6A. Előadás 2018.03.14. Kombinált műveletek (szárítás) Kombinált műveletek Őrlés: darálás + szitálás Szárítás: diffúzió + párologtatás (+hőközlés) Légkondicionálás: hűtés/melegítés + párologtatás + gázkeverés/kivonás Instantizálás: szorpció + szárítás (+ keverés) Extrudálás: keverés + hidratálás + hőközlés(htst) + szárítás Kutterezés: darabolás(vágás) + keverés(emulgeálás) Szárítás: Kombinált műveletek Anyagátadás: szárítandó anyagban anyag felületén szárító közegben diffúzió + párologtatás (+hőközlés) Élelmiszerek vízállapota Tapadó folyadék: nedvesség gőznyomása = telített gőznyomás p = p g Kapilláris folyadék: makrokapilláris: 0,1 μm felett p = p g mikrokapilláris: 0,1 μm alatt p < p g Duzzasztó (duzzadó) folyadék: kolloidképző, hidrátburok Kémiailag kötött folyadék: kristályvíz, szénhidrátok víztartalma Nedvességtartalom: nomenklatúra φ kötött egyensúlyi A B C kötetlen szabad (elpárologtatható) Nedves anyagok viselkedése Sima felszínű, csak tapadó folyadék egész gyümölcs(?) magvak(?) Porózus, lyukacsos anyagok száraztészta, extrudátum Összefüggéstelen szilárd részek halmaza: cukorpép, sópép, nedves dara, Kolloid gélek : húskészítmények(kolbász, szalámi), tészta Sejtszövetek, szervek fa, gyümölcsök, bőr, hús BMEVEBEA606, MBA606-06 1
Száradó nedves anyag állapotjelzői Nedves anyagra vonatkoztatott nedvességtartalom Szorpciós izotermák egyensúlyi φ diagram = Száraz tömegre vonatkoztatott nedvességtartalom Hőtartalom = = = + + B: higroszkópos pont a w : Δi na : adszorpciós, hidratációs, oldáshő Higroszkóposság Vízaktivitás Az anyag feletti p g < p t (ϑ) lecsapódás, vízfelvétel ahol p g : a gőztérben a víz parc.nyomása p t : ϑ( C)-en telített gőz parc.nyomás Szükség van a szaporodásához és anyagcseréhez Az élelmiszerekben lévő víz nem mind hozzáférhető a mikrobák számára A hozzáférhető víz mennyisége a közeg ozmózisnyomásával (P ozm ) vagy vízaktivitásával (a w ) jellemezhető A kémiai és enzimatikus reakciók szintén befolyásolják a víz hozzáférhetőségét Vízaktivitás Az a w minimuma, ahol még szaporodás lehetséges (közel optimális hőmérsékleten) Lipid oxidáció Nem enzimes barnulás Reakciósebesség Enzimaktivitás Szaporodás: Penészek Élesztők Baktériumok 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 A w Penészek Aspergillus chevalieri 0.71 Aspergillus ochraceus 0.78 Aspergillus flavus 0.80 Penicillium verrucosum 0.79 Fusarium moniliforme 0.87 Élesztők Saccharomyces rouxii 0.62 Saccharomyces cerevisiae 0.90 Baktériumok Bacillus cereus 0.92 Clostridium botulinum (proteolytic) 0.93 Clostridium botulinum (non-proteolytic) 0.97 Escherichia coli 0.93 Salmonella 0.95 Staphylococcus aureus 0.83 BMEVEBEA606, MBA606-06 2
Az élelmiszerek vízaktivitása és a lehetséges mikroorganizmusok a w Élelmiszer Mikroorg. > 0.98 0.93-0.98 Friss hús Friss hal Friss gyümölcsök Friss zöldségek Sós lében eltett zöldségek Gyümölcsök cukros lében (<3.5 % só, <26% cukor) Fermentált húskészítmények Ömlesztett sajtok Kenyér Sűrített tej Sűrített paradicsom (<10% só, <50% cukor) C. perfringens, Salmonella Pseudomonas B. cereus, C. botulinum, Salmonella lactobacillus, bacillus és micrococcus Az élelmiszerek vízaktivitása és a lehetséges mikroorganizmusok a w Élelmiszer Mikroba 0.85-0.93 0.6-0.85 < 0.6 Fermentált szárazkolbász Nyers sonka (17% só, telített szacharóz) Aszalt gyümölcs Liszt Gabonák Sózott hal Diófélék Édesség Méz Száraztészta Tojáspor, tejpor S. aureus Mycotoxin termelő penészek Romlást okozó élesztők és penészek Xerophile: szárazságtűrő Halophile: sótűrő Osmophile: cukor, -tűrő Lehet benne túlélő mikroba, de nem szaporodik Psychrotroph patogének Leuconostoc monocytogenes Yersinia enterocolitica (pestis) Clostridium botulinum (nem proteolitikus) Psychrométer = p: telített gőz-tenzió b H : barometrikus magasságformula Aspirációs pszichrométer Vízaktivitás csökkenthető: Vízelvonással (szárítás) A hozzáférhető víz mennyiségének csökkentése kristályosítással (fagyasztás) A hozzáférhetőség csökkentése a víz megkötésével : pl. só, cukor Szárítás: diffúzió + párologtatás (+hőközlés) Méretezés, számszerűsítés nehézségei: 1. Nyersanyag hőérzékenység: enzimek, membránok, vitaminok, 2. Nedves anyag állapota: szilárd, pépes, zagy, oldat, 3. Egyidejű hő és anyagátadás 4. Többlépcsős: összetett mechanizmus BMEVEBEA606, MBA606-06 3
Száradási folyamat nedvesség tart. A A B Szárítási folyamat időgörbéje Szárítási sebesség időgörbéje idő (ó) = = = kritikus érték C egyensúlyi érték D idő (ó) E Szárítási sebesség görbéje Szárítási folyamat Q n Q csökkenő Q n Q csökkenő Q felületi A A B Q diffúzió Q felületi Q const Q diffúzió Q const E D C B A kritikus érték C egyensúlyi érték D F E D C E idő B A CDE:higroszkópos CDF: nem higr. Szár.seb. Reális szárítássebességi görbe hússzelet homok Műveletek nedves gázokkal Hűtés magas víztartalmú növényi és állati nyersanyagok Hűtőtárolás = Légkondicionálás frissen értékesítendő, magas víztartalmú nyersa. Szárítás kis víztartalmú, pl. gabonafélék, fűszerek Idő (perc) BMEVEBEA606, MBA606-06 4
T ( C) Mollier-h-x diagram (g/kg) φ (%) Légállapotváltozás szárítás során szárítás melegítés i=konstans i=constans Τ= constans konstans x = constans konstans φ = constans konstans E (J/g) Szárító levegő keverése Szárítási folyamat Mollier diagramon Egyenáramú szárító hőmérleg Szárítás hatékonysága Q szv1 M lev, t 0, X 0 Q 1 hőközlő Q szv3 M lev t b X b M lev t k X k M sz b ϑ s0 szárító M sz k t sk Q szv2 t sb Q szv4 Q v Fajlagos hőfelhasználás: = = Fajlagos légfelhasználás: = = (kj/kg nedvesség) (kg levegő/kg nedvesség) BMEVEBEA606, MBA606-06 5
Szárítás: diffúzió + párologtatás (+hőközlés) Szárító berendezések Szárítási feladatok sokszínűsége: 1. Szilárd víz elpárologtatás: liofilezés 2. Konvekciós (direkt szárítás) levegővel 3. Kontakt szárítás 4. Vákuum szárítás 5. Porlasztva szárítás 6. IR sugárzásos, dielektromos (nagyfrekvenciás), mikrohullámú, pulzáló elektromos gerjesztéses, indukciós hőközlés Szárítók csoportosítási elvei A berendezés üzeme szerint: szakaszos v. folyamatos A szárítóban uralkodó nyomás szerint: atmoszférikus v. vákuum A hőközlés módja szerint: áramlásos, sugárzós, vezetéses, dielektromos A közeg és anyag mozgása szerint: egyenáramú, ellenáramú, keresztáramú Sárgabarack napon szárítása Gomba szárítási módok Szekrényes szárító (Termik) BMEVEBEA606, MBA606-06 6
szárítókamra Tálcás szárító kamrák 6,3 m 2,5 m 2,5 m 2,5 m 2,5 m Favorit szárító alagútszárító szalagos szárító Szalagos szárító BMEVEBEA606, MBA606-06 7
toronyszárító dobszárító hengerszárító szóróetetős kéthengeres szárító gejzír szárító tányéros porlasztva szárító BMEVEBEA606, MBA606-06 8