unele operatii care sunt specifice legumelor, iar altele specifice fructelor, sunt apoi specii care au cerinte particulare pentru unele operatii.

Fluxul tehnologic general de uscare a legumelor si fructelor:

Legume                                                                            Fructe

recoltare                                                                          recoltare

sortare |

      |                                                                                   sortare

spalare                                                                                   |

      |                                                                              spalare

decojire                                                                                |

     |                                                                                  divizare

divizare                                                                                |

     |                                                                                     spalare

oparire                                                                                 |

      |                                                                                   uscare

spalare                                                                                |

      |                                                                                 exudare

uscare                                                                                  |

      |                                                                                  conditionare

conditionare                                                                        |       

      |                                                                                   ambalare

ambalare              

Recoltarea legumelor si fructelor se face cu mare atentie pentru a nu deteriora calitatea si valoarea lor. Operatia se face fie cu mâna, fie cu ajutorul unor ustensile. Momentul de recoltare are o influenta hotaritoare asupra reusitei acestei activitati si difera de la o specie la alta. Asupra lui vom reveni când prezentam particularitatile de care trebuie sa tinem seama la fiecare specie.

Sortarea este operatia prin care se urmareste indepartarea produselor care nu indeplinesc conditiile de calitate corespunzatoare uscarii.

Se indeparteaza: exemplarele care prezinta defecte mecanice (zgârieturi, taieturi, zdrobiri partiale); exemplarele cu defectc fiziologice (de culoare, fructe supramaturate sau insuficient coapte, cu arsuri de substante insecto-fungicide etc.); exemplarele cu atac de boli criptogamice (mucegaiuri) si daunatori (atac de insecte, de pasari) etc.

Spalarea este operatie comuna, atât pentru fructe cât si pentru legume ; are ca scop indepartarea de pe suprafata produselor a particulelor de pamânt, nisip, praf, a corpurilor straine (resturi vegetale sau a urmelor de substante fitosanitare) etc. La legumele radacinoase si cartofi este bine ca spalarea sa se faca inainte de sortare. Spalate, exemplarele necorespunzatoare sunt sesizate si indepartate mai usor. Spalarea se fare cu apa potabila.

  Decojirea este o operatie specifica si obligatorie pentru unele specii de legume, ca ceapa, radacinoasele sau cartofii si facultativ pentru unele specii de fructe ca merele, perele sau piersicile. Ea consta in indepartarea stratului suberos la radacinoase sau cartofi, a foilor de protectie la ceapa sau a epidermei la mere, pere si piersici. Lucrarea se poate efectua manual sau chimic.  Manual, lucrarea se executa cu cutitul. Depelarea se poate face si cu razatoarea. Decojirea chimica sau depelarea se face cu solutii apoase alcaline, de concentratie redusa. Dar cel mai adesea este folosita solutia de hidroxid de sodiu (soda caustica), in concentratie de 12-20%, incalzita la 5-95°C.  

In aceasta solutie produsele sunt tinute 3-15 minute. Sub actiunea solutiei alcaline si a temperaturii, substantele practice din membranele celulelor sunt transformate in saruri ale acidului pectic care sunt usor solubile in apa. Ca urmare, coaja produselor se desface de pe tesuturi ( iar jetul de apa o indepareaza si totodata spala resturile de solutie alcalina. In gospodariile individuale, decojirea tehnica se efectueaza prin scufundarea produselor, cu ajutorul unor cosuri de ,nuiele in solutie de soda caustica incalzita.

 Divizarea sau taierea produselor in bucati sau felii se efectueaza la toate legumele, cu exceptia frunzoaselor si a unor fructe. Taierea se poate face manual, folosind cutite inoxidabile. Operatia se executa in functie de specie.

La ardei de exemplu, se face ,,decaparea” – scoaterea cotorului si a semintelor si taierea in jumatati sau sferturi. La tomate, taierea se face in felii, sferturi sau optimi; la soiurile alungite, taierea se efectueaza in rondele de 4-5 mm grosime. Radacinoasele si cartofii se taie in felii sau cuburi.

La fructe, taierea se face in jumatati, cu scoaterea sâmburelui la prune, caise sau piersici; merele si perele se taie in sferturi sau felii de 10-15 mm, cu scoaterea casei seminale. Dupa taiere, se efectueaza la unele specii o spalare pentru a indeparta resturile de tesuturi, ca si sucul celular si amidonul scurse din celulele taiate.

Oparirea consta in scufundarea produselor, timp de 3- 5 minute, in apa fierbinte la 98-100°C. Pentru a frâna procesele de schimbarea culorii in apa se pot adauga si substante antioxidante ca de exemplu sulfit de sodiu, in concentratie de 0,3-0,5%. Oparirea mai are avantajul ca reduce timpul de uscare a produselor, favorizând evaporarea apei din produse. Totodata, se reduce numarul de spori si microorganisme de pe suprafata produselor. La prune, oparirea se face timp de 5-30 secunde in solutie alcalina de 0,5-1,5% si are ca scop, indepartarea stratului de pruina de la suprafata fructelor. La struguri opărirea se executa timp de 5-10 minute, in solutie alcalina de hidrat de sodiu in concentratie 30 de 0,1-0,75%.  Toate legumeie si fructele oparite sunt spalate cu apa rece, imediat dupa oparire, fie prin scufundare, fie prin stropire.

Sulfitarea este o operatie specifica fructelor care urmeaza sa fie uscate si consta in aplicarea unui tratament cu bioxid de sulf (SO2) rezulta din arderea sulfului in spatii inchise sau din tuburi, in care SO2 este lichefiat, lichida, când produsele sunt scufundate in solutii acide ale compusilor sulfului, ca acidul  sulfuros, sulfit sau bisulfit de sodiu sau potasiu. Sulfitarea are practic acelasi rol ca si oparirea

Asezarea produselor pe gratare se face manual, intr-un strat subtire, in mod uniform, fara aglomerari si fara sa ramâna spatii de gratar neacoperit. Produsele taiate in jumatati sau sferturi ca ardeii, rosiile, caisele, merele, perele se asaza, cu pielita spre gratar si miezul in sus, intr-un singur strat. In felul acesta apa se evapora mai usor din produse. Cantitatea de produs care se poate aseza pe un metru patrat de gratar difera de la o specie la alta si in functie de metoda de lucru folosita.

Uscarea asigura calitatile de pastrare si nutritive al produselor, prin indepartarea apei până la limita ce asigura conservabilitatea produsului. In practica, indepartarea apei are loc prin evaporare, prin simpla expunere a produselor la aer cald.

Condifionarea si  ambalarea produselor uscate asigura gruparea produselor pe categorii de calitate si mentinerea calitatii până la consum.                              

Sursa : ” CONSERVAREA IN GOSPODARIE A LEGUMELOR SI FRUCTELOR PRIN USCARE ” – Dr. ing. OCTAVIAN BURCEA; Ing. STEFANIA FUGEL