Procesarea Cafelei Prin Liofilizare

CUPRINS

INTRODUCERE…………………………………………………………………………………………………………..

Capitolul I. IMPORTANȚA ȘI CARACTERISTICILE GENERALE ALE CAFELEI…….

I.1. Valoarea alimentară a cafelei………………………………………………………………………………….

I.2. Beneficiile cafelei…………………………………………………………………………………………….

I.3. Tipuri de cafea………………………………………………………………………………………………..

Capitolul II. TEHNOLOGIA LIOFILIZĂRII PRODUSELOR ALIMENTARE……………..

II.1. Generalități privind liofilizarea……………………………………………………………………..

II.2. Tehnologia liofilizării……………………………………………………………………………………..

II.2.1. Tratamente preliminare……………………………………………………………………………..

II.2.2. Congelarea………………………………………………………………………………………………..

II.2.3. Sublimarea……………………………………………………………………………………………….

II.2.4. Uscarea secundară……………………………………………………………………………….

II.2.5. Condiționarea și ambalarea produselor liofilizate………………………………….

II.2.6. Depozitarea produsului liofilizat……………………………………………………………

II.2.7. Rehidratarea produsului liofilizat………………………………………………………….

II.3. Influența liofilizării asupra produselor alimentare……………………………………..

II.3.1. Modificări fizice……………………………………………………………………………………

II.3.2. Modificări chimice și biochimice…………………………………………………………..

Capitolul III. TEHNICA PROCESĂRII CAFELEI …………………………………………………..

III.1. Materia primă – Cafeaua…………………………………………………………………………..

III.2. Prelucrarea boabelor de cafea………………………………………………………………………..

III.3. Metode de preparare a cafelelei………………………………………………………………

III.4. Metode de obținere a cafelei solubile………………………………………………………….

III.5. Instalații de obținere a cafelei instant………………………………………………………

Capitilul IV.APRECIEREA CALITĂȚII CAFELEI LIOFILIZATE ÎN CONDIȚII DE LABORATOR……………………………………………………………………………………………………..

IV.1. Condiții de calitate ale cafelei liofilizate(solubile)……………………………………….

IV.2. Procesul tehnologic de liofilizare a cafelei…………………………………………………

IV.3. Aprecierea calității cafelei liofilizat în condiții de laborator……………………….

Concluzii

Bibliografie

INTRODUCERE

Liofilizarea numită și criodesicare este un procedeu de conservare prin uscare, care constă în eliminarea apei dintr-un produs congelat în prealabil, prin sublimare sub vid.

Liofilizarea are loc în trei etape principale: congelarea, sublimarea sau desicarea primară și desicarea secundară sau desorbția. Prin congelare se separă apa sub formă de cristale de gheață, proces care se inițiază mai întâi în fluidul extracelular, apoi are loc migrarea umidității din celule spre cristalele de gheață, contribuind la deshidratarea acestora. Are loc o încălzire controlată sub vacuum, care conduce la sublimarea gheții, iar apa este evacuată sub formă de vapori fără să aibă loc topirea. În acest mod are loc o modificare minimă a structurii celulare sau a compoziției chimice.

Produsele ce urmează a fi liofilizate sunt supuse unor tratamente preliminare: mecanice(îndepărtarea părților necomestibile, tăierea, mărunțirea, măcinarea), fizice (crioconcentrarea sucurilor de fructe, blanșare, frigere etc.), uneori chimice(adăugarea unor substanțe pentru îmbunătățirea gustului și aromei, adăugarea unor substanțe care ușurează liofilizarea sau a unor produse care protejează produsul de acțiunea microorganismelor) în funcție de natura produsului.

Produsele liofilizate își refac forma și structura inițială prin adaos de apă, datorită structurii spongioase a produselor care permite rehidratarea lor rapidă. Liofilizarea este folosită în industria alimentară pentru a obține: cafea, extracte de ceai, legume, fructe, carne și pește. Produsele liofilizate reprezintă 10-15% din greutatea lor inițială și nu trebuie să fie păstrate refrigerate.

Liofilizarea este un procedeu scump, care conduce la obținerea de produse instant, cu solubilitate mare dar foarte higroscopice(fig.1).

Liofilizarea se aplică cu precădere la obținerea cafelei solubile, a sucurilor din fructe, a laptelui praf, în special pentru copii, a ceaiurilor praf, dar și a fructelor de pădure (zmeură, mure, afine).

Fig. 1. Cafea instant

Cafeaua este una dintre cele mai consumate băuturi la nivel mondial.

Substanțele antioxidante din cafea (vitamina B, C, E, carotenul, lipidele), protejează celulele renale de radicalii de oxigen cancerigen, în comparație cu ceaiul verde la care nu s-a putut dovedi acest effect.

Cafeaua este o băutură care nu conține calorii și contribuie la completarea necesarului de substanțe minerale ca fier, potasiu, magneziu și mangan. De asemenea, cafeaua este un furnizor important de vitamine cum ar fi niacina, o vitamină din grupul B, care este răspunzătoare de aportul de energie, riboflavină, acid pantotenic, vitamina E, vitamina C și vitamina B6.

Stimulează pozitiv metabolismul prin efectului termogenic, o stimulare de a arde grăsimile din corp, datorită cafeinei. Consumul de cafea, poate contribui la pierderea în greutate sau la menținerea ei la un anumit nivel.

Cafeina are proprietatea de a activa combustia lipidelor din corp și de a contribui prin aceasta la aportul energetic al organismului. Cafeina crește nivelul adrenalinei, mărește tensiunea musculară și capacitatea de contracție a mușchilor. Studii recente arată că înaintea întrecerilor sportive, consumul de cafea are efecte pozitive asupra performanțelor și în plus, cafeina stimulează respirația, volumul pulmonar fiind exploatat mai eficient.

Cafeaua facilitează digestia datorită efectului stimulent al cafeinei și elementelor sale, stimulează secreția acidului gastric și al bile

În cazul consumului abuziv de cafea sau alte băuturi care conțin cofeină pot să apară următoarele efecte negative:

tahicardie, (frecvență cardiacă crescută)

neliniște, tremor (tremurături), nervozitate, stări de panică

insomnie

convulsii

În lucrarea de disertație am urmărit liofilizarea a două extracte de cafea: Marcilla și Colombia, în condiții de laborator la Facultatea de Protecția Mediului, cu ajutorul liofilizatorului ALPHA 1-4 LDpPLUS, care reprezintă o tehnică de procesare modernă.

I.IMPORTANȚA ȘI CARACTERISTICILE GENERALE

ALE CAFELEI

I.1. Valoarea alimentară a cafelei

Cafeaua este noțiunea magică ce ne trezește dimineața și adaugă savoare vieții noastre. Cafeaua(fig.1) este cea mai populară băutură pe glob. Totodată, ea se află pe lista celor mai cunoscute mirosuri, alături de bere si unt de arahide. În ultimele trei secole, 90% din oamenii care trăiesc în occident au renunțat la ceai în favoarea cafelei. Cafeaua de dimineață este binevenită și o poți savura în familie, cu prietenii, vecinii.

Fig.1. Cafea

Etimologia cuvântului cafea

Asemănarile fonetice dintre cuvântul "cafea" și echivalenții săi europeni (în italiană "caffe", în franceză "caffé" si "kaffee" în germană), i-au făcut pe oameni să creadă că numele provine din "Kaffa", care este provincia etiopiană de unde cafeaua își trage obarșia. O altă ipoteză a sugerat că acest cuvânt povine din arabescul "quahwek", care înseamnâ stimulant, putere sau vigoare.

Cafeaua conține o substanță – 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 într-o proporție mai mică sunt diferiți de cei ai ceaiului, având un rol antioxidant. Este recomandat consumul a două cafele pe zi, pentru a ajuta digestia, dar nu mai mult de patru.

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, însă in Orientul Mijlociu cafeaua este consumată de toate categoriile sociale încă din vechime. Prima referire la cafea dateaza din secolul al IX-lea, dar înainte cu multe secole, existau mai multe legende arabe cu privire la băutura misterioasă și amară 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. Încă 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 bautură caldă.

I.2. Beneficiile cafelei

Cafeaua nu este doar băutura care ne trezește de dimineață și „aprinde” neuronii pentru orele suplimentare petrecute la serviciu. Specialiștii spun că, datorită antioxidanților pe care îi conține, cafeaua reduce riscul cancerului de colon cu 25% și cu 80% pe cel al bolilor de ficat.

Componentele care dau gustul amar al cafelei au proprietăți antibacteriene, anticancerigene și protejează împotriva cariilor.

Cafeaua reduce riscul de apariție a diabetului de tip II. „Cei care beau în fiecare zi până la trei cești de cafea au un risc semnificativ mai mic de a face diabet în comparație cu cei care nu sunt consumatori de cafea”, spune prof. dr. Gheorghe Mencinicopschi.

Aceasta este și un bun remediu împotriva durerilor de cap și a migrenelor pentru că dilată vasele de sânge. Nu trebuie să consumată mai mult de două trei cești de cafea pe zi.

Deasemenea ,,contează foarte mult tipul de cafea consumat și modul de preparare al acesteia. Este important să cumpărați o cafea de calitate. Evitați să cumpărați cafea măcinată de la magazinul din colțul străzii”, mai spune Gheorghe Mencinicopschi.

Un alt amănunt important: cafeaua trebuie făcută la filtru și în niciun caz în stil turcesc – la ibric. „Cea din urmă, din cauza zahărului, poate fi iritantă și crește colesterolul”, adaugă Mencinicopschi.

I.3. Tipuri de cafea

Sunt cunoscute aproape 80 de tipuri de cafea, din care în scopuri industriale sunt cultivate următoarele patru sortimente de cafea: cafeaua Arabica, cafeaua Robusta, cafeaua Liberica și cafeaua Maragogype.

Cafeaua Arabica

Cafeaua arabica(fig2), este originară din Africa, mai exact din Abisinia, este cea mai apreciată și mai raspândită specie de cafea. Această specie se cultivă mai ales în America Latină, dar și în Africa, ea fiind cea mai cultivată și este foarte prețuită pentru cireșele sale de cea mai bună calitate, care au forma alungită și culoarea verzuie – albăstruie.

Tipul de cafea arabica are nevoie de soluri bogate în minerale și de o temperatură constantă de circa 20°C crescând la o altitudine de peste 600 metri, având aroma și gustul mult mai fine decât celelalte specii. Acesta furnizează azi circa 75-80% din producția mondială de cafea.

Calitatea cafelei Arabica este în general excelentă. Cafeaua care are o tărie medie este obținuta în exclusivitate din varietăți ale felului arabica, originar din America Centrala și de Sud, Kenya, Tanzania, Etiopia. O excepție face Brazilia, astfel că varietățile de cafea arabica braziliene au o aroma mai puțin fină.

Cafeaua Robusta

Cafeaua Robusta(fig.3), este originară din bazinul Congo și crește mai rapid, aceasta dezvoltând o rezistență crescută în zonele unde climatul nu este favorabil cafelei arabice. Se cultivă foarte mult în Africa, India și Indonezia. În comparație cu cafeaua arabica care este pretențioasă la condițiile climatice, aceasta se adaptează ușor climatului sever, și a dezvoltat o rezistență la boli și la dăunători.

Cafeaua Robusta asigură aproximativ 20-25% din producția mondială a cafelei și este cultivată de regulă la altitudinea de circa 600 m față de nivelul mării.

Boabele acestui tip de cafea sunt mici, având o formă neregulată și o culoare maronie spre gălbuie.
În ceea ce privește gustul, cafeaua robusta îl are mai neutru, fiind mai puțin aromată decât cea arabica și este foarte apreciată în gama de cafea solubilă.

Fig. 2. Cafeaua Arabica Fig. 3. Cafeaua Robusta

Cafeaua Liberica

Cafeaua Liberica(fig.4), este originară din Africa, Liberia, aceasta crește repede și este foarte rezistentă la boli. Aceasta se cultivă cu exclusivitate în zonele de câmpii subtropicale ale Africii și Americii de Sud, unde găsește o umiditate foarte mare iar temperatura este cuprinsă între 20 și 25°C.

Boabele sunt adesea deformate, de dimensiune medie și culoare de la brună la galbenă. Calitatea acestei specii de cafea este mediocră.

Fig.6. Cafeaua Liberica

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.

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 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 reținut 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, grăsimile să 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 frontul de sublimare va avansa mai repede și cu mai multă ușurință către centrul produselor decât în cazul unor suprafețe mai 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 acest 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 compoziției, 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 congelare se 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 să fie 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, ținând seama de lipsa efectului de sterilizare al temperaturilor de congelare;

Produsele improprii trebuie eliminate din 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(fig.7).

Fig.7. Sublimarea cafelei

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 sunt 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 reacție 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 permanent încât să se evite decongelarea parțială sau totală a mijlocului 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 în 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(fig.8).

Fig.8. Condiționarea cafelei

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(fig.9):

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. Pot 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 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.

Spre deosebire de celelalte metode de conservare, liofilizarea prezintă numeroase avantaje din perspectiva produselor alimentare. Ca urmare a numeroaselor cercetări în laborator s-au evidențiat o serie de aspecte ale implicațiilor liofilizării asupra produselor alimentare, ceea ce ne determină să considerăm că liofilizarea este o metodă optimă de conservare.

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.3. Influența liofilizării asupra produselor alimentare

În raport cu alte metode de conservare, liofilizarea prezintă avantaje majore din perspectiva 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 acestei metode precum liofilizarea asupra calităților produselor alimentare, ceea ce face ca aceasta să nu mai fie considerată ca o metodă ideală de conservare, așa cum a fost considerată o perioadă lungă de timp.

Liofilizarea se manifestă prin anumite modificări de natură fizică, chimică și biochimică a produselor alimentare.

II.3.1. Modificări fizice

Modificările în aspectul unui produs în diferitele etape ale liofilizării sunt ușor de observat. Atunci când 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 și nu se menține atât forma cât 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 accentuate 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 nefaste pentru produse, fenomenul se datorează faptului că apa este eliminată.

După ce un produs alimentar liofilizat este rehidratat se produce de cele mai multe ori o modificare în textura produsului în raport cu produsul inițial. Această modificare se diferențiază în funcție de produs, de modul acestuia de congelare și de condițiile în care a avut loc liofilizarea propriu-zisă a produsului. În general, se poate afirma că, o congelare rapidă, 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 produselor solide. În cazul celor lichide se observă după rehidratare o vâscozitate mai mică astfel încât produsul reconstituit este mai fluid decât cel inițial.

În ceea ce privește modificările de natură fizică cele mai importante 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.3.2. 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 apar ca urmare a anumitor reacții de substituție, de oxidare, de degradare și altele 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, grupul care se modifică cel mai rapid este format din lipide, care dau în produs unele substanțe oxidate și gustul de râncezire caracteristic.

În ceea ce privește glucidele, acestea pot avea reacții cu aminoacizii sau chiar cu proteinele care nu mai conțin apa de constituție, în cazul unei uscări secundare prea intense.

Radiațiile ultraviolete sunt cele care catalizează anumite reacții chimice sau biochimice aceastea conducând la denaturări ale produselor liofilizate.

III. TEHNICA PROCESĂRII CAFELEI

III.1. Materia primă – Cafeaua

Cafeaua este de fapt specia Coffea, familia Rubiaceelor, specie care conține aproape 80 de soiuri, din care se cultivă în scopuri industriale patru, acestea fiind: Coffea Arabica, Coffea Robusta, Coffea Liberica și Coffea Maragogype.

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.

Fig. Arborele de cafea

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 variind 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(fig.).

Fig. Boabe de cafea

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 drupă 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(fig.), fiind acoperit de o peliculă subțire argintie, peste care se află așezat un înveliș pergamentos de o culoare galbenă spre brună.

Fig. Secțiune prin boabele verzi de cafea

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 cafea 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 și pentru a fi ușor de cules, este menținut prin tăiere la o înălțime de 2-3 m.

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 altitudine de aproximativ 5-6 m, iar acela 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.

„Cireșele” arbustului Arabica pot ajunge la maturitate după 8 sau 9 luni, în schimb fructele din specia Robusta au o perioadă de 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 face începând 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 regăsesc mai mult recoltări intermediare, care sunt înainte sau după recolta principală. În ceea ce privește culesul acesta se face manual sau prin scuturarea arbuștilor cu prăjina, fructele fiind adunate pe cearșafuri sau prelate speciale, întinse în prealabil pe sub arbuști.

Acestea sunt duse la locurile de prelucrare, acolo 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 ).

Arborele de cafea necesită o temperatură medie care poate varia între 18 și 22° C, temperatura mai joasă 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.

Un arbore de cafea tânăr poate furniza la recoltare până la 2,5 kg de „cireșe”, fructe din care se pot obține după prelucrare, aproximativ 500g boabe de cafea curate sau 400 g de cafea prăjită.

III.2. Prelucrarea boabelor de cafea

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.

Fig. Instalații moderne prăjit cafea Fig. Cafea prăjită

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, pentru ca 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.

Schimbarea compoziției cafelei verzi în timpul prăjirii este prezentată în tabelul 1.

Tabel 1

Compoziția cafelei verzi și prăjită

În urma procesului de prăjire au loc modificări, care determină schimbarea proporției componenților:

– conținutul în cofeină la cafeaua prăjită scade foarte puțin, datorită sublimării acestei substanțe în timpul procesului de prăjire a cafelei verzi;

– deoarece cafeaua verde pierde o cantitate importantă de apă, conținutul procentual în cofeină al boabelor de cafea prăjită este apropiat de conținutul în cofeină al boabelor de cafea verde, sau chiar mai mare;

– în timpul procesului de prăjire, zahărul se caramelizează și formează caramelul, substanță care colorează bru concentratul de cafea. Conținutul în zahăr scade cu 0,5-3%;

– cantitatea de dextrină crește, în defavoarea altor hidrați de carbon;

– conținutul în pentozani scade de la 5% la 2,8%, formându-se furfurol, componentul unui alcaloid denumit cafeol;

– prin prăjirea boabelor de cafea, conținutul în grăsimi scade în valoare absolută, dar conținutul procentual în grăsimi nu se modifică, deoarece scăderea cantității de grăsimi are loc concomitent cu deshidratarea boabelor de cafea verde, deci cu scăderea greutății totale;

– prin descompunerea grăsimilor se formează acizi grași liberi, acroleină și acid formic;

– în timpul procesului de prăjire, în boabele de cafea se formează substanțe care dau aroma caracteristică, numite cafeol sau cafeon;prăjirea cafelei verzi este un proces pirogenetic în timpul căruia se formează: furfurol din pentozani, acroleină din grăsimi, amoniac, amine și pirol de proteine.

Aceste substanțe reacționează între ele și formează substanțe cu structură complexă, care determină aroma cafelei.

În ceea ce privește metodele de prelucrare a fructelor de cafea se remarcă două metode:

Metoda uscată ( cu boabe de cafea nespălate );

Metoda umedă ( cu boabe de cafea spălate ).

Metoda uscată( nespălată), se practică îndeosebi 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(fig.).

Fig. Prelucrarea uscată a cafelei

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(fig.).

Metoda umedă(spălată), prelucrează cea mai importantă parte din cafeaua de calitate superioară. Spre exemplu cafeaua provenită din zone precum 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 fenomenul denumit osmoză. În ceea ce privește pulpa fructelor, aceasta se desprinde de boabe în timpul nopții și mai apoi este eliminată mecanic.

Boabele de cafea sunt puse apoi 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” primind un aspect lucios.

Fig. Prelucrarea umedă a cafelei

După ce s-a realizat această prelucrare, boabele de cafea sunt sortate și apoi clasificate după 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.3. Metode de preparare a cafelelei

La prepararea cafelei sunt folosite două metode:

Metoda manuală(clasică) prin care se realizează infuzia sau fierberea directă a pudrei de cafea (în vasul în care aceasta este preparată). Această metodă este cunoscută în toată lumea încă din cele ma vechi timpuri;

Metoda tehnică(modernă) prin care cafeaua se prepară cu ajutorul unor aparate electrice de uz menajer sau a unor utilaje industriale de tipul Espresso, ce se adresează consumului colectiv (baruri, cafenele, cantine, restaurant, etc)

Metoda manuală:

Cafea preparată numită și “ a la bunica” – este considerată a fi o metodă de preparare a cafelei cunoscută și utilizată pretutindeni, de vreme foarte îndelungată. Ea constă în obținerea cafelei în vasul de preparare la foc direct, prin infuzia cafelei prăjite și măcinate sau prin fierberea acesteia cu apă potabilă proaspătă, în care s-a adăugat sau nu zahăr (în funcție de preferință). Cafeaua obținută are un gust și o aromă plăcute, însă lichidul prezintă în suspensie particule fine de marc sau zaț, lichidul fiind filtrat. Cantitatea totală de cafea, apă potabilă și zahăr folosită trebuie să corespundă numarului total de personaje ce urmează să fie servite, respectându-se pentru fiecare invitat următoarele cantități: 1 linguriță de cafea(circa 10-12 g ), și 2 lingurițe de zahăr(circa 20-25 g după preferință), pentru o ceașcă normală de apă potabilă(de circa 100-150 ml) adusă la temperatura de fierbere.

Cafea turcească cu caimac – este o metodă folosită, de asemenea, din vremuri foarte îndepărtate în Turcia și în alte țări arabe, fiind preluată și de noi de la turci, din timpuri străvechi. Ea constă în fierberea cafelei pudră în apa potabilă proaspătă cu adaos de zahăr și în vasul respectiv la foc direct, pe baie de nisip sau bain-marie.

Aceste componente sunt încălzite lent până la atingerea temperaturii de fierbere – în acest sens indiciul ar fi apariția spumei. Această spumă se datorează coagulării substanțelor proteice vegetale, 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 toarnă în fiecare ceașcă care este pregătită pentru a fi umplută cu cafea. Se pune din nou la foc cafetiera, focul fiind la fel de tare, și se repetă fierberea. Mai apoi se oprește sursa de căldură iar în cafeaua fierbinte se pun câteva picături de apă rece potabilă, pentru ca marcul(zațul) să se depună rapid către partea de jos a cafetierei (vasului) pentru a fi consumată cu ușurință cafeaua.

Se toarnă 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 dacă cafeaua a fost fiartă pe baie de nisip sau prin sistemul amintit bain-marie. Astfel 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.

Ca urmare, cafeaua care a fost obținută prin această metodă este o cafea de infuzie, filtrată (fără particule fine de marc în suspensie), cu gust bun și aromă specifică.

Metodele tehnice sau moderne de preparare a cafelei:

Aparate electrice de uz menajer. În prezent există o gamă variată de aparate electrice de uz menajer care sunt folosite pentru a prepara cafea de diverse mărci și construcții precum:

Aparatul electric de uz menajer cu percolator. Acesta este folosit 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 se aseamănă cu cel al utilajelor industriale de tip Expresso, acestea adresându-se consumului obișnuit spre exemplu în baruri, cantine, restaurante, spitale.

Utilaje industriale de tipul Expresso. Aceste tipuri de utilaje industriale de preparat cafea se adresează consumului obișnuit din baruri, restaurante, cantine etc. care sunt obligate să producă această băutură rapid, în mod constant și în cantități semnificative. Aceste utilaje sunt de gabarite mari și capacitatea acestora diferă în funcție de cantitatea de cafea care se prepara zilnic de către cei care le posedă. 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.4. Metode de obținere a cafelei solubile

         Fabricarea cafelei solubile de calitate superioară depinde în principal de amestecul de boabe de cafea pregatit pentru obținerea acestui produs. În general se utilizează amestecuri de cafea de Brazilia, din America Centrala și Africa de Sud.

Un rol foarte important la fabricarea cafelei solubile îl are și modul în care a fost condus procesul de prăjire a boabelor de cafea verde. Ideea obținerii cafelei solubile, s-a născut cu ani în urmă, datorită progresului tehnic la care a ajuns astazi omenirea, precum și datorită vieții trepidante, factori care au impus găsirea unor soluții de a se extrage din boabele de cafea prajită "esența" acestora, evidențiată prin: aroma, gustul, parfumul și savoarea cafelei solubile.
        Astfel este evident faptul că prețul cafelei solubile îl depășeste cu mult pe cel al cafelei livrate sub formă de boabe prajite și măcinate, datorită pierderii de substanță înregistrate prin îndepărtarea "zațului" în urma procesarii cafelei macinate, în al doilea rând, trebuie avute în vedere și costurile suplimentare suportate de fabricanții de cafea solubilă la deshidratarea concentratului de cafea, utilizat ca materie primă la obținerea acestui produs.

Există mai multe metode de solubilizare a concentratului de cafea, care de fapt este cel obținut menajer (când preparăm obișnuita cafea la filtru sau cea turcească, obținută prin fierbere la foc direct). Acest concentrat de cafea din care se extrage cafeaua solubilă este, de fapt, lichidul compus din apa potabilă (adusă la temperatura de fierbere) în amestec cu cafeaua prăjită și măcinată fin. Concentratul de cafea este filtrat cu ajutorul unor filtre speciale foarte fine, obținându-se prin indepartarea reziduurilor (a "zațului"), extractul de cafea, care constituie materia prima pentru fabricarea cafelei solubile. Conținutul în extract al concentratului de cafea variază între 30,3 și 35,6%, în funcție de varietatea și originea sortului de cafea folosit.

Extractul de cafea este supus mai departe deshidratării, prin diferite procedee tehnologice:

Deshidratarea sub vid sau pe cilindri;

Deshidratarea prin pulverizare sau atomizare;

Deshidratarea prin liofilizare sau sublimare.

Deshidratarea sub vid sau pe cilindri presupune faptul că extractul de cafea lichid trece printr-o cameră de evaporare sub vid și expus direct sub formă de peliculă pe suprafața „lissă” a doi cilindri din oțel inoxidabil, aceștia fiind încălziți în exterior și rotindu-se concomitent de la exterior către interior(fig).

Fig. Schema grafică a deshidratării pe cilindri rotativi

1-lichidul în suspensie, 2-cilindrii rotativi în suspensie, 3-cutia pentru desprinderea peliculei de pudră, 4-filmul de particule solide, 5-evacuarea vaporilor de apă,

6-aspirarea pudrei obținute în camera de ambalare

Din cauza căldurii care este radiată de aceași cilindri, apa din extractul de cafea este evaporată instantaneu, iar cele două cuțite plasate la exteriorul fiecărui cilindru desprind și adună pudra de cafea solubilă formată astfel(în urma evaporării apei). Totodată cafeaua solubilă este aspirată iar după aceea ea trece prin site foarte fine, mai apoi fiind ambalată ermetic sub vid, în flacoane din sticlă, cutii din tablă de aluminiu(vernisate în interior) sau în anumite pungi din mase plastice metalizate, în interior și închise spre a fi sudate la cald. Ambalajele variază ca și capacitate, în funcție de cererea pieței și de fabrica producătoare ea putând fi de la 100 la 250g

Deshidratarea prin pulverizare sau atomizare: extractul lichid de cafea prin intermediul acestui sistem de deshidratare este pulverizat foarte fin sub formă de ceață- prin conducte care sunt echipate cu duze foarte fine acestea fiind amplasate la partea lateralăa unei coloane din oțel inoxidabil, de forma unui con. Prin partea de sus a acestei coloane se introduce un aer cald uscat, care întâlnește în drumul său extractul de cafea pe care îl deshidratează instantaneu, iar concomitent, aerul umed este evacuat forțat prin cealaltă parte laterală a acestei coloane conice(fig.).

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 acele sortimente de ambalaje pe care le-am amintit.

Fig.17 Schema grafică a deshidratării fine

1-lichidul în suspensie, 2-pulverizarea soluției în curent de aer, 3-sursa de aer cald, 4-evacuarea vaporilor de apă, 5-obținerea pudrei prin cădere liberă

Procedeul deshidratării prin liofilizare sau sublimare, este unul dintre cele mai moderne și mai scumpe sisteme de deshidratare a extractului de cafea care sunt folosite la fabricarea cafelei de tip solubil. Extractul de cafea este mai întâi congelat rapid, la temperaturi foarte scăzute(de la -10º C la -40º C ), în anumite instalații speciale destinate liofilizării.

Extractul de cafea care a fost congelat este încălzit rapid până ajunge la o temperatură normală iar mai apoi este răcit sub o presiune cuprinsă între valoarea de 2-0,1 mm Hg, când se produce de fapt procesul numit sublimare. În același timp 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.

Fig. Schema tehnologică a deshidratării extractului de cafea

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%.

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

III.5. Instalații de liofilizare

Componentele principale ale unei instalații de liofilizare sunt:

camerele de uscare (sublimare + desicare secundară);

sistemul de încălzire;

sistemul de evacuare a vaporilor.

Camera de uscare, produsul congelat primește cantitatea de căldură necesară sublimării, aceasta putând avea loc în diverse moduri: prin conducție, prin convecție sau prin radiație.

Pe lângă procedeul utilizat, camerele de uscare (sublimare + desicare secundară) pot fi clasificate:

– după formă: rectangulare și cilindrice având plăcile de încălzire fixe sau mobile;

– după modul de funcționare: discontinue, semicontinue și continue.

Camerele de uscare cu platouri de încălzire fixe mai des utilizate sunt cele din formă rectangulară ai căror pereți sunt construiți din oțel carbon, căptușiți la interior cu epoxid alb care se poate ușor curăța. În unele cazuri se utilizează oțelul inoxidabil. Grosimea pereților și ranforsările respective depind de mărimea camerei și de rezistența materialului utilizat. Camerele rectangulare sunt în general ranforsate la exterior cu profile I. Un tip reprezentativ de cameră de uscare de formă rectangulară cu platouri de încălzire fixe este cel din instalația Del-Vac-Engineering Co., la care platourile fixe de încălzire sunt confecționate din aluminiu, cu suprafața polisată. Încălzirea platourilor se face prin intermediul unei serpentine montate în jurul acestora.

Camerele de uscare (sublimare) cu platouri mobile unul față de altul, permit realizarea unei ușoare presiuni pe material, și fac parte din instalațiile care funcționează pe principiul AFD (Accelerated-Freeze-drying) sau VCD (Vacum contact drying).

În prezent funcționează două tipuri de instalații pe principiul AFD și anume:

– instalația AFD Vickers Armstrong Ltd – South Marston England cu camere rectangulare;

– instalația AFD Mark I A/S Atlas Copenhagen (Danemarca) cu camere cilindrice.

Cărucioarele care transportă tăvile cu produs congelat în sublimator și de la sublimator în camera de condiționare (ambalare) sunt de tip special, permițând ca țevile cu produse să se integreze între platourile de încălzire (fig.).

Fig. Sistem de încărcare a unei camere de liofilizare

Camere de sublimare cu funcționare semicontinuă, sunt utilizate pentru productivități mai mari, sunt de forma unor tunele prevăzute la ambele capete cu două camere-ecluză pentru introducerea și scoaterea etajerelor cu produse. Procesul de uscare decurge continuu, dar încărcarea și descărcarea se face periodic.

Produsul este încărcat pe etajere, masa unei șarje ce se introduce în sublimator prin camera ecluză fiind 1/15 – 1/20 din masa produsului aflat în zona de uscare(fig.10).

În poziția I sunt închise zăvoarele de vacuum care izolează zona de uscare de cele două camere ecluză. Ușile exterioare ale acestor camere sunt deschise și etajera cu produs uscat 1 se scoate din camera – ecluză de descărcare, iar etajera 8 este introdusă în camera-ecluză de primire. În poziția II se închid ușile exterioare ale camerelorecluză, cea de primire având în interior etajera încărcată cu produse, iar cea de evacuare fiind goală.

În poziția III se deschid zăvoarele de vacuum care izolează zona de uscare de camera – ecluză și etajerele se mută de la stânga la dreapta cu un ,,pas”, astfel că în camera – ecluză de evacuare este împinsă o etajeră în timp ce camera – ecluză de primire rămâne goală.

În poziția IV se închid zăvoarele de vacuum care izolează zona de uscare de camerele ecluze. Produsele de pe etajera 2 sunt uscate complet și sunt gata de evacuare, ciclul putând fi reluat.

Boabele de cafea verde sunt mai întâi prăjite pentru a le oferi gustul și aroma adecvate. În cele mai multe sisteme de prăjire sunt folosiți cilindri rotativi între care se găsesc boabele de cafea verde și gazele de ardere fierbinți. Când temperatura boabelor ajunge la 165° C, prăjirea începe, însoțită de sunete similare cu cele produse de floricelele de porumb. Acest proces durează aproximativ 8-15 minute pentru a finaliza prăjirea cu un randament de aproximativ 25-75%. Prăjirea boabelor de cafea cu ajutorul unui pat fluidizat durează doar între treizeci de secunde și patru minute, și funcționează la temperaturi mai mici, ceea ce permite o mai mare reținere a aromei și gistului boabelor de cafea.

Boabele sunt apoi măcinate fin. Măcinarea reduce boabele de dimensiuni de 0,5-1,1 milimetri, pentru a permite cafelei să fie pusă în soluție cu apă pentru etapa de uscare. Sunt utilizate seturi de role special concepute pentru a zdrobi mai degrabă decât să taie boabele de cafea.

Odată prăjită și măcinată, cafeaua se dizolvă în apă. Această etapă se numește extracție. Se adaugă apă în 5-10 coloane de percolare la temperaturi între 155 și 180° C, concentrând soluția de cafea la aproximativ 15-30% cafea. După filtrare, se poate face o concentrare suplimentară înainte ca procesul de uscare să înceapă prin evaporare în vid sau concentrare prin liofilizare(fig.).

Fig. Automat pentru cafea instant

IV. APRECIEREA CALITĂȚII CAFELEI LIOFILIZATE ÎN

CONDIȚII DE LABORATOR

IV.1. Condiții de calitate ale cafelei liofilizate(solubile)

Caracteristici tehnice și proprietăți organoleptice:

aspect: pulbere fină, granulată, omogenă și fără aglomerări;

culoare: de la brună la brună roșcata, uniformă în întreaga masă;

gust si miros: specifice placute, bine exprimate, fara gust sau miros straine, fara gust de caramel.

Proprietăți fizico-chimice:

solubilitate: solubilă 100% în apă caldă și rece;

umiditate: maximum 4%;

pH: maximum 4,5-5;

corpuri străine: absente.

Reguli pentru verificarea calitatii: verificarea calității se va face pe loturi, prin lot înțelegându-se marfa de aceeași calitate, tip comercial și livrată de același furnizor.

Verificarea aspectului exterior al marcării: aceasta operațiune se va efectua la minimum 1% din numarul total al ambalajelor de transport, cu examinarea fiecărui recipient.

Prelevarea probelor: se va face din ambalajele examinate și se vor recolta probe în proporție de 0,03% din numărul total al recipientelor (care constituie lotul).

Ambalarea și marcarea: cutiile metalice sau flacoanele din sticlă trebuie să fie închise ermetic. Nu se admit cutii ruginite sau deformate. Pentru asigurarea integrității, recipientele vor fi ambalate în lăzi.

Transportul și depozitarea: produsele vor fi transportate în mijloace de transport curate și dezinfectate, iar depozitarea se va face în încăperi curate, uscate și fără mirosuri străine, la o temperatură maximă de 18°C și o umiditate relativă a aerului de 75%.

IV.2. Procesul tehnologic de liofilizare a cafelei

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

Fig. Schema tehnologică de prelucrare a cafelei prin liofilizare

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 ca masa de cafea să fie cât mai puțin afectată în raport cu o congelare lentă. După rehidratare, cafeaua bine liofilizată are proprietăți foarte apropiate de cele ale produsului inițial.

Pentru a se asigura o bună uscare, temperaturile finale de congelare, trebuie să fie suficient de scăzute astfel încât, toată masa de apă conținută 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. ).

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 care consumă aproximativ 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 cafelei, presiunea totală este sub punctul triplu, și are loc un efect de deshidratare a produsului prin sublimare. Sublimarea determină scăderea temperaturii cafelei cu 2°C – 15°C sau mai mult, urmată apoi de o umezire superficială a acesteia(Fig. ).

Fig. 19 Liofilizarea după 0:55 minute

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 condensatorului fiind 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 -5oC…–20oC, 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. Cantități mici de vapori de apă sunt pompați de pompa de vid.

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 .

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.)

Fig. 21 Liofilizarea după 4:00 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.

După 7 ore de liofilizarea, din produsul congelat a fost eliminat conținutul de apă în proporție de 98%(fig.)

Fig. Liofilizarea după 7:00 ore

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 vibrațiilor, 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.

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 cafelei 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.

Fig.9. Ambalaje cafea liofilizată

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.

IV.3. Aprecierea calității cafelei liofilizată în condiții de laborator

Pentru analiza procesului de liofilizare a cafelei, am luat în analiză 2 sortimente de cafea măcinată(fig.):

Marcilla;

Colombia.

Din cele 2 sortimente de cafea, s-au preparat extracte, care au fost liofilizate în condiții de laborator, în liofilizatorul ALPHA 1-4 LDpPLUS.

Pentru aprecierea calității cafelei liofilizate în laborator, cu ajutorul liofilizatorului ALPHA 1-4 LDpPLUS, după circa 7 ore de deshidratare, s-a procedat la determinarea și aprecierea cantității de cafea liofilizată obținută(fig. ).

Fig. Determinarea cantității de cafea liofilizată

Fig. Probele de cafea liofilizate

Datele obținute la cântărirea celor două sortimente de cafea sunt trecute în tabelul 2.

Tabel 2

Cantitatea de cafea liofilizată

În urma liofilizării celor două sortimente de cafea: Marcilla și Colombia, se constată că s-a plecat de la o greutate de 14 g de extract de cafea Marcilla și s-a ajuns în urma liofilizării la 0,280 g cafea liofilizată, rezultând un grad de deshidratare de 50 de ori; iar în cazul extractului de cafea Colombia s-a plecat de la o cantitate de 11 g de extract de cafea și s-au obținut 0,350 g cafea liofilizată, gradul de deshidratare fiind de 31,42 ori.

Cafeaua liofilizată ,,Marcilla”, se prezintă sub formă de granule, omogene, de culoare maron mai deschis, cu gust și miros plăcut, bine exprimat, fără gust de caramel.

Cafeaua liofilizată ,,Colombia”, se prezintă sub formă de pulbere cu aglomerări, de culoare maron închisă, neuniformă, gust și miros specific, fără gust și miros de caramel.

III.5 Aspecte energetice și economice privind tehnologia de liofilizare

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

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.

BIBLIOGRAFIE

C. Banu – Tratat de industrie alimentară. Tehnologii alimentare, Editura ASAB, București, 2009

Măndița Dumitru, Colecția Idei Practice, “Fructe exotice, stimulente, condiment natural” Editura Tehnică, București, 2002

Mintaș Ioan – „Tehnica Frigului”, Ed. Universității AGORA, Oradea, 2009

Mintaș Ioan – „Tehnica Frigului- Aplicații practice”, Ed. Universității AGORA- Oradea, 2009

Naghiu Alexandru, Timar Adrian, David, Adriana Naghiu, Anca „Tehnica frigului și climatizare în industria alimentară”, Editura RISOPRINT- Cluj-Napoca- 2005

Niculiță Petru, Purice Nicolae, “Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine animală” Ed. Ceres, Bucurști, 1986

Petru Niculiță, Nicolae Purice – Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine vegetală, Editura Ceres, București, 1986

Petru Niculiță – Tehnica și tehnologia frigului în domenii agroalimentare, Editura Didactică și Pedagogică București, 1998

Petru Niculiță, Mona Popa – Tehnici de conservare a produselor agroalimentare, București, 2002

https://cti97.files.wordpress.com/2013/01/aproape-totul-despre-cafea.pdf

http://www.cafea.home.ro/tipuri_de_cafea.html

http://www.agriculturaromaneasca.ro/produse/conservarea-pestelui-si-a-produselor-din-peste-27-t10.html

http://www.mmsport.ro/procedeu-liofilizare.htm

https://iftode.wordpress.com/tag/kava/

http://www.automatedecafea.net/fabricarea-cafelei-instant/

http://www.bursaagricola.ro/Info-Fabricarea_cafelei-51-24091-1.html