Ultradźwiękowe wspomaganie procesów suszenia żywności
[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN Ultrasonic Enhancement of Food Drying Processes
polish
- suszenie
- ultradźwięki
- kinetyka
- jakość żywność
- drying
- ultrasounds
- kinetics
- food quality
PL W niniejszej pracy zbadano wpływ zastosowania ultradźwięków na kinetykę suszenia konwekcyjnego w zakresie temperatury 45-60 [°C] i szybkości przepływu czynnika suszącego 2-4[m/s]. Zbadano także wpływ zastosowania ultradźwięków na kinetykę suszenia konwekcyjno-mikrofalowego (w zakresie mocy mikrofal 100-200W) oraz jakość uzyskanego produktu, Jako materiał badawczy wykorzystano owoce i warzywa takie jak owoce jabłoni odmian 'Lobo', 'Ligol' i 'Rubin', ziemniaka odmiany 'Denar', marchew zwyczajną buraka ćwikłowego, jagody kiwi i dyni zwyczajnej. W badaniach kinetycznych analizowano wpływ zastosowanej mocy ultradźwięków (50-200 W) na czas suszenia. Analizie poddano także całkowite zużycie energii podczas procesu. Badania jakościowe prowadzone były w zakresie całkowitej zmiany barwy ΔE w systemie barw CIELab, aktywności wody aw oraz analizy zawartości składników bioaktywnych, charakterystycznych dla wybranego materiału biologicznego, takich jak karotenoidy, fenole. Zanalizowano również wpływ obróbki osmotycznej klasycznej oraz wspomaganej ultradźwiękami na kinetykę suszenia oraz jakość produktu. Badania osmotyczne przeprowadzono dla roztworów w układzie pojedynczym (sorbitol, erytrytol, sacharoza) i binarnym (sorbitol/chlorek sodu oraz sacharoza/chlorek sodu). Testowano wpływ substancji osmotycznie czynnej oraz jej stężenia (w roztworze binarnym o udziale składników w stosunkach 30/5 i 60/5 % w/w) na kinetykę procesu oraz jakość produktu. Zastosowanie ultradźwięków w procesie odwadniania osmotycznego daje dobre rezultaty kinetyczne, pozwalając na większą redukcję wilgoci w stosunku do osmozy klasycznej, oraz wpływa w różnym stopniu na cechy jakościowe produktu, np. skutkuje zmniejszeniem zawartość karotenoidów i fenoli. Zastosowanie ultradźwięków w suszeniu konwekcyjnym skraca czas suszenia, proporcjonalnie do zadanej mocy ultradźwięków, tym samym przyczyniając się do zmniejszenia zapotrzebowania energetycznego procesu. Wpływ ultradźwięków wykorzystanych w procesie suszenia konwekcyjnego jest pozytywny w stosunku do jakości uzyskanego suszu, we wszystkich zbadanych w niniejszej pracy aspektach, tj. aktywności wody, całkowitej zmianie barwy oraz retencji związków o potencjale bioaktywnym, a intensywność zmian w odniesieniu do suszenia konwekcyjne go zależy od zadanej mocy ultradźwięków. Zastosowanie mikrofal w suszeniu konwekcyjnym oraz konwekcyjno-ultradźwiękowym wpływa pozytywnie na redukcję czasu suszenia, natomiast ma negatywny wpływ na końcową zawartość związków o potencjale bioaktywnym w suszu. Odnotowano także wpływ właściwości biofizycznych materiału w odniesieniu do podatności na fale akustyczne. Stwierdzono, że podatność ta wynika z unikalnej budowy mikrostruktury materiału. Uzyskane wyniki pozwalają zakwalifikować odwadnianie/suszenie wspomagane ultradźwiękami jako obiecującą technikę suszenia, mogącą sprawdzić się w produkcji żywności, przyczyniając się do uzyskania zarówno korzyści ekonomicznych, jak i poprawy właściwości prozdrowotnych materiału.
EN ln this study, the impact of the use of ultrasound on the kinetics of convection drying in the temperature range 45-60 [° C] and the drying agent flow rate 2-4 [m / s] was investigated. The influence of the use of ultrasounds on the kinetics of convection-microwave drying (in the microwave power range 100-200W) and the quality of the obtained product were also investigated. The research material used were fruits and vegetables such as apple fruit of the 'Lobo', 'Ligol' and 'Rubin' varieties, potato of the 'Denar' variety, carrot, beetroot, kiwi berries and pumpkin. ln the kinetic tests, the influence of the applied ultrasound power (50-200 W) on the drying time was analyzed. The total energy consumption during the process was also analyzed. Qualitative research was carried out in terms of the total color change ΔE in the CIELab color system, water activity aw and the analysis of the content of bioactive ingredients characteristic for the selected biological material, such as carotenoids and phenols. The influence of classical osmotic and ultrasound-assisted osmotic treatment on the drying kinetics and product quality was also analyzed. Osmotic tests were carried out for solutions in a single (sorbitol, erythritol, sucrose) and binary (sorbitol / sodium chloride and sucrose / sodium chloride) system. The influence of the osmotically active substance and its concentration (in a binary solution with the proportion of components in the ratios of 30/5 and 60/5% w / w) on the kinetics of the process and the quality of the product were tested. The use of ultrasound in the osmotic dehydration process gives good kinetic results, allowing for a greater reduction of moisture compared to classical osmosis, and affects the quality of the product to a different extent, e.g. it reduces the content of carotenoids and phenols. The use of ultrasound in convection drying shortens the drying time, in proporton to the preset ultrasound power, thus contributing to the reduction of the energy demand of the process. The effect of ultrasound used in the convection drying process is positive in relation to the quality of the obtained drought, in all aspects examined in this paper, i.e. water activity, complete color change and phytochemical retention, and the intensity of changes in relation to convection drying depends on the preset ultrasound power. The use of microwaves in convection and convection-ultrasonic drying has a positive effect on the reduction of drying time, while it has a negative impact on the final content of selected bioactive compounds in the dried material. The influence of the biophysical properties of the material with regard to susceptibility to acoustic waves was also noted. lt was found that this compliance is due to the unique structure of the microstructure of the material. The obtained results allow to classify ultrasound-assisted dehydration / drying as a promising drying technique that can prove useful in food production, contributing to obtaining economic benefits and improving the health-promoting properties of the material.
180
chemical sciences
chemical sciences
DrOIN 2195
public
Dorota Konopacka
Skierniewice, Polska
20.05.2022
polish
public
Hanna Kowalska
Warszawa, Polska
16.05.2022
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
05.07.2022
Rada Dyscypliny Nauki Chemiczne Politechniki Poznańskiej
doktor nauk ścisłych i przyrodniczych w dyscyplinie: nauki chemiczne