Υπεύθυνη Καθηγήτρια: Κροκίδα Μαγδαληνή

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΙΙ: ΑΝΑΛΥΣΗΣ, ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Διπλωματική εργασία με θέμα: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΜΗΣΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΤΟΥΣ ΣΕ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΑΖΟΥΝ ΤΟ ΓΑΣΤΡΙΚΟ ΥΓΡΟ ΚΑΙ ΤΟ ΣΑΛΙΟ Παπαγεωργίου Νίνα-Ελένη Υπεύθυνη Καθηγήτρια: Κροκίδα Μαγδαληνή Απρίλιος 2014

2 2

3 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 6 ABSTRACT ΞΗΡΑΝΣΗ Ξήρανση τροφίμων Ο ρόλος του νερού στα τρόφιμα Κατηγοριοποίηση ξηραντήρων βάσει του τρόπου απομάκρυνσης νερού ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣ Ξήρανση υπό κατάψυξη Ξήρανση σε ρεύμα αέρα Ξήρανση υπό κενό ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ Ωσμωτική αφυδάτωση Ζεμάτισμα με νερό ή ατμό ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Οι δομικές ιδιότητες των τροφίμων Βασικές έννοιες και σχέσεις Πειραματικές μέθοδοι μετρήσεων της πυκνότητας και του πορώδους Μεταβολή πυκνότητας Συντελεστές διάχυσης Ρεολογικές ιδιότητες Ιξωδόμετρα Δυναμική Μηχανική Ανάλυση (Dynamic Mechanical Analysis, DMA) ΔΙΑΧΥΣΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΣΕ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΝΟΥΝ ΤΟ ΓΑΣΤΡΙΚΟ ΥΓΡΟ ΚΑΙ ΤΟ ΣΑΛΙΟ Ο ρόλος του συντελεστή διάχυσης-απορρόφηση αλατιού και ζάχαρης από το σάλιο και το γαστρικό υγρό Γαστρικό Υγρό Σάλιο ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ξήρανση των τροφίμων Προετοιμασία των προϊόντων Προκατεργασία με ωσμωτική αφυδάτωση

4 4.1.3 Ξήρανση σε ρεύμα αέρα Ξήρανση υπό κενό Ξήρανση υπό κατάψυξη Υπολογισμός πραγματικής, φαινόμενης πυκνότητας και πορώδους Πραγματική πυκνότητα Φαινόμενος όγκος Πορώδες Εμβάπτιση σε διαλύματα που προσομοιάζουν το γαστρικό υγρό και το σάλιο Παρασκευή συνθετικών διαλυμάτων Κινητική αύξησης βάρους των δειγμάτων Μέτρηση συγκέντρωσης σακχάρων Μέτρηση συγκέντρωσης άλατος Μέτρηση DMA Μαθηματικό πρότυπο Προτυποποίηση κινητικής αύξησης βάρους και αποδόμησης αλατιού και ζάχαρης Φωτογραφίες από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Πορώδες, Φαινόμενη πυκνότητα Αύξηση βάρους δειγμάτων τα οποία εμβαπτίστηκαν σε διαλύματα που προσομοιάζουν το γαστρικό υγρό και το σάλιο Απομάκρυνση αλατιού και ζάχαρης στο γαστρικό διάλυμα και σάλιο Μέτρηση ιξώδους από το DMA ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας με τίτλο «Επίδραση των μεθόδων ξήρανσης στις ιδιότητες των τροφίμων και στην αποδόμηση συστατικών τους σε διαλύματα που προσομοιάζουν το γαστρικό υγρό και το σάλιο», πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο «Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών», σε συνεργασία με το Εργαστήριο «Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων», της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Η ανάθεση του θέματος έγινε από την Αναπλ. Καθηγήτρια κ. Μαγδαληνή Κροκίδα, ενώ στην τριμελή εξεταστική επιτροπή συμμετείχαν επίσης η Αναπ. Καθηγήτρια κ. Αθηνά Παππά και ο Καθηγητής κ. Ιωάννης Ζιώμας. Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής, θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη και τις ιδιαίτερες ευχαριστίες μου σε όσους με βοήθησαν και συνέβαλαν στην περάτωσή της. Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω την υπεύθυνη καθηγήτρια της εργασίας, κ. Μαγδαληνή Κροκίδα, όχι μόνο για την καθοριστική συμβολή της ως επιβλέπουσας, αλλά και για την αμέριστη συμπαράσταση και υποστήριξή της σε όλους τους τομείς καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας. Δε θα μπορούσα να παραλείψω να ευχαριστήσω την Υποψ. Διδάκτορα Βάσια Οικονομοπούλου, για την καθημερινή υποστήριξή της στην οργάνωση και εκτέλεση των πειραματικών δοκιμών και αναλύσεων, καθώς επίσης και την πολύτιμη συμβολή της στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω ειλικρινά τα μέλη του Εργαστηρίου Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών για τη βοήθειά τους σε τεχνικά θέματα, καθώς και για την καλή τους διάθεση καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας, όπως επίσης και τα μέλη του Εργαστηρίου Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων για τη βοήθειά τους στη διεξαγωγή κάποιων πειραματικών δοκιμών. Τέλος, ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου για τη διαρκή υποστήριξή και συμπαράσταση τους καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. 5

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ξήρανση είναι μία ευρέως διαδεδομένη διεργασία στη βιομηχανία και κατέχει ένα μεγάλο κομμάτι της βιομηχανίας τροφίμων. Η ποιότητα των αφυδατωμένων τροφίμων είναι ένα θέμα μεγάλου πρακτικού ενδιαφέροντος τόσο για τις βιομηχανίες τροφίμων όσο και για τους καταναλωτές γιατί αποτελεί καθοριστικό παράγοντα αποδοχής ή απόρριψης του προϊόντος. Οι ιδιότητες που αφορούν στην ποιότητα των τροφίμων, είναι απαραίτητες για την βελτιστοποίηση τους και την ανάπτυξη νέων προϊόντων. Η επίδραση της μεθόδου ξήρανσης στις ιδιότητες των τροφίμων είναι ένα ευρέως διαδεδομένο ερευνητικό θέμα και για το λόγο αυτό επιλέχθηκε η μελέτη ορισμένων ιδιοτήτων αφυδατωμένων τροφίμων με διάφορες μεθόδους ξήρανσης. Οι μέθοδοι ξήρανσης που μελετήθηκαν είναι η ξήρανση υπό κατάψυξη, η ξήρανση υπό κενό και η ξήρανση σε ρεύμα αέρα με προκατεργασία την ωσμωτική αφυδάτωση. Τα τρόφιμα που χρησιμοποιήθηκαν είναι η πατάτα ως αντιπροσωπευτικό λαχανικό και η μπανάνα ως φρούτο, αντίστοιχα. Οι ιδιότητες ποιότητας που μελετήθηκαν είναι δομικές ιδιότητες όπως το πορώδες και η φαινόμενη πυκνότητα, καθώς και οι ρεολογικές ιδιότητες και συγκεκριμένα το ιξώδες. Παρατηρήθηκε ότι τόσο οι δομικές ιδιότητες όσο και το ιξώδες εξαρτώνται σημαντικά από τη μέθοδο και τις συνθήκες ξήρανσης. Συγκεκριμένα, το μεγαλύτερο πορώδες εμφανίζουν τα υλικά που προκύπτουν από ξήρανση υπό κατάψυξη, και το μεγαλύτερο ιξώδες τα υλικά που προκύπτουν από ξήρανση σε ρεύμα αέρα. Ένα άλλο πολύ σημαντικό κομμάτι της εργασίας ήταν η μελέτη της αποδόμησης συστατικών τροφίμων σε διαλύματα που προσομοιάζουν το γαστρικό υγρό και το σάλιο και συγκεκριμένα άλατος και ζάχαρης που εμπεριέχονται στην πατάτα και τη μπανάνα, αντίστοιχα. Για το χαρακτηρισμό και τη μοντελοποίηση της πέψης των τροφίμων, πρέπει να αναπτυχθούν οι βασικές γνώσεις της σχέσης μεταξύ του ποσοστού αποσύνθεσης των δομών των τροφίμων και τη δυναμική του γαστρικού περιεχομένου και της σιέλου κατά τη διάρκεια της μάσησης και της πέψης. Η επεξεργασία των τροφίμων μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις πεπτικές τους ιδιότητες. Η γνώση του πως οι μέθοδοι επεξεργασίας τροποποιούν την πέψη και τους μηχανισμούς είναι κρίσιμη για την εκτίμηση και τη βιοδιαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών που είναι παγιδευμένα στη μήτρα των τροφίμων καθώς και για την ανάπτυξη δομημένων τροφίμων. Ο ρυθμός της αποσύνθεσης των τροφίμων στο ανθρώπινο στομάχι σχετίζεται με τη δομή και τις φυσικοχημικές ιδιότητες των τροφίμων. Η γνώση της κινητικής της αποσύνθεσης των τροφίμων στο στομάχι θα επιτρέψει τη βελτίωση των μεθόδων επεξεργασίας των τροφίμων για την παροχή θρεπτικών συστατικών. Γι αυτό το λόγο μελετήθηκε η επίδραση των τριών μεθόδων ξήρανσης στην απελευθέρωση αλατιού και ζάχαρης από τη πατάτα και τη μπανάνα αντίστοιχα σε διαλύματα που προσομοιάζουν το γαστρικό υγρό και το σάλιο και στη διάχυση αυτών στα τρόφιμα. Επίσης αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό πρότυπο πρόβλεψης των παραπάνω για τις συνθήκες και μεθόδους ξήρανσης που χρησιμοποιήσαμε. 6

7 ABSTRACT Drying is a process widely used in industry and owns a large piece of the food industry.the quality of dehydrated foods is a topic of great practical interest both for food industry and consumers since it is a determinant of acceptance or rejection of the product.the quality properties of foods are necessary for the optimization of the existing products and development of the new ones. The effect of drying process on the food properties is a popular research topic and for this reason the study of certain properties of dehydrated foods using different drying methods was chosen. The drying methods that were studied include freeze drying, vacuum drying and air drying. Samples were pretreated with osmotic dehydration. The products used, were potato as an important representative of vegetables, and banana for fruits, respectively. The quality properties studied were structural properties such as porosity and bulk density, as well as rheological properties and in particular viscosity. It was observed that the structural properties and viscosity significantly depend on the drying method and conditions. Specifically, the largest porosity was exhibited by the freeze drying method and the highest viscosity was observed in the air drying method. Another very important part of the research work was to study the degradation of food components in solutions simulating gastric and saliva, namely salt of the potato samples and sugar of the bananas. For the characterization and modeling of digestion of food, the basic knowledge of the relationship between the rate of decomposition of food structures and dynamics of gastric contents and saliva during chewing and digestion should be developed. The food processing can significantly affect digestive properties. The knowledge of how treatment methods modify digestion is critical for the assessment and bioavailability of nutrients that are trapped in the matrix of food as well as the development of structured food.the rate of decomposition of food in the human stomach is associated with the structure and physicochemical properties of food.the knowledge of the kinetics of decomposition of food in the stomach will allow the improvement of methods of food processing for nutrients supply. For this reason, we investigated the effect of the three drying methods in the release of salt and sugar from potato and banana samples, respectively, in solutions simulating gastric fluid and saliva as well as the diffusion coefficient of such foods. A mathematical model was also developed predicting the above from the drying methods and conditions we used. 7

8 1. ΞΗΡΑΝΣΗ Ο όρος ξήρανση (drying) αναφέρεται στην αφαίρεση μικρών σχετικά ποσοτήτων νερού από στερεά ή ημιστερεά υλικά. Στις διεργασίες ξήρανσης δίνεται περισσότερο έμφαση συνήθως στο αποξηραμένο τελικό προϊόν και στις περισσότερες περιπτώσεις, η ξήρανση επιτυγχάνεται με αφαίρεση της υγρασίας σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο βρασμού. Η ξήρανση αποτελεί μια διεργασία ταυτόχρονης μεταφοράς θερμότητας και μάζας, μεταξύ στερεών σωμάτων και αδρανών αερίων ή κενού. Ο ρυθμός απομάκρυνσης της πτητικής ουσίας από το στερεό (ρυθμός ξήρανσης) επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες οι οποίοι μπορούν να ομαδοποιηθούν ως εξής: παράγοντες που συνδέονται με τις συνθήκες ξήρανσης παράγοντες που συνδέονται με τη φύση του στερεού παράγοντες που συνδέονται με το σχεδιασμό της συσκευής ξήρανσης (ξηραντήρας)[1] Η ωθούσα δύναμη για τη μεταφορά θερμότητας είναι η βαθμίδα της θερμοκρασίας, ανάμεσα στην επιφάνεια του υλικού και στον περιβάλλοντα αέρα, ενώ επίσης εξαρτάται από τις εξωτερικές συνθήκες, υγρασία αέρα, ρυθμός ροής του αέρα στην επιφάνεια έκθεσης και πίεση. Όσον αφορά στη μεταφορά της μάζας η διάχυση της υγρασίας οδηγείται από την βαθμίδα συγκέντρωσης του νερού στο εσωτερικό του υλικού και την επιφάνεια του υλικού, ενώ εξαρτάται και από τη φύση του στερεού και τη θερμοκρασία. Η μεταφορά της ενέργειας σε μορφή θερμότητας από το περιβάλλον στο υγρό στερεό μπορεί να επιτευχθεί με συναγωγή, αγωγή και ακτινοβολία, ενώ η μεταφορά μάζας με μοριακή διάχυση, τριχοειδή ροή, ροή κατά Knudsen κλπ. Ο ρυθμός της ξήρανσης εξαρτάται από το ρυθμό που ακολουθούν οι δύο προαναφερθείσες διαδικασίες. Παρόλα αυτά, κατά τη διάρκεια της ξήρανσης καθεμία από αυτές μπορεί να είναι ο περιοριστικός παράγοντας που καθορίζει το ρυθμό ξήρανσης, αν και οι δυο προχωρούν ταυτόχρονα.[2] 1.1. Ξήρανση τροφίμων Η διεργασία της ξήρανσης εφαρμόζεται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων καθώς συμβάλλει στη συντήρηση και μακροχρόνια διατήρηση τους κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες αποθηκεύσεως, καθώς και στην ελάττωση του κόστους και της δυσκολίας στη συσκευασία, μεταφορά και αποθήκευσή τους. Η μείωση του διαθέσιμου νερού βοηθά στον περιορισμό της ανάπτυξης και δράσης των μικροοργανισμών με αποτέλεσμα την αύξηση του χρόνου ζωής των τροφίμων. Συγχρόνως, η ελάττωση του βάρους και σε πολλές περιπτώσεις και του όγκου κάνει πιο οικονομική 8

9 την μεταφορά, τη συσκευασία και την αποθήκευση των προϊόντων. Επιπλέον, η ξήρανση οδηγεί στην εύκολη παραγωγή προϊόντων σε σκόνη, με αποτέλεσμα να βοηθάει στην παρασκευή προϊόντων κατάλληλων για χρήση π.χ. μίγματα για κέικ, για σούπες κ.ά. Ο όρος ξήρανση (drying) στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιείται για τη διεργασία στην οποία η απομάκρυνση νερού από το τρόφιμο γίνεται κυρίως με εξάτμιση. Διαφέρει από τη συμπύκνωση (concentration) ως προς το τελικό περιεχόμενο νερό στο τρόφιμο, το οποίο είναι χαμηλότερο στην περίπτωση της ξήρανσης. Αντί του όρου ξήρανση πολλές φορές χρησιμοποιείται ο όρος αφυδάτωση (dehydration), αν και ο όρος αυτός αποδίδει καλύτερα την πλήρη απομάκρυνση νερού από το τρόφιμο. Η ξήρανση των περισσότερων τροφίμων γίνεται με θέρμανση. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιείται μεταφορά μάζας (νερού) από το τρόφιμο προς το περιβάλλον και μεταφορά θερμότητας από το μέσον θέρμανσης προς το τρόφιμο. Στην ξήρανση των τροφίμων ισχύουν οι βασικές αρχές που διέπουν την ξήρανση οποιουδήποτε άλλου προϊόντος. Οι ιδιαιτερότητες των τροφίμων σχετίζονται με το ρόλο του νερού σε αυτά και την ευαισθησία των συστατικών και των ποιοτικών χαρακτηριστικών τους στις θερμικές διεργασίες.[3] 1.1 Ο ρόλος του νερού στα τρόφιμα Ελεύθερο και δεσμευμένο νερό Το νερό στα τρόφιμα βρίσκεται υπό μορφή δεσμευμένου (bound) ή ελεύθερου (free) νερού. Το ποσό του δεσμευμένου νερού διαφέρει από τρόφιμο σε τρόφιμο και έχουν διατυπωθεί διάφοροι ορισμοί αυτού. Το δεσμευμένο νερό είναι εκείνο που υπάρχει στην περιοχή κοντά στα μη υδατικά συστατικά του τροφίμου και παρουσιάζει ιδιότητες σημαντικά διαφορετικές από αυτές του συνόλου του νερού στο τρόφιμο. Το δεσμευμένο νερό δεν παγώνει σε θερμοκρασία έως 40 C και δεν είναι διαθέσιμο ως διαλύτης προστιθέμενων ουσιών ούτε ως χημικό αντιδραστήριο. Υπάρχουν πολλοί βαθμοί δέσμευσης του νερού. Το πιο ισχυρά δεσμευμένο νερό είναι εκείνο που αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα των μη υδατικών συστατικών, π.χ. είναι μέρος των υδριτών ή βρίσκεται στα πολύ μικρά κενά των πρωτεϊνών. Το αμέσως επόμενο είναι το γειτνιάζον νερό που καταλαμβάνει τα πρώτα στρώματα σε επαφή με τα μη υδατικά συστατικά, συνδεόμενο με ιοντικές κυρίως ομάδες αυτών των συστατικών. Ακολουθεί το πολυστρωματικό νερό που καταλαμβάνει τα αμέσως επόμενα στρώματα μετά από το γειτνιάζον και, αν και δεν είναι τόσο ισχυρά συνδεδεμένο (κυρίως με δεσμούς υδρογόνου), παρουσιάζει σημαντικά διαφορετικές ιδιότητες από αυτές του ελεύθερου νερού. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού δεν παγώνει έως τους 40 C, ενώ εμφανίζει μικρή ικανότητα ως διαλύτης. Το ελεύθερο νερό είναι εκείνο που καταλαμβάνει τις πιο απομακρυσμένες θέσεις από τα μη υδατικά συστατικά και μπορεί να δρα ως διαλύτης, ενώ παγώνει σε θερμοκρασία κατώτερη των 0 C (η 9

10 μείωση του σημείου πήξης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των διαλυμένων συστατικών). Το ελεύθερο νερό μπορεί να βρίσκεται παγιδευμένο σε τριχοειδείς πόρους, οπότε και παρουσιάζει μειωμένη τάση ατμών όσο μικρότερη είναι η ακτίνα των τριχοειδών πόρων. Αυτό το νερό δεν εμφανίζει μακροσκοπική ροή. Αντίθετα το μη παγιδευμένο νερό εμφανίζει ελεύθερη μακροσκοπική ροή. Η ποσότητα του δεσμευμένου νερού που υπάρχει στα τρόφιμα υψηλής υγρασίας (περίπου 9 g νερού/g ξηρού τροφίμου) είναι πολύ μικρή. Συγκεκριμένα οι δύο πρώτες κατηγορίες δεσμευμένου νερού αποτελούν περίπου το 0.5 % και το πολυστρωματικό νερό το 1-5 % του ολικού νερού του τροφίμου. Η απομάκρυνση του νερού από τα τρόφιμα είναι τόσο δυσκολότερη όσο ισχυρότερα είναι αυτό δεσμευμένο. Το ελεύθερο νερό απομακρύνεται ευκολότερα και η θερμότητα εξάτμισης του είναι η ίδια με του καθαρού νερού. Το πολυστρωματικό νερό είναι το επόμενο και παρουσιάζει θερμότητα εξάτμισης λίγο έως αρκετά μεγαλύτερη από το καθαρό νερό. Το γειτνιάζον νερό απομακρύνεται ακόμη δυσκολότερα και παρουσιάζει πολύ αυξημένη θερμότητα εξάτμισης, ενώ το νερό που αποτελεί τμήμα των μη υδατικών συστατικών του τροφίμου απομακρύνεται πολύ δύσκολα. Η διαθεσιμότητα του νερού για την ανάπτυξη και δράση των μικροοργανισμών εξαρτάται επίσης από το πόσο ισχυρά είναι αυτό δεσμευμένο. Το νερό που αποτελεί τμήμα των μη υδατικών συστατικών του τροφίμου και το γειτνιάζον νερό δεν είναι διαθέσιμα για τις μικροβιακές δράσεις. Από το πολυστρωματικό νερό μικρό μόνο μέρος είναι διαθέσιμο, ενώ το ελεύθερο νερό είναι πλήρως διαθέσιμο. Αυτό σημαίνει ότι η ικανότητα ανάπτυξης των μικροοργανισμών και μέσω αυτής η σταθερότητα των τροφίμων, εξαρτάται όχι από το ολικό ποσό του περιεχόμενου νερού, αλλά από το ελεύθερο ή χαλαρά δεσμευμένο νερό και γι αυτό σχετίζεται συνήθως με την ενεργότητα του νερού στο τρόφιμο. Επομένως η αποτελεσματικότητα της ξήρανσης ως μεθόδου συντήρησης και ο σχεδιασμός της αντίστοιχης διεργασίας εξαρτάται από την έκταση στην οποία επιτυγχάνεται η απομάκρυνση του νερού από το τρόφιμο.[3] 1.2 Κατηγοριοποίηση ξηραντήρων βάσει του τρόπου απομάκρυνσης νερού. Οι ξηραντήρες μεταφοράς θερμότητας μπορούν να διακριθούν σε δύο βασικούς τύπους: τους αδιαβατικούς και τους μη αδιαβατικούς. Στους αδιαβατικούς ξηραντήρες, ρεύμα αέρα παρέχει την απαιτούμενη θερμότητα εξάτμισης απομακρύνοντας ταυτόχρονα την εξατμιζόμενη υγρασία. Στους μη αδιαβατικούς ξηραντήρες η θερμότητα παρέχεται στο προϊόν με ακτινοβολία ή με αγωγή μέσω επαφής με μία επιφάνεια. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του προϊόντος που 10

11 βρίσκεται σε επαφή με την πηγή θερμότητας αυξάνει και οι παραγόμενοι υδρατμοί απομακρύνονται με κενό ή με κάποιο αέριο. Τύποι αδιαβατικών ξηραντήρων αποτελούν οι ξηραντήρες με ρεύμα αέρα, το οποίο διέρχεται πάνω από την επιφάνεια του προς ξήρανση τροφίμου, και οι ξηραντήρες με αιώρηση σταγονιδίων υγρών τροφίμων (π.χ. διασπορών) σε ρεύμα αέρα. Στους ξηραντήρες με ρεύμα αέρα το προϊόν βρίσκεται είτε ακίνητο σε ράφια (θάλαμοι ξήρανσης, σήραγγες ξήρανσης), είτε μετακινείται συνεχώς δια μέσου του ξηραντήρα (ξηραντήρες με μεταφορική ταινία, περιστρεφόμενοι ξηραντήρες). Ξηραντήρες με αιώρηση σε αέρα αποτελούν οι ξηραντήρες ψεκασμού (spray dryers), οι ξηραντήρες πνευματικής μεταφοράς και οι ξηραντήρες ρευστοστερεάς κλίνης. Οι κύριοι μη αδιαβατικοί ξηραντήρες που χρησιμοποιούνται για ξήρανση τροφίμων είναι οι ξηραντήρες τυμπάνου, οι ξηραντήρες κενού και οι θάλαμοι ξήρανσης υπό κατάψυξη (λυοφιλιωτές - freeze dryers). [4] Σχήμα 1.2.1: Κατηγοριοποίηση ξηραντήρων [4] 11

12 Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιούνται ποικίλες διεργασίες ξήρανσης, όπως ξήρανση υπό κατάψυξη, ξήρανση σε ρεύμα αέρα, ξήρανση υπό κενό, ωσμωτική αφυδάτωση, ξήρανση με υπερήχους, ξήρανση με τη βοήθεια μικροκυμάτων, ξήρανση σε υπερκρίσιμες συνθήκες, τηγάνισμα, ξήρανση με ψεκασμό, ξήρανση χαμηλής πίεσης υπέρθερμου ατμού, κ.λπ. ή και συνδυασμός τους, με στόχο την παραγωγή αφυδατωμένων προϊόντων υψηλής διατροφικής αξίας και λειτουργικότητας [1]. Η επιλογή της εκάστοτε μεθόδου ή ο συνδυασμός αυτών εξαρτάται από ποικίλους παράγοντες, όπως είναι τα χαρακτηριστικά των φρέσκων προϊόντων (φυσικές ιδιότητες, περιεχόμενη υγρασία, κατανομή μεγέθους σωματιδίων, κ.λπ.), το επιθυμητό τελικό επίπεδο υγρασίας, η ποιότητα, οι προδιαγραφές και οι ιδιότητες των τελικών προϊόντων, η τελική χρήση των προϊόντων («έτοιμα» προϊόντα ή μερικώς επεξεργασμένα), οι οικονομικές απαιτήσεις και η ενεργειακή κατανάλωση. Μεταξύ των μεθόδων αυτών, η ξήρανση υπό κατάψυξη, η ξήρανση σε ρεύμα αέρα, η ξήρανση υπό κενό και η ωσμωτική αφυδάτωση χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία και οι μέθοδοι αυτές περιγράφονται πιο αναλυτικά στη συνέχεια. 1.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣ Ξήρανση υπό κατάψυξη Η ξήρανση υπό κατάψυξη χρησιμοποιήθηκε αρχικά στα 1940 για την παραγωγή ξηρού πλάσματος και αργότερα για την ξήρανση αντιβιοτικών και βιολογικών υλικών [6]. Σήμερα, εφαρμόζεται σε ποικίλα προϊόντα υψηλής αξίας όπως τρόφιμα που περιέχουν υψηλά ποσοστά πρωτεϊνών και πτητικών ουσιών και είναι επιρρεπή σε αντιδράσεις αμαύρωσης (εκχυλίσματα καφέ ή τσαγιού, φρούτα, λαχανικά, κρέας ή ψάρι) ή σε φαρμακευτικά προϊόντα [6,7], καθώς αποτελεί μία ήπια διεργασία για την παραγωγή προϊόντων υψηλής ποιότητας. Η ξήρανση υπό κατάψυξη πραγματοποιείται συνηθέστερα υπό την επίδραση υψηλού κενού[8], της τάξεως των 0,03 έως 3 mbar. Η εφαρμογή μικροκυμάτων ή η λειτουργία σε ατμοσφαιρική πίεση μπορούν εναλλακτικά να χρησιμοποιηθούν, μειώνοντας το κόστος λειτουργίας[6]. Η ξήρανση υπό κατάψυξη πραγματοποιείται σε δύο στάδια αρχικά το υλικό καταψύχεται και στη συνέχεια ο πάγος απομακρύνεται με εξάχνωση, απευθείας από την στερεή στην αέρια φάση[9]. Κατά την κατάψυξη, αρχικά το νερό που βρίσκεται στο εσωτερικό του ελεύθερο ή σε μορφή κολλοειδούς διαλύματος μετατρέπεται σε πάγο. Στη συνέχεια, η θερμοκρασία ψύξης μειώνεται έως ότου κρυσταλλωθούν και τα ευτηκτικά διαλύματα. Η κατάψυξη διαχωρίζει τα υδατικά διαλύματα των τροφίμων σε δύο φάσεις τον πάγο και τη συμπυκνωμένη φάση των διαλυτών στερεών. Η πίεση που εφαρμόζεται είναι 12

13 τόση ώστε να διατηρείται η πίεση του πάγου κάτω από το τριπλό του σημείο (χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία η στερεά και υγρή φάση του υλικού μπορούν να συνυπάρξουν). Η κατάσταση αυτή είναι απαραίτητη για να είναι δυνατή η εξάχνωση και όχι η εξάτμιση του νερού[10]. Η εξάχνωση βασίζεται στη δημιουργία διαφοράς τάσης ατμών μεταξύ του πάγου στο εσωτερικό του υλικού και του ξηρού περιβάλλοντος. Αρχικά, ο ρυθμός ξήρανσης είναι υψηλός, καθώς υπάρχει μικρή αντίσταση στη ροή θερμότητας και μάζας. Όσο εξελίσσεται η διεργασία, ο ρυθμός μειώνεται, καθώς το ξηρό στρώμα που δημιουργείται γύρω από το υλικό εμποδίζει τη μεταφορά θερμότητας στους κρυστάλλους πάγου. Επίσης, η μεταφορά μάζας μειώνεται όσο αυξάνεται το πάχος του ξηρού στρώματος, εξαιτίας της μείωσης της διάχυσης υγρασίας από τη διεπιφάνεια εξάχνωσης στην επιφάνεια του υλικού[6].. Το διάγραμμα φάσεων ή διάγραμμα θερμοκρασίας πίεσης (Ρ Τ) του νερού, με το χαρακτηριστικό τριπλό σημείο[11] Κατά τη διάρκεια της ξήρανσης η απομάκρυνση της υγρασίας πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Αρχική ξήρανση Αρχικά, η πίεση μειώνεται και οι κρύσταλλοι πάγου εξαχνώνονται από την επιφάνεια του υλικού με εφαρμογή θερμότητας. Κατά το στάδιο αυτό, απομακρύνεται περίπου το 85-95% του περιεχόμενου νερού. Ο πάγος αρχίζει να εξαχνώνεται όταν παρέχεται η απαιτούμενη λανθάνουσα θερμότητα. Ο ατμός που προκύπτει από την εξάχνωση απομακρύνεται από την επιφάνεια του υλικού χωρίς ο πάγος στο εσωτερικό να λιώνει, εξαιτίας της χαμηλής πίεσης. Η θερμοκρασία στη διεπιφάνεια εξάχνωσης πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία του πάγου ώστε να παρέχεται η θερμότητα εξάχνωσης αλλά όχι αρκετά υψηλή ώστε να προκαλείται τήξη σε κάποιο σημείο του 13

14 υλικού. Για να πραγματοποιηθεί η εξάχνωση, θα πρέπει η πίεση των υδρατμών στη διεπιφάνεια κατάψυξης που σχηματίζουν οι κρύσταλλοι πάγου στο καταψυγμένο προϊόν να είναι μεγαλύτερη από την πίεση των υδρατμών στον υπόλοιπο χώρο ώστε να προάγεται η ροή ατμών από το εσωτερικό στην επιφάνεια του υλικού. Δευτερογενής ξήρανση Το δεύτερο στάδιο ξεκινά όταν έχει απομακρυνθεί όλος ο πάγος από το υλικό και η υγρασία οφείλεται στο δεσμευμένο νερό. Στοχεύει στην εκρόφηση του εναπομείναντος νερού στο εσωτερικό του προϊόντος, η οποία επιτυγχάνεται με ελεγχόμενη αύξηση της θερμοκρασίας κατά τρόπο ώστε η θερμοκρασία να διατηρείται κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, και με μείωση της μερικής πίεσης των υδρατμών. Βασικό στοιχείο της ξήρανσης υπό κατάψυξη αποτελεί το σύστημα συμπύκνωσης, το οποίο συμπυκνώνει τους υδρατμούς που προκύπτουν από την εξάχνωση του πάγου. Ο συμπυκνωτής θα πρέπει να λειτουργεί αποτελεσματικά ώστε να μην επιστρέφουν οι υδρατμοί στο προϊόν αλλά και να μη φτάσουν στην αντλία κενού, καθώς θα προκαλέσουν διάβρωση της αντλίας αλλά και επιβράδυνση του ρυθμού εξάχνωσης λόγω μείωσης του κενού[12,13]. Επίσης, μετά το πέρας της ξήρανσης, ο πάγος που έχει συγκεντρωθεί στο συμπυκνωτή, ξεπαγώνει με τη βοήθεια είτε θερμού αέρα, θερμού νερού ή θερμαντικών στοιχείων και απομακρύνεται. Η ξήρανση με κατάψυξη γίνεται κυρίως σε ξηραντήρες ασυνεχούς λειτουργίας παρόμοιους με τους ξηραντήρες με ράφια. Το κατεψυγμένο προϊόν τοποθετείται στα ράφια του ξηραντήρα και εφαρμόζεται υψηλό κενό. Εναλλακτικά η κατάψυξη του προϊόντος μπορεί να γίνει μέσα στον ίδιο τον ξηραντήρα με ταχεία εξάτμιση μέρους της υγρασίας υπό υψηλό κενό. Η απαιτούμενη θερμότητα για εξάχνωση του πάγου μεταδίδεται στο τρόφιμο με αγωγή και ακτινοβολία από τα ράφια, τα οποία θερμαίνονται εσωτερικά με κυκλοφορία θερμού νερού και με συναγωγή από τον αέρα του θαλάμου ξήρανσης. Οι δημιουργούμενοι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε ατμοπαγίδες χαμηλής θερμοκρασίας και η ρύθμιση της πίεσης μέσα στο θάλαμο ξήρανσης γίνεται μέσω της θερμοκρασίας της ατμοπαγίδας και μέσω κατάλληλης αντλίας κενού. Η ξήρανση προχωρά από τις εκτιθέμενες επιφάνειες προς το εσωτερικό του τροφίμου. Το εξωτερικό στρώμα του τροφίμου απομένει τελείως ξηρό καθώς μειώνεται το πάχος του πυρήνα του πάγου. Η εξάχνωση συμβαίνει στο μέτωπο του πάγου και οι ατμοί διαχέονται μέσω του ξηρού στρώματος προς τον αέρα του θαλάμου ξήρανσης. Τα βασικά φαινόμενα μεταφοράς κατά την ξήρανση υπό κατάψυξη είναι η μεταφορά θερμότητας προς την επιφάνεια του ξηραινόμενου προϊόντος και δια μέσου του ξηρού στρώματος προς το μέτωπο του πάγου, και η μεταφορά μάζας (υδρατμών) δια μέσου του ξηρού προϊόντος καθώς προχωρά η εξάχνωση προς την επιφάνεια και από αυτή προς τον περιβάλλοντα αέρα. Στην ξήρανση με 14

15 κατάψυξη η αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση στη μεταφορά μάζας γιατί το σύστημα λειτουργεί υπό κενό οπότε η θερμότητα μεταφέρεται κυρίως με αγωγή και ακτινοβολία με σχετικά μικρούς συντελεστές μεταφοράς. Επίσης η αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας στο εσωτερικό του τροφίμου είναι συνήθως η μεγαλύτερη λόγω της μικρής θερμικής αγωγιμότητας του ξηρού τροφίμου. Για την πραγματοποίηση της ξήρανσης υπό κατάψυξη απαιτείται : α) τα προϊόντα να είναι κατεψυγμένα κατά προτίμηση σε θερμοκρασία μικρότερη των -40 C για επίτευξη καλής ποιότητας αποξηραμένων προϊόντων β) να υπάρχει αντλία υψηλού κενού, ώστε να επιτυγχάνεται πίεση χαμηλότερη τουλάχιστον από την πίεση του τριπλού σημείου (6,104 mbar ή 4,58 mm Hg) και συνήθως <0,2-0,5 mm Hg ( mtorr) και γ) να παρέχεται στο προϊόν μεγάλο ποσό ενέργειας για την πραγματοποίηση της εξάχνωσης.[4] Σχήμα : Βασική διάταξη λυοφιλιωτή[4] Η ξήρανση υπό κατάψυξη είναι μία διεργασία που πραγματοποιείται σε χαμηλές θερμοκρασίες και για το λόγο αυτό, τα αφυδατωμένα προϊόντα θεωρούνται ανώτερα εκείνων που αφυδατώνονται με τη χρήση συμβατικών μεθόδων Εξαιτίας της απουσίας του νερού και των χαμηλών θερμοκρασιών που απαιτούνται για την διεργασία, η μικροβιολογική δραστηριότητα και οι περισσότερες αντιδράσεις υποβάθμισης έχουν σταματήσει, με αποτέλεσμα το τελικό λυοφιλιωμένο προϊόν να είναι υψηλής ποιότητας. Επιπλέον, βοηθά στη διατήρηση των θρεπτικών ουσιών, του χρώματος, του 15

16 αρώματος και της γεύσης[9,14,15] λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών λειτουργίας. Η απουσία αέρα στο θάλαμο σε συνδυασμό με τη χαμηλή θερμοκρασία ελαχιστοποιεί την υποβάθμιση των τροφίμων που οφείλεται στην οξείδωση ή τη χημική τροποποίησή τους[6]. Οι παγοκρύσταλλοι που σχηματίζονται κατά την κατάψυξη και που απομακρύνονται κατά την ξήρανση προστατεύουν την πρωταρχική δομή και το σχήμα των προϊόντων προκαλώντας τελικά μικρή μείωση του όγκου τους. Η πορώδης δομή που αναπτύσσεται επιτρέπει τη γρήγορη ενυδάτωση των τροφίμων, η οποία παράγει προϊόντα όμοια με το νωπό τρόφιμο. Η τεχνική αυτή εφαρμόζεται σε ένα μεγάλο εύρος προϊόντων, όπως λαχανικά, φρούτα, καφέ, κρέας κ.α Ξήρανση σε ρεύμα αέρα Η ξήρανση σε ρεύμα αέρα είναι μία διεργασία ταυτόχρονης μεταφοράς θερμότητας, μάζας και ορμής. Σχετικά θα μπορούσαν να αναφερθούν οι μηχανισμοί μετακίνησης υγρασίας με μοριακή διάχυση, με διάχυση υγρής φάσης στους πόρους των στερεών, με διάχυση της αέριας φάσης στον αέρα των πόρων των στερεών, με ροή Knudsen, με ροή διαδοχικών εξατμίσεων-συμπυκνώσεων, με υδροδυναμική ροή κ.α. Τα βασικά στάδια της ξήρανσης είναι δύο. Το πρώτο στάδιο ονομάζεται σταθερού ρυθμού, όπου η ροή υγρασίας επηρεάζεται μόνο από τον εξωτερικό μηχανισμό μεταφοράς μάζας, προκαλώντας ένα σταθερό ρυθμό απομάκρυνσης υγρασίας.(van Brakel, 1980). Το δεύτερο στάδιο ονομάζεται ελαττωμένου ρυθμού όπου η ροή της υγρασίας επηρεάζεται μόνο από τον εσωτερικό μηχανισμό μετακίνησης, με αποτέλεσμα τον συνεχώς ελαττούμενο ρυθμό μεταφοράς. Στην ξήρανση των τροφίμων, το αρχικό στάδιο του σταθερού ρυθμού παρατηρείται σπάνια, ενώ το στάδιο του ελαττούμενου ρυθμού είναι αυτό που ελέγχει τη συνολική διεργασία της ξήρανσης. Πολλοί ερευνητές χωρίζουν το στάδιο του έλαττούμενου ρυθμού σε δύο φάσεις. Την αρχική, όπου ο συντελεστής διάχυσης θεωρείται σταθερός και στην τελική όπου ο συντελεστής διάχυσης ελαττώνεται με την ελάττωση της περιεχόμενης υγρασία[13]. Η ξήρανση σε ρεύμα αέρα δίνει αφυδατωμένα προϊόντα που έχουν παρατεταμένο χρόνο ζωής έως και ένα χρόνο αλλά δυστυχώς, η ποιότητα του συμβατικά αφυδατωμένου προϊόντος είναι συνήθως πολύ κατώτερη από το αρχικό προϊόν. Για την παραγωγή προϊόντων σνακ συχνά εφαρμόζεται μια διαδικασία αφυδάτωσης που περιλαμβάνει δύο στάδια. Ο ξηραντήρας λειτουργεί με αντιρροή στο πρώτο στάδιο, που έχει σαν στόχο τη μείωση της υγρασίας του παχύρρευστου υγρού(προϊόντος) σε τέτοια επίπεδα ώστε να δημιουργηθεί ένα φύλλο προϊόντος εύκολο να τεμαχισθεί στο επιθυμητό σχήμα και μέγεθος. Η τελική φάση της αφυδάτωσης διεξάγεται με κάθετη ροή προϊόντος-αέρα. Στο στάδιο αυτό οι μέσες διαστάσεις των τεμαχίων του προϊόντος είναι καθοριστικές για το ρυθμό της αφυδάτωσης, αφού ο ρυθμός εξαρτάται άμεσα από την εσωτερική αντίσταση του προϊόντος στη διάχυση του νερού. Με 16

17 τον τεμαχισμό του προϊόντος μειώνουμε στην ουσία(έμμεσα) την εσωτερική αντίσταση του προϊόντος στη διάχυση υγρασίας. Το θερμοκρασιακό προφίλ μέσα σε έναν ξηραντήρα κυκλοφορίας ζεστού αέρα εξαρτάται από τον τύπο θέρμανσης και τη διάταξη κυκλοφορίας του ζεστού αέρα. Στη περίπτωση που η αφυδάτωση διεξάγεται κύρια στην περίοδο μειούμενου ρυθμού(όπως συνήθως συμβαίνει) τα θερμοκρασιακά προφίλ του τροφίμου είναι περίπου οριζόντια, με τη θερμοκρασία του να είναι σταθερή και ίση προς τη θερμοκρασία υγρού βολβού του αέρα(tw). Όσο για τις διάφορες διατάξεις ροής προϊόντος αέρα, αυτές επιλέγονται με βάση τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες του προς αφυδάτωση προϊόντος. Η διάταξη αντιρροής προϊόντος-αέρα εξασφαλίζει στο προϊόν τις υψηλότερες θερμοκρασίες στο σημείο που η υγρασία του βρίσκεται στα χαμηλότερα επίπεδα οπότε και η αντίσταση στην απομάκρυνση του νερού είναι ιδιαίτερα αυξημένη. Η διάταξη όμως αυτή εκθέτει ένα ευαίσθητο προϊόν στον κίνδυνο πρόκλησης εγκαυμάτων(scorching). Συχνά τα εγκαύματα συνεπάγονται ποιοτική υποβάθμισης λόγω μη-ενζυμικού μαυρίσματος, αφού η αντίδραση Maillard εξαρτάται έντονα από την υγρασία και παρουσιάζει μέγιστη ταχύτητα στα ενδιάμεσα ποσοστά υγρασίας. Κατά τη λειτουργία των ξηραντηρίων σε ομορροή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μεγαλύτερες θερμοκρασίες εισερχόμενου αέρα με αποτέλεσμα να πετυχαίνουμε γρηγορότερη αφυδάτωση αρχικά. Αυτό συχνά είναι επιθυμητό, αλλά σε μερικές περιπτώσεις έχει αρνητικές επιπτώσεις στην υφή των εξωτερικών στρωμάτων του προϊόντος με αποτέλεσμα τον εγκλωβισμό της εναπομένουσας υγρασίας μέσα στο προϊόν.[16] Ξήρανση υπό κενό Η ξήρανση υπό κενό χρησιμοποιείται κυρίως για την προστασία του υλικού από αυξημένες θερμοκρασίες και οξειδώσεις. Επίσης χρησιμοποιείται για λόγους ευκολίας, όπως για παράδειγμα στην ανάκτηση μιας οργανικής ουσίας από εκχυλισμένο στερεό[17]. Είναι γνωστή ως έμμεση μέθοδος επειδή χρησιμοποιείται λίγο ή καθόλου αέρας. Η μεταφορά θερμότητας γίνεται μέσω συναγωγής και ακτινοβολίας. Σε σύγκριση με τις άμεσες μεθόδους, η ξήρανση υπό κενό έχει μικρότερη μέγιστη θερμοκρασία ξήρανσης. Οι περισσότεροι ξηραντήρες κενού χρησιμοποιούν απόλυτη πίεση περίπου 7 kpa, που χαμηλώνει το σημείο βρασμού του νερού στους 39 C[18]. Όταν χρησιμοποιείται κενό, σημαντικό μέρος του συστήματος αποτελεί ο συμπυκνωτής, ο οποίος παρεμβάλλεται μεταξύ του ξηραντήρα και της αντλίας κενού. Ο κύριος όγκος του διαλύτη συλλέγεται στον συμπυκνωτή. Μια ποσότητα διαλύτη χάνεται στην αντλία κενού, γιατί τα μη- συμπυκνωμένα αέρια που εξέρχονται είναι κορεσμένα με τον διαλύτη. Για να επιτευχθεί ο περιορισμός των απωλειών σε αυτό το σημείο, το νερό ψύξης του συμπυκνωτή πρέπει να περιέλθει στην χαμηλότερη 17

18 πρακτικά θερμοκρασία. Αν είναι αναγκαίο, η περίσσεια του διαλύτη στα μη-συμπυκνούμενα αέρια συλλέγεται με κατάλληλο προσροφητικό μέσο[17]. Η ξήρανση υπό κενό εφαρμόζεται σε πολλές περιπτώσεις για την ξήρανση τροφίμων. Βασίζεται στο γεγονός ότι το σημείο βρασμού του νερού είναι μικρότερο από 100 C καθώς η πίεση μειώνεται κάτω από την ατμοσφαιρική. Τα πλεονεκτήματα της ξήρανσης υπό κενό σε σχέση με την ξήρανση σε ρεύμα αέρα είναι ότι η θερμοκρασία του υλικού είναι αρκετά χαμηλή ώστε να αποφεύγεται η θερμική καταπόνησή του με συνέπειες τη καταστροφή βιταμινών και θρεπτικών συστατικών. Επιπλέον η ξήρανση υπό κενό απαιτεί πολύ λιγότερο χρόνο από τη ξήρανση σε ρεύμα αέρα και το αφυδατωμένο προϊόν περιέχει μόνο 1 έως 3 % υγρασία. Στην αρχή της διεργασίας η πίεση ελαττώνεται γρήγορα με αποτέλεσμα το υλικό να διαστέλλεται δημιουργώντας πόρους στο εσωτερικό του υλικού[19] Τα προϊόντα που ξηραίνονται υπό κενό εμφανίζουν αρκετά μεγάλο πορώδες και μεγάλη ταχύτητα και βαθμό ενυδάτωσης. Η διεργασία της ξήρανσης υπό κενό έχει εφαρμοστεί για την ξήρανση ορισμένων λαχανικών, προϊόντων γάλατος, χυμών φρούτων κ.α. Όσο η πίεση μειώνεται κατά την ξήρανση τόσο λιγότερη από την θερμότητα που απαιτείται για την εξάτμιση του νερού μεταφέρεται με αγωγή θερμότητας από τον αέρα[20]. Το μεγαλύτερο ποσό θερμότητας παρέχεται από την επαφή με την πηγή θερμότητας είτε με ακτινοβολία από την πηγή θερμότητας[13]. Στην ξήρανση κενού χρησιμοποιείται έμμεση θέρμανση. Σε ξηραντήρες κενού με ράφια, οι δίσκοι του υλικού τοποθετούνται σε επίπεδα ράφια, διαμέσου των οποίων κυκλοφορεί το μέσο ξήρανσης, που μπορεί να είναι ατμός ή θερμό νερό. Οι περιστροφικοί ξηραντήρες κενού είναι εφοδιασμένοι με διπλότοιχο σύστημα και το προς ξήρανση υλικό έρχεται σε επαφή με τις θερμές επιφάνειες που αποξέονται συνεχώς. Η απόξυση διατηρεί τις θερμές επιφάνειες καθαρές και το υλικό σε συνεχή ανάμιξη, με συνέπεια οι ρυθμοί ξήρανσης να είναι σαφώς υψηλότεροι από τους αναμενόμενους για ξήρανση του υλικού σε ράφια. Εφόσον η απόξυση συνήθως παράγει σκόνη που μπορεί να δημιουργήσει απόφραξη (fouling) στον συμπυκνωτή ή στην αντλία κενού, μετά τον ξηραντήρα είθισται να υπάρχει σύστημα για την συλλογή της σκόνης[17]. 18

19 1.4 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ Πίνακας 1.4.1: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μεθόδων ξήρανσης[21] ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Ξήρανση με ρεύμα αέρα Απλή λειτουργία Οικονομικότερη μέθοδος Τελικό προϊόν λιγότερο επιδεικτικό στην οξείδωση( δεν είναι πορώδες) Απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες Μεγάλος χρόνος ξήρανσης Ποιοτική υποβάθμιση του προϊόντος Συρρίκνωση ή κατάρρευση της φυσικής δομής Μειωμένη ενυδάτωση Σκλήρυνση της εσωτερικής επιφάνειας Θερμική υποβάθμιση θερμοευαίσθητων ουσιών γευστικότητας, αρώματος, χρώματος, θρεπτικής αξίας Χαμηλό σε διαλυτά συστατικά Μεγάλη φαινόμενη πυκνότητα Ξήρανση υπό Χαμηλές θερμοκρασίες Πιο ακριβή από την ξήρανση σε ρεύμα κενό Μικρός χρόνος ξήρανσης αέρα Δίνει προϊόν με υψηλή ποιότητα Συρρίκνωση του τροφίμου Συγκράτηση θρεπτικών, πτητικών και γευστικών ουσιών Υψηλό σε διαλυτά συστατικά Ανάκτηση του διαλύτη Ξήρανση υπό Χαμηλές θερμοκρασίες Απαιτεί πολύ χρόνο κατάψυξη Παράγει τρόφιμα με την υψηλότερη ποιότητα Εφαρμόζεται μόνο σε ειδικές που μπορεί να επιτευχθεί με την ξήρανση Δεν εμφανίζουν συρρίκνωση, διατηρούν τον περιπτώσεις ευαίσθητων προϊόντων υψηλής αξίας αρχικό όγκο, πολύ πορώδης δομή Γρήγορη και ολική ενυδάτωση, μικρή φαινόμενη πυκνότητα( ελκυστικό για τους καταναλωτές) Τελικό προϊόν ευάλωτο στην οξείδωση λόγω του μεγάλου πορώδους Διατήρηση της γευστικότητας, του αρώματος, των θρεπτικών ουσιών( π.χ βιταμίνη C), των διαλυτών στερεών και του χρώματος Ελαχιστοποίηση των αντιδράσεων υποβάθμισης Εξαιρετική διατήρηση των χημικών, βιολογικών και οργανοληπτικών ιδιοτήτων για μεγάλο χρονικό διάστημα 19

20 1.5 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ Προτού πραγματοποιηθεί η τελική πορεία της ξήρανσης των τροφίμων, όπως παρουσιάστηκε παραπάνω, τα τρόφιμα υφίστανται μερικές φορές κάποιες μορφές προκατεργασίας. Σε αρκετές διαδικασίες τα φρούτα ή τα λαχανικά αποχωρίζονται τους εξωτερικούς φλοιούς τους, ώστε να μην εμποδίζεται η μεταφορά και διάχυση της υγρασίας κατά την ξήρανση και κόβονται σε μικρότερα μεγέθη και σχήματα, ώστε η ξήρανση να επιτυγχάνεται πιο γρήγορα. Το τελευταίο πραγματοποιείται διότι κατά τη ξήρανση μεγαλύτερων διαστάσεων τροφίμων, εμφανίζονται προβλήματα στη διάχυση της υγρασίας προς την επιφάνεια, απ όπου εξατμίζεται. Τέτοια προβλήματα αποτελούν: α) η μεγάλη απόσταση που πρέπει να διανύει η υγρασία μέχρι την επιφάνεια, β) η κατάρρευση των κυττάρων στο εσωτερικό, τα οποία σφραγίζουν τα μονοπάτια της διάχυσης, γ) η διακοπή της ροής από τμήματα με παγιδευμένο αέρα, δ) το αυξανόμενο ιξώδες των περιεχόμενων στερεών και συγκεκριμένα των σακχάρων και ε) το κηρώδες στρώμα της επιδερμίδας, αν αυτό δεν απομακρυνθεί. Το τμήμα της προκατεργασίας περιλαμβάνει είτε μερική ξήρανση των φρούτων με μεθόδους όπως η ωσμωτική αφυδάτωση, τα μικροκύματα, είτε εμβάπτιση σε διάλυμα πυροδειώδους νατρίου ( Na 2 S 2 O 5 ), καθώς η κοπή των φρούτων σε μικρότερα τμήματα περιλαμβάνει και τον τεμαχισμό κυττάρων, γεγονός που προκαλεί τη μελαμψότητα λόγω ενζυμικών δράσεων, καθώς τείνουν να ενωθούν ένζυμα (πολυφαινολάσες), υπόστρωμα και οξυγόνο. Έχει αναφερθεί άλλωστε ότι το άλας αυτό εμποδίζει την έναρξη της διαδικασίας κατά την οποία προσδίδεται η μελαμψότητα, δίνοντας σε αυτή μία μόνιμη μορφή. Επίσης, η αντίδραση του με περιεχόμενα σάκχαρα παράγει σταθερά σουλφουρωμένα προϊόντα, άλλη εξήγηση που δικαιολογεί τον παρεμποδισμό της ενζυμικής δράσης. Η προκατεργασία έχει ως στόχο, λοιπόν, την επεξεργασία των φρούτων συμβάλλοντας στη βελτίωση των τελικών χαρακτηριστικών, είτε προσφέροντας μια αρχική ξήρανση μέχρι ένα ποσοστό υγρασίας 20

21 κατά την οποία διαφυλάσσονται κάποια ποιοτικά στοιχεία τους, είτε μια άλλη μορφή επεξεργασίας που αποσκοπεί στο ίδιο αποτέλεσμα Ωσμωτική αφυδάτωση Η ωσμωτική αφυδάτωση είναι επεξεργασία απομάκρυνσης νερού κατά την οποία τα τρόφιμα με κυτταρική οργάνωση όπως τα φρούτα και τα λαχανικά, τοποθετούνται σε κατάλληλα υπερτονικά διαλύματα όπως διαλύματα σακχάρων, αλάτων ή ακόμα και μειγμάτων σακχάρων/αλάτων[22,23]. Η ωσμωτική αφυδάτωση γίνεται με ταυτόχρονη διάχυση του νερού που περιέχεται στο φυτικό ιστό και της διαλυμένης ουσίας(σάκχαρο ή αλάτι) που περιέχεται στο ωσμωτικό διάλυμα και προς τις δύο κατευθύνσεις μέσω της ημιπερατής κυτταρικής μεμβράνης. Η ενεργότητα του νερού του ωσμωτικού διαλύματος είναι μικρότερη από αυτή του τροφίμου, ή η ωσμωτική πίεση του διαλύματος είναι μεγαλύτερη από αυτή του τροφίμου.[22,24]. Έτσι η διαλυμένη ουσία εισέρχεται από το διάλυμα στο εσωτερικό του τροφίμου και αντίστοιχα νερό από το τρόφιμο εξέρχεται προς το διάλυμα. Ο ρυθμός εξόδου του νερού από το τρόφιμο είναι συνήθως σημαντικά μεγαλύτερος από τον ρυθμό διάχυσης της διαλυμένης ουσίας προς αυτό και έτσι το τελικό προϊόν ενώ έχει αφυδατωθεί σημαντικά, έχει πολύ μικρή απορρόφηση διαλυμένης ουσίας[25]. Το βασικό αντικείμενο στην αφυδάτωση των τροφίμων είναι η απομάκρυνση νερού να φτάσει σε τέτοιο σημείο όπου η μικροβιακή ανάπτυξη και οι ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις να ελαχιστοποιηθούν. Πολλές φορές το ωσμωτικά αφυδατωμένο τρόφιμο δεν είναι μικροβιολογικά σταθερό κι έτσι χρησιμοποιούνται επιπλέον διαδικασίες συντήρησης όπως π.χ. η ψύξη ή η ξήρανση προκειμένου το τρόφιμο να συντηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα[27]. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΩΣΜΩΤΙΚΗ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗ Είδος προϊόντος προς αφυδάτωση Το είδος, η ποικιλία και η ωριμότητα του προϊόντος έχουν σημαντική επίδραση στην κυτταρική δομή του επηρεάζοντας επίσης, την περιεκτικότητα του σε διαλυμένες ουσίες, την συνεκτικότητα των ιστών του, τον παγιδευμένο αέρα κ.τ.λ. Όλες αυτές οι δομικές διαφορές επηρεάζουν τη μάζα του νερού και της διαλυμένης ουσίας που μεταφέρονται αντίστοιχα στο διάλυμα και στο προϊόν της αφυδάτωσης[25]. Η θέση στο εσωτερικό του τροφίμου από την οποία προέρχονται οι ιστοί επηρεάζουν επίσης, την ωσμωτική αφυδάτωση καθώς έχει βρεθεί ότι σε φρούτα της ίδιας της ποικιλίας, η προέλευση των ιστών από το εξωτερικό παρέγχυμα δίνει μεγαλύτερο βαθμό αφυδάτωσης σε σύγκριση με τους ιστούς από το εσωτερικό[27]. 21

22 Το σχήμα και το μέγεθος παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην ανταλλαγή μάζας. Έχει βρεθεί, - δείγματα με μεγάλη ειδική επιφάνεια- έχουν μεγάλη απώλεια νερού και πρόσληψη σακχάρων σε σχέση με δείγματα με μικρότερη ειδική επιφάνεια (φέτες, στικς κτλ.)[23,28]. Είδος-Σύσταση ωσμωτικού διαλύματος Η επιλογή κατάλληλου ωσμωτικού διαλύματος και συγκέντρωσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες,και συγκεκριμένα από τις οργανοληπτικές ιδιότητες του τροφίμου, την ικανότητα διάλυσης του ωσμωτικού διαλύματος, τη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης, την ικανότητα σταθεροποίησής του και το κόστος. Τα δύο κοινά διαλύματα που χρησιμοποιούνται είναι η ζάχαρη (κυρίως για φρούτα) και το αλάτι (για λαχανικά, ψάρια, τυρί, κρέας)[29]. Τα δύο αυτά διαλύματα, μόνα τους ή σε συνδυασμό, έχουν χρησιμοποιηθεί ως υπέρτονα διαλύματα στην ωσμωτική αφυδάτωση. Τα διαλύματα άλατος και σακχάρων φαίνεται ότι είναι οι καλύτερες επιλογές λόγω της δραστικότητας τους, της ευκολίας παρασκευής και χρήσης τους και της γεύσης τους[30]. Τα σάκχαρα τα οποία χρησιμοποιούνται ως μέσα ωσμωτικής αφυδάτωσης είναι η φρουκτόζη, η μαλτόζη, η ζαχαρόζη, η ισογλυκόζη, η γλυκόζη ή μείγματα αυτών. Κατά τη διαδικασίας της ωσμωτικής αφυδάτωσης προτιμούνται τα διαλύματα των ουσιών αυτών σε σχέση με τη στερεή κρυσταλλική μορφή τους διότι α) η ανάμειξη των σακχάρων σε κρυσταλλική μορφή με το τρόφιμο είναι δύσκολη διαδικασία, β) κατά την διάρκεια της αφυδάτωσης τα σάκχαρα έρχονται σε επαφή με το νερό του τροφίμου και ουσιαστικά μετατρέπονται σε διάλυμα, οπότε είναι πιο πρακτικό να βρίσκονται από την αρχή της διαδικασίας σε μορφή διαλύματος και γ) τα διαλύματα είναι πιο εύκολα στη χρήση τους σε σχέση με την κρυσταλλική μορφή της ουσίας, καθώς το κόστος απομάκρυνσης του νερού από την ουσία είναι μεγάλο και μεγάλες ποσότητες της δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν[31]. Τα διαλύματα NaCl χρησιμοποιούνται κυρίως για την αφυδάτωση των λαχανικών και όχι των φρούτων λόγω της αλατώδους γεύσης που προσδίδουν στο τρόφιμο. Μια καλή λύση είναι η χρήση διαλύματος ζαχαρόζης 45% το οποίο περιέχει 15% NaCl[32]. Υπάρχει μία αξιοσημείωτη διαφορά στον τρόπο δράσης των σακχάρων και του άλατος στον ιστό της ουσίας που προορίζεται για αφυδάτωση. Ενώ η σακχαρόζη συσσωρεύεται σε ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την συμπίεση του επιφανειακού ιστού του τροφίμου, το αλάτι διεισδύει σε πολύ μεγαλύτερο βάθος[30]. Αυτό οφείλεται στο μικρότερο μοριακό βάρος του αλατιού σε σχέση με τη ζάχαρη[29]. 22

23 Η παρουσία άλατος σε διάλυμα σακχάρου μπορεί να εμποδίσει τον σχηματισμό της επιφανειακής κρούστας που δημιουργεί το σακχαρούχο διάλυμα προωθώντας έτσι την μεγαλύτερη αποβολή νερού από το τρόφιμο. Επίσης αυξάνοντας τη συγκέντρωση του άλατος σε διάλυμα σακχάρου/άλατος με σταθερή συγκέντρωση βάρους οδηγούμαστε σε διαλύματα με αυξημένη ωσμωτική ικανότητα. Πολύ σημαντικό ρόλο στην ωσμωτική αφυδάτωση παίζει ο όγκος των μορίων του διαλύματος ο οποίος επηρεάζει σημαντικά τον ρυθμό απώλειας νερού/πρόσληψης στερεών. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των μορίων τόσο μεγαλύτερο είναι το βάθος της διείσδυσης τους[32]. Θερμοκρασία διαδικασίας Είναι γνωστό ότι η διάχυση είναι ένα φαινόμενο που εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία. Υψηλότερες θερμοκρασίες φαίνεται ότι ευνοούν την πιο γρήγορη απώλεια νερού μέσω του λιωσίματος και της πλαστικοποίησης των κυτταρικών μεμβρανών, επιταχύνουν την διάχυση του νερού στο τρόφιμο, και επειδή χαμηλώνουν το ιξώδες του ωσμωτικού διαλύματος αυξάνεται η μεταφορά νερού στην επιφάνεια του τροφίμου. Από την άλλη πλευρά, ο ρυθμός μεταφοράς μάζας αυξάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες και όταν το προϊόν έχει συγκεκριμένη επιφάνεια.[36] Επαφή των δύο φάσεων Η επαφή των δύο φάσεων(διάλυμα και τρόφιμο) εξαρτάται ουσιαστικά από τους παρακάτω βασικούς παράγοντες: 1. Την αναλογία τροφίμου/διαλύματος 2. Την κίνηση του διαλύματος στην επιφάνεια του τροφίμου[36] Αναλογία τροφίμου/διαλύματος Η αναλογία τροφίμου/διαλύματος έχει αρκετή σημασία στον ρυθμό της ωσμωτικής αφυδάτωσης. Όσο η αναλογία αυτή μειώνεται τόσο αυξάνεται η μεταφορά μάζας. Μια χαμηλή αναλογία τροφίμου/διαλύματος(<1/30) χρησιμοποιείται συνήθως για να αποφευχθούν φαινόμενα αραίωσης κατά την απομάκρυνση του νερού από το τρόφιμο.[36] Κίνηση διαλύματος Σε διαλύματα με χαμηλή συγκέντρωση, η ανάδευση η οποία επιταχύνει την κυκλοφορία του διαλύματος φαίνεται ότι δεν έχει ιδιαίτερη επίδραση στην απομάκρυνση του νερού από το τρόφιμο και την πρόσληψη της διαλυμένης ουσίας. Όταν όμως έχουμε αύξηση της συγκέντρωσης η ανάδευση 23

24 φαίνεται να βελτιώνει αυτή τη διαδικασία[33]. Επίσης η ανάδευση του ωσμωτικού διαλύματος έχει θετική επίδραση στην επίτευξη σταθερής θερμοκρασίας σε όλη την μάζα του τροφίμου και επίσης αποφεύγεται η επίδραση του σακχάρου σε μικρές περιοχές της επιφάνειας των τροφίμων[31,34]. Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα ωσμωτικής αφυδάτωσης ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Η ωσμωτική αφυδάτωση είναι μία από τις πιο αξιοσημείωτες μεθόδους αφυδάτωσης τροφίμων για πολλούς λόγους, μερικοί από τους οποίους είναι οι εξής: Τα προϊόντα της ωσμωτικής αφυδάτωσης διατηρούν τα οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά (σχήμα, χρώμα, άρωμα) σε ικανοποιητικό βαθμό. Η γεύση των ωσμωτικά αφυδατωμένων τροφίμων είναι διαφορετική σε σχέση με τη γεύση των νωπών, διότι τα πρώτα έχουν μεγαλύτερη συγκέντρωση σακχάρων και μικρότερη συγκέντρωση οξέων. Αυτή η αυξημένη αναλογία σακχάρου/οξέος προσδίδει στο ωσμωτικά αφυδατωμένο τρόφιμο καλύτερο γευστικό αποτέλεσμα. Τα σάκχαρα είναι γνωστό ότι αναστέλλουν την δράση της πολυφαινολοξειδάσης η οποία είναι καταλύτης της αντίδρασης του οξειδωτικού μαυρίσματος των τροφών. Έτσι, τα προϊόντα της ωσμωτικής αφυδάτωσης τα οποία έχουν αυξημένη συγκέντρωση σακχάρων είναι υψηλής ποιότητας. Λόγω της συνεχούς εμβάπτισης του τροφίμου στο ωσμωτικό διάλυμα, η ωσμωτική αφυδάτωση είναι διαδικασία κατά την οποία το τρόφιμο δεν έρχεται σε απευθείας επαφή με το οξυγόνο κι έτσι αποφεύγουμε την χρήση του διοξειδίου του θείου το οποίο χρησιμοποιείται για την αποφυγή οξειδωτικού και ενζυμικού μαυρίσματος του τροφίμου. Επειδή η ωσμωτική αφυδάτωση πραγματοποιείται σε χαμηλές θερμοκρασίες ελαχιστοποιείται η αλλοίωση του χρώματος και η υποβάθμιση του αρώματος των τροφίμων[31]. Λόγω της μείωσης του όγκου και του βάρους των τροφίμων έχουμε μείωση του κόστους συσκευασίας, μεταφοράς και αποθήκευσης των αφυδατωμένων τροφίμων. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, παράλληλα με την αποβολή νερού έχουμε απώλεια κάποιων υδατοδιαλυτών συστατικών του τροφίμου, όπως για παράδειγμα το ασκορβικό οξύ. Έτσι έχουμε θρεπτική υποβάθμιση του παραγόμενου τροφίμου. 24

25 Επίσης, μπορεί να παρατηρηθεί απώλεια μέρους αρωματικών και χρωστικών ουσιών, οξέων, πρωτεϊνών αλλά και σάρκας και σπόρων του τροφίμου. Όταν το τρόφιμο αφυδατωθεί σε μεγάλο βαθμό σε ωσμωτικό διάλυμα σακχάρου τότε είναι πιθανό να παρατηρηθούν φαινόμενα οξείδωσης κατά την μακροχρόνια αποθήκευση του[31,36] Ζεμάτισμα με νερό ή ατμό Το ζεμάτισμα με νερό ή με ατμό αποτελεί συνήθη μέθοδο προκατεργασίας που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και την αναστολή αντιδράσεων των ενζύμων και των μικροοργανισμών. Οι ενζυμικές και μικροβιακές δράσεις είναι υπεύθυνες για ανεπιθύμητες μεταβολές των τροφίμων όσο αφορά στα ποιοτικά χαρακτηριστικά τους. Κατά το ζεμάτισμα οι μικροοργανισμοί που συναντώνται στα τρόφιμα μειώνονται αισθητά γι αυτό θεωρείται διεργασία αποστείρωσης των τροφίμων. Το ζεμάτισμα είναι συνήθως θερμική διεργασία μικρής διάρκειας που πραγματοποιείται κοντά στο σημείο βρασμού. Το ζεμάτισμα όταν προηγείται της ξήρανσης ή της αποθήκευσης θεωρείται ότι εμποδίζει ή επιβραδύνει διεργασίες, όπως καταστροφή του χρώματος και του αρώματος. Επίσης, ο ρυθμός ξήρανσης αυξάνει, επιτυγχάνεται πιο γρήγορη και πλήρης αφυδάτωση, ενώ η υφή βελτιώνεται[13]. Η μέθοδος ξήρανσης επηρεάζει τη ποιότητα των τροφίμων και επιδρά στις δομικές, ρεολογικές καθώς και στον συντελεστή διάχυση των τροφίμων. Στο παρακάτω κεφάλαιο θα μελετηθούν οι δομικές ιδιότητες των τροφίμων και γίνεται μία εκτενέστερη αναφορά στο πορώδες, η διάχυση στα τρόφιμα καθώς και οι ρεολογικές ιδιότητες με εκτενέστερη αναφορά στο ιξώδες των τροφίμων. 25

26 2. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 2.1 Οι δομικές ιδιότητες των τροφίμων Η δομή επηρεάζει τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των τροφίμων κατά την αποθήκευσή τους και την τελική επεξεργασία πριν την κατανάλωση, καθώς επίσης και την αποδοχή τους από τους καταναλωτές. Μεταξύ των ιδιοτήτων αυτών, τα δομικά χαρακτηριστικά, όπως η πυκνότητα, το πορώδες και η κατανομή των πόρων είναι κρίσιμα για το χαρακτηρισμό των υλικών και την αποδοχή τους από τους καταναλωτές, καθώς καθορίζουν την ποιότητα των προϊόντων, ελέγχουν τη γεύση και την εμφάνισή τους και επηρεάζουν σημαντικά πλήθος άλλων ιδιοτήτων όπως θερμικές ιδιότητες, μηχανικές ιδιότητες, διάχυση μάζας, κλπ. Για το λόγο αυτό, η παραγωγή τροφίμων με προκαθορισμένες ιδιότητες δομής αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο έρευνας τα τελευταία χρόνια. Οι διεργασίες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή επεξεργασμένων τροφίμων επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες αυτές. Η ξήρανση είναι μία βασική διεργασία η οποία έχει σημαντική επίδραση στις δομικές ιδιότητες των τροφίμων και χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή και ανάπτυξη επεξεργασμένων προϊόντων έτοιμων προς κατανάλωση ή προϊόντων που απαιτούν μικρό χρόνο προετοιμασίας[36]. Η διαδικασία ξήρανσης αποτελείται από ταυτόχρονα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας και μάζας, τα οποία προκαλούν σημαντικές αλλαγές στην φυσική και χημική σύνθεση, καθώς και στη δομή των τροφίμων, ανάλογα με τον εφαρμοζόμενο μηχανισμό μεταφοράς. Ως εκ τούτου, η μικροδομή και η μορφολογία των τροφίμων και ως αποτέλεσμα η ποιότητα του τελικού προϊόντος, έχουν σχέση με τη μέθοδο ξήρανσης. Δομικές ιδιότητες, όπως η πυκνότητα και το πορώδες, χαρακτηρίζουν την υφή και την ποιότητα των αφυδατωμένων προϊόντων ελέγχοντας τη γεύση και την εμφάνιση. Εκτός από το 26