Консервирование обезвоживанием — сушка
Консервирование обезвоживанием — один из наиболее старых и легкодоступных методов длительного сохранения пищевых продуктов, особенно фруктов и рыбы, а также мяса и овощей.
Консервирующее действие обезвоживания основано на прекращении жизнедеятельности микроорганизмов при снижении содержания влаги в пищевых продуктах ниже 15 %. Большинство микроорганизмов нормально развивается при содержании в пищевом продукте не менее 30 % воды. При консервировании обезвоживанием микроорганизмы впадают в состояние анабиоза, а при увлажнении продукта вновь получают способность развиваться.
В пищевых продуктах под влиянием сушки возникает ряд изменений структурного и химического характера, сопровождаемых значительным разрушением таких биологических систем, как витамины и ферменты. Консервирование обезвоживанием может быть произведено в условиях атмосферного давления и в условиях вакуума.
Обезвоживание в условиях атмосферного давления
Обезвоживание в условиях атмосферного давления может быть естественным и искусственным. Естественная солнечная сушка — старый способ сохранения продуктов, используемый до настоящего времени. Посредством естественной солнечной сушки заготавливают высококачественные сухие фрукты (абрикосы, изюм). Разновидностью естественной сушки является вяление, посредством которого готовят воблу и тарань, рыбец и белорыбицы.
Естественная сушка — процесс достаточно длительный, в связи с чем высушиваемые продукты могут подвергнуться инфицированию и общему загрязнению. Солнечная сушка возможна только в местностях с большим количеством солнечных дней. Все это ограничивает промышленное применение методов естественной сушки в массовом масштабе.
Искусственная сушка в условиях атмосферного давления может быть струйной, распылительной и пленочной. Струйный метод — наиболее простой вид промышленной сушки. При этом используются сушильные камеры различных систем, в которых высушиваемые продукты подвергаются действию непрерывной струи горячего воздуха, нагреваемого в специальных калориферах. Движение воздуха и удаление влаги обеспечиваются системой вентиляционных устройств.
Высушивание жидких продуктов — молока, яиц, томатного сока — производится методом распыления. Эти продукты через форсунку распыляются в тонкую взвесь (величина частиц 5-125 мк) в специальной камере с движущимся горячим воздухом (температура 90-150°). Взвесь мгновенно высыхает и в виде порошка оседает в специальные приемники.
Сушка методом распыления может быть произведена в камерах с вращающимся диском, на который направляется тонкой струей подогретое молоко. Быстро вращающийся диск под влиянием центробежной силы разбрызгивает жидкость в мелкую пыль, которая высушивается идущим навстречу горячим воздухом. Несмотря на высокую температуру, в связи с кратковременностью действия при методе распыления высушиваемый продукт подвергается незначительным изменениям своего состава и легко восстанавливается.
Известен контактный, пленочный, метод сушки, при котором высушивание производится путем контакта (нанесения) высушиваемого продукта (молока) с нагретой поверхностью вращающегося барабана и последующего снятия высушенного продукта (пленки) с помощью специального скребка (ножа). Этот метод сушки характеризуется существенными структурными изменениями в высушиваемом продукте, денатурацией его составных частей и меньшей восстанавливаемостью при его оводнении. Так, растворимость сухого молока, полученного пленочным способом, составляет 80-85 %, тогда как молоко распылительной сушки растворяется в количестве 97-99 %.
Вакуумная сушка
Вакуумная сушка ведется в условиях разрежения при невысокой температуре, не превышающей 50°. Она имеет ряд преимуществ по сравнению с атмосферной сушкой. При вакуумной сушке обеспечивается в наибольшей степени сохраняемость природных свойств высушиваемого продукта.
В высушиваемом продукте полностью сохраняются витамины и природные вкусовые свойства. Так, в результате сушки яиц при атмосферном давлении разрушение витамина Α достигает 30-50 %, а при вакуумной сушке эти потери не превышают 5-7 %.
Сублимационная сушка
Сублимационная сушка (лиофилизация) — наиболее современный и перспективный метод консервирования пищевых продуктов. При этом методе обеспечивается наиболее совершенное высушивание с максимальным сохранением природных, пищевых, органолептических и биологических свойств продукта. Особенностью метода является то, что удаление влаги производится из замороженных продуктов непосредственно из кристаллов льда, минуя жидкую фазу. Такой метод высушивания получил название сублимационного, или лиофилизации.
Впервые метод сублимационной сушки был использован в 1935 году для получения сухих лечебных сывороток. В дальнейшем этим методом начали получать сухие сыворотку и кровяную плазму, а также биопрепараты — эндокринные, ферментные и трансплантаты различных тканей.
В дальнейшем метод сублимационной сушки внедрили в производство сухих пищевых продуктов. При сублимационной сушке хорошо сохраняются витамины, в том числе и такой неустойчивый витамин, как аскорбиновая кислота.
В современных сублимационных установках основной частью является сублиматор, представляющий собой металлическую, цилиндрической формы со сферическими дисками камеру, в которую помещают высушиваемые пищевые продукты и создают глубокий вакуум. Для конденсации водяных паров применяют специальные конденсаторы — вымораживатели, охлаждаемые компрессорными фреоновыми или аммиачными холодильными установками. Установки снабжаются ротационными масляными вакуум-насосами с газобаластным устройством. Во время работы установки обеспечивается герметичность сублиматора, конденсатора, всех трубопроводов и частей, входящих в вакуум-систему.
В сублимационной сушке различают три периода высушивания. В первом периоде после загрузки высушиваемого продукта в сублиматоре создается высокий вакуум, под влиянием которого происходит бурное испарение влаги из продуктов и последние самозамораживаются. Температура в продуктах при этом резко понижается, достигая -17° и ниже. Самозамораживание протекает в течение 15-25 мин со скоростью 0,5-1,5° в минуту. Самозамораживанием из продуктов удаляется 15-18 % влаги.
Остальное количество влаги (около 8,0 %) удаляется из сублимируемых продуктов во втором периоде сушки, который начинается с момента установления в продуктах устойчивой температуры порядка -15-20°. Сушка сублимацией производится во втором периоде путем нагрева плит, на которых расположены высушиваемые продукты. При этом самозамороженные в первом периоде продукты не размораживаются, а кристаллы льда в продукте испаряются, минуя жидкую фазу. Продолжительность второго периода зависит от характера высушиваемого продукта, его веса, содержания влаги и колеблется от 10 до 20 ч.
Третий период представляет собой тепловую ваккумную сушку, в процессе которой из продукта удаляется оставшаяся абсорбционно связанная влага. В процессе тепловой вакуумной сушки температура высушиваемых продуктов постепенно повышается до 45-50° при давлении в сублиматоре 1,5-2,5 мм ртутного столба. Продолжительность тепловой вакуумной сушки составляет 3-4 часа. Важным свойством сублимированных продуктов является их легкая обратимость, то есть восстановление при добавлении воды.
Наиболее перспективна сублимационная сушка продуктов питания с использованием диэлектрического нагрева токами высокой частоты. В настоящее время лиофилизация пищевых продуктов производится на ряде консервных заводов.
Источник
Сушка как способ консервации
Сушка является древнейшим способом обработки и хранения продуктов, причём не только растительного, но и животного происхождения. Таким способом консервирования (сушкой) пользовались ещё первобытные люди, поскольку другого способа просто-напросто не знали. На сегодняшний день сушка как способ консервации не теряет своей актуальности, и используется как в промышленных, так и в домашних условиях.
По сравнению с другими методами консервации пищевых продуктов, сушка обладает рядом значительных преимуществ, главными из которых являются экономичность и доступность. Высушивание продуктов не требует сложных технических установок, дорогого оборудования, а также квалификации и научных знаний. Помимо этого, сушка является экологичным способом консервации пищевых продуктов, поскольку здесь применяются, в основном, естественные факторы: солнечные лучи, открытый воздух и прочее.
Основной причиной порчи продуктов, их гниения, раскисания, является содержащаяся в них жидкость. Это и есть главная причина того, что данные продукты не могут долго храниться в обычных условиях. Для того, чтобы хоть немного продлить срок хранения продуктов, их держат в специальных помещениях, где создаются необходимые условия: особый температурный режим, доступ солнечного света, дополнительное искусственное освещение и вентилирование.
Основной целью высушивания является удаление лишней влаги, содержащейся в овощах, фруктах и других пищевых продуктах. Для ускорения данного процесса требуется постоянное поступление сухого воздуха. В той местности, где климат жаркий и сухой, высушивание продуктов осуществляется в естественных условиях, под воздействием прямых солнечных лучей и тёплого ветра. Если же климатические условия не способствуют сушке, то есть там, где наблюдается недостаток солнечного тепла и повышенная влажность воздуха, возникает необходимость создания искусственных условий для высушивания продуктов.
Для сушки овощей, фруктов, зелени и прочих продуктов в домашних условиях могут использоваться печи, электрические либо газовые духовки, в промышленных условиях для этих целей используется специальное сушильное оборудование.
Для сушки отбирают только свежие и спелые плоды, не испорченные, не зелёные и не переспелые. Если плоды не отвечают вышеуказанным требованиям, то для их обработки лучше выбрать другой способ консервации, но не сушку. Отобранные плоды необходимо промыть, освободить от косточек, крупные плоды разрезать на равные части, разложить на ровную плоскую поверхность неплотным слоем и поместить в место сушки (печь, духовку, сушилку) либо выставить на солнце.
В процессе высушивания продукты необходимо переворачивать, чтобы не допустить пересушивания с одной стороны и недосушивания с другой. Сушка считается завершённой, когда из продукта не выделяется сок при сжимании в руке.
Высушенные плоды могут храниться довольно долгое время, однако для этого также необходимо создать нужные условия. Хранить сухофрукты лучше всего в стеклянных банках, в тряпичных мешках либо коробках, в сухих, хорошо проветриваемых помещениях.
Источник
Способы хранения продуктов
С давних времен люди изобретали и улучшали самые разнообразные способы хранения и консервирования продуктов. Следует углубиться в тайны главных способов, благодаря которым наше кулинарное жизни стало здоровее и интереснее, а что самое важное — всегда свежим.
Пастеризация.
Классический метод пастеризации заключается в нагревании до температуры выше 60ºC, но не более 100ºC. Важно, что пастеризация позволяет сохранить вкусовые и питательные качества продуктов, не приводя к потере витаминов, которые содержатся в них.
Замораживание.
Замораживание — наиболее современный и качественный метод консервации продуктов питания. Продукты замораживают при различных температурах. Овощи и фрукты замораживают при температуре около -30 до -40°C, тогда как мясо от -20 °C и даже до 40 °C.
Полученные замороженные продукты сохраняют большинство своих диетических, пищевых и органолептических качеств. Благодаря этому методу продукты сохраняют наибольшее количество питательных веществ, среди которых такие важные для нашего организма витамины и минеральные соли, а также белки и жиры. Следует помнить, что один раз замороженные продукты нельзя замораживать снова. Замораживание считается самым эффективным способом хранения продуктов.
Заква́шивание.
Квашение — это биологический метод хранения продуктов. Его суть заключается в выделении молочной кислоты в результате молочной ферментации. Метод квашения в первую очередь используется для хранения продуктов растительного происхождения. Квашение позволяет хранить продукты, не теряя их пищевые свойства. Чрезвычайно популярным в кухнях многих европейских стран есть квашения капусты. Правильно квашеную капусту следует растолочь и поместить в специальную бочку. Важно в течение всего процесса квашения доливать рассол. Он приводит к выделению сока из капусты и ускоряет развитие молочнокислых бактерий.
Сушка.
Сушка, как способ хранения продуктов используется везде, не только дома, но и на фабриках, производящих продукты питания. Сушка пищевых продуктов постоянно совершенствуется, несмотря на то, что известно уже сотни лет. Сушка обезвоживает продукты. Это предотвращает развитие микроорганизмов. Именно этот способ используется, между прочим для просушки чая, кофе, производства макарон, а также для получения сушеных фруктов.
Копчение.
Копчения таких продуктов, как мясо, рыба или сыр, происходит путем их помещения в специальные коптильные камеры и обработке коптильним дымом. В основном, это дым, который возникает во время сжигания лиственных деревьев. Благодаря этому процессу, продукты не только сохраняются, но и приобретают характерного запаха и вкуса.
Источник
Немного теории о сушке
Основы понятия теории сушки
Сушка (обезвоживание, дегидратация; англ. drying, dehydration) — процесс удаления воды из материала. Гидратация (hydration) — процесс обратный сушке.
Процесс сушки может быть вызван механическим выдавливанием влаги или испарением при создании над поверхностью материала низкого давления паров воды. Первый способ не требует особых объяснений. С центрифугой, реализующей отжим белья после стирки за счет центробежных сил, знакома каждая домохозяйка. Но. работает этот процесс только при большой влажности материала. Это вызвано сильной физической и химической связью воды с сухим остовом материала.
Обычно воду в материале разделяют на свободную, связанную и химически связанную. Так называемая свободная влага в материале сосредоточена в капиллярах и в межклеточном пространстве. Хотя она и «свободная», но капиллярные силы не дают ей просто выливаться. Связанная вода сосредоточена в клетках и вакуолях, т.е. в замкнутых оболочках. Процесс «вызволения» такой воды наружу связан с проникновением воды через эту оболочку за счет сил диффузии. Природная проницаемость клеток и вакуолей мала, что является естественным свойством сохранения жизнетворной воды внутри клетки. Этим объясняются трудности сушки продуктов на малых уровнях влажности. Химически связанная вода имеет порог по энергии связи и ее удаление приводит к изменению структуры вещества.
Универсальным физическим процессом, позволяющим удалить практически всю влагу, является процесс испарения. За счет теплового движения молекул над поверхностью любого водосодержащего продукта при температуре большей абсолютного нуля (Т>-273°С) за счет процесса испарения образуется водяной пар. Часть пара может превращаться обратно в воду (или лед) за счет процесса конденсации. Если воду локализовать в некотором объеме и всю систему термостатировать, то через некоторое время возникнет динамическое равновесие между испарением и конденсацией. При этом равновесии плотность пара (а значит и давление) над поверхностью будет иметь определенное равновесное значение (давление насыщения), однозначно связанное с температурой.
Эта пропорциональность выражается экспоненциальной функцией. Если пар от поверхности удалять (откачивать, уносить потоком газа), то произойдет сдвиг равновесия в сторону испарения. Если же над поверхностью создать давление пара большее равновесного (насыщенного), то сдвиг равновесия произойдет в сторону конденсации.
Если продукт содержит большое количество воды (а это свойственно всем растительным продуктам), то над его поверхностью происходят те же процессы, что над свободной поверхностью воды. В том случае, когда воды в продукте мало и она находится в клетках и вакуолях или химически связана, то процесс испарения усложняется. Равновесие процессов испарения и конденсации в этом случае достигается при другом специфическом для каждого продукта давлении паров, т.н. равновесном давлении.
Понимание сущности процессов сушки не может быть полным без численной оценки интенсивности испарения и конденсации, а также энергетических характеристик этих процессов. Переход воды в парообразное состояние требует 2,4 х 106 Дж на кг испаренной влаги. Другими словами, для испарения 1,5 л воды требуется 1 кВт/час энергии. Достаточно энергоемко. Если бы вода не испарялась, то тот же литр был бы нагрет этой энергией до 570°С!!
Так как энергия на испарение берется от высушиваемого объекта, его энергия уменьшается, а значит падает температура. Испарение — один из самых эффективных способов охлаждения материалов и продуктов.
Представленные цифры легко помогут определить максимальную производительность установки по испаренной влаге, если известна мощность используемого источника. Учитывая КПД процессов сушки полезно помнить реперную точку: 1 л воды на 1кВт/час.
Правда это выполняется тогда, когда мы не конденсируем уносимый пар. Конденсация идет с выделением энергии, затраченной на испарение. Другое дело, что техническая реализация использования этой энергии достаточно сложна и требует существенных капитальных затрат. Использование так называемых тепловых насосов позволяет получить затраты энергии в подобных случаях 0.25 кВт/час на 1 л испаренной влаги. Рассмотрим некоторые особенности процессов для случая большого влагосодержания продукта. Преобладание испарения над конденсацией можно достичь двумя способами: уменьшением количества пара над поверхностью по сравнению с равновесным (насыщенным) или повышением давления пара на поверхности материала, например, за счет нагрева. В последнем случае через некоторое время испарение прекратится и возникнет динамическое равновесие процессов испарения-конденсации на другой температуре. Но часть воды все-таки испарится. Продолжение процесса сушки возможно только при дальнейшем увеличении температуры и т.д. Более универсальным является процесс уноса паров от поверхности. Он может быть осуществлен как за счет откачки (процесс вакуумирования), так и за счет использования газового потока, уносящего пар. Чаще всего в качестве такого газа используют воздух. Важно отметить, что содержание паров в этом воздухе должно быть меньше плотности паров над поверхностью материала.
Необходимо отметить, что продукт сохнет при любой температуре, если над его поверхностью давление паров воды меньше, чем давление насыщенных паров воды при той же температуре. Спецификой сушки при температуре ниже 0°С является процесс испарения воды не из жидкой фазы, а из твердой — изо льда. Этот процесс называется сублимацией, а сушка сублимационной. Другое ее название — леофильная сушка. Мудреные названия, но процесс, широко используемый в повседневной жизни. Сушка белья на морозе — прекрасная демонстрация этого физического явления. Важно заметить, что вода в белье сначала замерзает, превращаясь в лед. Затем происходит собственно процесс сублимационной сушки. Важно отметить, что высушить белье до требуемой потребительской влажности таким методом затруднительно. Достигаемый уровень равновесной влажности на низкой температуре возникает при заметной остаточной влажности продукта. Поэтому белье нужно подсушить при более высокой температуре.
Анализируя физику процесса сушки, мы совершенно не упоминали какую-либо исключительную роль воздуха, как обязательного атрибута сушки. Однако на практике воздух выполняет важную роль в процессах конвективной сушки: он уносит пар и одновременно подводит энергию для поддержания процесса испарения. Выбор температуры и объема воздуха, количества пара в нем в большой степени определяют скорость протекания процесса сушки. Однако важно помнить, что скорость подвода энергии (мощность) должна согласовываться со скоростью поступления влаги на поверхность из внутренних слоев продукта. Особенно это важно на заключительных стадиях процесса сушки.
Подвод энергии к материалу может быть осуществлен иными способами, чем конвекция горячего воздуха, например, передача тепла за счет теплопроводности материала — кондуктивный нагрев. Широко применяются также и методы радиационного нагрева за счет энергии электромагнитных волн различного диапазона. Чаще всего встречается инфракрасный нагрев («ИК-сушка»), микроволновый («микроволновая сушка»), нагрев токами высокой частоты («УВЧ сушка»). Общим для всех этих видов является выделение энергии в объеме вещества за счет поглощения энергии электромагнитных волн. Важно отметить, что выделение тепла практически мало зависит от текущей температуры продукта, что ведет к возможности перегрева или сжигания продукта. Различие в этих методах заключается в глубине проникновения электромагнитных волн внутрь материала.
В рассматриваемых диапазонах длин волн глубина проникновения связана с длиной волны и имеет тот же порядок. Для ИК-излучения есть, так называемые, окна прозрачности в узких диапазонах, где глубина проникновения существенно увеличивается. Однако получить узкополосное ИК излучение достаточно сложная инженерная задача. Сравнение различных способов подвода тепла при сушке представлено в отдельном материале.
Отметим важную терминологическую неточность, часто встречаемую в литературе. Термины «ИК-сушка», «Микроволновая сушка» в общем, не являются корректными, т.к. собственно сушка обеспечивается, как отмечалось ранее, или вакуумированием, или уносом пара за счет движения газа. Т.е. следует более точно говорить о сушке с использованием микроволновой энергии («microwave assisted drying») или с использованием ИК энергии. С другой стороны понятие «вакуумная микроволновая сушка» — термин корректный.
Большое разнообразие способов подвода энергии и отвода парогазовой смеси рождает большое разнообразие сушильных установок. Правильный подбор наиболее подходящей установки для сушки овощей и фруктов должен учитывать свойства продукта и высказанные здесь замечания.
Общие понятия
Влажность материала
Влажный материал состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз. Твердая фаза характеризуется наличием твердого скелета (в виде кристаллической решетки или аморфного каркаса) без жидкости — составляет абсолютно сухое вещество. Жидкая фаза отличается подвижностью частиц, несжимаемостью, почти неизменной плотностью, не зависит от давления и температуры. Газообразная фаза характеризуется сжимаемостью, большим коэффициентом объемного расширения. Во влажном материале масса газообразного вещества незначительна по сравнению с массой твердого вещества и жидкости и не учитывается в сушильной технике, поэтому влажный материал рассматривается как смесь абсолютно сухого материала и влаги.
Для численной оценки содержания влаги используют понятие влажности. Под влажностью понимают отношение массы влаги в продукте к массе продукта в целом. Обычно исходная влажность растительного сырья составляет 80-90%, а сухого 10-12%.
Важно заметить, что для перехода от начальной влажности в 95% к влажности в 90% требуется удалить 500 г воды из каждого килограмма исходного продукта!
Влажность воздуха
Как уже отмечалось выше, чем суше воздух при данной температуре, тем выше потенциал сушки. Для числовой оценки влагосодержания воздуха используется понятие относительной и абсолютной влажности.
Абсолютная влажность: масса водяных паров в единице объема воздуха (г/м 3 ).
Относительная влажность: отношение плотности пара в воздухе к плотности насыщенного пара. Выражается в процентах.
Источник
