Prelucrarea Boabelor de Cafea

Cafeaua este poțiunea magică ce ne trezește dimineața și adaugă un puțină savoare vieții noastre.

Azi, cafeaua este cea mai populară băutură pe glob. Totodată, ea există pe lista celor mai cunoscute mirosuri, alături de bere si unt de arahide. Să nu uităm că in ultimele trei secole, 90% din toți oamenii care trăiesc în occident au trecut de la ceai la cafea. Cafeaua de dimineață e binevenită și o poți savura în familie, cu prietenii, vecinii.

Etimologia cuvântului cafea

Asemănarile fonetice dintre cuvântul "cafea" si echivalenții săi europeni ( în italiană "caffe", în franceză "caffé" si "kaffee" in germană), astfel că, i-au determinat pe oameni să creadă că numele provine din "Kaffa", provincia etiopiană de unde cafeaua iși trage obarșia. Dar o altă ipoteză a sugerat că acest cuvânt povine din arabescul "quahwek", care înseamnâ stimulant,

putere sau vigoare.

Ce este CAFEAUA

Această substanța,cafeina care este de origine vegetală, se găsește între 50 și 150 mg la o ceașca (6-10cl). Dacă aceasta este consumată în cantități rezonabile, poate fi un euforizant (tonic cardiac, stimulant al sistemului nervos). Taninii din cafea, prezenți intr-o proporție mai mică sunt diferiti de cei ai ceaiului, având un rol antioxidant. Este recomandat consumul a doua cafele pe zi, pentru a ajuta digestia, dar nu mai mult de patru.

Istoria unei cafele fierbinti

Istoria cafelei este foarte veche datând de mai mult de 1000 de ani, aceasta fiind la fel de bogata ca însăși cafeaua. În Occident această istorie începe de acum trei sute de ani, dar in Orientul Mijlociu ea este consumata de toate categoriile sociale încă din vechime. Prima însemnare la cafea dateaza din secolul al IX-lea, dar cu multe secole înainte, existau mai multe legende arabe cu privire la băutura misterioasă și amara cu puteri stimulatoare.

La începuturile ei cafeaua era considerată un aliment și nu o băutura. Triburile din estul Africii măcinau aceste boabe crude de cafea și prin amestecarea cu grăsime de origine animală obțineau o pastă pe care o modelau sub formă de bile.

Războinicii tribului le consumau în timpul luptelor pentru a avea mai multă energie. Inca din anul 1000 e.n., renumitul tamăduitor Avicenna, administra cafeaua sub formă de medicament. Din fructele de cafea etiopienii obțineau un fel de vin, prin fermentarea în apă a boabelor uscate. În Peninsula Arabiei cafeaua creștea în mod natural și din secolul 11 aici aceasta a fost preparată ca bautura calda.

I.3. Tipuri de cafea

Sunt cunoscute aproape 80 de tipuri de cafea, din care in scopuri indrustiale sunt cultivate urmatoarele patru tipuri de cafea: cafeaua Arabica, cafeaua Robusta, cafeaua Liberica si cafeaua Maragogype.

Cafeaua Arabica

Cafeaua arabica, este originara din Africa, mai exact din Abisinia, care este cea mai apreciata si mai raspandita specie de cafea. Această specie se cultiva mai ales in America Latina, dar si in Africa, ea fiind cea mai cultivata si este deosebit de pretuita pentru ciresele sale de calitate superioara, care au forma alungita si culoarea verzuie – albastruie.
Tipul de cafea arabica necesită soluri bogate in minerale si o temperatura constanta de aprox. 20°C crescând la o altitudine de peste 600 metri. Aceasta având aroma si gustul mult mai fine decat celelalte specii.
Cafeaua de tarie medie este obtinuta in exclusivitate din varietati ale soiului arabica, provenite din America Centrala si de Sud, Kenya, Tanzania, Etiopia. O exceptie face Brazilia, astfel că varietatile de cafea arabica braziliene au o aroma mai putin fină.

Cafeaua Robusta

Cafeaua robusta, este originară din bazinul Congo, și creste mai rapid fiind mult mai rezistenta acolo unde climatul nu este favorabil cafelei arabice. Se cultiva foarte mult in Africa, India si Indonezia. Aceată cafea, spre deosebire de cafeaua arabica, care este pretentioasa la conditiile climatice, se adapteaza usor climatului sever, și este rezistenta la boli si la daunatori.
Boabele acestui tip de cafea sunt mici, având o forma neregulata si culoare maronie – galbuie.
Cafeaua robusta are un gust mai neutru, fiind mai putin aromata decat cea arabica si este foarte apreciata in gama de cafea solubila.

Cafeaua Liberica

Cafeaua liberica, este originara din Africa, Liberia, având de asemenea o crestere rapida si o buna rezistenta la boli.Aceasta se cultiva exclusiv in campiile subtropicale ale Africii si Americii de Sud, unde umiditatea este foarte mare si temperatura este cuprinsa intre 20 si 25°C.
Boabele sunt adesea deformate, de dimensiune medie si culoare de la bruna la galbena. Calitatea acestei specii de cafea este mediocra.

II.TEHNOLOGIA LIOFILIZĂRII PRODUSELOR

ALIMENTARE

II.1. Generalități privind liofilizarea

Liofilizarea, este denumită și criodesicare, fiind un procedeu de conservare care constă în eliminarea apei dintr-un produs congelat în prealabil, prin sublimare sub vid, însemnând trecerea directă a apei din stare solidă în stare de vapori.

Aceasta conferă produselor alimentare proprietăți superioare în raport cu alte procedee de uscare printr-o conservare mai bună a proprietaților produsului proaspăt și printr-o capacitate mai mare de rehidratare. Volumul, forma și structura produselor alimentare cu textură, rămân practic neschimbate. Liofilizarea, în raport cu congelarea nu necesită temperaturi scazute pentru depozitare și transport.

Utilizarea procedeului liofilizării în industria alimentară, în comparație cu alte procedee de păstrare a produselor,are ca scop următoarele avantaje:

Poate fi singurul procedeu prin care se extrage apa din substanța organică neputandu-se distruge structura celulară și fără a se pierde substanțele volatile;

Păstrarea proprietăților senzoriale (miros, textură. gust). Produsul liofilizat își păstrează forma sa inițială, nu se poate contracta, nu poate face spumă, nu se produc concentrări locale alor anumitor fracțiuni solubile;

Își păstrează valoarea nutritivă: vitaminele, acizii grași esențiali, proteinele, substanțele de aromă sunt conservate în starea lor originală:

Volumul și greutatea se diminuează deoarece apa este eliminată aproape total, greutatea produselor liofilizate este de ¼- 1/10 din greutatea inițială. În cazul produselor pulbere, reducerea în greutate este însoțită de reducerea echivalentă a volumului, ceea ce înseamnă că transportul și depozitarea sunt mai ușoare și mai puțin costisitoare;

Datorită proprietății fine, produsele liofilizate se rehidratează ușor iar pregătirea unui produs pentru consum a unui produs liofilizat este foarte simplă;

Pe lânga avantajele pe care le reprezintă liofilizarea, există și dezavantaje cum ar fi:

Costuri ridicate de investiții;

Tehnica de lucru este relativ complicată, conducând la un randament scăzut;

Costuri energetice mari;

Personalul de deservire a instalațiilor necesită o înaltă calificare;

Tehnologia de liofilizare cuprinde următoarele procedee:

Tratamente preliminare;

Congelare;

Uscare secundară;

Sublimare ( uscare primară);

Uscare secundară;

Condiționarea și ambalarea produsului liofilizat;

Depozitatea produsului liofilizat;

Rehidratarea produsului liofilizat în vederea utilizării sale;

II.2.1. Tratamente preliminare

Unele din produsele alimentare pot fi liofilizate direct, fără tratamente preliminare. Indiferent de acest aspect trebuie reșinut faptul că, pentru a fi liofilizat, produsul trebuie să fie de calitate superioară și să reprezinte o serie de proprietăți cum ar fi: un conținut cât mai mare de substanță uscată, grasimile sa aibă un conținut cât mai redus și conținut de apă legată cât mai mic. Cantitatea unui produs liofilizat depinde în foarte mare parte de cantitatea sa inițială. În consecință, trebuie acordată o deosebită importanță materiei prime.

Sunt două cerințe tehnologice comune tuturor produselor alimentare care urmează a fi liofilizate, aceste fiind:

Asigurarea unui raport volum-suprafață cât mai mare pentru a ușura procesul de sublimare. Din punct de vedere economic acesta preferă durate cât mai mici ale sublimării fiind necesar ca suprafața produselor să fie cât mai mare iar grosimea cât mai mică, astfel fontul de sublimare va avansa mai repede și cu mai multă ușurință către centrul produselor decât în cazul unor suprafețemai mici și grosimi mai mari ale produselor. În cazul produselor masive vaporii de apă vor reuși din ce în ce mai greu să părăsească produsul pe măsura înaintării frontului de sublimare către centru produsului, în acesc caz duratele uscării vor fi mai mari. Din motive de consum și comerciale, produsele liofilizate nu pot avea dimensiuni foarte mici și de aceea în unele cazuri se limitează divizarea acestora până la anumite valori ale dimensiunilor. Sunt și cazuri în care, produsul liofilizat are dimensiuni foarte mici cum este cafeaua, cacaoa etc…

A doua cerință tehnologică face referire la modul de încărcare a produselor în incinta în care are loc liofilizarea propriu-zisă. În acest mod, repartiția produselor în incintă trebuie făcută cât mai uniform din punct de vedere ale compozitiei, grosimii și greutății produselor încărcate.

Din tratamentele preliminare se pot aminti cele de natură mecanică ( curățirea, îndepărtarea părților necomestibile, mărunțirea, tăierea, măcinarea, etc.) de natură fizică ( crioconcentrarea sucurilor de fructe) și de natură chimică ( adăugarea unor substanțe în vederea îndunatățirii gustului si aromei, adăugarea de substanțe care ușurează liofilizarea sau adăugarea unor substanțe care să protejeze produsul de acțiune a microorganismelor).

II.2.2. Congelarea

Conservarea alimentelor prin congelarese bazează pe folosirea unor temperaturi inferioare punctului de congelare al alimentelor.

Scopul congelării este de a prelungi durata de păstrare, care poate fi de 5 până la 100 de ori mai mare decât în cazul conservării prin refrigerare. Aceasta se realizează prin folosirea temperaturii suficient de mici pentru oprirea acțiunii microorganismelor, încetarea proceselor de metabolism (la produse cu țesuturi vii) și pentru încetinirea ritmului de producere a modificărilor biochimice și chimice.

În conservarea de durată a produselor alimentare temperaturile folosite trebuie să fie sub 10° C (limita inferioară de dezvoltare a microorganismelor). În tehnologia conservării prin congelare se folosesc însă temperaturi mult sub limită pentru a se frâna suficient și acțiunea celorlalți agenți modificatori. Se recurge adeseori la utilizarea unor procedee auxiliare, de exemplu, inactivarea termică a enzimelor din anumite procese vegetale, adăugarea de antioxidanți, etc…

Pe lângă respectarea prescripțiilor tehnologice privind congelarea, depozitarea și decongelarea, reușita procedeului mai este condiționată de:

Materia primă este de calitate superioară, cât mai proaspătă, și mai introdusă la prelucrare cât mai curând după recoltare sau producere;

Trebuie evitată contaminarea produsului, prin măsuri de igienă corespunzătoare, tinând seama de lipsa efectului de sterilizare ale temperaturilor de congelare;

Produsele improprii trebuie eliminate pentru consum, congelarea neputând în nici un caz ameliora calitatea lor;

Trebuie evitată congelarea unor produse care nu se pretează satisfăcător la o astfel de conservare ( de exemplu salata verde, brânza telemea etc.)

Din cauza diferențelor de însușiri, alimentele necesită tehnologii de congelare mai mult sau mai putin specifice. Fenomenele fizice care au loc în timpul congelării unui produs alimentar sunt: solidificarea apei congelabile ( într-o proporție cu atât mai mare cu cât temperatura este mai scăzută), mărirea volumului și întărirea consistenței. Temperatura prezintă variații nu numai în funcție de timp ci și în funcție de poziția punctului de măsurare.

Punctul cu temperatura cea mai ridicată în produs la sfârțitul congelării poartă denumirea de centru termic. La materialele omogene, cetrul termic se află în centrul geometric al produsului. Temperatura centrului termic reprezintă un indicator al temperaturii operației de congelare.

Congelarea este terminată atunci când temperatura medie a produsului ajunge aproximativ la egalitate cu cea care urmează să fie depozitată. Deoarece temperatura medie nu poate fi măsurată, se ia drept criteriu temperatura din centrul termic al produsului.

II.2.3. Sublimarea (uscarea primară)

După congelare, urmată de mărunțire în unele cazuri a produsului congelat, produsul este introdus în incinta unde urmează să se efectueze liofilizarea propriu-zisă.

Presiunea în incinta de liofilizare, se scade cu ajutorul unei pompe de vid de la presiunea baometrică până la o presiune de 1 mm Hg …. 0,3 mm Hg la începutul uscării primare. Punctul triplu al unei ape se află la o presiune barometrică de 4,6 mm Hg, rezultă că la orice presiune sub această valoare singurele schimbări de fază posibile sânt sublimarea și desublimarea.

Aceste pot fi realizate teoretic fie prin scăderea presiunii, izoterm, sub o anumită valoare, fie prin creșterea temperaturii, izobar, peste o anumită valoare. Apa conținută în produsele alimentare care nu este pură nu are același punct tripul ca apa chimic pură. Punctul triplu este determinat de o temperatură și o presiune ceva mai scazute.

Deoarece sublimarea este o reactie endotermă, pentru întreținerea acesteia și o bună derulare a acestuia, fiind necesar un aport de căldură din exteriorul produsului. Acest produs este astfel încălzit, sub o presiune scăzută, sursa de căldură a cărui flux termic este progresiv reglat în funcție de cantitatea de gheață care trebuie sublimată. Prin sublimare cantitatea de căldură este egală cu cea absorbită.

Uscarea primară se consideră terminată în momentul în care s-a sublimat total întreaga masă de apă cristalizată din produs.

Fluxul de căldură trebuie reglat pemanent încât să se evite decongelarea parțială sau totală a milocului congelat al produsului, supraîncălzirea părților uscate ale produsului și suprarăcirea produsului.

Factorii care influențează transferul de căldură și de masă în timpul sublimării sunt:

rezistența la curgere prin stratul de produs deja uscat,

conductibilitatea termică a stratului de produs uscat,

conductibilitatea stratului de produs congelat,

porozitatea produsului congelat,

aportul de căldură către produs,

rezistența la curgere pe traseul produs-schimbătorul de căldură

II.2.4. Uscarea secundară

Uscarea principală (sublimarea) este terminată atunci când a sublimat ultimul cristal de gheață din produs. În acest moment apa care mai este conținută în produs în proporție de 10- 30% se află în formă lichidă și în stare de vapori. Apa absorbită pe pereții porilor produsului, deși se află în cantitate mică, are efecte dăunătoare asupra bunei conservări a produsului în timpul depozitării și de aceea trebuie îndepărtată.

Faza pe durata căreia se îndepărtează apa rămasă în produs după terminarea sublimării este denumită uscare secundară. Aceasta reprezintă un proces de desorbție izotermă apa fiind eliminată din produs sub formă moleculară, în condiții de vid.

Apa absorbită este puternic legată și joacă rol de filtru evitând astfel pierderile de substanțe volatile. Prin urmare, procesul de desorbție trebuie astfel condus încât să se evite ca o dată cu îndepărtarea apei să se antreneze și substanțele volatile în vaporii de apă. Dacă presiunea de lucru în incinta de uscare este corect aleasă, atunci apa absorbită este îndepărtată lent și uniform din produs și colectată în condensatorul instalației de liofilizare.

Îndepărtarea absolut completă a apei din produs este practic imposibilă, fiecare produs în parte pentru operația de desorbție trebuie să fie oprită atunci când conținutul în apă din produs a scăzut sub o anumită valoare minimă stabilită în funcție de rezultatele experimentale obținute în prealabil, de natura produsului, de modul de ambalare și condiționare a produsului liofilizat de modul și durata depozitării și de modul de utilizare al produsului.

Natura produsului trece de la temperatura de sublimare la temperatura corespunzătoare desorbției făcându-se brusc sau mai treptat. Temperatura în timpul uscării secundare este cuprinsă în general între 20-65 grade Celsius în funcție de produsul liofilizat.

Durata uscării secundare este cuprinsă între 1-6 ore fiind determinată de natura produsului, timpul instalației, de liofilizare și umiditatea reziduală dorită. După terminarea fazei de uscare secundară, urmează presurizarea incintei de uscare de la presiunea scăzută ajungându-se în timp de 10-20 de minute la o presiune puțin mai mare decât cea atmosferică. Alegerea acestei presiuni la o valoare superioară celei atmosferice se face pentru a preveni intrarea de aer exterior în incintă la deschiderea ușii. Presiunea se face cu un gaz neutru, care se fixează la suprafața produsului asigurând astfel o bună protecție a acestuia în timpul manipulărilor ulterioare depozitării.

II.2.5. Condiționarea, ambalarea produselor liofilizate

Terminând faza de uscare secundară și a presurizării care este incinta de uscare, produsele liofilizate sunt scoase din incintă și este recomandabil să se facă o depozitare de 2-3 zile în anumite containere vacuumate de capacități mari în vederea omogenizării umidităților reziduale, după care se efectuează condiționarea definitivă în ambalaje de dimensiuni mici destinate distribuției de către utilizatori.

Condiționarea acestor produse liofilizate se face în vederea posibilei eliminări sau reducerii la maximum a cauzelor care determină modificări în calitatea produselor pe perioada depozitării, transportului și manipulării.

Factorii care influențează conservabilitatea produselor liofilizate sunt:

umiditatea reziduală,

lumina,

oxigenul de aer,

deteriorările mecanice

Produsele liofilizate pot fi ambalate de preferință sub vid sau în atmosferă de gaz inert. Materialele care pot fi utilizate pentru ambalaje sunt impermeabile la gaze, arome, vapori de apă, grăsimi, ambalajele fiind perfect etanșe.

Sistemele care se utilizate la ambalarea produselor liofilizate sunt în general:

cutii metalice cu sau fără lăcuire interioară, cu sistem de închidere care permite ambalarea sub vid ;

cutiile de aluminiu acoperite sau nu cu lac interior, cu vid sau gaz inert în interior;

ambalaje din sticlă, acest sistem poate permite utilizarea unei game largi de atmosferă interioară, dar care prezintă deficiențe legate de influența razelor luminoase și a etanșeității sistemelor de închidere, prezentând în plus și dezanvantajul unor greutăți suplimentare importante;

ambalaje pe bază de materiale plastice, sisteme care prezintă o serie de avantaje, fiind însă în multe cazuri mai scumpe. Dintre cele mai utilizate sunt clorura de polivinil, polietilenă, polipropilenă împreună cu filme de poliesteri și pelicule celulozice, hârtie, carton și aluminiu.

II.2.6. Depozitarea produsului liofilizat

Dacă liofilizarea, condiționarea și ambalarea produsului liofilizat s-au făcut în condiții bune, atunci depozitarea nu determină nici un fel de efecte negative asupra calității produsului liofilizat.

Nivelul temperaturii de depozitare influențează conservabilitatea produselor liofilizate. Temperatura optimă de depozitare diferă de la produs la alt produs. Poate exista produse liofilizate care necesită temperatura de depozitare de până aproape de 0 grade Celsius, în timp ce altele pot fi depozitate și la temperatură 30 de grade Celsius fără implicații negative asupra produsului.

Durata admisibilă de depozitare a produselor liofilizate depinde de natura produsului și de nivelul temperaturii de depozitare. Această scăderea temperaturii de depozitare se poate prelungi substanțial durata de păstrare, în unele cazuri de peste 10 ori.

II.2.7. Rehidratarea produsului liofilizat

În comparație cu unele produsele alimentare uscate prin alte procedee, produsele liofilizate pot fi rehidratate mult mai repede și mai complet. Calitatea rehidratării depinde de o serie de condiții cum ar fi cantitatea de apă, duritatea apei de rehidratare, ph-ul apei, temperatura și durata procesului.

În raport cu alte metode de conservare, liofilizarea prezintă avantaje nete din punct de vedere al calității produselor alimentare. Ca urmare a numeroaselor cercetări în laborator s-au evidențiat o serie de aspecte ale implicațiilor liofilizării asupra produselor alimentare, ceea ce face ca liofilizarea să mai poată fi considerată ca o metodă ideală de conservare, așa cum a fost o perioadă îndelungată de timp.

Influențele liofilizării se pot manifestă prin modificări de natură fizică, chimică și biochimică a produselor alimentare.

Pentru produsele de origine animală (carne, pește) viteza de rehidratare crește cu scăderea temperaturii. Valoarea recomandată pentru temperatura de rehidratare este de 0 grade Celsius. În cazul cărnii este recomandabilă adăugarea în timpul rehidratării a unor enzime cum ar fi papaina. Pentru preparatele culinare liofilizate se recomandă o rehidratare cu apă caldă pentru a se obține o bună dispersare a grăsimilor urmată de răcire.

II.6. Influența liofilizării asupra produselor alimentare

În raport cu alte metode de conservare, liofilizarea reprezintă avantajele nete din punct de vedere al calităților produselor alimentare. Ca urmare a perfecționării metodelor de analiză a numeroaselor cercetări de laborator efectuate, s-au evidențiat o serie întreagă de aspecte ale implicațiilor liofilizării asupra calităților produselor alimentare, ceea ce face ca liofilizarea să nu mai fie considerată ca o metodă ideală de conservare, așa cum a fost considerată o perioadă lungă de timp.

Influențele liofilizării se manifestă prin modificări de natură fizică, chimică și biochimică a produselor alimentare.

II.6.1. Modificări fizice

Modificările în aspectul unui produs în diferitele etape ale liofilizării sunt ușor de observat. Dacă un produs este corect tratat, după liofilizare, forma și aspectul diferă neesențial de cele ale produsului inițial. Din considerente economice liofilizarea se face în general nepăstrând forma și dimensiunile produsului proaspăt pentru ca duratele procesului să fie cât mai mici și costul liofilizării să fie cât mai redus.

În funcție de produs, de modul de congelare și de condițiile de liofilizare, se micșorează volumul cu 2 % până la 10 % față de produsul proaspăt.

Una dintre modificările fizice care se produce la produsele alimentare liofilizate și care constituie un avantaj este micșorarea greutății după liofilizare. Această reducere variază în funcție de produs între 50-90%.

Uneori apar modificări de culoare ale produsului liofilizat acestea fiind puse pe seama îndepărtării apei din produs precum și pe seama unor reacții chimice și biochimice. Modificările accesntuate de culoare se datorează în special unor deficiențe tehnologice decât proceselor propriu-zise de liofilizare.

De asemenea culoarea poate avea unele modificări care pot fi accentuate printr-o ambalare, condiționare și depozitare defectuoase ale produselor liofilizate. În multe cazuri însă culoarea mai închisă a produselor alimentare liofilizate în raport cu produsele proaspete nu antrenează consecințe nefate pentru produse, fenomenul datorându-se eliminării apei.

După rehidratarea unui produs alimentar liofilizat se produce de cele mai multe ori o modificare în textura produsului în raport cu produsul inițial. Această modificare depinde de produs, de modul de congelare și de condițiile în care a avut loc liofilizarea propriu-zisă a produsului. O congelare rapidă, în general, oferă produsului o bună textură în timp ce o congelare lentă distruge texura, după rehidratare produsul fiind deseori moale. Pierderea de textură se poate atenua printr-o subrehidratare care evită o deteriorare avansată a texturii produsului. Dar o suprarehidratare are consecințe nedorite asupra calității produsului reconstituit și accentuează consecințele pierderii de textură, aceasta fiind caracteristică prodeselor solide. În cazul celor lichide se observă după rehidratare o vâscozitate mai mică astfel încât produsul reconstituit este mai fluid decât cel inițial.

Cele mai importante modificări de natură fizică sunt cele legate de gustul și mirosul produselor liofilizate după rehidratare. Astfel se pot produce:

concentrări de gust și miros,

apariția de gusturi străine față de cele ale produsului inițial,

pierderi de gust și miros.

II.6.2. Modificări chimice și biochimice

În cursul liofilizării și a depozitării produselor liofilizate se produc modificări chimice și biochimice complexe pentru care nu există până în prezent explicații complete. Aceste modificări se remarcă prin efectele lor, în calitățile produsului liofilizat după rehidratare.

Modificările chimice și biochimice sunt urmare a unor reacții de substituție, de oxidare, de degradare etc. care fac ca unii dintre constituienții produsului inițial să dispară la rehidratare precum și să apară constituienții care nu existau înainte de liofilizare.

Dintre cei care conțin produsele alimentare, lipidele formează grupul care se modifică cel mai rapid, dând în produs unele substanțe oxidate și gustul de râncezire caracteristic.

Glucidele pot avea reacții cu aminoacizii sau cu proteinele care nu mai au apa de constituție, în cazul unei uscări secundare prea intense.

Reacțiile chimice sau biochimice care conduc la denaturări ale produselor liofilizate sunt catalizate de radiațiile ultraviolete.

II.7. Instalații de liofilizare

Capitolul III.

III.1. Arborele cafelelei

Cafeaua de fapt este din specia Coffeafamilia Rubiaceelor, specie care conține aproape 80 de soiuri, din care se cultivă în scopuri indiustriale patru, acestea fiind: Coffea Arabica, Coffea Robusta, CoffeaLibericași CoffeaMaragogype.

Arborele de cafea care este tot timpul verde, prezintă frunze alungite, care se aseamănă cu cele de laur, care sunt dispuse opus două câte două, de-a lungul ramurilor. În funcție de altitudine și climat, arboreal de cafea poate să înflorească, tot timpul anului.

Înfloritul special, se desfășoară pe o perioadă de mai multe luni, florile se ofilesc deja după câteva ore. Culoarea florilor este albă, strălucitoare, parfumul acestora este asemănător cu cel al florilor de iasomnie sau portocal. Caracteristic arborelui de cafea este că se găsesc în același arbore ramuri cu flori, cu fructe verzi, culoarea variând de la verde, la galben, iar apoi la un roșu deschis și în cele din urmă la roșu-purpuriu, atunci când fructele ajung la maturitate completă.

Aspectul exterior, fructele de cafea sunt asemănătoare cireșelor și conțin aproximativ 68% pulpă, 6% tegument și aproximativ 26% bob curat.

Frunctul arborelui de cafea, botanic vorbind este o grupă falsă, este acoperită de un tegument cu aspect membranos, acesta schimbându-și culoarea de la verde la un roșu-purpuriu, în funcție de dezvoltarea fructului. Dedesuptul acestui înveliș se gasește o pulpă cărnoasă în mijlocul căreia se află bobul de cafea, acesta cuprinzând două părți aplatizate pe o parte și separate de o adâncitură longitudinală.

Bobul de cafea are o culoare verde în interior, fiind acoperit de o peliculă subțire argintie, peste care se află așezat un înveliș pergamentos de o culoare galbenă spre brună.

Sunt însă fructe în interiorul cărora se gasește un singur bob de cafea de formă rotundă fiind denumit de cultivatori Caracoli. Boabele de cafea provin din fructele arbuștilor de cafea îmbătrâniți acestea crescând pe ramurile lor exterioare. Specific acestor boabe este faptul că aroma lor este mai pronunțată decât a celor de formă normală, motiv pentru care boabele de calea Caracoli sunt atent selecționate de cultivatori, fiind foarte apreciate pentru aroma lor.

Arborele de cafea provine din Africa Centrală, mai exact din Sudul Etiopiei până la lacul Victoria. Acesta poate atinge înălțimea de 5-6 m, însă pentru a da un randament mai mare șipentru a fi ușor de cules, este menținut prin tăiere la o înălțime de 2-3 m.

Se vor evidenția câteva dintre caracteristicile de bază privind cultura și recoltele ce se obțin la 4 specii de cafea considerate ca având o importanță semnificativă.

Cafea Arabica este cel mai apreciat și răspândit arbore de cafea. Denumirea sa poate crea unele confuzii însă acesta nu este originar din Arabia ci din Africa, mai precis Abisinia. Acesta furnizează azi circa 75-80% din producția mondială de cafea. Se plantează în general la o altitudine care poate varia între 600 și 2000 m. Boabele de cafea ale acestui arbust se remarcă prin aspectul lor atrăgător și forma alungită, prin suprafața netedă și lucioasă de culoare verzuie. Calitatea cafelei Arabica este în general excelentă.

Cafeaua Robusta această specie crește mai rapid și este mult mai rezistentă la intemerii și boli, comparativ cu specia Arabica. Aceasta asigură aproximativ 20-25% din producția mondială a cafelei și este cultivată de regulă la altitudinea de circa 600 m față de nivelul mării. Este extinsă în zonele tropicale din Africa, India și Indonezia, regiuni unde specia Arabica se dezvoltă mai slab. Boabele cafelei Robusta au o culoare brun deschis având o formă neregulată. Calitatea care provine de la acest arbust este de natură medie, gustul ei fiind puțin înțepător și amar.

Cafeaua Liberica are o creștere rapidă și o rezistență bună la intemperii și boli. Este de origine din Africa Occidentală ( Liberia) și se cultivă cu exclusivitate în zonele de câmpii tropicale și subtropicale ale Africii și Americii de Sud, unde întâlnim o umiditate foarte mare temperatura variazând între 20 si 25°C. Boabele au o dimensiune medie, fiind aplatizate și foarte neregulate, deseori chiar deformate. Culoarea acestora este de galbenă la brună. Calitatea acestui soi de cafea este mediocră.

Cafeaua Maragogype a fost remarcată în apropierea orașului Maragogype, satul Bahia din Brazilia. E vorba de un hibrid rezultat din încrucișarea speciilor Arabica și Liberica, cu excepția dimensiunilor boabelor acesta păstrând caracterele tipului Arabica. În principiu randamentul acestui arbust este totuși de calitate inferioară iar cultura sa este exterm de răspândită ( în Brazilia, Guatemala, Nicaragua, Mexic, Columbia și chiar Java), la o înălțime variind între circa 600 si 1000 m. Boabele acestui tip de arbust sunt de o calitate net superioară și medie, iar culoarea acestora este verde. Calitatea acestui tip de cafea nu poate întrece calitatea cafelei Arabica.

În general arborele de cafea nu se dezvoltă decât în anumite regiuni tropicale și subtropicale în care se întâlnesc frecvent ploi abundente, zona cea mai importantă de cultura fiind așezată între 22 și 24° latitudine nordică și sudică ( de o parte și de alta a ecuatorului ). Altitudinea ideală la care crește acest arbust variază între 600 de m și 1200 m peste nivelul mării. Arborele de cafea se cultivă însă și în zonele mai înalte, cafeaua obținută aici este supranumită și „ High Grown” (în traducere: cafea de altitudine ), a cărei calitate este foarte bună, cu o aromă puternică și foarte de apreciată de cultivatori. Cultura arborelui de cafea presupune un efort foarte mare de la semănatul în pepiniere, la repicatul plantelor și apoi la sădirea acestora în plantații când ating înalțimea minimă de circa 30-50 cm.

Arborele de cafea se crește normal, în soiuri bine lucrate, aerisite și bine tratate cu diverse îngrășăminte artificiale. În zonele tropicale plantele tinere trebuie protejate de diverse fenomene ale naturii precum vânturi și ploi, iar din acest motiv sunt culturi intercalate cu banani, porumb și ricin. Aceste plante le oferă, pe lângă protecție la intemperii, și umbra de care au nevoie în zilele când soarele este prea torid. În regiunile subtropicale, în care condițiile climaterice sunt mai blânde, cafeaua se plantează de obicei sub cer deschis.

Arborele din specia Arabica poate ajunge la vârsta de 6 ani la o înălțime de circa 5-6 m, iar cel din specia Robusta atingând până la 10-15 m, înălțime. Totuși, acești arbori se mențin prin tăieri la o înălțime de 2,5-3 m, pentru creșterea randamentului în fructe și ușurarea culesului.

Arborele de cafea necesită o temperatură medie de aproximativ 18-22° C, cele inferioare temperaturii de 11° C putând avea un efect negativ asupra recoltelor. Specia Robusta înflorește începând din anul al doilea, iar Arabica înflorește în mod curent în al treilea an de la plantare. De regulă, primele recolte se obțin începând cu al patrulea sau chiar al cincilea an, atunci când plantațiile pot fi considerate „ pe rod” și randamentul poate să varieze astfel: pentru specia Arabica- începând de la 400 la 2000 grame de fructe pe arbust, iar pentru cel din specia Robusta- de la 600 la 2000 grame.

Trebuie reținut faptul că pentru un arbore de cafea tânăr poate furniza la recoltare până la 2,5 kg de „cireșe”, fructe din care se pot obține după prelucrare, circa 500g boabe de cafea curate sau 400 g de cafea prăjită.

III.2. Boabele de cafea

După cum se știe, cafeaua capătă proprietățile ei specifice numai în momentul prăjirii, operațiune de mare importanță sub un aspect tehnologic, în lungul drum pe care boabele de cafea îl urmează pe calea transformării acestora într-o cafea de calitate superioară, care va trebui să corespundă exigenței consumatorilor.

Acest proces de prăjire este numit de francezi „torrefaction”, prin acesta fiind eliberate uleiurile eterice din interiorul boabelor de cafea, aceste substanțe atribuind în cele din urmă cafelei anumite calități precum culoarea, aroma, parfumul, gustul și savoarea ei care îi sunt specifice.

Prăjirea cafelei se face pe cale industrială în anumite instalații speciale, de diferite construcții ( cilindrice sau sferice ), care pentru a funcționa sunt conectate la sursa de căldură necesară. În general aceasta se bazează, pe o anumită pregătire și experiență din partea specialistului, care este însărcinat să vegheze în permannță ca boabele de cafea să atingă exact gradul de prăjire dorit și pentru ca produsul în sinea sa să se realizeze în mod uniform pe toată suprafața bobului. Prăjirea boabelor de cafea în instalații se realizează în circa 15-20 min.

Întreprinderile industriale moderne care sunt responsabile cu prelucrarea cafelei verde astăzi utilizează anumite instalații speciale automatizate, unde durata și gradul de prăjire ale acesteia sunt reglate electronic. Cu asemenea instalații, procesul de prăjire a boabelor de cafea se scurtează de regulă la numai 6 min.

În timpul prăjirii, se modifică culoarea boabelor în funcție de temperaturile la care sunt supuse. La o temperatură de 100° C, boabele de cafea capătă o culoare galben pal. În momentul când temperatura de prăjire atinge 150° C, culoarea boabelor de cafea devine brună și acestea încep sa-și mărească volumul, răspândind deja miros de cafea prăjită. Temperatura optimă de prăjire este atinsă între la 200-250°C, atunci când boabele apar cu o tentă de o culoare brun închis, asemănătoare cu cea a lemnului de mahon.

Cilindrul prăjitor este întors în mod automat și boabele de cafea sunt trecute pe niște site speciale, unde sunt răcite rapid la o temperatură de 40-60°C, procesul de prăjire al boabelor să nu se continue sub efectul propriei lor călduri.

În timpul procesului de prăjire,boabele de cafea înregistrează pierderi în greutate, datorită evaporării apei și descompunerii unor substanțe pe care acestea le conțin, pierderi care ajung până la 16-18%. Astfel se justifică faptul că în timpul prăjirii componentele cafelei sunt modificate și se obține o creștere în volum a boabelor de cafea, până la 25%. Aproximativ 50% din pierderea în greutate a boabelor de cafea ( în timpul procesului de prăjire ) se datorează evaporării apei, iar diferența este reprezentată de descompunerea substanțelor organice, în special a zahărului și a acidului cafetanic.

III.3. Prelucrarea boabelor de cafea

„Cireșele” arbustului Arabica pot ajunge la maturitate după 8 sau 9 luni, în timp ce fructele speciei Robusta au o coacere mai târzie, de la 10 la 11 luni. Fructele apar cu o paletă verzuie, trecând la culoarea galbenă, apoi la roșu și în sfârșit la purpuriu închis, când ajung la maturitate completă. Recoltarea depinde și variază în funcție de factorii următori: poziția geografică, condițiile climatice și de altitudine. În principalele regiuni de cultură din Brazilia, culesul se prelungește din mai până în septembrie. În America Centrală culesul se practică din luna octombrie și până în luna martie/aprilie, iar în Africa recoltele principale se strâng îndeosebi din martie până în septembrie.

În zonele de cultură se practică mai mult recoltări intermediare, înainte sau după recolta principală. Culesul se face manual sau chiar prin scuturarea arbuștilor cu prăjina, fructele fiind adunate pe cearșafuri sau prelate speciale, întinse în prealabil pe sub arbuști.

Acestea sunt transportate la locurile de prelucrare, unde sunt mai întâi curățate și spălate în apă, în scopul eliminării „cireșelor” verzi, frunzelor și în sfârșit, a corpurilor străine ( pietre, nisip sau alte impurități ). Există două metode de prelucrare a fructelor de cafea:

Metoda uscată ( cu boabe de cafea nespălate );

Metoda umedă ( cu boabe de cafea spălate );

Cafeaua uscată( nespălată). Această metodă se practică în deosebi în Brazilia și în Africa Occidentală și constă în expunerea la soare a „cireșelor” pe platforme de beton, unde sunt tăiate timp de două sau trei săptămâni și mișcate în mod constant, cu ajutorul unor greble speciale.

Pentru a se putea proteja fructele în timpul nopții ( temperaturi scăzute sau rouă ), acestea sunt strânse seara în grămezi și acoperite cu prelate. Se poate practica și o uscare a „ cireșelor” în instalații speciale de uscare, operațiune care în acest caz se realizează numai în 3-4 zile. De îndată ce pulpa s-a uscat, acestea sunt trecute în concasoare speciale, unde boabele sunt separate de pulpă și curățate de membrana pergamentoasă, precum și de pelicula argintie care le înconjoară. Boabele de cafea sunt apoi sortate pe dimensiuni în separatoare speciale. Când este vorba de o calitate superioară a boabelor de cafea, selecționarea acestora se face manual sau electornic, în instalații moderne.

Cafeaua umedă ( spălată ). O parte importantă din cafeaua de calitate superioară este prelucrată prin metoda umedă. Este cazul cafelei provenită din America Centrală, mai precis Guatemala, Costa Rica, Columbia și Mexic, precum și a celei din Africa ( Kenia și Tanganica ). Denumirea comercială a cafelei spălate este „milds”.

După ce sunt spălate și curățate, fructele sunt introduse cu apă în instalații precum depulpare ( tancuri din beton prevăzute cu canale și posibilități de sifonare ), în care fructele își măresc volumul, datorită pătrunderii apei în pulpă, prin osmoză. Pulpa fructelor se desprinde de boabe în timpul nopții și este eliminată apoi mecanic. Boabele de cafea sunt introduse mai departe în tancuri speciale, unde datorită unor procese de fermentare, învelișul pergamentos și pelicula argintie a boabelor, precum și resturile de pulpă aderente, se desprin cu ușurință. Procesul de fermentare durează între 24-48 ore acționează simultan și asupra boabelor de cafea, cărora le influențează considerabil gustul. După această fermentar, boabele sunt spălate bine, zvântate și introduse în instalațiile de decorticare. Aici învelișul pergamentos și pelicula argintie care acoperă bobul sunt complet îndepărtate, boabele de cafea sunt „șlefuite” și capătă un aspect lucios.

După această prelucrare, boabele de cafea sunt sortateși apoi clasificatedupă care sunt ambalate în saci noi de iută cu capacitatea de 45 până la 90 kg. În comerțul cu cafea se socotește întotdeauna pentru statistică o greutate medie de 60 kg pe sac.

III.4. Metode de preparare a cafelelei

La preparareacafeleisuntfolositedouametode, acesteafiind:

Metodamanuală( clasică ) prin care se realizeazăinfuziasaufierbereadirectă a pudrei de cafea ( învasulîn care aceastaestepreparată ). Aceastămetodăestecunoscutăîntoatălumeaîncă din celemaivechitimpuri;

Metodatehnică( modernă ) prin care cafeaua se prepară cu ajutorulunoraparateelectrice de uzmenajersau a unorutilajeindustriale de tipul Espresso, ce se adreseazăconsumuluicolectiv ( baruri, cafenele, cantine, restaurant, etc)

Metodamanuală:

Cafeapreparată“ a la bunica” – este o metodă de preparare a cafeleicunoscutășiutilizatăpretutindeni, de vremefoarteîndelungată. Eaconstăînobținereacafeleiînvasul de preparare la foc direct, prininfuziacafeleiprăjiteșimăcinatesauprinfierbereaacesteia cu apăpotabilăproaspătă, în care s-a adăugatsau nu zahăr ( înfuncție de preferință ). Cafeauaobținută are un gust și o aromăplăcute, însălichidulprezintăînsuspenisieparticule fine de marc sauzaț, lichidulfiindfiltrat. Cantitateatotală de cafea, apăpotabilășizahărfolositătrebuiesăcorespundănumarului total de persoanaeceurmeazăsă fie servite, respectându-se pentrufiecareinvitaturmătoarelecantități: 1 linguriță de cafea ( circa 10-12 g ), și 2 lingurițe de zahăr ( circa 20-25 g dupăpreferință ), pentru o ceașcănormală de apăpotabilă ( de circa 100-150 mi ) adusă la temperature de fierbere.

Cafeaturcească cu caimac–este o metodăfolosită, de asemenea, din vremurifoarteîndepărtateînTurciașiînaltețăriarabe, fiindpreluatăși de noi de la turci, din timpuristrăvechi. Eaconstăînfierbereaînvasulrespectivla foc direct, pe baie de nisip sau bain-marie, a cafelei pudră ( proaspăt prăjită și fin măcinată ) în apa potabilă proaspătă, cu adaos de zahăr.

Acestecomponentesuntîncălzite lent până la atingereatemperaturii de fierbere- înacestsensindiciular fi aparițiaspumei. Aceastăspumă se datoreazăcoagulăriisubstanțelorproteicevegetale, conținute de cafea, în limbaj oriental fiind denumită „caimac”.

La apariția spumei, vasul ( cafetiera ) se ridică de pe foc și cu ajutorul unei lingurițe aceasta se repartizează în fiecare ceașcă gata pregătită pentru a fi umplută cu cafea. Se repune la foc cafetiera, focul având aceeași intensitate, și se repetă fierberea. Sursa de căldură este apoi oprită și în cafeaua fierbinte se adaugă câteva picături de apă potabilă rece, pentru ca marcul ( zațul ) să se depună rapid către partea de jos a cafetierei ( vasului ). Se toară apoi cu atenție cafeaua în stare fierbinte în fiecare ceașcă în așa fel încât împreună cu lichidul să nu mai fie antrenat și marcul existent în suspensie. Același procedeu se aplică și în cazul în care cafeaua a fost fiartă pe baie de nisip sau prin sistemul bain-marie. Cafeaua obținută prin metoda descrisă mai sus prezintă un gust plăcut, însă prin fierbere o parte din substanțele sale aromatizante se pierd. Cantitatea de cafea, apă potabilă și zahăr, precum și raportul în care acestea vor fi folosite sunt asemănătoare celor menționate anterior.

Cafea la filtru- ca regulă generală trebuie reținut faptul că în mod permanent cafetiera

trebuie menținută în stare foarte curată, ba chiar opărită la fiecare utilizare. Încălzirea acesteia se face prin sistemul bain-marie și spre deosebire de cele două metode descrise la punctele a și b la prepararea acestui tip de cafea este folosit un filtru fin, confecționat din fibre de mase plastice, care nu permite marcului să pătrundă în cafeaua astfel obținută.

În concluzie, cafeaua realizată prin această metodă este o cafea de infuzie, filtrată ( fără particule fine de marc în suspensie ), cu gust bun și aromă specifică.

Printre metodele tehnice sau moderne de preparare a cafelei amintim:

Aparate electrice de uz menajer. În prezent există o gamă foarte largă de aparare electrice de uz menajer pentru preparat cafea de diverse mărci și construcții precum:

Aparat electric de uz menajer cu percolator. Acest aparat este utilizat pe scară largă în majoritatea țărilor europene și cu ani în urmă a fost utilizat și la noi, acesta prezentând două mari avantaje: rapiditate în funcționare și ușurință la utilizare.

Aparatul electric pentru pregătit cafea sub vid. Sistemul de funcționare al acestui aparat este aproximativ asemănător cu cel al utilajelor industriale de tip Expresso, care se adresează consumului colectiv ( baruri, cantine, restaurante, spitale etc).

Utilaje industriale de tipul Expresso. După cum am mai amintit, aceste tipuri de utilaje industriale de preparat cafea se adresează consumului colectiv ( baruri, restaurante, cantine etc ), care prin obiectul lor de activitate sunt obligate să producă această băutură rapid, în mod permanent și în cantități importante. Aceste utilaje sunt de gabarite mari și capacitatea acestora variază în funcție de cantitatea de cafea ce urmează a se prepara zilnic de către cei care le dețin. Acest utilaj conferă cafelei unele particularități care pun în evidență în mod mult mai pronunțat gustul, savoarea și aroma ei specifică. Amintim că întreaga operațiune de pregătire a cafelei prin Expresso durează numai câteva minute și prin urmare este exclusă posibilitatea ca aceasta să-și schimbe gustul în timp sau să-și piardă din aroma ei specifică.

III.5. Metode de deshidratare a cafelei

Extractul de cafea este supus mai departe deshidratării, prin diferite procedee tehnologice pe care le vom prezenta succint în cele ce urmează:

Dezhidratarea sub vidsau pe cilindri: extractul de cafea lichid este trecut printr-o cameră de evaporare sub vid și expus direct sub formă de peliculă pe suprafața „lissă” a doi cilindri din oțel inoxidabil, încălziți în exterior și care se rotesc concomitent de la exterior către interior.

Datorită căldurii radiate de aceași cilindri, apa extractul de cafea se evaporă instantaneu, iar cele două cuțite plasate la exteriorul fiecărui cilindru desprind și adună pudra de cafea solubilă formată astfel ( în urma evaporării apei ). Cafeaua solubilă este aspirată și trecută prin site foarte fine, după care este ambalată ermeticsub vid, în flacoane din sticlă, cutii din tablă de aluminiu ( vernisate în interior ) sau în pungi din mase plastice metalizate, în interior și închise spre sudare la cald. Capacitatea acestor ambalaje variază de la 100 la 250g, în funcție de cererea pieței și de fabrica producătoare.

Dezhidratarea prin pulverizare sau atomizare:prin acest sistem de dezhidratare extractul lichid de cafea este pulverizat foarte fin sub formă de ceață- prin conducte cu duze foarte fine amplasate la partea lateralăa unei coloane din oțel inoxidabil, de formă conică. Prin partea superioară a acestei coloane se introduce aer cald uscat, care întâlnind în drumul său extractul de cafea îl deshidratează instantaneu, iar concomitent, aerul umed este evacuat forțat prin cealaltă parte laterală a acestei coloane conice.

În urma deshidratării instantanee a extractului de cafea, se obține prin cădere liberă cafeaua solubilă sub formă de pudră. Este aspirată mai departe pe la partea inferioară a acestui rezervor și este apoi ambalată sub vid, după sistemul și în tipurile de ambalaje amintite.

Deshidratarea prin liofilizare sau sublimare: este unul dintre cele mai moderne și mai costisitoare sisteme de deshidratare a extractului de cafea utilizate la fabricarea cafelei solubile. Extractul de cafea este mai întâi congelat rapid, la temperaturi foarte scăzute ( de la -10º C la -40º C ), în instalații speciale de liofilizare. Extractul de cafea congelat este apoi încălzit rapid până la o temperatură normală și apoi răcit sub la o presiune absolută de 2-0,1 mm Hg, când practic se produce procesul de sublimare. Concomitent se produce și evaporarea apei, fără ca gheața să se topească. Vaporii de apă sunt evacuați forțat, iar cafeaua solubilă obținută sub formă de pudră cristalină este aspirată și ambalată sub vid în ambalaje de tipul și capacitatea amintite.

Este important de reținut că în S.U.A. cafeaua solubilă liofilizată este consumată în proporție de numai 22%, în timp ce în țările europene, cu precădere în Germania, acest procent atinge chiar 88%.

Subliniem că prin deshidratarea extractului de cafea la rece sau prin liofilizare, cafeaua solubilă își păstrează mult mai bine calitățile gustative, prospețimea, aroma, gustul și savoarea, comparativ cu celelalte sisteme prezentate înainte.

III.3. Procesul tehnologic de liofilizare a cafelei

Procesul tehnologic de deshidratare a cafelei prin liofilizare se desfășoară conform schemei tehnologice din figura 20.

Congelarea cafelei

Procesul tehnologic de liofilizare începe printr-o congelare rapidă a cafelei. Congelarea reprezintă faza cea mai importantă a ciclului de liofilizare, care influențează în mare măsură calitatea finală a produsului și prețul acesteia. Congelarea se realizează în interiorul liofilizatorului și nu într-un congelator extern, având loc astfel o congelare internă.

Congelarea rapidă determină formarea cristalelor de gheață de dimensiuni mici și uniform repartizate în masa produsului, ceea ce face cafeaua să fie cât mai puțin afectată în raport cu o congelare lentă. După rehidratare cafelei bine liofilizată are proprietăți foarte apropiate de cele ale produsului inițial.

Fig. 20 Schema tehnologică de prelucrare a sucului de portocale prin liofilizare

sub formă pulverulentă

Pentru a se asigura o bună uscare, temperaturile finale de congelare, trebuie să fie suficient de scăzute astfel încât, toată masa de apă conținuta în produs să fie solidificată.

Temperaturile finale de congelare recomandate ajung între -40°C și -60°C.

Introducerea cafelei în liostat

După congelare, cafeaua este introdusă pe platouri speciale, în liostat. Acesta este un utilaj special, de tipul autoclavelor orizontale, echipat cu sisteme de încălzire și producere a vidului și de eliminare forțată a vaporilor de apă(Fig. 21).

Fig. 21 LiofilizatorulALPHA 1-4 LDpPLUS

Deshidratarea prin sublimare

În măsura în care a fost atins un vid suficient de puternic, produsele supuse liofilizării se reîncălzesc (atent și controlat), pentru a se obține sublimarea apei, fără ca gheața să se topească.

Sublimarea este o transformare de stare ce consuma în jur de 2800 kJ/kg de gheață sublimată. Sublimarea are loc la o temperatură mai mică de 0°C și la o presiune sub 610 Pa (4,58 torr).

În incinta de liofilizare, presiunea este scăzută cu o pompă de vid până la valoarea de 1 – 0,3 mm Hg la începutul uscării primare. Deoarece punctul triplu al apei este la presiunea de 4,6 nm Hg, la orice presiune sub această valoare, sunt posibile două schimbări de faze: sublimarea și desublimarea.

Datorită punerii sub vid a sucului de portocale, presiunea totală este sub punctul triplu, și are loc un efect de deshidratare a produsului prin sublimare. Sublimarea determină scădere a temperaturii cafelei cu 2°C – 15°C sau mai mult, urmată apoi de o umezire superficială a acesteia(Fig. 21).

Fig. 19 Liofilizarea după 2: 42 ore

Procesul fiind endoterm este favorizat de aportul de căldură în sistem, pentru a asigura o viteză de uscare maximă. Vaporii de apă generați prin sublimare sunt eliminați prin porii produsului, datorită presiunii scăzute din camera de uscare, rolul condesatorului fiind acela de a preveni reîntoarcerea vaporilor din nou în produs. Forța motoare a sublimării este diferența de presiune între presiunea de vapori a apei la interfața cu gheață și presiunea de vapori a apei în camera de uscare. Energia necesară sublimării gheții poate fi furnizată prin radiație sau conducție prin produsul înghețat, sau prin iradierea moleculelor de apă folosind microundele. Pentru produsele alimentare sensibile, temperatura de sublimare trebuie să fie de –25 0C, iar pentru cele rezistente –5 0C…–20 0C, iar presiunea poate fi de 0.5 – 1.5 mm coloană Hg.

Durata fazei principale de liofilizare depinde de următoarele:

– grosimea stratului produsului;

– conținutul solid al produsului;

– căldura furnizată la produs pe durata procesului de uscare;

– presiunea din interiorul camerei de uscare pe durata procesului de liofilizare.

Cu presiunea în creștere (nu a vidului), rata sublimării urcă, iar perioada de liofilizare este scurtată.

Vaporii de apă generați pe durata fazei principale de liofilizare nu sunt pompați de pompa de vid, dar sunt colectați de condensatorul de ghață.

Scopul pompei de vid este de a scădea presiunea parțială a gazelor care nu se condensează, astfel ca vaporii de apă să fie transportați de la produs la condensatorul de gheață. Dar cantități mici de vapori de apă sunt pompați de pompa de vid, ca urmare pompa de vid este echipată cu un dispozitiv de echilibrare a gazului.

Pe durata fazei de liofilizare principală, umezeala este îndepărtată prin sublimare, pe durata uscării finale, umezeala este îndepărtată prin desorbție.

Sfârșitul fazei de uscare principală este atins atunci când temperatura produsului este aproape aceeași ca și temperatura raftului. Dacă trebuie îndepărtată apa legată prin adsorbție din produs, trebuie să înceapă faza de liofilizare finală.

Pe parcursul liofilizării principale, 50% din apa conținută în produs este eliminată în circa ¼ din timpul liofilizării. Timpul de liofilizare depinde foarte mult de vid. Cu cât este mai aproape vidul de punctul de solidificare în concordanță cu presiunea vaporilor sub gheață, cu atât va fi mai scurt timpul de uscare.

Astfel 1,0 g de gheață la: – 1,0 mbar presupune un volum de 1m3 de vapori;

– 0,1 mbar presupune un volum de 10m3de vapori;

– 0,01 mbar presupune un volum de 100m3de vapori.

Alimentarea cu căldură pe durata liofilizării are loc prin contact direct cu căldura în camera de liofilizare, conducția căldurii prin gaz sau prin radiație.

Modificările care au loc în structura produsului congelat pe parcursul liofilizării sunt prezentate în figura 20.

Fig. 20 Modificările în structura produsului liofilizat

Transferul de căldură are loc prin intermediul rafturilor încălzite, prin contact direct cu baza recipientului sau prin convecție, prin intermediul raftului și recipientului sau produsului.

La începutul sublimării, transferul de căldură este foarte eficient, de la peretele recipientului până la produsul congelat. Foarte repede se dezvoltă o zonă, fără gheață, poroasă și uscată și are un gradient de temperatură între peretele recipientului și produs. Conductivitatea scăzută a căldurii care aparține produsului deja uscat poate duce la o creștere de temperatură a miezului de gheață. Dacă temperatura miezului se ridică deasupra temperaturii de solidificare, produsul începe să se dezghețe.

În cea de-a doua etapă a uscării trebuie îndepărtată apa de adsorbție în stare lichidă, care este foarte bine legată și de aceea este necesară scăderea vitezei de încălzire, pentru a menține temperatura produsului sub – 30–50oC(Fig.21)

Fig. 21 Liofilizarea după 5: 51 ore

Pe parcursul liofilizării, se controlează atent temperatura și presiunea de deshidratare, până la terminarea acestui proces tehnologic.

Liofilizarea finală

Presiunea finală din camera de uscare depinde de temperatura condensatorului de gheață, conform următoarelor:

-1.030 mbar corespunde la -20oC;

-0.370 mbar corespunde la -30oC;

-0.120 mbar corespunde la -40oC;

-0.040 mbar corespunde la -50oC;

-0.011 mbar corespunde la -60oC;

Presiunea finală măsurată de senzorul de vid când nu este nici un produs în unitate și valoarea temperaturii gheții corespunzătoare sunt determinate de cel mai cald loc al gheții din camera condensatorului.

Sfârșitul liofilizării îl reprezintă vidul și temperatura condensatorului de gheață. Condensatorul de gheață nu mai este încărcat și atinge temperatura finală de aproximativ -55oC până la -85oC. Presiunea din camera de liofilizare descrește conform temperaturii condensatorului de gheață. Pompa de vid este pornită, iar camera de uscare este aerisită prin intermediul unei valve de cauciuc sau a unei valve de aerisire.

Obținerea pudrei

Din liostat, produsul finit sub formă de pudră este readus la temperatura normală și apoi dirijat prin aspirare în instalația de dozare. Aici trebuie să se mențină de asemenea un vid absolut, pudra obținută este trecută mai întâi prin site, după care este introdusă în pungi speciale, de diferite capacități, confecționate din mase plastice, metalizate în interior. Pungile sunt apoi închise ermetic sub vid, prin sudare la cald.

Produsele deshidratate prin liofilizare sunt foarte higroscopice, prezintă o solubilitate mare și sunt cu adevărat ,,instante”.

Ambalate în condiții sterile și depozitate la o temperatură și umiditate corespunzătoare, produsele liofilizate își păstrează gustul, aroma și savoarea, precum și elementele din care sunt constituite, pe o perioadă foarte îndelungată.

Metoda deshidratării prin liofilizare sau sublimare, deși este o metodă tehnologică foarte costisitoare, este utilizată pe scară largă în țările puternc dezvoltate industrial, cu precădere în obținerea cafelei solubile, a sucurilor naturale de fructe, a laptelui pudră și în industria de fabricare a ceaiurilor și alimentelor sub formă de pudră, destinate copiilor.

Pentru lichide se adoptă din ce în ce mai mult o congelare separată, urmată de o mărunțire și de o criodesicare continuă în aparate de volume mici și în care produsul rămâne o perioadă mică de timp.

Liofilizarea continuă a produselor lichide sau păstoase este denumită și liofilizare de particole în mișcare, deoarece într-un astfel de tip de instalație se liofilizează un produs congelat mărunțit și care se prezintă sub formă de granule mai mari sau mai mici, granule care se deplasează la interiorul uneia sau mai multor incinte sub acțiunea vibrțtiilor, antrenate de o bandă în mișcare sau prin rotația însăși a incintei. Produsele intră în instalație printr-un sas de intrare și sunt evacuate printr-un sas de ieșire. Avantajele acestui tip de instalație decurg din faptul că produsul de liofilizat, fiind granulat, are o suprafață mare de schimb de masă:

–   îndepartarea apei din produs este foarte rapidă datorată în plus și miscării care omogenizează uscarea;

–   durata procesului este mică, produsul rămânând în aparat 20-30 minute;

–   la producții egale, au gabarite mult mai mici în raport cu instalațiile de liofilizare discontinuă sau semicontinuă;

–   permit trecerea ușoara de la liofilizarea unui produs la liofilizarea altuia;

–  în cazul unor accidente tehnologice, datorită capacității lor reduse de încărcare, pierderile economice sunt mai mici în raport cu alte tipuri de instalații.

III.4 Condiționarea și ambalarea cafelei

Din liostat, produsul finit, sub formă de pudră este readus la temperatura normală și dirijat apoi prin aspirare, în instalația de dozare. Aici trebuie să se mențină un vid absolut, pudra obținută este trecută prima dată prin site fine, după care este introdusă în pungi speciale, de diferite capacități, confecționate din mase plastice și metalizate la interior. Pungile sunt apoi închise ermetic sub vid, prin sudare la cald.

Condiționarea sucului de portocale se face în vederea eliminării sau reducerii la maximum a cauzelor care determină modificări în calitatea produselor pe perioada depozitării, transportului și manipulării.

Produsele deshidratate prin liofilizare sunt foarte higroscopice, prezintă o
solubilitate mare. Ambalate în condițiile amintite și depozitate la o temperatura și o umiditate
corespunzătoare, aceste produse își păstrează gustul, aroma și savoarea, precum și elementele din care sunt constituite, pe o perioadă foarte îndelungată.

Rehidratarea

Comparativ cu produsele alimentare uscate prin alte procedee, produsele liofilizate pot fi rehidratate mult mai repede și mai complet. Calitatea rehidratării depinde de o serie de condiții:

cantitatea de apă;

duritatea apei de rehidratare;

pH-ul apei;

temperatura;

durata procesului.

Rehidratarea produselor liofilizate:ceaiul, cafeaua, sucurile de fructe etc. se realizează instantaneu, prin adăugare de apă(fig.22).

Metoda deshidratării produselor alimentare prin liofilizare sau sublimare, deși este o metoda tehnologică foarte costisitoare, este utilizată pe scara largă în țările puternic dezvoltate industrial, cu precădere în obținerea cafelei.

Depozitarea cafelei

Depozitarea se face în camere special amenajate, la o temperatură de 12-20oC. Ambalarea și depozitarea produselor liofilizate trebuie să se realizeze numai în ambalaje impermeabile la vapori de apă și oxigen. Se recomandă ambalarea sub atmosferă de gaz inert. Aceste măsuri sunt necesare din cauza unor caracteristici specifice ale produselor liofilizate cum ar fi: porozitate, suprafață specifică mare, permeabilitate la gaze.

III.5 Aprecierea calității cafelei liofilizat în condiții de laborator

Pentru aprecierea calității cafelei liofilizate în laborator, cu ajutorul liofilizatorului ALPHA 1-4 LDpPLUS, după circa 10 ore de deshidratare, s-a procedat la determinarea conțintului de vitamina C din sucul liofilizat și din cafea.

Determinarea vitaminei C

Determinarea vitaminei C din cafea se realizează prin titrarea acesteia cu o soluție de iod, în prezența amidonului ca indicator. În prezența iodului, vitamina C se oxidează, iar iodul se reduce.

Mod de lucru

Într-un pahar Erlenmeyer se adaugă 10 ml soluție standard de vitamina C, 20 ml apă distilată, 2 picături soluție de HCl 1M și 15 picături din soluția de amidon 1%. Se titrează proba cu soluția de iod, până la apariția culorii violet-albastru, culoare care trebuie să persiste mai mult de 15 secunde. Se notează volumul de iod folosit de titrare.

Se repetă procedura de mai sus dar în loc de soluția standard de vitamina C se va adăuga în paharul Erlenmayer, 10 ml din proba analizată. Se va titra proba cu soluția de iod până la apariția culorii violet-albastru.

Se va nota volumul de iod folosit la titrare(Vprb.)

Calculul rezultatului:

Pentru a determina cantitatea de vitamina C din probe se va folosi următoarea formulă:

Vitamina C(mg)=

unde:

Vprb.- reprezintă media volumului de iod folosit la titrarea probelor;

Vstd.- reprezintă media volumului de iod folosit la titrarea vitaminei C standard;

10 mg- reprezintă cantitatea de vitamina C prezentă în cei 10 ml folosiți la titrare.

Determinarea vitaminei C, exprimată în mg/100ml a fost realizată pentru cele 2 variante analizate în laborator: suc proaspăt și suc liofilizat(fig.23).

b) c)

Fig. 23 Determinarea conținutului de vitamina C

a- suc proaspăt, b-c suc liofilizat

Rezultatele obținute în urma determinărilor efectuate sunt prezentate în tabelul 2.

Tabel 2

Conținutul de vitamina C

Conținutul de vitamina C reprezintă un indicator important de apreciere a sucurilor de fructe, și în cazul de față al sucului de portocale proaspăt și liofilizat.

Se constată că în urma liofilizării cafelei care prezintă un conținut de vitamina de C de 4,40 mg/100g, față de 4,66 mg/100g în sucul proaspăt, ceea ce reprezintă un procent de 94,4% vitamina C în sucul liofilizat față de sucul proaspăt.

Se poate trage concluzia că sucul liofilizat păstrează în proporție destul de ridicată conținutul de vitamina C, față de metodele de concentrare și deshidratare termice.

III.5 Aspecte energetice și economice privind tehnologia de liofilizare

Ca metoda de conservare a produselor alimentare, liofilizarea oferă o serie de avantaje referitoare la calitatea produselor și a duratelor admisibile de păstrare în stare liofilizată. Liofilizarea însă, chiar dacă aparatele de liofilizare au fost perfecționate mult în ultima perioadă de timp, iar tehnologiile pentru diferite grupe de produse s-au îmbunătațit simtitor, ramâne o tehnologie de conservare energofagă, depășind cu mult consumurile specifice de energie în raport cu alte tehnologii de conservare.

Costurile totale pentru liofilizarea produselor alimentare variază foarte mult în raport cu tipul aparatului de liofilizare, cu tipul produsului și mai ales cu capacitatea de liofilizare. Totusi, în condițiile unor instalații industriale de liofilizare de mare capacitate, costul liofilizarii depășește de câteva ori costul oricarei alte metode de conservare.

În perspectiva următoare, liofilizarea va ramâne cu o sferă extrem de restrânsă pentru produsele alimentare. Ea va continua să fie aplicată doar la anumite categorii speciale de produse cum ar fi ingrediente pentru preparate culinare, unele specii de crustacee și pești, arome speciale, unele sortimente de cafea și de ceai și, în general, produse cu un preț ridicat.