Teoria uscarii

Îndepărtarea excesului de apă din materia primă este condiţionată de transmisia căldurii şi de starea şi mişcarea vaporilor de apă. Transmisia căldurii se realizează pe baza diferenţei de temperatură între materialul supus deshidratării – fructele – şi purtătorul de căldură – aerul cald.

În cursul deshidratării fructelor şi legumelor într-un curent de aer, apa liberă este antrenată imediat prin evaporare. Această evaporare rapidă depinde de suprafaţa totală a fructelor (legumelor), de viteza de circulaţie a aerului şi de diferenţa dintre tensiunea superficială a vaporilor de la suprafaţa materialului şi tensiunea superficială a vaporilor din curentul de aer. În timpul uscării fructelor şi legumelor apa din sucul celular difuzează până la suprafaţă, datorită difuziei interne şi se evaporă.

Deplasarea apei din interiorul produsului spre exterior este ca urmare a procesului de difuzie internă şi este consecinţa directă a diferenţei de presiune osmotică determinată de o concentraţie diferită în substanţe solubile a lichidului din interiorul şi de la periferia particulei de produs.

Deplasarea apei are loc din punctele cu un conţinut mai mare de apă spre cele cu un conţinut mai mic, rezultate în urma evaporării apei prin fenomenul de difuzie externă. Datorită difuziei interne se realizează în final egalizarea umidităţii în toate straturile produsului supus deshidratării.

În afara difuziei interne trebuie avută în vedere şi termodifuzia apei, provocată de diferenţa de temperatură dintre straturile periferice şi cele interioare ale produsului. Termodifuzia este fenomenul invers difuziei interne, adică provoacă deplasarea apei din exterior spre interior, temperatura exterioară fiind superioară. Deoarece însă, diferenţele de temperatură nu sunt prea mari, difuzia internă este mai mare decât termodifuzia şi în ansamblu predomină mişcarea apei din interior spre exterior.

Crăparea suprafeţei periferice sau a epidermei produsului, de exemplu la prune, are loc atunci când viteza de evaporare a apei de la suprafaţa produsului este mult mai mare decât viteza de difuzie internă, ducând prin aceasta la formarea aşanumitei cruste la suprafaţa produsului.

Pentru evitarea acestui neajuns, temperatura şi umiditatea relativă a aerului trebuie să fie reglate cu deosebită grijă.

Prin încălzire, umiditatea relativă a aerului scade. Astfel, dacă la 15°C umiditatea relativă a aerului este de 60%, prin încălzire la 60°C aceasta ajunge la 5%. Teoretic deci, este indicat să se utilizeze aerul la o temperatură cât mai ridicată, deoarece capacitatea de absorbţie a apei din produs este cu atât mai mare, cu cât umiditatea relativă a aerului este mai scăzută.

Există totuşi o limită care nu trebuie depăşită şi care este determinată de:

1. temperatura la care fructele sau legumele încep să se degradeze (caramelizarea zahărului, ireversibilitatea la rehidratare);
2. umiditatea relativă a aerului cald să nu se apropie de zero deoarece aerul prea uscat duce la formarea crustei, împiedicând difuzia apei din interior spre suprafaţa de evaporare şi, prin aceasta, încetinind uscarea;
3. temperaturia aerului prea ridicată, la finele procesului, face ca o cantitate mare de căldură să fie neutilizată, realizîndu-se astfel un randament caloric scăzut. De asemenea o temperatură prea ridicată la uscare prilejuieşte denaturarea aromei şi culorii produselor.

In general, la deshidratarea fructelor, temperatura aerului la intrarea în instalaţie este de 70-72°C şi cu o umiditate relativă de 20-25%. La ieşirea din uscător, temperatura este mai coborâtă, între 40-45°C, iar umiditatea relativă este de 60-70%.

Viteza de deshidratare este condiţionată şi de viteza difuziei interne a apei, aceasta depinzând la rândul ei de mărimea particulelor de fructe sau de legume.

Temperatura şi viteza de deplasare a aerului cald, sunt factori care condiţionează randamentul economic al procesului de uscare.

Cu cât viteza de evaporare este mai mare, cu atât şi difuzia creşte, aceasta fiind valabilă până la o anumită limită. Depăşirea acestei limite determină formarea crustei. Sub valoarea limită menţionată, există posibilitatea ca viteza de difuzie să fie egală cu viteza de evaporare a apei. Sub o anumită valoare a vitezei de evaporare, uscarea poate deveni neeconomică din cauza cheltuielilor sporite de energie termică pentru evaporarea apei şi de energie mecanică pentru vehicularea aerului.

Desfăşurarea optimă a procesului are loc în momentul în care viteza de evaporare a apei de la suprafaţa fructelor şi legumelor este egală cu viteza de migrare a umidităţii din interior spre suprafaţa lor. Pentru a obţine o deshidratare rapidă, fructele şi legumele sunt tăiate în bucăţi mici, reducându-se prin aceasta timpul necesar pentru difuzia apei şi mărindu-se suprafaţa totală de evaporare. Caisele se taie în jumătăţi, merele şi perele în felii, strugurii şi prunele se lasă întregi, iar legumele sunt tăiate sub formă de felii, cuburi, tăiţei etc.

Viteza de circulaţie a aerului influenţează de asemenea procesul uscării. Dacă circulaţia aerului este prea înceată uscarea se va desfăşura încet deoarece aerul se va satura foarte repede cu umiditate. Viteza de deplasare a aerului în uscătorul tunel este în general cuprinsă între 3-5 m/sec.

Practic, pentru realizarea în condiţii optime a procesului de deshidratare, trebuie să se determine temperatura maximă pe care o poate suporta fiecare produs, respectiv temperatura de intrare în agregat şi cea la care trebuie să iasă aerul încărcat cu umiditate, pentru a se evita condensarea acesteia.

Efectele deshidratarii asupra dezvoltarii microorganismelor şi activitaţii enzimatice

Celulele microorganismelor suferă în cursul procesului de deshidratare aceleaşi fenomene ca şi celulele produselor alimentare de natură vegetală: creşterea continuă a presiunii osmotice, micşorarea vacuolelor din sucul celular, permeabilizarea membranei protoplasmatice etc., fenomene care duc la tulburarea metabolismului şi chiar la plasmoliza lor.

In general, microorganismele nu pot trăi pe substraturi sărace în apă, respectiv pe medii cu presiuni osmotice ridicate. Procesul de nutriţie, ca şi cel de eliminare a produselor de metabolism a microorganismelor se realizează prin fenomenul de osmoză prin membranele semipermeabile ale celulelor.

Micşorarea conţinutului de apă îngreunează aceste schimburi osmotice şi deci influenţează negativ activitatea vitală a acestora. Pe de altă parte, enzimele, care sunt sensibile faţă de căldură, îşi reduc sau îşi anulează activitatea odată cu ridicarea temperaturii. La unele dintre enzime, de exemplu la fenoloxidază, se reduce activitatea catalitică la 2% dacă substratul este încălzit la 85°C şi este complet anulată la 90°C.

Temperatura optimă de activitate a enzimelor din fructe şi legume este de cca. 43°C. Această temperatură variază însă atât după natura substratului, cât şi a enzimelor.

Temperatura la care enzimele sunt inactivate depinde mult de aciditatea sau alcalinitatea mediului (pH) in care sunt încălzite, rezistenţa maximă înregistrîndu-se în jurul punctului de neutralitate. In mediu acid inactivarea decurge mai uşor.

La temperatura de 75°C, în cazul opăririi sau aburirii, enzimele încep să fie inactivate dar în legumele şi fructele supuse uscării această temperatură şi altele mai ridicate nu sunt atinse decât în cazuri rare şi mai ales nu în toată masa lor.

Deshidratarea în condiţii industriale obişnuite nu permite să se atingă temperaturi vecine cu 85°C şi deci nu asigură inactivarea enzimelor. Din această cauză legumele trebuie opărite înainte de deshidratare.

Atunci când nu s-a procedat la inactivarea enzimelor prin opărire sau aburire, în multe cazuri efectul activităţii enzimelor oxidative este mai intens la produsele deshidratate, decât la materiile prime din care provin. Aceasta datorită concentrării substraturilor asupra cărora acţionează enzimele. Aşa de exemplu, cartofii uscaţi fără opărire prealabilă se înnegresc mai repede în comparaţie cu feliile de cartofi nedeshidrataţi.

În cazul umezirii legumelor uscate uneori se produce o regenerare parţială a enzimelor. De aceea, în practica industrială se procedează la inactivarea enzimelor din fructe şi legume înainte de uscarea lor, prin tratarea termică.

Efectele deshidratarii asupra fructelor şi legumelor

Deshidratarea are ca efect zbârcirea fructelor şi legumelor datorită atât scăderii conţinutului de apă, cât şi micşorării volumului iniţial. Pierderile în greutate se datoresc îndepărtării excesive de apă şi, în oarecare măsură, modificărilor chimice şi biochimice care se produc în cursul procesului.

In cadrul modificărilor fizico-chimice se include coagularea substanţelor proteice, care în condiţiile deshidratării industriale este parţial reversibilă. Din cauza măririi concentraţiei de zahăr a sucului celular în decursul deshidratării se înregistrează creşterea presiunii osmotice.

Prin micşorarea conţinutului de apă se măreşte concentraţia în acizi organici (scăderea valorii pH-ului) care influenţează la rîndul ei unele modificări chimice, cum sunt: denaturarea proteinelor, hidroliza zaharurilor etc. Prin deshidratare se înregistrează, de asemenea, pierderi de zaharuri faţă de conţinutul iniţial, care variază între 1 şi 8%.

Uleiurile eterice se volatilizează uşor la temperaturi superioare limitei de 50-60°C, iar pigmenţii vegetali îşi modifică culoarea, de exemplu, legumele verzi îşi schimbă culoarea în verde-galben, iar legumele şi fructele galbene se brunifică sau se decolorează prin deshidratare. Cauzele acestor modificări sunt fie de natură enzimatică, fie de natură termică.