CC BY
68
УДК 637.33.05 В.А. Ермолаев
ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУХИХ СЫРОВ «ШВЕЙЦАРСКИЙ» И «СОВЕТСКИЙ»
В статье приведены результаты гигроскопических исследований сыров «Швейцарский» и «Советский». Описана методика проведения экспериментальных исследований. Приведены кривые сорбции и десорбции сухих сыров в зависимости от относительной влажности воздуха.
Ключевые слова: сыр, гигроскопические исследования, вакуумная сушка.
V.A. Yermolayev
DRY SWISS AND SOVIET CHEESE HYGROSCOPIC PROPERTIES
The results of hygroscopic research of dry Swiss and Soviet cheese are given in the article. The technique of the experimental research conducting is described. Graphs of dry cheese sorption and desorption depending on relative air humidity are given.
Key words: cheese, hygroscopic research, vacuum drying.
Взаимодействие пищевого продукта с окружающим воздухом может происходить в двух направлениях: если парциальное давление пара у поверхности материала Рм больше парциального давления пара в воздухе РП (Рм > Рп), то будет происходить процесс испарения (десорбция); если Рм < Рп, то материал будет увлажняться за счет поглощения пара из окружающего воздуха (сорбция).
Через некоторое время, когда Рм и Рп станут равны, наступает состояние динамического равновесия. Влажность материала, соответствующая состоянию равновесия, называется равновесной влажностью . Величина равновесной влажности зависит от парциального давления пара в воздухе Рп или, иначе
р
говоря, от его влажности ср = —— (давления насыщенного пара при данной температуре). Так как в состоянии равновесия Рп = Рм, то влажность воздуха в таком состоянии равна относительной упругости
Р
пара у поверхности материала [1].
Р п
Равновесные зависимости 1¥р = 1УР(<р) можно разделить на зависимости, полученные теоретически на основании принятых моделей процесса, и зависимости, аппроксимирующие экспериментальные данные. Теоретические зависимости Жр = 1Ур(<р) получены лишь для простейших типов изотерм. Это связано с большой сложностью процессов сорбции-десорбции реальных материалов. Сорбция материалом влаги из газа - процесс комплексный; он состоит из адсорбции (физической или химической) - поглощения влаги поверхностью пор и капиллярной конденсации - конденсации пара в капиллярах тела, при этом протекают сопутствующие процессы (например, набухание капилляров тела) [2].
Целью данной работы является исследование гигроскопических свойств сухих сыров «Швейцарский» и «Советский», высушенных способом вакуумной сушки.
Сушку под вакуумом применяют с целью повышения качеств готового продукта, так как процесс осуществляется при более низкой температуре, чем в атмосферных условиях. При вакуумной сушке скорость испарения влаги повышается, так как скорость удаления влаги пропорциональна разности давлений водяного пара у поверхности материала и в окружающем пространстве. Повышается также экономичность процесса из-за отсутствия потерь тепла с уходящим воздухом.
Сушка под разряжением, которая происходит без доступа воздуха и при пониженной температуре, позволяет получать сухие продукты, практически не отличающиеся после восстановления горячей или холодной водой от соответствующих свежеприготовленных продуктов, как по химическому составу, так и по физиологическим и органолептическим свойствам.
Равновесную влажность сухих сыров «Швейцарский» и «Советский» определяли тензометрическим методом. При этом методе сухой сыр определенной влажности помещают в бюксы. Бюксы ставят в эксикаторы. В каждый эксикатор предварительно наливают серную кислоту заданной концентрации, которой соответствует определенная относительная влажность воздуха.
Для получения изотерм сорбции исследования проводили в 10 эксикаторах с концентрацией серной кислоты, соответствующей относительной влажности воздуха от 10 до 100 %. Сыр в бюксах в процессе хранения взвешивали через сутки, пока вес навески не станет постоянным. Это свидетельствует о достижении состояния равновесия, которому соответствует определенная равновесная влажность сухих сыров. Повторяя опыт при различных концентрациях серной кислоты, то есть помещая сухие сыры «Швейцарский» и «Советский» в атмосферу воздуха с различной влажностью (р, в результате экспериментально была получена зависимость }¥Р = /{(р).
На рисунках 1, 2 представлены кривые сорбции влаги сырами «Швейцарским» и «Советским». Исследования проводили при температуре воздуха 20 °С.
ой
&
нО
0
К
1 «
о
ч
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Продолжительность хранения, сут.
14 15
16
0
1
2
3
Рис. 1. Кривые сорбции влаги сухим сыром «Швейцарский» при относительной влажности воздуха:
1 - <р = 100 96; 2- (р=90 96; 3-(р=80 96; 4- (р = 70 96; 5- <р=60 96; б-<р=50 96; 7- (р=40 96; 8- <р=30 96;
9- <р=20%; 10- (р = 10%
Рис. 2. Кривые сорбции влаги сухим сыром «Советский» при относительной влажности воздуха: 1 - <р = 100 96; 2- (р=90 96; 3-(р=80 96; 4- <р = 70 96; 5- <р=60 96; 6-<р=50 96; 7- <р=40 %
Анализ кривых сорбции сухих сыров «Швейцарский» и «Советский» показывает, что поглощение и отдача (в зависимости от относительной влажности воздуха) влаги протекает с наибольшей скоростью в первые сутки и замедляется по мере приближения к равновесной. Скорость сорбции тем выше, чем больше разница между исходной влажностью сухого сыра и относительной влажностью воздуха.
Из рисунка 1 видно, что сухой сыр «Швейцарский» (с влажностью 4,1 %) с первых часов и до конца процесса хранения при относительной влажности воздуха 30, 20 и 10 % отдает влагу. При относительной влажности воздуха от 40 до 100 % сухой сыр «Швейцарский» сорбирует влагу. Наибольшая сорбция влаги происходит при относительной влажности воздуха 80, 90 и 100 %, наименьшая при 40%, 50, 60 и 70 %. На основании того, что при достаточно низкой влажности сухого сыра «Швейцарский» (4,1%) происходит отдача влаги (десорбция), было принято решение изучать сорбционные свойства сухого сыра «Советский» при относительной влажности воздуха от 40 до 100 % (рис. 2). Сухой сыр «Советский» сорбирует влагу при относительной влажности воздуха от 40 до 100 %. Массовая доля влаги данного сыра равна 4,4 %.
Проведенный анализ изотерм сорбции сухих сыров «Швейцарский» и «Советский» позволяет сделать вывод, что сорбционные свойства сухих сыров зависят не только от их массовой доли влаги и относительной влажности воздуха, но и от индивидуальных особенностей сыра.
Установлено, что поглощение сухими сырами «Швейцарский» и «Советский» влаги из воздуха и происходящие при этом процессы протекают в несколько стадий: адсорбция водяных паров поверхностью сыра; частичное увлажнение сухого сыра поглощенной влагой и образование на поверхности слоя насыщенного раствора; диффузия влаги из поверхностного слоя внутрь массы; возникновение подвижного равновесия между относительной влажностью воздуха и массовой долей влаги сухого сыра.
Сорбционные исследования позволяют установить, что сухим сырам свойственна высокая гигроскопичность (см. рис. 1, 2). Время, необходимое для достижения равновесной влажности, зависит от температуры и относительной влажности воздуха. С повышением относительной влажности воздуха наступление равновесного состояния между сыром и воздухом затягивается.
Определено, что в условиях влажного насыщенного воздуха, то есть при относительной влажности воздуха 100 %, состояние равновесия между сухим сыром и воздухом достигается за 15-18 суток. Поэтому продолжительность хранения сухих сыров при различных относительных влажностях воздуха составляла 15-18 суток. Наивысшая сорбция для исследуемых сыров отмечается при относительной влажности воздуха от 80 до 100 %.
На рисунках 3, 4 представлены изотермы сорбции и десорбции сухих сыров «Швейцарский» и «Советский».
Рис. 3. Изотермы сорбции (1) и десорбции (2) влаги сухим сыром «Швейцарский»
Рис. 4. Изотермы сорбции (1) и десорбции (2) влаги сухим сыром «Советский»
Изотермы сорбции и десорбции сухих сыров «Швейцарский» и «Советский», как и большинство коллоидных капиллярно-пористых материалов, имеют S-образный характер, что указывает на наличие различных форм связи влаги. Для исследуемых сыров изотермы сорбции и десорбции совпадают только при малых и высоких значениях относительной влажности воздуха. На большей части кривых изотермы не совпадают, образуя площадь гистерезиса.
Изотермы сорбции сыров располагаются выше изотерм десорбции, и равновесная влажность при одинаковых значениях относительной влажности воздуха при десорбции больше, чем при сорбции.
Причиной сорбционного гистерезиса сухих сыров является наличие в них воздуха, который попадает в капилляры при удалении капиллярной влаги и адсорбируется на стенках капилляров. Адсорбированный воздух препятствует смачиванию, для того чтобы достичь равновесной влажности, необходимо увеличить парциальное давление паров воды, то есть относительную влажность воздуха и время.
Практическое значение сорбционного гистерезиса заключается в следующем. В случае резко выраженного характера петли гистерезиса (рис. 3, 4) сухой сыр, предназначенный для длительного хранения, можно сушить до равновесной влажности сорбции, которая меньше равновесной влажности десорбции (последняя соответствует определенному значению относительной влажности воздуха при хранении продукта), не опасаясь увеличения влажности за счет сорбции из окружающей среды.
Таким образом, изотермы сорбции и десорбции сухих сыров «Швейцарский» и «Советский» имеют для технологии процесса вакуумной сушки важное значение. Очевидно, если сыр после сушки хранится в обычных условиях (например, на складах, где имеет место взаимодействие материала с влажным воздухом), то конечная массовая доля влаги высушенного материала не должна быть меньше равновесной влажности для условий хранения. Иначе при хранении сухие сыры будут поглощать влагу из воздуха путем сорбции вплоть до равновесной влажности. Полученные изотермы сорбции могут служить для определения конечной массовой доли влаги сухих сыров «Швейцарский» и «Советский» при сушке в соответствии с условиями хранения.
Литература
1. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1973. -
528 с.
2. Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 320 с.
'--------♦-----------
