MD619Z - Procedeu de rehidratare a fructelor deshidratate de visin si cires - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la industria alimentara, si anume la un procedeu de rehidratare a fructelor deshidratate de visin si cires.Procedeul, conform inventiei, prevede cufundarea fructelor deshidratate cu sau fara sâmburi în apa cu temperatura de 20…80°C, totodata durata cufundarii se calculeaza conform formulei:, unde:τ - durata cufundarii, h;G1 - masa fructelor deshidratate, cu exceptia sâmburilor, kg;G2 - masa fructelor rehidratate, cu exceptia sâmburilor, kg;F - suprafata fructelor deshidratate, raportata la o unitate de masa de substanta uscata din fructe, m2/kg;S1 - masa substantelor uscate în fructele deshidratate, kg;I - viteza de acumulare a umiditatii, kg/kg s.u./h·m2;kp, kt - coeficienti de corectie.Rezultatul consta în asigurarea posibilitatii de dirijare a procesului de rehidratare în diferite conditii de realizare a acestuia.

Description

Invenţia se referă la industria alimentară, şi anume la un procedeu de rehidratare a fructelor deshidratate de vişin şi cireş.

Prin termenul „rehidratare” se înţelege procesul de cufundare a fructelor deshidratate într-un oarecare lichid, care să asigure absorbţia şi înlocuirea apei înlăturate anterior.

Uscarea (deshidratarea) fructelor este una dintre cele mai răspândite metode de conservare a fructelor proaspete care permite utilizarea lor pe tot parcursul anului. Pentru prevenirea alterării şi pentru păstrarea fructelor o perioadă mai lungă de timp, de obicei, nu mai puţin de un an, fructele se usucă până la o umiditate relativ joasă. Fructele uscate până la o asemenea umiditate au o consistenţă tare. Deoarece consistenţa are un rol important în aprecierea organoleptică a fructelor uscate, fructele cu consistenţă tare nu sunt atractive pentru consumatori.

Pentru a înlătura acest neajuns, fructele uscate sunt supuse unei prelucrări suplimentare înainte de comercializare, care, de obicei, include o curăţire suplimentară, rehidratarea parţială şi ambalarea. Durata rehidratării se stabileşte pe cale experimentală pentru fiecare lot de fructe deshidratate.

Procesul tehnologic de prelucrare suplimentară a fructelor deshidratate de vişin şi cireş este puţin cunoscut. În acelaşi timp, fructele deshidratate ocupă un rol important pe piaţa produselor gata de consum. Această categorie de produse prezintă mai multe avantaje, prin faptul că sunt mai accesibile pentru consum, datorită texturii mai fine şi mai moi (Şleagun G., Ceban E., Pavlinciuc M. Diversificarea sortimentului de produse deshidratate din vişine şi cireşe şi perfecţionarea tehnologiilor pentru fabricarea acestora. Agricultura Moldovei, 2011, nr.12, p 17-20).

Pentru a păstra calitatea vişinelor şi cireşelor pe o perioadă îndelungată, acestea se deshidratează până la umiditatea de aproximativ 15%. Conform SM 273:2012 „Vişine şi cireşe uscate”, fructele uscate pot avea umiditatea de până la 30%, pentru a fi considerate gata pentru consum.

Cercetările efectuate asupra procesului de rehidratare a fructelor deshidratate de vişin şi cireş pe calea cufundării lor în apă au arătat că acest proces depinde atât de calităţile materialului care se tratează, cât şi de parametrii procesului. Cu toate acestea, durata rehidratării este determinată de mai mulţi factori, dintre care cei mai semnificativi sunt următorii: 1) tipul fructelor, cu sau fără sâmburi; 2) mărimea fructelor; 3) umiditatea iniţială a fructelor uscate; 4) temperatura mediului apos. Diversitatea acestor factori îngreunează procesul de rehidratare şi obţinerea produsului finit cu caracteristici prestabilite, totodată face ca dirijarea acestui proces să fie imposibilă.

Procedeul de rehidratare a fructelor deshidratate de vişin şi cireş prevede cufundarea fructelor deshidratate cu sau fără sâmburi în apă cu temperatura de 20…80°C.

Un moment important în timpul efectuării rehidratării este determinarea corectă a duratei procesului. Ca urmare a alegerii greşite a duratei procesului de rehidratare devin inevitabile pierderile financiare, totodată nu se respectă indicii normativi ai produsului finit.

Se cunosc un şir de cercetări în acest domeniu.

În acest fel, este studiată absorbţia apei, textura şi cinetica culorii castanelor uscate la aer în timpul rehidratării [1].

S-a determinat că modelul empiric al lui Peleg (vezi formula 1 sau 2) poate fi aplicat pentru descrierea rehidratării castanelor uscate (modificarea conţinutului umidităţii în funcţie de umiditatea iniţială (înainte de rehidratare) şi de durata rehidratării):

, (1)

, (2)

în care:

K1 şi K2 sunt parametri cinetici;

t - timpul rehidratării (s, min);

X - conţinutul curent de umiditate (kg apă/kg s.u.);

Xo - conţinutul de umiditate înainte de rehidratare (kg apă/kg s.u.).

S-au determinat valorile coeficienţilor empirici K1 şi K2, precum şi dependenţa lor empirică de temperatura de rehidratare în intervalul de temperaturi de 25…100°C. Datele empirice şi dependenţele obţinute sunt reale pentru castanele uscate, prezentate în formă de prisme regulate cu dimensiunile de 10 x 10 x 15 mm şi care au conţinutul iniţial de umiditate Xo = 0,66; 0,33; 0,24 şi 0,15 kg/kg s.u. Cu toate acestea, nu a fost stabilită nici o dependenţă strictă a parametrului K1 de umiditatea iniţială a castanelor uscate.

Coeficienţii empirici obţinuţi sunt valabili pentru castane şi nu pot fi aplicaţi în cazul fructelor sâmburoase uscate, deoarece fructele de castan au o consistenţă întru totul uniformă şi conţin amidon. Amidonul, spre deosebire de zaharurile din fructe, practic nu este transferat în apă în procesul de tratare. Modelul empiric obţinut nu se aplică fructelor de castan, ale căror formă de prezentare şi dimensiuni se deosebesc de probele studiate.

Este cunoscut, de asemenea, procedeul de rehidratare a prunelor, merelor şi căpşunelor uscate, obţinute în condiţii industriale [2].

S-a determinat că modificarea masei fructelor uscate (prune jumătăţi, căpşune întregi, mere în felii cu grosimea de 12 mm) în timpul rehidratării lor în apă distilată poate fi descrisă adecvat cu ajutorul următoarei ecuaţii empirice:

(3)

, (4)

în care:

mτ - masa produsului rehidratat în momentul de timp τ, kg;

m0 - masa iniţială a produsului uscat, kg;

τ - timpul, h;

a, b, c, A, B, C - constante empirice.

S-a determinat valoarea constantelor a, b, c, A, B, C pentru rehidratarea la 20°C şi la 100°C.

Modelele empirice pentru descrierea cineticii rehidratării fructelor uscate se aplică doar asupra probelor de dimensiuni determinate şi nu se aplică asupra aceloraşi fructe, dar de dimensiuni diferite. Coeficienţii empirici obţinuţi se raportează probelor cu structură uniformă şi nu pot fi utilizaţi în cazul vişinelor şi cireşelor uscate (cu sau fără sâmburi). Datele din modelele empirice nu dau posibilitatea ca să fie descrisă cinetica modificării umidităţii probei, deoarece nu se iau în consideraţie pierderile de substanţe uscate din cauza extragerii lor în apă. Constantele empirice obţinute sunt aplicabile doar pentru două valori ale temperaturii de 20°C şi 100°C şi nu pot fi aplicate pentru tot diapazonul de 20…100°C.

Este cunoscut modelul matematic de rehidratare a fructelor uscate prin sublimare, bazată pe circulaţia apei prin capilare [3].

Circulaţia apei prin fructe este reprezentată de circulaţia apei prin capilare şi este descrisă de o ecuaţie a lui Lucas Washburn:

, (5)

în care:

, (6)

, (7)

ρ - densitatea lichidului;

γ - tensiunea superficială;

η - viscozitatea lichidului;

θ - unghiul de contact al lichidului;

t - timpul;

g - constanta gravitaţională,

r - raza porilor,

h(t) - nivelul înălţimii lichidului în capilare;

k1 (m2 · s-1) şi k2(m · s-1) - parametrii care reflectă viteza iniţială şi, respectiv, cea finală de rehidratare; ei reprezintă mărimi constante pentru unul şi acelaşi tip de fructe, cu acelaşi grad de maturitate, uscate în aceleaşi condiţii.

Pentru un şir de fructe (avocado, kiwi, mere şi banane) au fost obţinute valorile constante ale coeficienţilor k1 şi k2.

Cu toate acestea, aplicarea modelelor este demonstrată doar pentru fructele uscate prin sublimare, pentru care particularitatea procesului de uscare permite fixarea capilarelor materiei prime şi uscarea fructelor fără contracţii. Fructele uscate prin metoda convectivă prezintă particularităţi coloidale într-un grad sporit şi, ca urmare, aplicarea acestui model este pusă la îndoială. Modelul, de asemenea, neglijează umflarea produselor rehidratate, care determină modificarea razei capilarelor şi, respectiv, a coeficienţilor k1 şi k2. Modelul neglijează şi efectul difuziei substanţelor solubile asupra vitezei de rehidratare.

Este cunoscut procedeul (formula) după care se determină durata uscării fructelor, adică durata înlăturării umidităţii din fructele proaspete la un regim stabilit de uscare în funcţie de modificarea dimensiunilor fructelor de un anumit soi pomologic [4]:

, (8)

în care:

τ - durata uscării, h;

G1 şi G2 - respectiv, masa iniţială şi finală a fructelor pe vagoneta de uscare, kg;

Fcp - suprafaţa medie a 1 kg de fructe, m2;

Icp - intensitatea medie a evaporării umidităţii pe durata întregului proces, kg/(m2·h).

În aceste condiţii, suprafaţa fructelor este considerată sferică cu diametrul echivalent cu diametrul fructelor.

În formula (8) se utilizează intensitatea medie a evaporării umidităţii pe durata întregului proces de uscare până la o anumită valoare a umidităţii, obţinută pe cale experimentală în condiţii stabilite. Formula nu ţine cont de influenţa umidităţii iniţiale şi finale asupra duratei procesului. Deoarece viteza de evaporare a apei nu este o mărime constantă pentru toate etapele uscării, modificarea umidităţii finale duce la modificarea esenţială a intensităţii medii de evaporare a umidităţii pe durata procesului.

Procesul de rehidratare a fructelor uscate poate fi interpretat, ca atare, ca un proces de deshidratare inversă. Însă, trebuie de avut în vedere faptul că procesul de umectare este influenţat de aşa factori, ca pierderea de substanţe uscate din cauza transferului lor în apă şi unele modificări ireversibile ale ţesutului, care au loc în timpul deshidratării. Ca urmare, diferenţa (G1 - G2) nu corespunde cantităţii de umiditate, absorbită de fructele uscate, iar aplicarea acestei formule (8) pentru calcularea duratei de rehidratare duce la denaturarea valorii umidităţii în produsul finit, a valorii intensităţii absorbţiei umidităţii, ca urmare, durata procesului creşte, iar calitatea produsului finit se înrăutăţeşte.

Problema pe care o soluţionează invenţia propusă este asigurarea posibilităţii de dirijare a procesului de rehidratare în diferite condiţii, stabilizarea calităţii fructelor deshidratate şi rehidratate în raport cu umiditatea finală şi cu durata de păstrare.

Procedeul de rehidratare a fructelor deshidratate de vişin şi cireş, conform invenţiei, prevede cufundarea fructelor deshidratate cu sau fără sâmburi în apă cu temperatura de 20 … 80°C, totodată durata cufundării se calculează conform formulei:

(9)

unde:

τ - durata cufundării, h;

G1 - masa fructelor deshidratate, cu excepţia sâmburilor, kg;

G2 - masa fructelor rehidratate, cu excepţia sâmburilor, kg;

F - suprafaţa fructelor deshidratate, raportată la o unitate de masă de substanţă uscată din fructe, m2/kg;

S1 - masa substanţelor uscate în fructele deshidratate, kg;

I - viteza de acumulare a umidităţii, ce reprezintă media aritmetică în diapazonul modificării masei umidităţii absorbite de fructe într-o unitate de timp printr-o unitate de suprafaţă şi raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor înainte şi după rehidratare, kg/kg s.u./h·m2, determinată cu ajutorul dependenţei funcţionale empirice

I = f(Ui-U1)t=const pentru temperaturile 20, 40, 60, 80°C, în care:

Ui - masa curentă a umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate din fructe, g/g s.u.;

U1 - masa umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor deshidratate, g/g s.u.;

Kt - coeficientul de corecţie a vitezei de acumulare a umidităţii, ce reprezintă raportul vitezei de acumulare a umidităţii la temperatura apei către viteza de acumulare a umidităţii determinată empiric pentru valoarea de temperatură cea mai apropiată de temperatura apei;

Kp - coeficientul de corecţie în funcţie de pierderile de substanţe uscate solubile, care se calculează conform formulei:

, (14)

unde:

U2 - masa umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor rehidratate, g/g s.u.,

P - pierderile de substanţe uscate solubile, % în raport cu masa substanţelor uscate în fructele deshidratate (S1), determinată cu ajutorul dependenţei funcţionale empirice

P = f(Ut-U1)t=const pentru temperaturile 20, 40, 60, 80°C;

Kt '  - coeficientul de corecţie a pierderilor de substanţe uscate, care reprezintă raportul pierderilor de substanţe uscate la temperatura apei determinate prin interpolare către pierderile de substanţe uscate determinate empiric pentru valoarea de temperatură cea mai apropiată de temperatura apei.

Suprafaţa specifică a fructelor deshidratate (F) se determină pentru fructele cu sâmburi ca fiind suprafaţa exterioară cu diametrul exterior echivalent cu diametrul fructului şi pentru cele fără sâmburi ca fiind suprafaţa totală, respectiv, a sferei goale în interior cu diametrul interior echivalent cu diametrul sâmburelui, şi suprafaţa exterioară cu diametrul exterior echivalent cu diametrul fructului, utilizând formula:

F = F′/S1, m2/kg s.u., (20)

unde:

F1 - suprafaţa medie a fructelor, m2;

totodată suprafaţa medie a fructelor fără sâmburi se calculează conform formulei:

F1 = π[(dech1)2 + (dech2)2], (18)

iar suprafaţa medie a fructelor cu sâmburi se calculează conform formulei:

F1 = π(dech1)2, (19)

în care:

dech1 - diametrul echivalent exterior al fructelor, m2, care se calculează utilizând formula:

, (17)

în care:

ρ1- densitatea pulpei calculată conform formulei:

ρ1 = 1 + (100 - W1)/250, unde:

W1- umiditatea fructelor deshidratate, %;

dech2 - diametrul echivalent al sâmburilor, care se calculează conform formulei:

, (15)

unde:

G - masa medie a sâmburilor, kg,

π - constantă matematică, egală cu 3,14,

ρ - densitatea sâmburilor, kg/(m3·10-3), care se calculează conform formulei:

, (16)

unde:

W- umiditatea sâmburilor, %.

Masa substanţelor uscate în fructele deshidratate (S1) se determină utilizând formula:

kg. (12)

Masa fructelor rehidratate (G2) se determină, utilizând formula:

kg (13)

unde:

W2 - umiditatea fructelor rehidratate, %.

Viteza de acumulare a umidităţii (I) reprezintă masa umidităţii absorbite de fructe într-o unitate de timp printr-o unitate de suprafaţă şi raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor şi se determină ca media aritmetică ponderată în diapazonul modificării umidităţii de la U1 la U2, în care U1 şi U2 este masa umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor, corespunzător, înainte şi după rehidratare.

Pentru determinarea U1 şi U2 se utilizează următoarele relaţii:

kg apă/kg s.u., (10)

, kg apă/kg s.u., (11)

în care:

W1 - umiditatea fructelor deshidratate, %;

W2 - umiditatea fructelor rehidratate, %.

Viteza de acumulare a umidităţii (I), se calculează utilizând formula:

, (21)

Utilizarea în procedeul propus a masei fructelor rehidratate (G2), a coeficientului de corecţie privind pierderile de substanţe uscate (kp), precum şi a vitezei de acumulare a umidităţii (I) cu coeficientul de corecţie a vitezei de acumulare a umidităţii (kt), ia în considerare pierderea substanţelor uscate şi temperaturile de umectare în diapazonul 20…80°C în determinarea duratei de cufundare (τ). Mărimile I, P, kp, kt se determină cu ajutorul dependenţelor empirice funcţionale, prezentate sub formă de tabel pentru un şir de temperaturi, de tipul

I = f(Ui - U1)t=const şi P = f(Ui - U1)t=const, în care Ui - masa curentă a umidităţii atribuite unei unităţi de masă de substanţe uscate din fructe (kg apă/kg s.u.).

Apa pentru cufundare poate conţine sorbat de potasiu în concentraţie de 0,5…3,5%.

Rezultatul constă în asigurarea posibilităţii de dirijare a procesului de rehidratare în diferite condiţii de realizare a acestuia.

Această invenţie permite dirijarea procesului de rehidratare în condiţii diferite: efectuarea rehidratării în apă cu temperatura cuprinsă în diapazonul de la 20 până la 80°C; determinarea duratei cufundării pentru vişine şi cireşe deshidratate cu caracteristici iniţiale diferite (tipul şi forma de prezentare, mărimea fructului, conţinutul sâmburilor, fracţia masică de substanţe uscate) şi stabilirea diferitor valori ale umidităţii produsului finit.

De tipul şi forma de prezentare (cu sau fără sâmburi), precum şi de mărimea fructelor şi a sâmburilor fructelor până la rehidratare se ţine cont în formula propusă de determinare a duratei de cufundare (τ), prin suprafaţa fructelor până la rehidratare (F), care se determină, respectiv, pentru fructele fără sâmburi sau cu sâmburi ca suprafaţa întreagă sau exterioară a sferei goale la interior, cu diametrul exterior echivalent cu diametrul fructelor şi diametrul interior echivalent diametrului sâmburelui.

Utilizarea în procedeul propus a vitezei de acumulare a umidităţii (I), care reprezintă masa umidităţii absorbite de fructe într-o unitate de timp printr-o unitate de suprafaţă, recalculată la o unitate de masă de substanţe uscate a fructelor şi determinată ca valoare aritmetică medie ponderată a masei de umiditate în diapazonul de umiditate de la U1 şi U2, în care U1 şi U2 este masa umidităţii atribuite unei unităţi de masă a substanţelor uscate ale fructelor (kg apă/kg s.u.), înainte, şi, respectiv, după rehidratare, permite luarea în consideraţie a umidităţii iniţiale şi finale.

Utilizarea în procedeul propus a caracteristicilor procesului de rehidratare (I, P, F, Ui) se exprimă în mărimi specifice atribuite unei unităţi de masă de substanţă uscată din fructe, ceea ce permite obţinerea dependenţelor cantitative

I=f(Ui-U1)t=const şi efectuarea unui calcul corespunzător după formula propusă. Calculul corespunzător este posibil, deoarece masa substanţelor uscate din fructe (S1) este o mărime constantă în procesul de rehidratare (în condiţiile în care se iau în consideraţie pierderile), pe când valorile masei şi ale umidităţii fructelor se schimbă permanent.

Utilizarea temperaturilor de rehidratare în intervalul de 20…80°C permite adaptarea procesului de rehidratare la anumite condiţii specifice de producţie, care includ organizarea procesului de producţie, prezenţa unui anumit utilaj şi a aburului, calitatea materiei prime, pierderile admise etc.).

Pentru asigurarea unei perioade mai lungi de păstrare a vişinelor şi cireşelor uscate după rehidratare, apa în care se face umectarea poate conţine sorbat de potasiu (conservant) în concentraţie de 0,5…3,5%.

Avantajul acestei invenţii constă în posibilitatea utilizării ei pentru fructele cu caracteristici iniţiale diferite (tipul şi forma de prezentare, dimensiunile, conţinutul sâmburilor, fracţia masică de substanţe uscate), care pot fi restabilite până la diverse valori ale umidităţii, precum şi în sporirea exactităţii timpului calculat.

Rehidratarea vişinelor şi a cireşelor deshidratate poate fi efectuată la orice întreprindere, inclusiv la cele care nu sunt dotate cu utilaj special şi în lipsa aburului industrial.

În acest fel, la realizarea procedeului propus se ţine cont de dimensiunile diverse şi de tipul fructelor iniţiale, cu sau fără sâmburi (prin modificarea suprafeţei specifice a fructelor); de umiditatea iniţială şi finală (unde se include dependenţa principalelor componente ale formulei de diferenţa (Ui - U1)); de regimul de temperatură aplicat la rehidratare (prin includerea coeficienţilor de corecţie kt şi ); de pierderile de substanţe uscate şi de modificarea lor în funcţie de temperatura de rehidratare şi permite prelungirea termenului de păstrare a vişinelor şi cireşelor uscate şi rehidratate.

Procedeul propus se efectuează în modul următor.

Fructele deshidratate se analizează cu scopul determinării umidităţii iniţiale (W1, %), a masei medii a sâmburilor (G) şi a masei medii a fructelor deshidratate, cu excepţia sâmburilor (G1).

Se stabileşte temperatura de rehidratare.

Se fixează umiditatea finală a produsului finit (W2) şi cu ajutorul formulelor (10) şi (11) se determină valorile U1, U2 şi diferenţa (U2 - U1).

Se calculează masa substanţelor uscate în fructele deshidratate (S1) după formula (12).

Se determină suprafaţa specifică a fructelor (F), raportată la o unitate de masă de substanţă uscată iniţială. Calculele se efectuează în ordinea:

a) se determină diametrul echivalent al sâmburilor (dech2, m2):

, (15)

în care:

G - masa medie a sâmburilor, kg;

π - constantă matematică, egală cu 3,14;

ρ - densitatea sâmburilor, kg/(m3·10-3), care se calculează conform formulei:

; (16)

în care:

W - umiditatea sâmburilor, %;

b) se determină densitatea pulpei şi diametrul exterior echivalent al fructelor (dech1, m2) cu ajutorul următoarei formule:

, (17)

ρ1 - densitatea pulpei, calculată conform formulei (16), unde W=W1;

c) se calculează suprafaţa medie a fructelor (F)

- fără sâmburi: F = π[(dech1)2 + (dech2)2], (18)

- cu sâmburi: F = π(dech1)2; (19)

d) se determină suprafaţa specifică a fructelor (F), exprimată într-o unitate de masă de substanţă uscată:

F = F′/S1, m2/kg s.u. (20)

Se determină media aritmetică ponderată a vitezei de acumulare a umidităţii (I) în diapazonul conţinutului de umiditate de la U1 la U2.

Pentru determinarea (I) se utilizează dependenţele empirice funcţionale I = f(Ui - U1)t=const, obţinute pentru un şir de temperaturi în diapazonul 20…80°C şi expuse în formă tabelară (Anexa B la IT 273-2012 „Instrucţiunea tehnologică pentru fabricarea vişinelor şi a cireşelor uscate”), fig. 1, 2, 3, 4, în care U1 este conţinutul curent de umiditate în fructe în procesul de rehidratare, kg/kg s.u.

Pentru temperatura determinată de rehidratare, din tabelul respectiv se iau toate valorile punctiforme ale vitezei de acumulare a umidităţii (Ii), ce corespund valorilor Ui de la U1 la U2.

Valoarea I se calculează după formula:

, (21)

în care:

i - valoarea punctiformă a parametrului, n - numărul de valori utilizate în calcul.

În cazul în care în tabel lipsesc datele cu privire la o anumită temperatură de rehidratare, acestea se obţin prin interpolarea datelor ce corespund pentru două valori apropiate ale temperaturii, diapazonul cărora include şi valoarea temperaturii propuse. Rezultatul interpolării se prezintă prin includerea coeficientului de corecţie kt.

Se determină pierderile estimative de substanţe uscate solubile (P, % la S1), care au loc la modificarea umidităţii produsului de la U1 la U2. Pentru determinarea pierderilor se utilizează ecuaţii empirice ale dependenţei P = f(Ui - U1), obţinute pentru niveluri diferite de temperaturi constante şi expuse în formă tabelară (fig. 1, 2, 3, 4) - (Anexa B la IT 273-2012 „Instrucţiunea tehnologică pentru fabricarea vişinelor şi a cireşelor uscate”). În cazul când în tabel lipsesc anumite date, acestea se obţin prin interpolarea datelor ce corespund pentru două valori apropiate ale temperaturii, diapazonul cărora include şi valoarea temperaturii stabilite. Rezultatul interpolării se prezintă prin includerea coeficientului de corecţie kt′.

Se calculează valorile G1, G2 şi kp după formulele (12), (13) şi (14).

Valorile obţinute G1, G2, kp, S1, F şi ktI se includ în formula (9) pentru a putea determina durata rehidratării fructelor deshidratate.

Exemplul 1

Se supun prelucrării cireşele uscate cu sâmburi, cu următoarele caracteristici iniţiale: W1 = 18,5%, mărimea medie a fructului - 80 bucăţi în 100 g, conţinutul de sâmburi - 20,0%.

Se propune ca rehidratarea cireşelor deshidratate să fie efectuată în apă cu temperatura de 20°C pentru a obţine fructe rehidratate cu umiditatea (W2) egală cu 28,0 ± 2%.

Cu ajutorul formulelor (10) şi (11) se determină valorile U1, U2 şi (U2 - U1).

U1 = 18,5 / (100 - 18,5) = 0,2270 g/g s.u.,

U2 = 28,0 / (100 - 28,0) = 0,3889 g/g s.u.,

(U2 - U1) = - 0,1619 g/g s.u.

Aplicând formula (12), se calculează conţinutul substanţelor uscate în masa iniţială a fructelor uscate până la rehidratarea lor (S1, g).

Conform caracteristicilor fructelor deshidratate, masa medie a unui fruct este 100/80 = 1,25 g, masa medie a sâmburilor este 1,25 x 0,2 = 0,25 g; masa medie a unui fruct fără sâmbure este G1 = 1,25 - 0,25 = 1,00 g. Respectiv masa substanţelor uscate, conţinute în pulpa unor fructe, este S1 = 1,00 x (100 - 18,5)/100 = 0,815 g.

Se determină suprafaţa specifică a fructelor, raportată la 1 g de substanţă uscată iniţială (F, cm2/g).

a) Cu ajutorul formulelor (15) şi (16) se determină diametrul echivalent al sâmburilor dechg2.

ρs = 1 + (100 - W)/250 = 1 + (100 - 12)/250 = 1,352 g/cm3;

în care 12 - umiditatea acceptată a sâmburilor, %.

(dech2)3 = 6 x 0,25/3,14 x 1,352 = 0,353334; dech2 = 0,706960 cm3.

b) Se determină diametrul exterior echivalent al unui fruct dech1.

Se calculează densitatea pulpei:

ρ1 = 1 + (100 - W1)/250 = 1 + (100 - 18,5)/250 = 1,326.

Valorile calculate G1, ρ1, dech2 şi dech1 se includ în formula (17):

(1/1,326) + (3,14/6) x 0,353334 = (1/6)π(dech1)3.

Din această formulă se obţin următoarele valori ale diametrului echivalent:

(dech1)3 = 1,794380; dech1 = 1,215173 cm.

Se calculează suprafaţa medie a unui fruct (F1) conform (19):

F1 = π(dech1)2 = 3,14 x 1,2151732 = 4,636665 cm2.

După care se determină F, incluzând valorile obţinute F1, S1 în formula (20).

F = F1/S1 = 4,636665/0,815 = 5,689160 cm2/g.

Se determină media aritmetică calculată a vitezei de acumulare a umidităţii la temperatura de 20°C pentru intervalul de modificare a umidităţii (U2 - U1) = 0,1619 g/g s.u.

Pentru determinarea valorilor punctiforme ale Ii, se utilizează dependenţele funcţionale empirice I = f(Ui - U1)t=const, obţinute pentru temperaturile 20, 40, 60 şi 80°C care sunt exprimate în formă tabelară cu pasul (Ui - Ui-1) egal cu 0,01 kg/kg s.u. (fig.1) - (Anexa B la IT 273-2012 „Instrucţiunea tehnologică pentru fabricarea vişinelor şi a cireşelor uscate”). Pentru temperatura aleasă de rehidratare de 20°C se ia din tabel tot şirul de valori punctiforme ale vitezei de acumulare a umidităţii (Ii), incluse în intervalul de umiditate de la 0 la 0,1619 g/g s.u., în total - 17 valori. În acest caz, formula (21) poate fi înlocuită cu calculul mediei aritmetice:

Deoarece în tabel sunt incluse datele de la 20°C, coeficientul kt = 1.

Se determină pierderile estimative de substanţe uscate (P, % la S1), care corespund majorării umidităţii produsului la valoarea de 0,16 g/g s.u. Pentru determinarea pierderilor se utilizează datele din tabel pentru cireşele cu sâmburi pentru temperatura de 20°C, pentru şi (U2 - U1) = 0,1619 g/g, valoarea P = 2,4694%.

Se calculează valorile G2 şi kp după formulele (13) şi (14):

g.

Rezultatele obţinute G1 = 1,00 g, G2 = 1,103992 g, kp = 1,018234, S1 = 0,815 g, F = 5,689160 cm2/g şi kt x I = 0,00702257 (g/g)/(min x cm2) se substituie în formula (9).

S-a efectuat umectarea în apă a acestui lot de cireşe cu sâmburi. Parametrii de prelucrare: temperatura apei - 20°C, durata - 38 min. La produsul rehidratat s-a determinat conţinutul de umiditate conform metodei standard. Conţinutul efectiv de umiditate a constituit 27,2%, ceea ce corespunde intervalului propus.

Exemplul 2

Se supun prelucrării vişinele uscate fără sâmburi, soiul Enri Urojainaia, cu următoarele caracteristici iniţiale: umiditatea W1 = 12,0%, mărimea medie a fructului - 116 bucăţi în 100 g.

Rehidratarea vişinelor uscate se efectuează prin cufundare în apă cu temperatura de 55°C pentru a se obţine fructe rehidratate cu umiditatea (W2) egală cu 23,0±2%.

U1 = 12,0/(100 - 12,0) = 0,136364 g/g s.u.,

U2 = 23,0/(100 - 23,0) = 0,298701 g/g s.u.,

(U2 - U1) = 0,162337 g/g s.u.

Se calculează conţinutul de substanţe uscate în masa iniţială a fructelor deshidratate (S1, g).

Se determină masa medie a unui fruct: G1 = 100/116 = 0,862069 g,

S1 = 0,862069 x (100 - 12,0)/100 = 0,758621 g.

Se determină suprafaţa specifică a fructului, raportată la 1 g de substanţă uscată iniţială (F, cm2/g):

a) cu ajutorul formulelor (15) şi (16) se determină diametrul cavităţii, care este echivalent cu diametrul sâmburilor dech2.

ρs = 1 + (100 - W)/250=1 + (100 - 12)/250 = 1,352 g/cm3,

În care 12 - umiditatea acceptată pentru sâmburi, %.

Pentru acest soi de vişine, masa sâmburilor în fructele proaspete este acceptată ca fiind 0,4 g, iar conţinutul de umiditate - 30%. În acest caz, masa sâmburilor în fructele deshidratate se determină 0,4 x (100 - 30)/88 = 0,318182 g.

(dech2)3 = (6 x 0,318182)/(3,14 x 1,352) = 0,449697 cm3;

dech2 = 0,766138 cm;

b) se determină diametrul exterior echivalent al fructelor dech1.

Se determină densitatea pulpei:

ρ1=1 + (100-W1)/250=1 + (100-12,0)/250 = 1,352 g/cm3.

Valorile calculate G1, ρ1, dech2 şi dech1 se includ în formula (17):

0,862069/1,352 = (1/6)π[(dech1)3];

(0,862069/1,352) + (3,14/6) x 0,449697 = (1/6)π(dech1)3.

Din această formulă se obţin următoarele valori ale diametrului echivalent:

(dech1)3 = 1,218392; dech1 = 1,068060 cm.

F1 se calculează conform (19):

F1 = π[(dech1)2 + (dech2)2] = 3,14(0,7661382 + 1,0680602) = 1,727719 · 3,14 = 5,425039 cm2.

Se determină F, substituind valorile obţinute F1, S1 în (20):

F = F1/S1 = 5,425039/0,758621 = 7,151185 cm2/g.

Pentru intervalul de modificare a umidităţii (U2 - U1) = 0,162337 g/g ≈ 0,16 g/g se determină valoarea medie ponderată a vitezei de acumulare a umidităţii (fig. 3) - (Anexa B la IT 273-2012 „Instrucţiunea tehnologică pentru fabricarea vişinelor şi a cireşelor uscate”):

- pentru temperatura de 40°C

- pentru temperatura de 60°C

Valoarea ponderată a vitezei de acumulare a umidităţii la temperatura de 55°C este obţinută cu ajutorul mărimilor analogice, obţinute pentru 40°C şi 60°C, prin interpolare.

Unui grad de temperatură îi corespunde:

ΔI/20=(0,0034612 - 0,0020435)/20 = 0,000070885; pentru 5 grade de temperatură corespunde valoarea: ΔI = 0,000070885 x 0,000354425, ca urmare, I pentru 55°C va constitui 0,0034612 - 0,000354425 = 0,00310678.

Temperatura de 60°C este cea mai apropiată de valoarea acceptată pentru procesul de rehidratare (55°C). De aceea, se acceptă valoarea aritmetică calculată I, stabilită pentru 60°C în calitate de valoare de bază şi se determină kt:

kt  = 0,00310678/0,0034612 = 0,897601.

Conform tabelelor corespunzătoare, pentru vişinele fără sâmburi (fig. 3) - (Anexa B la IT 273-2012 „Instrucţiunea tehnologică pentru fabricarea vişinelor şi a cireşelor uscate”), se determină valorile pierderilor de substanţe uscate (P, % la S1). Se caută valorile tabelare P, % pentru (U2 - U1) = 0,16, care corespund temperaturii de 40°C - 3,1860 % şi temperaturii de 60°C - 2,1275 %. Prin interpolare, se determină valoarea pierderilor la temperatura de 55°C: unui grad de temperatură îi corespunde ΔP/20 = (3,1860 - 2,1275)/20 = 0,052925%, iar pentru 5 grade de temperatură îi corespunde valoarea ΔP = 0,052925 x 5 = 0,264625%, ca urmare, P pentru temperatura de 55°C va constitui 2,1275 + 0,264625 = 2,3921%.

În acest fel, dacă se acceptă valoarea pierderilor determinată pentru temperatura de 60°C în calitate de P în formula (14), atunci coeficientul va constitui 2,3921/2,1275 = 1,124371.

Se calculează valorile pentru G2 şi kp după formulele (13) şi (14).

Valorile obţinute G1= 0,862069 g, G2 = 0,961654 g, kp = 1,018870,

S1 = 0,758621 g, F = 7,151185 cm2/g şi kt = 0,897601,

I = 0,0034612 (g/g)/(min x cm2) se substituie în formula (9):

În urma rehidratării acestui lot de fructe uscate în apă cu temperatura de 55°C şi cu durata de 7 minute au fost obţinute fructe cu umiditatea de 23,7%, ceea ce corespunde intervalului propus.

Exemplul 3

Procedeul se efectuează conform exemplului 1. Se deosebeşte prin aceea că produsul rehidratat trebuie să conţină sorbat de potasiu în cantitate de 950 mg/kg.

Rehidratarea se efectuează în soluţie apoasă de sorbat de potasiu cu concentraţia de 0,84%.

Calcularea concentraţiei soluţiei apoase de conservant se efectuează în modul următor:

a) se utilizează valorile G1, G2 şi kp, obţinute în exemplul 1, se determină masa apei acumulate (M), care se conţine în 1 kg de produs rehidratat:

g.

b) Se determină concentraţia soluţiei apoase de conservant (C):

1. Moreira R., Chenlo F., Chaguri L., Fernandes C. Water absorption, texture and color kinetics of air-tried chestnuts during rehydration. Journal of Food Engineering. June 2008, vol. 86, Issue 4, p. 584-594

2. Kaleta A., Gornicki K., Kowalik A., Brys A. Investigations on rehydration process of dried prunes, apples and strawberries obtained under industrial conditions. Annals of Warsaw University of Life Sciences- SGGW Agriculture No 55. Agricultural and Forest Engineering, 2010, p. 21-26

3. Lee K.T., Farid M., Nguang S. K. The mathematical modeling of the rehydration characteristics of fruits. Journal of Food Engineering. January 2006, vol.72, Issue 1, p.16-23

4. Силич А. А., Зозулевич Б. В., Поповский В. Г. Сушка плодов и винограда в туннельных сушилках. Москва, Легкая и пищевая промышленность, 1982, с. 80

Claims (6)

1. Procedeu de rehidratare a fructelor deshidratate de vişin şi cireş, care prevede cufundarea fructelor deshidratate cu sau fără sâmburi în apă cu temperatura de 20…80°C, totodată durata cufundării se calculează conform formulei: , unde: τ - durata cufundării, h; G1 - masa fructelor deshidratate, cu excepţia sâmburilor, kg; G2 - masa fructelor rehidratate, cu excepţia sâmburilor, kg; F - suprafaţa fructelor deshidratate, raportată la o unitate de masă de substanţă uscată din fructe, m2/kg; S1 - masa substanţelor uscate în fructele deshidratate, kg; I - viteza de acumulare a umidităţii, ce reprezintă media aritmetică în diapazonul modificării masei umidităţii absorbite de fructe într-o unitate de timp printr-o unitate de suprafaţă şi raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor înainte şi după rehidratare, kg/kg s.u./h·m2, determinată cu ajutorul dependenţei funcţionale empirice I = f(Ui-U1)t=const pentru temperaturile 20, 40, 60, 80°C, în care: Ui - masa curentă a umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate din fructe, g/g s.u.; U1 - masa umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor deshidratate, g/g s.u.; kt - coeficientul de corecţie a vitezei de acumulare a umidităţii, ce reprezintă raportul vitezei de acumulare a umidităţii la temperatura apei către viteza de acumulare a umidităţii determinată empiric pentru valoarea de temperatură cea mai apropiată de temperatura apei; kp - coeficientul de corecţie în funcţie de pierderile de substanţe uscate solubile, care se calculează conform formulei: , unde: U2 - masa umidităţii, raportată la o unitate de masă de substanţe uscate ale fructelor rehidratate, g/g s.u., P - pierderile de substanţe uscate solubile, % în raport cu masa substanţelor uscate în fructele deshidratate (S1), determinată cu ajutorul dependenţei funcţionale empirice P = f(Ut-U1)t=const pentru temperaturile 20, 40, 60, 80°C; kt '  - coeficientul de corecţie a pierderilor de substanţe uscate, care reprezintă raportul pierderilor de substanţe uscate la temperatura apei determinate prin interpolare către pierderile de substanţe uscate determinate empiric pentru valoarea de temperatură cea mai apropiată de temperatura apei.

2. Procedeu, conform revendicării 1, în care suprafaţa specifică a fructelor deshidratate (F) se determină pentru fructele cu sâmburi ca fiind suprafaţa exterioară cu diametrul exterior echivalent cu diametrul fructului şi pentru cele fără sâmburi ca fiind suprafaţa totală, respectiv, a sferei goale în interior cu diametrul interior echivalent cu diametrul sâmburelui, şi suprafaţa exterioară cu diametrul exterior echivalent cu diametrul fructului, utilizând formula: F=F1/S1, m2/kg s.u., unde: F1 - suprafaţa medie a fructelor, m2; totodată suprafaţa medie a fructelor fără sâmburi se calculează conform formulei: F1 = π[(dech1)2 + (dech2)2] iar suprafaţa medie a fructelor cu sâmburi se calculează conform formulei: , în care: dech1 - diametrul echivalent exterior al fructelor, m2, care se calculează utilizând formula: , în care: ρ1- densitatea pulpei calculată conform formulei: ρ1 = 1 + (100-W1)/250, unde: W1- umiditatea fructelor deshidratate, % dech2 - diametrul echivalent al sâmburilor, care se calculează conform formulei: , unde: G - masa medie a sâmburilor, kg, π - constantă matematică, egală cu 3,14, ρ - densitatea sâmburilor, kg/(m3·10-3), care se calculează conform formulei: ρ = 1 + (100-W)/250, unde: W- umiditatea sâmburilor, %.

3. Procedeu, conform revendicărilor 1-2, în care masa substanţelor uscate în fructele deshidratate (S1) se determină utilizând formula: kg.

4. Procedeu, conform revendicărilor 1-2, în care masa fructelor rehidratate (G2) se determină utilizând formula: kg, unde: W2 - umiditatea fructelor rehidratate, %.

5. Procedeu, conform revendicărilor 1-4, în care viteza de acumulare a umidităţii (I), se calculează utilizând formula: .

6. Procedeu, conform revendicărilor 1-5, în care apa pentru cufundare poate conţine sorbat de potasiu în concentraţie de 0,5…3,5%.