Изследователска статия - Списание за хранителни технологии и консервация (2017) том 1, брой 1

Последни постижения в конвенционалното сушене на храни

1 Катедра по хранителни технологии и хранене, Прекрасен професионален университет, Джаландхар 144411, Пенджаб, Индия

2 Център за хранителни науки и технологии, индуски университет Banaras, Варанаси 221005 Утар Прадеш, Индия

* Автор-кореспондент: Прасад Расане
Хранителни технологии и хранене
Прекрасен професионален университет
Индия
Тел: +91 918968976119
Електронна поща: [имейл защитен]

Приета дата: 23 февруари 2017 г.

Цитат: Maisnam D, Rasane P, Dey A, et al. Последни постижения в конвенционалното сушене на храни. J Food Technol Pres. 2017; 1: 25-34

Резюме

Сушенето на храната е може би най-старият метод за консервиране на храната. Конвенционалните технологии за сушене вече се използват в търговски мащаб за сушене на множество хранителни продукти. Различните методи за сушене са свързани с предимства и ограничения. За запазване на ценни стоки са използвани естествени и изкуствени методи. Основната грижа при сушенето с помощта на изкуствена сушилня е, че е енергоемка, въпреки че времето за сушене е по-кратко в сравнение с естествения метод на сушене. Кинетиката на сушене е проучена, за да се предскаже времето и условията на сушене за няколко хранителни продукта. Прегледът има за цел да покаже развитието на тези техники и да направи критичен преглед на предизвикателствата и възможностите за сушене на храни.

Ключови думи

Изкуствено сушене, Сушене, Кинетика на сушене, Сушени хранителни продукти, Естествено сушене.

Въведение

Сушенето е процесът, при който влагата се отстранява от хранителния материал в резултат на едновременен пренос на топлина и маса [1]. Топлината се прилага чрез проводимост, конвекция и радиация, за да принуди водата да се изпарява, докато отстраняването на парите се постига чрез използване на принуден въздух. Храни като плодове и зеленчуци имат високо съдържание на влага над 80%, което ги прави силно податливи на разваляне, причиняващи бактерии. Дехидратацията запазва храната в стабилно и безопасно състояние, като намалява активността на водата, като удължава срока на годност много по-дълъг от този на пресните продукти [2]. Като се има предвид нетрайната природа на плодовете и зеленчуците, е необходимо те да бъдат консервирани, а сушенето е един такъв метод за това, особено в развиващите се страни като Индия, където хладилните складове са слабо установени. Конвенционалният метод на сушене включва вакуумно сушене, слънчево сушене [3], сушене на въздух [4], сушене в кипящ слой [5], сушене на сух слой [6] и сушене чрез замразяване [7]. Кинетика на сушене на ябълка [8], черен морков [9], ягоди [10], морков [11], чесън [12], гуава [3], папая [4], джакфрут [13], сладък картоф [14], банан [15] и гъби [16] са успешно проучени. Разбирането на кинетиката на сушене е важно да се избере методът и да се контролира процесът на сушене.

постижения

Фигура 1: Предимства на новите методи за сушене [71].

Методология на сушене

Методите на сушене могат да бъдат класифицирани най-общо на естествени и изкуствени методи на сушене. Естественият метод на сушене използва слънчевата енергия за отстраняване на съдържанието на влага в храната, с недостатък в зависимост от метеорологичните условия и лоши експлоатационни характеристики [19]. Изкуствените методи на сушене имат предимства пред естествения метод на сушене. Според Okora и Madueme [20] изкуствените методи имат способността да премахват ефективно голямо количество влага. В допълнение към това контролиране на различни фактори, като температура, поток на въздуха за сушене и време на сушене също е възможно. Изкуственото сушене се извършва с помощта на механично или електрическо оборудване.

Естествени методи за сушене

Слънчево изсушаване; Слънцето е неизчерпаем и безплатен източник на енергия, използван за сушене на храни от древни времена. Слънчевото сушене може да се класифицира на директен и индиректен метод на сушене.

Директен метод: При открито сушене на слънце храната, която трябва да се изсуши, се оставя изложена на слънце в продължение на няколко дни, за да се постигне желаното съдържание на влага. В развиващите се страни, където горивото е малко достъпно за фермерите поради високите разходи, сушенето на открито слънце е най-популярният метод за сушене, тъй като е прост и изисква само слънчева светлина [21]. Нападеността от насекоми, замърсяването с прах и мръсотия, дълго време за изсъхване, прегряване поради директна експозиция, влошаване на качеството и ниска скорост на предаване на топлина поради кондензация на изпарената влага са някои от основните проблеми при изсушаването на открито [1]. Най-простата форма на слънчева сушилня се състоеше само от дървена кутия и метални листове с размери 2m x 1m. Той се състоеше от въздушни отвори и полиетиленови листове, за да покрие горната повърхност на хранителния материал, който трябва да се изсуши [22]. Кумар и Сагар [3] успешно експериментираха сушене на манго, гуава и анола, използвайки слънчева сушилня с директен тип. Методите и режимите, използвани при слънчево сушене, са илюстрирани в Фигура 2.

Фигура 2: Класификация на слънчевата сушилня и режимите на сушене [72].

Фигура 3: (A) Индиректна слънчева сушилня [19]), (B) Принудителна конвективна сушилня за шкафове за шкафове [28], (C) Микровълнова вакуумна сушилня [73], (D) Ултразвукова система за сушене чрез замразяване [18], (E) Модел на масовия трансфер, когато клетъчният материал е потопен в осмотичен разтвор [34] и (F) Схематична диаграма на спрей сушилня [66].

Изкуствени методи за сушене

Конвективно сушене: Конвективният метод на сушене се използва за отстраняване на водата от хранителните вещества чрез прилагане на топлина в оборудването, предназначено за сушене. Горещият въздух може да премине през продукта по начин, който пренася топлината към храната и влагата се отстранява [25].

При сушенето на ягодите в експериментална тунелна сушилня с горещ въздух с въздушен поток 1 m/s успоредно на пробата при различни температури от 60, 70, 80 и 90 ° C се наблюдава намаляване на съдържанието на антоцианин и антиоксидантния капацитет. Също така беше забелязано, че няма промяна в площта, параметъра и диаметъра на ребрата при сушене при 70 до 90 ° C. Изсушаването при 60 ° C обаче намалява площта, периметъра, диаметъра на ферета и фракталните размери на паренхимната тъкан на ягодите [26]. Конвективна сушилня за тави е илюстрирана на Фигура 3В. Проведено е проучване, за да се познаят ефектите от предварителната обработка на алкален етилов олеат върху сушенето на ягоди в пещ. Температурите на сушене бяха 50, 55 и 65 ° C със скорост на въздуха 1,2 m/s [27]. Беше забелязано, че предварително обработените ягоди имат по-висока скорост на сушене и намалено време на сушене. Предварително обработените проби също имат по-добри рехидратиращи свойства в сравнение с пробата, която не е била предварително обработена. Комбинацията от осмотичен и конвективен метод за сушене е проучена върху много плодове и зеленчуци като манго [3], гъби [16], джинджифил [28], плодове от жак [29], гъби с бутони [30] и грозде [31].

Кинетика на сушене и моделиране

маса 1. Математически модели, използвани в кинетиката на сушене.


Модели за сушене на формули Справка
Два мандата MR = a exp (-k0t) + b exp (-k1t) [39]
Опростено дифузионно уравнение на Фик MR = a exp [-c (t/L 2)] [41]
Хандерсън и Пабис MR = опит (-kt) [42]
Модифицирана страница II MR = exp (exp (-c (t/L 2) n) [67]
Модел на Луис MR = опит (-kt) [44]
Опростена дифузия на Flick MR = опит (-c (t/L 2)) [67]
Модел на страница MR = опит (-kt n) [69]
Модифицирана страница MR = exp [- (kt) n] [70]

t: Време (а) на изсъхване; a, b, c, g, n: безразмерна константа за сушене; k, k1, k0: константа на скоростта на сушене; опит: експериментален; MR: съотношение на влага; L: дебелина на материала; R: Коефициент на корелация.

Ефект от предварителната обработка: Повечето хранителни продукти се обработват предварително преди сушене, за да се съкрати времето за сушене, да се подобри вкусът, структурата, да се запазят вкусовете и да се поддържа храненето на храната. Предварителната обработка намалява първоначалното съдържание на вода и модифицира тъканта на хранителния материал, което помага да се засили скоростта на сушене [8]. Влиянието на бланширането е изследвано от Doymaz [27] върху кинетиката на сушене на филия праз. Отрязаният филий праз се бланшира в продължение на 3 минути в гореща вода при 70 ° C. Установено е, че скоростта на сушене и рехидратиращите свойства на бланшираната проба се подобряват в сравнение с небалансираната проба. Влиянието на предварителната обработка върху кинетиката на сушене на грозде без семки е извършено от Bai et al. [51], използвайки новия метод за предварителна обработка с висока влажност на горещия въздух (HHAIB). Този метод не само намалява времето за сушене, но също така дава желания краен продукт поради инхибиране на ензимното покафеняване. Romero et al. [52] изследва ефекта от предварителната обработка с ултразвук върху кинетиката на сушене на андската къпина (Rubus glausus Benth), използвайки втория закон на дифузия на Fick. При изсушаване на ултразвукова предварително обработена черна зрънце времето за сушене се увеличи пет пъти в сравнение с необработените проби.

Търговски сушени продукти

Различни сушени продукти се предлагат в търговската мрежа. Методът на сушене варира в зависимост от продукта, който трябва да бъде изсушен. Сушенето увеличава срока на годност на продукта и неговата търговска стойност.

Сушени месни продукти: Сушенето на говеждо месо в свръхзагрята пара и горещ въздух е изследвано от Speckhahn et al. [54]. Установено е, че супер загрятата пара има по-бърза скорост на сушене. Температурата над 160 ° C причинява промени на повърхността на месото и предотвратява изтичането на свързаната влага през повърхността на месото поради втвърдяване на корпуса. Установено е също, че мазнините се извличат по-ефективно при прегряване на пара в сравнение с фурната с горещ въздух. Baslar et al. [55] експериментира върху нов метод за сушене на говеждо и пилешко месо, като използва ултразвуково вакуумно сушене, за да съкрати периода на сушене на говеждото месо. Експерименталният резултат показа, че методът е ефективен и има потенциал да се използва в месо и птиче производство. Рибата е добър източник на животински протеини и съдържа витамини и минерали, необходими за храненето, но са изключително нетрайни. Рибите и рибните субпродукти също са добър източник на омега 3 полиненаситени мастни киселини и съдържат голямо количество EPA (ейкозапентаенова киселина) и DHA (докозахексаенова киселина), която играе важна роля в хранителните и фармацевтичните продукти, гранулиране чрез пулверизиране при ± 70 ° С показва по-малък шанс за разграждане на липидите в сравнение със сушенето при по-висока температура при рибите [56].

Сушене на зърнени култури и варива: Конвенционалният метод за обработка на импулса е разделянето на импулса чрез делулиране, което причинява загуба от 15 до 20% и затова е необходима предварителна обработка за намаляване на загубите и за лесно смилане. По-малкото потребление на енергия за готвене и сушене в сравнение с други методи е основно предимство на импулсното сушене. Понастоящем методът на микровълново нагряване с непрекъснат поток заменя периодичния метод на предварителна обработка за дегулиращ импулс в промишлен мащаб [62]. Sharon et al. [63] изследва влиянието на температурата на въздуха (40 до 60 ° C), дълбочината на слоя (0 до 0,6 м) и времето за сушене (1 до 9 часа) върху дълбокото изсъхване на черния грам в слоя. Увеличаването на дълбочината на слоя и скоростта на въздуха намалява съдържанието на влага в пробата при всяка температура. Сушенето при 40 ° C намалява консумацията на енергия, а сушенето при 60 ° C спестява времето за сушене.

Сушени култури: Необходима е дългосрочна стабилизация на културата, за да се запази жизнеспособността на културите за дългосрочно съхранение и използване на ценен културен организъм, използван за формулиране на храни. Лиофилното сушене е стандартният процес за производство на изсушени закваски [64]. Постепенно изсушен субстрат от култура за производство на ензими в процес на ферментация в твърдо състояние без въздух е изследван от Ito et al. [65]. Процесът на сушене имаше положителен ефект чрез увеличаване на производството на ензими, но намали основата на теглото на съдържанието на мицел. Търговските сушени култури вече се предлагат по целия свят.

Таблица 2. Метод на сушене, използван за сушене на някои плодове.

Продукти Методи на сушене Референции
Гуава Слънчево изсушаване
Сушене във вакуумна фурна
Изсушаване на шкафа		 [3]
Манго Осмо-конвективно сушене
Слънчево изсушаване
Сушене на тава		 [3]
[23]
[68]
Анола Вакуумно сушене
Осмотично изсушаване
Изсушаване на шкафа		 [3]
[36]
[68]
Apple Флуидизирано легло
Експлозионно издухване		 [5]
[8]
Морков Инфрачервено сушене
Сушене чрез пулверизиране		 [11]
[74]
Чесън Конвективно предварително сушене
Вакуум-микровълнова
Изсушаване на въздух		 [12]
[46]
Джак плодове Сушене с горещ въздух
Осмо-конвективно сушене		 [13]
[29]
Сламено зрънце Микровълново-вакуумно сушене
Слънчево изсушаване
Конвективно сушене		 [15]
[24]
[26]
Банан Естествена конвекция
Вакуумно лиофилизиране		 [15]
[75]
Гъба Сушене с горещ въздух
Микровълново-вакуумно сушене
Осмотична дехидратация		 [16]
[16]
[30]
Домат Инфрачервено сушене
Сушене с горещ въздух
Слънчево изсушаване		 [17]
[47]
[61]
Грозде Осмо-конвективно сушене
Сушене с горещ въздух		 [31]
[51]

Комбинацията от техники за сушене може да намали консумацията на енергия и да произведе продукт с по-добро качество. Дългото време на сушене и високата температура, използвани по време на процеса на дехидратация, водят до загуба на витамини, оцветители и антиоксиданти, дори ако сушенето се извършва при ниска температура, излагането на плодовете и зеленчуците на кислород може да доведе до значително намаляване на съдържанието на хранителни вещества [ 12].

Бъдещи възможности

Въпреки че в технологията на сушене са постигнати добри фуражи, има нужда от по-нататъшно развитие на икономически ефективни и енергийно ефективни методи за сушене. По време на процеса на сушене трябва да се запазят желаните аспекти на плодовете и зеленчуците. Комбинациите от техники за сушене произвеждат продукти, които се оценяват повече от потребителите и намалява индуцираното от топлината влошаване на плодовете и зеленчуците. Консумацията на голямо количество енергия от инструменти, използвани за сушене, увеличава цената на крайния краен продукт. Прилагането на естествен метод на сушене не само намалява разходите, но е много по-лесно за използване. Основният недостатък на естествения метод на сушене е, че отнема много време и условията на сушене не могат да бъдат манипулирани в сравнение с изкуствения метод на сушене. Бъдещата работа може да се съсредоточи върху разработването на решения за естествено сушене с по-голяма ефективност. Кинетиката на сушене е помогнала за постигане на добър и ефективен резултат с минимално използване на ресурсите. Въпреки това моделите за сушене, които вземат под внимание всички променливи, все още не съществуват, което го прави потенциална област на изследване.