A meggy szárítási jellemzőinek meghatározása Lengyel Antal – Bodnár Gábor Nyíregyházi Főiskola, Műszaki és Mezőgazdasági Főiskolai Kar, Erőgépek és Gépjárműtechnika Tanszék Bevezetés A meggy egyike a legnagyobb mennyiségben termesztett gyümölcsöknek. Felhasználása sokféle lehet. Korábban is, de napjainkban egyre gyakoribb alapanyaga a konyhakész szárítmányoknak. Magas víztartalma, a víztartalomban oldott beltartalmi összetevők a meggy szárítása során is felvetik azokat a problémákat, amelyek más gyümölcsök, illetve zöldségfélék szárítása kapcsán is felvetődnek. Nem ismeretesek, hogy az egyes gyümölcsök, milyen hőmérsékleten hogyan száradnak és hogyan változnak a beltartalmi anyagok mennyiségei száradás közben. Szakirodalmi utalások találhatók, amelyek foglalkoznak a száradási folyamattal és az anyag beltartalmi összetevőinek változásával. A kutatók közül Neményi (1993) a kukorica szárításával foglalkozó kísérletei során megállapította, hogy a legnagyobb nedvességtartalommal az endospermim rendelkezik, s a beltartalmi összetevői a szárítási hőmérséklet növekedésével károsodnak. Lengyel (1997) a télialma szárításánál vizsgálta a beltartalmi összetevőket, s megállapította, hogy azok a hőmérséklet növelésével a száradási folyamatban eltérően viselkednek. A sárgarépa szárításánál hasonló kérdésekkel foglalkozva Quintero-Ramos et. al. (1992) állapította meg a hőmérsékletnek fontos és meghatározó a szerepét a szárítmány minősége tekintetében. Frias et. al. (2003) a burgonya szárításának kinematikájában a víz diffúzióelemzésénél, a szárítási hőmérsékletnek a hatásánál ért el hasonló eredményeket. A szakirodalmi eredmények nem mutatnak eltérést az eddigi feltételezéseinkhez viszonyítva. Egyértelműen bizonyítják, hogy a száradási viszonyokra, a beltartalomra a vízelvonási körülmények és a hőmérsékletek meghatározóak. A meggy szárítás közbeni viselkedésével a beltartalmi tényezők tekintetében megbízható adatbázisok nem találhatók fel arra vonatkozóan, hogy milyen technológiai paraméternél következik be a minőség szempontjából a legoptimálisabb anyagösszetétel. Vizsgálataink a Magyarországon legnagyobb termesztési arányt képviselő Újfehértói fürtös meggynél lettek végezve, amelynek eredményeként elemezhetővé váltak a száradási hőmérsékleteknek a hatásai a száradási együtthatóra és a beltartalom meghatározó alkotóelemeire a kész szárítmánynál. A változás mértékét a nyers gyümölcs összetevőihez viszonyítva elemeztük. Anyag, módszer A kísérleti munkálatokhoz szükséges alapanyagokat, szemrevételezéssel megállapítva, fogyasztásra alkalmas állapotúnak ítéltük. Az „Újfehértói fürtös” meggynek jellemzője a többi meggyfajtához viszonyítva kemény húsú, sötét piros, közepesen savanyú hatású, viszonylag vastag héjú, 13-20 mm átmérőjű, az átmeneti tárolást jól tűrő fajta. A kísérletekhez felhasznált gyümölcs szedésére a szedési idő utolsó negyedében került sor. A szárítási műveletek előtt magját kézi magvazó készülékkel távolítottuk el úgy, hogy a szárral szembeni gyümölcsoldalon is ugyanolyan sérülést szenvedett a
– 96 –
gyümölcshéj. Az így előkészített gyümölcshúst semmilyen vegyszeres kezelésnek nem vetettük alá. A szárítást a Főiskolai Kar Hőtechnikai laboratóriumában az 1. ábrán láthatóan kialakított fűthető és szabályozható légsebességű légcsatornába elhelyezett szárítókosárban végeztük. 1. Fojtó 2. Ventilátor 3. Fűtőtestek 4. OMRON hőm. szab. 5. Légnedvesítő berendezés 6. Mérőnyílások 7. Szárítótér 8. Mérőnyílások a szondáknak 9. Szárítókosár
1. ábra Szabályozható légsebességű légcsatorna A szárítókosárba elhelyezett minta rétegvastagsága 60 mm, a minta tömege 2100-2150 gramm volt. A szárítóközeg paramétereit és a minta kezdeti anyagjellemzőit az 1. táblázat tartalmazza. A méréseket mintánként háromszori ismétléssel végeztük el. A háromszori ismétlésnél a mért nedvességtartalmak átlagát vettük figyelembe, amelyek a 2. táblázat szerint alakultak. 1. táblázat A meggy kezdeti anyagjellemzői Levegő Hőmérséklete Sebessége o C m/s 46 2,4 46 2,4 46 2,5 50 2,9 50 2,9 50 2,9 65 3,0 65 3,1 65 3,0 70 2,8 70 2,9 70 2,9
Tömege g 2150 2150 2150 2100 2100 2100 2130 2130 2130 2125 2125 2125
Minta Nedvességtartalom % 85,55
85,55
85,55
85,55
Az 1. táblázatban lévő, a szárítás kezdeti nedvességtartalmat a minta alapanyagból vett anyagnak a 105oC-on történő légszáraz állapotáig történő szárításánál mért – 97 –
tömegváltozásból határoztuk meg. A kezdeti nedvességtartalom megállapítására csak egy mérést végeztünk, s a kapott 85,55%-ot használtuk fel minden további számításhoz. A száradási folyamat közben a nedvességtartalom meghatározását a szárítókosár mintatömegének változásából határoztuk meg, s az ismétlések mérési eredményeinek számtani átlagát adtuk meg a 2. táblázatban. 2. táblázat A meggy szárításának mérési adatai
S.sz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.
Szárítási hőmérséklet: 46oC Idő Nedv. (perc) (%) 0 85,50 10 83,85 25 82,78 35 82,50 45 82,00 60 81,74 75 80,56 90 79,20 105 78,85 125 77,42 145 76,40 165 75,80 185 74,40 205 73,75 225 73,24 245 72,73 265 72,00 285 71,23 305 70,42 325 69,12 345 68,18 370 65,52 385 63,79 405 61,82 445 59,60 485 58,00 505 51,16 545 48,78 575 47,50 605 45,45 665 44,74
Szárítási hőmérséklet: 50oC Idő Nedv. (perc) (%) 0 85,55 20 84,57 40 82,92 60 82,10 80 81,14 100 80,24 120 79,52 140 79,10 160 78,22 180 77,42 200 76,75 220 75,24 240 74,36 260 74,23 280 73,34 300 72,39 320 71,37 340 70,69 360 69,83 380 68,76 400 67,79 440 65,64 475 63,62 520 60,35 580 55,82 640 54,85 700 46,22 760 39,95
– 98 –
Szárítási hőmérséklet: 65oC Idő Nedv. (perc) (%) 0 85,55 20 84,54 40 83,00 60 81,14 80 79,82 100 77,65 120 76,20 140 74,54 160 72,74 180 68,80 200 67,70 220 66,95 240 65,10 260 62,56 280 60,16 300 58,02 320 56,25 355 52,92 380 51,45 410 48,65 440 46,45 470 44,52 515 43,50 570 41,40
Szárítási hőmérséklet: 70oC Idő Nedv. (perc) (%) 0 85,55 20 82,25 40 79,94 60 78,17 80 76,76 100 75,00 120 72,86 140 70,64 160 68,00 180 66,00 200 64,10 220 61,55 240 59,11 280 55,14 300 52,50 320 48,74 340 47,06 380 44,32 410 42,32 440 40,20 500 38,50 560 37,90 590 36,10 715 34,26
Az ismétlések átlagának felhasználását azért tartjuk célszerűnek, mert így a mérési hibák értékei csökkennek, s a mérések pontossága javult. Minden mérésnél a beállított levegő hőmérséklet és sebesség azonos volt. A száradási folyamatban a beltartalmi összetevőknek a változását - a cukortartalomnak a pektinnek, a savtartalomnak és a C-vitaminnak - a száradás kezdetén és befejezésekor vizsgáltuk. A beltartalmi összetevőket spektofotometriai eljárással egy ismert összetevőjű standard vegyülethez viszonyítva határoztuk meg. A standard vegyület kalibrációs függvényének elkészítése után a szárított anyagból készült oldat abszorbanciáját állapítottuk meg, s azt standard vegyülethez hasonlítva tudtuk meghatározni a beltartalmi összetevők 100 g-ra eső értékét. A mérés pontos leírására vonatkozó vizsgálati eljárást Hadge-Hofreiter (1962), Kandra (1995) és Erdey-Grúz (1972) ismertetik megjelent munkásságukban. A mért eredményeket a 3. táblázat tartalmazza az ismétlések átlagolása után. 3. táblázat A meggy beltartalmi összetevő összetevői szárítás előtt és után Friss
Meggyminták 46 C 50oC 65oC
70oC
85,55
44,74
39,95
41,4
34,26
15,51
13,42
13,7
12,9
11,8
C-vitamin mg/100 g
26,16
6,3
6,7
8,0
8,0
Savtartalom mmol/100 g
0,57
1,19
1,25
1,70
1,28
Megnevezés Nedvesség % Cukortartalom mg/100 g
Pektin
o
Nem volt mérhető!
A mérési adatok feldolgozásánál a száradási görbét a mért pontok összekötésével ábrázoltuk egyes hőmérsékleteknél A száradási folyamat leírására leginkább használt egyenletnek a w = w e + ( w1 − w e ) e − kτ
n
felhasználásával minden mérési pont értékéből az egyenlet átrendezésével a ténylegesen érvényesülő szárítási tényező (k) értéket határoztuk meg a w − we − ln w1 − w e τn összefüggés alapján. Az n állandó értékére több szakirodalomban található utalás. Értékét n=1; n=2; n=3-mal adják meg. A matematikai statisztika módszerének felhasználásával kiszámítható, hogy az n melyik értékénél lesz a négyzetes középértékeltérés a legkisebb. A számításokat elvégezve a négyzetes középérték eltérésének minimuma n=2-nél volt, tehát a szárítási tényező meghatározásának módszerére vonatkozó feltevéseink igazolódtak.
– 99 –
A száradási folyamat időben lefolyását ábrázoló görbéket a 2. ábra tartalmazza a különböző hőmérsékleteken. Szárítási hőm érséklet 46°C Nedvességtartalom %-ban
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
100
200
300
400
500
600
700
szárítási együttható (k) 1/perc2
Szárítási együttható alakulása 46°C-on 0,00025 0,0002 0,00015 0,0001 0,00005 0 0
Szárítási idő (t) perc
300
400
500
600
700
0,00002 0,000015 0,00001 0,000005 0 0
100
200
szárítási együttható (k) 1/perc2
Nedvességtartalom %-ban
70 60 50 40 30 20 10 0 400
500
0,00002 0,000015 0,00001 0,000005 0 100
200
300
400
500
600
20 0 600
700
800
Szárítási idő (t) perc
0,00012 0,0001
1/perc2
40
500
800
0,00003
0
Szárítási együttható (k)
Nedvességtartalom %ban
60
400
700
Szárítási együttható alakulása 70°C-on
80
300
600
Szárítási idő (t) perc
100
200
500
0,000025
600
Szárítási hőm érséklet 70°C
100
400
0,000035
Szárítási idő (t) perc
0
300
Szárítási együttható alakulása 65°C-on
80
300
700
Szárítási idő (t) perc
90
200
600
0,00003
800
Szárítási hőmérséklet 65°C
100
500
0,000025
Szárítási idő (t) perc
0
400
0,000035
1/perc2
Szárítási együttható (k)
Nedvességtartalom %-ban
200
300
Szárítási együttható alakulása 50°C-on
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100
200
Szárítási idő (t) perc
Szárítási hőmérséklet 50°C
0
100
0,00008 0,00006 0,00004 0,00002 0 0
100
200
300
400
500
Szárítási idő (t) perc
2. ábra A száradási folyamatok időben lefolyása
– 100 –
600
700
800
Az eredmények értékelése A mérési eredményekből megállapíthatók az alábbiak: 1. A meggy száradása a héjon keresztüli vízleadás nehézsége miatt hosszú ideig tart. Száradási sebessége a hőmérséklettel alig befolyásolható. Megfigyeléseink alapján a szárító levegő sebességének növelésével a száradási sebesség növelhető, de ezzel növekszik a hőfelhasználás is. Megítélésünk szerint a szárítólevegő sebességének az optimumon túli növelése a kezdeti száradási sebesség növekedés után csökkenéséhez vezet. Ennek magyarázatát a felülethez közeli réteg gyors kiszáradásából adódó zsugorodás okozta diffúziós ellenállásnövekedés, azaz a száradási tényező (k) jelentős csökkenése eredményezi. 2. A száradási folyamatot leíró egyenletnek a matematikai statisztika módszerével végzett vizsgálata alapján az n=2 optimum érték szerint a száradási görbe egy olyan exponenciális függvénnyel írható le, amelynek van egy inflexiós pontja. Ebben az esetben bizonyítható, hogy a nagy nedvességtartalmú (80-90%) zöldségek és gyümölcsök szárításnál a száradási sebességi görbe állandó értékű szakasza nem létezik. Ezt a laza szövetszerkezetű vázanyagok szárítás közbeni nagymértékű zsugorodása eredményezi. A zsugorodással az anyagon belüli kapillárisok méretének változása eredményei a víz leválasztási energiájának növekedését, ami a száradási sebesség csökkenésében nyilvánul meg. 3. A beltartalmi összetevők a hőközlés hatására változtak. A mérési adatok szembetűnő csökkenést mutatnak a C-vitamin mennyiségében. Itt a csökkenés eléri a 60-70%-ot is, ami a hőérzékenységét mutatja, ez a száradási hőmérséklet növelésének korlátozó tényezője lehet. A cukortartalom változása más gyümölcsökhöz viszonyítva sokkal kedvezőbb, de azért egyértelműen jelzi, hogy a hőmérséklet növekedése miatt a Maylardreakció lehetősége a meggynél is fennáll. Ennek kialakulását akadályozhatja a savtartalomnak a szárítás közbeni növekedése. A savtartalom növekedése arra utal, hogy a meggy savösszetevői nem hőérzékenyek és így átalakulások nem következtek be. Ennek pontosítása további vizsgálatokat igényel. Összefoglalás A meggy szárítási jellemzőinek megállapítására végzett kísérletek jól mutatják, hogy a szárítóközeg technológiai paraméterei meghatározzák a szárítmány minőségét. A száradási folyamtok és a szárítmányok beltartalmi összetevői gyümölcsökként más és más jellegűek, ezért fajtaazonos technológiai szárítási paraméterekkel lehet a szárítmányok minőségét a legjobban szabályozni. A szabályozási feladathoz pedig megfelelő anyagi jellemzők ismerete szükséges. Kísérleti eredményeink a továbblépés lehetőségét fogalmazzák meg.
– 101 –
Irodalomjegyzék 1. Erdey-Grúz, t. (1972): A fizikai kémia alapjai Műszaki Könyvkiadó Budapest 2. Frias, A. – Clemente, G. – Rosselló C. – Mulet, A. (2003): Kinetics of fluidized bed drying of potato Proceedings of hte Symposium EuDrying 03 Heraklion, Crete, 224-230. p. 3. Hodger, J.E. – Hofreiter, B.T. (1962): Methods in Carbohidr. Cem. Determination of Reducting Sugars on Carbohidrotes 1. kötet 380-389. p. 4. Kandra (1995): Biokémiai gyakorlatok KLTE Természettudományi Kar, Debrecen 5. Lengyel, A (1997): Gyümölcsök szárítási paramétereinek meghatározása, különös tekintettel a szárítmányok minőségére Kandidátusi Értekezés, Nyíregyháza 6. Neményi, M. (1993): energetikai és biológiai szempontok a kukoricahibridek mesterséges szárításánál Akadémiai Doktori Értekezés Tézisei, Mosonmagyaróvár 7. Qiuntero – Ramos, A. – Bourne, M.C. (1992). Texture and rehydration of dehydrated carrots as affected by low temperature blaching J. Food Scientic, 57. k. 5. sz. 1127-1128. p.
– 102 –
