Tehnologia Produselor Conservate Prin Reducerea Continutului de Apa

Curs 10

Tehnologia produselor conservate prin reducerea continutului de apa

Pentru dezvoltarea microorganismelor este necesar ca în mediu să se găsească o cantitate minimă de apă care pentru bacterii este de 35%, drojdii 25%, iar pentru mucegaiuri 10%. Starea de echilibru a unui produs este caracterizată prin faptul că umiditatea sa este în echilibru cu cea a aerului, stare numită umiditate de echilibru (EHR) sau activitatea apei (aw).

;

Unde: Pm- presiunea vaporilor de apa ai umiditatii din produs

Pw- presiunea vaporilor de apa din atmosfera

În cazul în care în apă se găsește dizolvată o cantitate mare de substanțe solubile, un număr mare de molecule de apă se leagă prin procese fizico-chimice, cantitatea de apă disponibilă este mai mică și deci aciditatea apei va avea o valoare mai mică. Cu cât activitatea apei este mai mică cu atât conservabilitatea produsului este mai mare. În general intervalul de activitate a apei în care se constată dezvoltarea microorganismelor este cuprins între 0,62-1.

Bacteriile prezinta cerinte mai mari de umiditate, fiind inhibate la o activitate a apei mai mica de 0,85, drojdiile sunt inhibate la 0,78 iar mucegaiurile la 0,65.

În cadrul fiecărei grupe există specii de microrganisme, numite xerofite, care rezistă la activități mici ale apei, respectiv la umiditate redusă.Activitatea apei este influentata si de temperatura, presiune osmotica si pH.

Prin reducerea umidității până la 10% pentru legume și 18-24% pentru fructe, se poate asigura conservabilitatea produselor respective un timp îndelungat fără a fi atacate de microorganisme. Explicația constă în reducerea activității apei sub 0,7% la produsele uscate. Fructele fiind mai bogate în zahăr pot fi uscate la o valoare mai mare a umidității față de legume deoarece, zahărul are un efect de reducere a activității apei. Prin uscarea legumelor și fructelor microorganismele sunt inactivate fără a fi distruse, ele putând rezista în stare latentă un timp îndelungat. Enzimele sunt parțial inactivate, dar în timpul depozitării pot fi reactivate provocând modificări ale produselor uscate. O măsură eficace și sigură de inactivare a enzimelor este opărirea legumelor proaspete la 90-95oC sau sulfitarea fructelor destinate uscării.

Conservarea produselor prin reducerea continutului de apa se poate realiza prin mai multe metode:

Prin eliminarea apei din produsele lichide, obtinandu-se produse concentrate

Prin uscarea produselor

Prin adaugare de zahar

Tehnologia produselor vegetale conservate prin uscare

Metoda folosită în mod curent pentru deshidratarea fructelor și legumelor este uscarea cu aer cald în diferite tipuri de uscătoare: tunel, bandă, cu zone. Alte metode de uscare folosite sunt: uscarea sub vid, uscarea pe valțuri, uscarea prin pulverizare, uscarea prin liofilizare etc.

MATERIA PRIMA

Recepție

Depozitare

Condiționare

( sortare, spălare, calibrare)

Prelucrare

( decojire, eliminare codițe, semințe, sâmburi)

Inactivarea enzimelor

USCARE

Echilibrare umiditate

Cernere

Sortare

Depozitare

Fig. Schema tehnologica generala de uscare in aer cald

In timpul uscarii produselor au loc urmatoarele fenomene de difuziune:

Difuziunea externa care se caracterizeaza prin evaporarea apei de la suprafata produsului

Difuziunea interna, care consta in migrarea apei din straturile interioare spre cele exterioare, ca urmare a evaporarii apei de la suprafata si a a tendintei de egalizare a umiditatii din produs.

Termodifuziunea apei, care este procesul de deplasare a vaporilor si a apei dinspre suprafetele incalzite spre suprafetele cu temperatura mai scazuta.

DE

Fig. Schematizarea fenomenelor de difuziune

Intre fenomenele de difuziune trebuie sa existe o corelatie. In cazul in care difuziunea externa este mai mare decat difuziunea interna, apa care exista la suprafata produsului se elimina rapid si ca urmare se formeaza o crusta ce va impiedica procesul de uscare. Deoarece sensul termodifuziunii este invers fata de sensul difuziunii interne, este necesar sa se ia masuri pentru a reduce efectul termodifuziunii. Aceasta se realizeaza prin oparirea produselor.

In cursul procesul de uscare, viteza de evaporare a apei este variabila. La inceput are loc incalzirea produsului pana la stabilirea echilibrului dintre cantitatea de caldura transmisa de agentul de incalzire si cea consumata pentru evaporare. Aceasta faza are o durata redusa si nu influenteaza procesul. In fazele urmatoare uscarea are loc la viteza constanta, cand se elimina apa libera din produs. Aceasta faza dureaza pana la atingerea umiditatii critice a produsului, adica pana in momentul cand nu mai difuzeaza suficienta apa din interiorul tesutului exterior. In continuare uscarea se desfasoara cu viteza descrescanda si devine nula in momentul in care se atinge umiditatea de echilibru. In perioada uscarii la viteza constanta, viteza de evaporare nu depinde de natura produsului ci de modul, in care se face uscarea si de agentul folosit la uscare. Datorita acestui fapt se urmareste ca procesul sa fie condus astfel incat uscarea la viteza constanta sa dureze cat mai mult.Intensificarea procesului in aceasta perioada favorizeaza difuziunea sarurilor, zaharului si a acizilor spre suprafata, care in momentul in care produsul a ajuns la umiditatea critica, formeaza o crusta la suprafata ce intarzie uscarea.

Fig. Viteza de desfasurare a uscarii pe faze

Factorii ce influenteaza uscarea fructelor si a legumelor

Temperatuta agentului- aerul are rol dublu: de a realiza transmiterea caldurii si de a primi si transporta apa. Transmiterea caldurii este direct proportionala cu diferenta dintre temperatura agentului si a produsului. In acelasi timp prin ridicarea temperaturii agentului creste capacitatea de absorbtie a vaporilor de apa. Pentru a evita degradarea produselor, temperatura aerului nu depaseste 80-100°C, exceptie facand uscarea prin pulverizare, unde datorita duratei foarte reduse de contact dintre agent siprodus, temperatura aerului poate fi mai ridicata.

Umiditatea relativa a aerului- cu cat este mai redusa, cu atat aerul va avea o capacitate de absorbtie a vaporilor mai mare. Pentru a evita formarea crustei, se recurge la ridicarea umezelii relative a aerului, realizand recircularea aerului intr-un raport de 70-80%.

Viteza aerului- cu cat agentul de uscare are o viteza mai mare cu atat uscarea se va face mai rapid

Dimensiunile produsului- produsele maruntite au o suprafata mai mare de evaporare si ca urmare se vor usca mai repede

Natura produsului- cea mai mare influenta asupra uscarii o exercita produsul care se usuca. Merele si cartofii se usuca in cateva ore, strugurii in 24-30 ore.

Utilaje pentru uscare

Ca utilaje principale pentru uscare cu aer cald sunt uscătorul cu zone, uscătorul tunel, uscătorul cu bandă.

Uscătorul este împărțit în două zone:

I zonă are 4 site, temperatura de lucru este 80oC;

II zonă are 6 site, temperatura de uscare este 50-60oC.

Sita cu produs proaspăt este introdusă la partea superioară a zonei I, automat ajunge în zona ușii de evacuare de unde este preluată și introdusă în partea superioară a zonei II. Sitele coboară un rând și ca urmare ultima sită cu produs uscat este evacuată pe ușă cu ajutorul ascensorului. Uscătorul cu zone este un uscător cu circulație forțată a aerului și recirculare.

Uscătorul cu benzi se folosește în special pentru uscarea legumelor, deoarece asigură o bună utilizare a agentului și desfășurarea procesului în flux continuu. Sistemul de circulație a aerului este asigurat de un ventilator care asigură circulația continuă a aerului cald și evacuarea aerului uzat în exteriorul tunelului. Instalația nu este prevăzută cu un sistem de recirculate a aerului.

Uscatorul tunel este construit din caramida sau beton si are o lungime de 10-15 m si o latime de 1,8-2,1 m. El este impartit pe orizontala in doua zone: pentru circulatia produsului- tunelul- si canalul pentru circulatia aerului. Produsul este incarcat pe gratare de lemn ce se aseaza pe carucioare, care avanseaza lent prin tunel prin intermediul unui sistem de impingere pneumatic. Agentul de uscare este format dintr-un amestec de gaze de ardere, aer proaspat si aer recirculat.procesul de uscare are loc in flux continuu si-n contracurent.Carucioarele incarcate cu produs se introduc periodic pe la un capat si sunt evacuate la capatul opus.

Tehnologia uscarii legumelor si fructelor in aer cald

Inactivarea enzimelor se realizeaza termic sau prin sulfitare. In cazul inactivarii termice, prin oparire, se obtin urmatoarele efecte favorabile:

Micsorarea timpului necesar deshidratarii, oparirea contribuie la accelerarea evaporarii apei din tesuturi

Prevenirea obtinerii unui gust neplacut (ex. mazarea. fasolea, cartofii)

Indepartarea particolelor de amidon de pe suprafata materialului ex. cartofii

Favorizarea rehidratarii

Fixarea culorii produselor bogate in carotenoizi, ex. morcovii

Exista o stransa legatura intre intensitatea inactivarii enzimatice si pastrarea calitatii produselor Ex. fasolea oparita 2 min isi pastreaza calitatile 3 luni iar cea oparita 3-4 minute, 9 luni. Inactivarea enzimelor este urmarita in laborator prin determinarea activitatii oxidazelor si catalazelor.

In unele cazuri pentru a mari eficacitatea oparirii seadauga in apa de oparire bicarbonat de sodiu pentru a mentine coloratia verde naturala (ex. fasolea) sau amidon pentru a evita innegrirea. Pentru a preveni schimbarile la culoare si degradarea vitaminei C se foloseste sulfit sau bisulfit de sodiu.Pentru a evita pierderile de substante solubile la oparirea in apa se practica inactivarea enzimatica prin tratare cu abur.

Inactivarea enzimatica prin sulfitare se face mai ales la fructele deschise la culoare. Bioxidul de sulf inactiveaza oxidazele ceea ce duce la o pastrare mai buna a vitaminei C, beta-carotenului si culorii fructelor.

Uscarea- fructelor si legumelor se face in doua etape.

La produsele care au o structura capilar poroasa (mere, pere, majoritatea legumelor), la care umiditatea se poate indeparta usor, in prima etapa temperatura aerului este de 70-90°C iar in etapa a doua 50-60°C.

La produsele care prin structura retin puternic apa (prune, visine, cirese, struguri, caise) datorita continutului mare in zahar si aromei specifice, se foloseste o temperatura mai scazuta de 45-55°C in prima etapa si de 60-70°C in etapa a doua.

Umiditatea finala a produselor este 10-12% in cazul legumelor si 25% pentru fructe.

Egalizarea umiditatii- urmareste uniformizarea umiditatii in toata masa produsului; se realizeaza prin introducerea lui in camere cu aer uscat unde se realizeaza si operatiile ulterioare.

Cernerea- urmareste eliminarea bucatilor mai mici de 5mm, ceea ce se realizeaza cu o sita din plasa de sarma sau tabla perforata aflata in miscare de vibratie.

Sortarea, calibrarea- se realizeaza in scopul separarii dupa marime, tot cu site vibratoare.

Controlul urmareste eliminarea exemplarelor cu defecte si a impuritatilor (lemn, metalice); se executa manual pe benzi de cauciuc.

Depozitarea- in stare ambalata la temperaturi de 0-15° si umiditate relativa de 75%.

Alte metode de uscare

Uscarea se mai poate face prin pulverizare, care se aplică produselor sub formă de suc și creme fluide care sunt distribuite în particule de dimensiuni mici de 2-20 , ce sunt uscate într-un curent puternic de aer cald. În cazul produselor lichide sensibile față de temperaturile ridicate uscarea se poate realiza prin:

strat fluidizant vibratoriu care previne lipirea particulelor produsului uscat. Se folosește la obținerea pulberilor de sucuri și legume, durata de uscare fiind de ordiul secundelor.

deshidratarea în strat de spumă se aplică la obținerea pulberilor de citrice, tomate, diferite fructe, ca atare sau sub formă de piureuri.

deshidratarea prin liofilizare care se folosește la deshidratarea materiilor prime scumpe și foarte perisabile (citrice, fructe și legume bogate în vitamine).

Uscarea sub vid pentru fructe si legume asigura o pastrare mai buna a calitatilor senzoriale deoarece vidul permite dezaerarea inaintata si realizarea uscariila temperatura scazuta, ceea ce impiedica desfasurarea proceselor de degradare oxidativa.

Tehnologia produselor conservate prin concentrare

Obtinerea produselor concentrate conduce la urmatoarele avantaje:

Se reduce cantitatea de produs ce urmeaza a se depozita, manipula si transporta

Se asigura conservabilitatea produsului daca acrivitatea apei a scazut sub 0,7 pentru a impiedica dezvoltarea microorganismelor de alterare.

În fucție de gradul de concentrare se deosebesc:

produse semiconcentrate cu 30-50% substanță uscată solubilă se caracterizează printr-o stabilitate redusă fiind necesar un procedeu de conservare suplimentar (congelare, pasteurizare, sterilizare);

concentrate propriu-zise cu minim 65% substață uscată solubilă stabile în timp fără alt procedeu de conservare.

Pentru a evita transformările senzoriale și reducerea valorii alimentare se recomandă răcirea rapidă până la 20oC iar păstrarea se face la temperaturi mai mici de 10oC.

Concentrarea se poate realiza prin mai multe metode: prin vaporizare, prin congelare, prin osmoza inversa si ultrafiltrare.

Concentrarea prin vaporizare

Concentrarea prin vaporizare realizează eliminarea apei din produs sub influența căldurii. De metoda de încălzire depinde viteza de concentrație, gradul de inactivare a enzimelor, a microorganismelor și metodele de conservare a vaporilor secundari. Concentrarea se poate face la trei trepte de temperatură:

concentrarea la temperatură redusă la 10-20oC – se aplică la produsele foarte sensibile. Concentratele obținute prin acest procedeu trebuie să se păstreze obligatoriu la rece deoarece nu sunt inactivate enzimele și microorganismele.

concentrarea la temperatură medie 40-70oC – reprezintă procedeul cu cea mai largă aplicabiliate în practică.

Concentrarea la temperatură ridicată 90-120oC se realizează în timp scurt 30-40 secunde, asigurându-se inactivarea enzimelor și microorganismelor și o bună utilizare a vaporilor secundari.

Tendința actuală de conservare a produselor vegetale este de areduce la minimum durata de concentrare din care cauză instalațiile moderne sunt proiectate pentru a realiza următoarele condiții:

mărirea vitezei de evaporare

expunerea de scurtă durată la acțiunea căldurii

folosirea temperaturilor reduse de lucru

obținerea unor instalații cât mai compacte

comandă coplet automată

curățirea fără demontare.

Instalații de concentrare prin vaporizare

În industria conservelor se folosesc instalații de concentrare cu vid care au următoarele avantaje:

– micșorează temperatura de fierbere a produsului ce trebuie concentrat

– evită fenomenele de fierbere a produsului ce trebuie concentrat

– evită fenomenele ce apar datorită temperaturilor înalte (caramelizare, îmbrumare, degradări de gust și aromă)

– realizează economii de combustibil datorită pierderilor de căldură mici și timpului scurt de realizare a produsului finit.

Cele mai folosite instalații de concentrare în industria conservelor sunt:

1) concentratorul cu manta de încălzire, cunoscut și sub denumirea de vacuum, este cea mai răspândită instalație de concentrare din fabricile de conserve. În aceste aparate se poate realiza un vid de 650- 680 mmHg, ceea ce face ca fierberea să se facă la 50oC.

Instalația se folosește la toate produsele vegetale inclusiv a celor cu viscozitate mare. Are dezavantajul că are o capacitate limitată de concentrare deoarece schimbul de căldură este mic.

2) Instalația de concentrare cu termocompresie (cu simplu efect):

3) Instalații cu dublu efect:

Când se folosește dublul efect economia de abur poate ajunge la 0,45- 0,5kg abur/ kg apă evaporată. La triplu efect economia este de 0,33 kg abur/ kg apă evaporată. Instalațiile pot funcționa în curent paralel sau contracurent. Principiu de lucru: folosirea vaporilor din I efect pentru concentrarea produselor în al II-lea efect.

Tehnologia fabricării bulionului și pastei de tomate

In această grupă se includ :

bulionul ( suc de tomate) – 18-20◦refractometrice

pasta tomate tip C simplu concentrată)- 24◦ refractometrice

pasta tomate tip B (dublu concentrată)- 28-30◦ refractometrice

pasta tomate tip A ( triplu concentrată) 38-40◦ refractometrice

Procesul tehnologic cuprinde următoarele faze : obținerea sucului, concentrarea acestuia , condiționarea și ambalarea. Se lucrează cu instalații automatizate pentru fiecare dintre cele trei faze tehnologice iar concentrarea se realizează în instalații cu dublu sau triplu efect.

TOMATE

Recepție

Spălare

Sortare

Zdrobire

Separare

Suc , semințe Pulpă

Preincalzire

Zdrobire Strecurare

Semințe Suc

Rafinare

Ultrafinare Suc brut

Fig. Schema tehnologica de obtinere a sucului brut de tomate

SUC BRUT

Sterilizare

Centrifugare

Pulpă Ser

Concentrare 40% su

Amestecare

Omogenizare

PASTA TOMATE

Fig. Schema tehnologica de obtinere a pastei de tomate

Recepția materiei prime se face cantitativ și calitativ. Este necesar să se țină o evidență a extractului refractometric deoarece andamentul în pastă depinde de conținutul în extract a materiei prime.

Transportul intern al tomatelor se face hidraulic. Tomatele sunt colectate în buncăre metalice cu apă. Pentru a preveni strivirea roșiilor este necesar ca raportul dintre roșii și apă să fie 2/1. Pentru transportul hidraulic al unui kg de produs sunt necesari 2,5- 4l apă care poate fi obținută de la condensatoarele barometrice.

Tomatele cad în mașina de prespălare de unde sunt preluate de tamburul de transfer și trecute în mașini de spălare pentru eliminarea prafului, nisipului și a altor impurități care se găsesc pe tomate.

Sortarea se face pe banda de sortare cu role, realizându-se o spălare suplimentară cu dușuri. De la spălare roșiile cad în zdrobitor. Grupul de separare a semințelor este format din zdrobitorul de tomate, separatorul de pulpă, zdrobitorul de pulpă și un separator centrifugal pentru semințe.

Preîncălzirea se realizează în schimbătoare de căldură cu serpentină. Ea se face în scopul trecerii protopectinei în pectină în vederea îmbunătățirii consistenței produsului finit, inactivării enzimelor (în special cele pectolitice), inactivării microflorei, creșterea capacității de strecurare.

Rafinarea, ultrarafinarea se realizează cu pasatricea (rafinatricea), iar deșeurile rezultate sunt presate cu o presă cu șurub pentru valorificarea sucului rezidual.

Concentrarea sucului brut se face în funcție de tipul de produs obținut: bulion cu 12%, 18% s.u. solubilă; pastă de tomate cu 24%, 28%, 36%, 40% s.u. solubilă. Pentru concentrarea sucului de tomate se folosesc instalații de concentrare cu simplu efect, dublu efect sau triplu efect. Orientările actuale sunt spre instalațiile de concentrare cu 3, 4 efecte în contracurent sau în curent paralel.

Ambalarea pastei de tomate se face prin turanrea sa fierbinte în recipiente de 3 kg și prin sterilizarea propriu-zisă a recipientelor mici: borcane, cutii de diferite gramaje.

Tehnologia sucurilor de fructe concentrate

Materia primă o constituie sucurile de fructe cu aproximativ 10◦ refractometrice, care sunt supuse concentrării până la conținut diferit în substanță uscată, care depinde de sortiment, 65-70 ◦ refractometrice pentru suc de mere și struguri sau 42-45◦ refr. pentru alte sucuri. In principal se urmărește reducerea efectului negativ al concentrării avansate asupra valorii nutritive a produsului.

Concentrarea se poate realiza prin : evaporare, congelare, osmoză inversă, ultrafiltrare și se aplică un procedeu suplimentar de conservare : conservarea chimică, conservarea și ambalarea aseptică. La conservarea cu benzoat de sodiu, pentru un suc cu 42-45◦ refr se adaugă 0.2% benzoat de sodiu sub forma unei soluții 50%.

O operație importantă este recuperarea aromelor pentru obținerea calităților senzoriale corespunzatoare, la sucurile de fructe concentrate.Gradul de concentrare al substanțelor de aromă , se exprimă printr-un raport având la numitor cantitatea de suc proaspăt din care se obține 1 kg concentrat de aromă ; valoarea gradului de concentrare este cuprinsă între 1/60 și 1/200, cel mai folosit fiind 1/100.

Tehnologia de obținere a sucului limpede este descrisă într-un capitol următor.

CONCENTRARE RECUPERARE

AROME

CONCENTRAT

AROME

DEPOZITARE

DILUARE

FABRICARE BAUTURI

RACORITOARE SAU

ALTE DESTINATII

Fig. Schema tehnologica de obtinere a sucului concentrat