Szuszenie warzyw i owoców oraz pomiar wilgotności w przemyśle spożywczym

rozwiązania
0 polubień
1200 odwiedzin

Suszenie to oddzielanie wody od ciała stałego (zazwyczaj proces ten odbywa się poprzez odparowywanie). Pomimo względnej prostoty procesu suszenia i różnorodności zastosowań wymaga on stałego i skutecznego monitorowania wilgotności.

Znaczenie suszenia

Od czasów starożytnych jednym z głównych wyzwań cywilizacji ludzkiej jest konserwacja żywności. W rzeczywistości wiele potraw ulega dość szybkiemu zepsuciu, zwłaszcza owoce, warzywa i mięso. Człowiek szybko nauczył się, że te same produkty pod wpływem źródeł ciepła tracą zawartą w nich wodę i mogą być dłużej przechowywane. W ten sposób narodził się proces suszenia.

Dzięki suszeniu możliwe było znaczne zwiększenie ilości i różnorodności żywności dostępnej dla człowieka. Choć prawdą jest, że starożytni szybko nauczyli się suszyć różne rodzaje żywności na słońcu lub w ognisku, dopiero niedawno poznano naukową przyczynę, dla której suszenie jest tak ważne.

Suszenie zwalcza drobnoustroje

Owoce, warzywa, mięso i inne produkty spożywcze są smaczne nie tylko dla nas ludzi. W rzeczywistości mamy konkurentów, którzy tak jak my odżywiają się węglowodanami, tłuszczami i białkami, ale są znacznie mniejsi. Mowa tu o mikrobach.

Dla tych maleńkich istot żywych żywność to prawdziwe oazy, ponieważ zawiera składniki odżywcze, których potrzebują do życia. Po zetknięciu się z żywnością bakterie, pleśnie i inne mikroorganizmy zaczynają rosnąć i rozmnażać się, aż ją skolonizują. W ten sposób struktura chemiczna żywności ulega głębokim zmianom. Na ogół wystarczy kilka dni w temperaturze pokojowej, aby mikroby uczyniły żywność niejadalną.

W wyniku suszenia żywność traci całą zawartą w niej wodę. Ponieważ woda jest podstawą procesów metabolicznych wszystkich organizmów żywych, środowisko, w którym jest jej bardzo mało, jest nieprzyjazne dla większości z nich. Z oazy żywność zamienia się w pustynię dla mikrobów, ale zachowuje swoją jadalność dla ludzi. Jest to naukowy powód, dla którego produkty, z których usunięto wodę, stają się bezpieczniejsze i mogą być przechowywane znacznie dłużej.

Rodzaje suszenia

Mimo że systemy suszenia mogą być różne, a maszyny używane do tego celu również bardzo różne, metody opierają się na dwóch podstawowych zasadach działania.

Suszenie termiczne

Suszenie termiczne polega na suszeniu żywności poprzez podwyższenie temperatury. W ten sposób odparowuje woda zawarta w produkcie.

Najbardziej typowym urządzeniem stosowanym do suszenia termicznego jest piec.

Suszenie strumieniem gazu

W tym przypadku ogrzewany jest nie sam produkt, ale strumień gazu skierowany na produkt, który ma być suszony. Kontakt między cząsteczkami gazu a produktem pomaga usunąć z niego wilgoć. Opisany w ten sposób proces wydaje się skomplikowany, ale zasada działania jest taka sama jak w przypadku suszarki do włosów.

Wilgotność: podstawowe dane dotyczące suszenia

Jeśli suszenie polega na usuwaniu wody z produktu, wynika z tego, że wilgotność jest istotnym parametrem, który należy monitorować podczas całego procesu.

Wilgotność można zdefiniować jako ilość wody rozpuszczonej w powietrzu. Ale jak się ją mierzy?

Ogólnie rzecz biorąc, za punkt odniesienia przyjmuje się dwie wielkości:

Wilgotność bezwzględna, czyli ilość wody w jednym metrze sześciennym powietrza. Metoda pomiaru wilgotności bezwzględnej jest natomiast rzadko stosowana, ze względu na trudności dotyczące dokonania dokładnych obliczeń.

Wilgotność względna, czyli stosunek masy powietrza do maksymalnej ilości wody, jaką może ono zawierać. Wyraża się ją w procentach.

Jak odczytać wilgotność względną?

W życiu codziennym jesteśmy przyzwyczajeni do przyjmowania wielkości bezwzględnych jako punktu odniesienia. Czy musimy wybrać się w podróż? Obliczmy odległość w kilometrach. Jeśli musimy zmierzyć temperaturę w naszym domu, używamy termometru, który podaje nam stopnie Celsjusza lub Farenheita.

Ponadto jesteśmy przyzwyczajeni do kumulowania wielkości fizycznych. Do 1 kg można dodać kolejny kg i otrzymamy dwa, podobnie jak litr dodany do innego litra daje dwa litry.

Wilgotność względna jest, jak sama nazwa wskazuje, miarą względną, a zatem charakteryzuje się dwiema cechami szczególnymi:

- Oblicza się ją w procentach.

- Ma wartość maksymalną, powyżej której nie można jej przekroczyć.

Co to oznacza?

Zacznijmy od tego, że w powietrzu, którym oddychamy, może rozpuścić się zmienna ilość pary wodnej. Ilość pary wodnej zawartej w powietrzu nie może jednak rosnąć w nieskończoność, lecz ma swoją granicę.

Aby zrozumieć, o czym mówimy, wyobraźmy sobie, że mamy szklankę pełną wody i dodajemy do niej trochę soli. Początkowo sól rozpuszcza się w wodzie. Jeśli jednak nie przestajemy jej dodawać, na dnie zaczyna osadzać się biała warstwa.

Z technicznego punktu widzenia sytuacja ta nazywa się nasyceniem i jest to ten sam stan, który występuje w przypadku powietrza i pary wodnej, gdy wilgotność względna osiąga 100%.

Po przekroczeniu tego punktu cząsteczki pary wodnej nie są już w stanie pozostawać w zawieszeniu w powietrzu, więc zaczynają powracać do stanu ciekłego, kondensując się w krople. Jest to zjawisko, które dobrze znamy i które często występuje w różnych sytuacjach naszego życia, w których występuje wysoki poziom wilgotności.

W łazience, po wzięciu prysznica, lustra zaparowują.

W piwnicy, w najciemniejszych zakamarkach, ściany wydają się mokre.

W pewnych warunkach pogodowych trawa rano jest wilgotna, nawet jeśli nie pada.

We wszystkich tych przypadkach obecność kondensacji wskazuje, że został przekroczony próg nasycenia parą wodną. Wilgotność powietrza osiągnęła więc 100%. Z drugiej strony, wilgotność względna może wynosić 0%, gdy powietrze jest całkowicie suche.

Pomiędzy tymi dwoma skrajnościami występują różne gradacje, które mogą mieć znaczenie i które oczywiście można monitorować za pomocą rejestratorów temperatury i wilgotności.

W tym momencie spontanicznie nasuwa się pytanie.

Dlaczego używamy wilgotności względnej?

Czy nie lepiej byłoby mierzyć rzeczywistą ilość wilgoci?

W większości przypadków dane dotyczące wilgotności bezwzględnej byłyby bezużyteczne.

W rzeczywistości ilość pary wodnej, jaką może pomieścić powietrze, zależy od dwóch warunków:

- Temperatura. Im wyższa temperatura, tym więcej cząsteczek pary wodnej jest w stanie zatrzymać powietrze.

- Ciśnienie. Im niższe ciśnienie, tym więcej cząsteczek pary wodnej jest w stanie zatrzymać powietrze.

Dlatego w tej samej ilości powietrza można rozpuścić więcej lub mniej pary wodnej, w zależności od temperatury i ciśnienia. Utrudniłoby to stosowanie wilgotności bezwzględnej jako miernika, ponieważ w zależności od sytuacji miałaby ona różną wartość praktyczną.

Dlatego właśnie bardzo przydatne jest posiadanie odniesienia do wilgotności względnej. Dzięki temu od razu wiadomo, jak blisko lub daleko jesteśmy od punktu nasycenia, niezależnie od warunków.

Pomiar wilgotności względnej podczas procesu suszenia

Pomiar wilgotności względnej podczas procesu suszenia.

Na początku widzimy, że wilgotność względna wzrasta proporcjonalnie do temperatury, osiągając 100%. Jest to normalne, ponieważ wysokie temperatury sprzyjają zatrzymywaniu wilgoci.

Po przekroczeniu 100°C zauważamy dziwną rzecz. Zauważamy, że wilgotność względna powietrza stale spada.

Dlaczego?

Aby lepiej zrozumieć, co się dzieje, musimy skupić się na dwóch rodzajach ciśnień:

Ciśnienie parcjalne (Pw), czyli ciśnienie cząsteczek pary wodnej w mieszaninie powietrza.

Ciśnienie nasycenia (Ps), czyli ciśnienie pary wodnej niezbędne do zachowania równowagi między wodą w stanie ciekłym a wodą w stanie gazowym.

Gdy wilgotność względna wynosi 100%, ciśnienie parcjalne pary wodnej jest identyczne z ciśnieniem względnym pary wodnej.

RH = (Pw / Ps) * 100

Jednak gdy temperatura wzrośnie powyżej 100°C, woda przechodzi w stan gazowy. Oznacza to, że nie może się już skraplać. A raczej nie może się skraplać w normalnych warunkach ciśnienia atmosferycznego.

Aby ponownie zaobserwować tworzenie się kropelek kondensacyjnych w temperaturze powyżej 100°C, należy zwiększyć ciśnienie.

Wiemy zatem, że ciśnienie cząstkowe pary (Pw) pozostaje niezmienione, ale wzrasta ciśnienie nasycenia.

Jeśli ponownie zastosujemy ten wzór, aby otrzymać wilgotność względną, zauważymy, że powyżej 100°C ciśnienie nasycenia jest zawsze wyższe niż ciśnienie cząstkowe pary.

W związku z tym, im wyższa temperatura, tym niższa będzie maksymalna granica wilgotności względnej.

W tych ekstremalnych warunkach przyrządy pomiarowe zwiększają niepewność obliczania wilgotności względnej w sposób liniowy wraz ze wzrostem temperatury. Ponadto pomiar staje się coraz trudniejszy, ponieważ elementy pomiarowe muszą być odporne nawet na bardzo wysokie temperatury.

Suszenie w temperaturze powyżej 100°C : studium przypadku

Firma specjalizująca się w produkcji maszyn do suszenia twardego makaronu, zwróciła się do nas z konkretnym zapytaniem. Chodziło o pomiar wilgotności podczas standardowego procesu suszenia w celu sprawdzenia z dużym przybliżeniem, czy z makaronu została całkowicie usunięta woda. Warunek ten jest niezbędny do zapewnienia długiego okresu przydatności do spożycia w procesie pakowania i dystrybucji.

Niektóre z procesów wymagały wysokich temperatur, które mogły przekraczać 100°C.

W naszym katalogu mieliśmy różne rejestratory danych do pomiaru wilgotności, ale żaden z nich nie był w stanie wytrzymać tak wysokich temperatur. Co więcej, dziwne zachowanie wilgotności względnej w temperaturze powyżej 100°C zmusiło nas do poszukiwania nowych rozwiązań.

Po fazie badań, testów i wyboru najlepszych dostępnych na rynku mierników wilgotności odpornych na wysokie temperatury, powstał nowy rejestrator.

Jest nim RHTemp125. Jest to rejestrator wilgotności zdolny do monitorowania wilgotności względnej w zakresie temperatur od -40°C do 125°C. Zarządzany jest przez oprogramowanie dostępne na platformę Windows.

Produkt ten doskonale spełniał swoje zadanie. Obecnie rejestratory danych RHTemp125 monitorują czynności związane z suszeniem makaronu, umożliwiając produkcję zgodną ze ściśle określonymi standardami.

To doświadczenie doprowadziło nas do stworzenia kolejnego rejestratora danych, koncepcyjnie bardzo podobnego do RHTemp125, ale skalibrowanego do monitorowania mniej ekstremalnych środowisk: RHTemp80. Jest on zdolny do pomiaru wilgotności względnej w temperaturze otoczenia do 80°C i został już z powodzeniem wykorzystany w sektorze transportowym do dystrybucji luksusowych samochodów na Bliskim Wschodzie.

RHTemp 125 i RHTemp 80 powstały w odpowiedzi na specjalne potrzeby klientów, którzy dzięki naszemu wieloletniemu doświadczeniu w dziedzinie pomiarów zostali w pełni usatysfakcjonowani poprzez użytkowanie nowych urządzeń. Jakość wyrobu końcowego uległa znacznej poprawie, a przy tym udało się znacznie zredukować straty produkcyjne.

Chętnie pomogę dobrać rozwiązanie dopasowane do Państwa potrzeb!

Maciej Ochocki

Specjalista ds. pomiaru temperatury

tel. +22 535 16 63

m.ochocki@mera-sp.pl

Źródło: Tecnosoft srl

Dostęp do Twoich danych