Izotermy sorpcji cukru białego mgr inż. Zbigniew Tamborski

Izoterma sorpcji wilgoci Nieliniowa, w większości sigmoidalna zależność pomiędzy zawartością wody w żywności a aktywnością wody tożsamej dla umiarkowanych ciśnień z równowagową wilgotnością względną otaczającego powietrza w stałej temperaturze i przy stałym ciśnieniu, nazywana jest izotermą sorpcji wilgoci.

Znajomość izoterm sorpcji ma istotny wpływ na projektowanie, modelowanie i optymalizację procesów: SuszeniaSuszenia WentylacjiWentylacji SkładowaniaSkładowania KondycjonowaniaKondycjonowania Wiedza nt. izoterm sorpcji jest również ważna dla przewidywania stabilności i zmian jakości podczas pakowania i przechowywania suszonej żywności.

Opis matematyczny zjawiska sorpcji wilgoci

Klasyfikacja izoterm sorpcji (BET) Klasyfikacja izoterm sorpcji (Brunauer, Emmet, Teller)

Klasyfikacja izoterm sorpcji wg Heissa Izotermy sorpcji wody produktów spożywczych (Heiss) a b c Zawartość wilgoci [%] Aw

Przebieg izotermsorpcji wilgoci przez cukier Przebieg izoterm sorpcji wilgoci przez cukier Ogólny kształt izoterm sorpcji (1) cukru krystalicznego, (2) formy bezpostaciowej, (3) roztworu nasyconego.

Najważniejsze parametry wpływające na sorpcję wody przez cukier Wilgotność względna powietrzaWilgotność względna powietrza TemperaturaTemperatura Rozmiar kryształów cukru – granulacjaRozmiar kryształów cukru – granulacja Związki redukująceZwiązki redukujące PopiółPopiół Związki aromatyczneZwiązki aromatyczne Substancje barwneSubstancje barwne

Wpływ granulacji nakształt izoterm Wpływ granulacji na kształt izoterm M. Mathlouthi, B. Roge: „Water vapour sorption isotherms and the caking of food powders” Food Chemistry 82 (2003) 61–71

Wpływ granulacji nakształt izoterm Wpływ granulacji na kształt izoterm M. Mathlouthi, B. Roge: „Water vapour sorption isotherms and the caking of food powders” Food Chemistry 82 (2003) 61–71

Wpływ zawartości kation ó w M. Mathlouthi, B. Roge: „Water vapour sorption isotherms and the caking of food powders” Food Chemistry 82 (2003) 61–71

Badania własne  Wyznaczenie izoterm sorpcji wilgoci przez cukier o różnej jakości i pochodzeniu.  Zbadanie zależności pomiędzy zjawiskiem sorpcji wody przez cukier a wybranymi parametrami jakościowymi cukru.

Zakres i metodyka badań Wyznaczenie izoterm sorpcji wody przez cukier wg procedury opracowanej na podstawie badań literaturowych.

Zakres i metodyka badań Analiza parametrów jakościowych cukru:  Oznaczenie zabarwienia roztworu metodą ICUMSA GS2/3-10 (2007);  Oznaczenie zawartości popiołu konduktometrycznego metodą ICUMSA GS2/3-17 (2003);  Wyznaczenie granulacji cukru metoda ICUMSA GS2/9-37 (2007);  Oznaczenie zawartości metali: K, Na, Ca, Mg metodą FAAS;

Materiał badawczy Próbki krajowego cukru buraczanego oraz próby białego cukru trzcinowego.

Wyniki badań Próbka Popiół konduktometryczny [g/100Bx] Zabarwienie [IU] Granulacja MA [mm]CV [%] CWS CWS CWS BWS BWS BWS BWS

Zawartość sodu i potasu w próbkach PróbkaZawartość sodu [mg/kg]Zawartość potasu [mg/kg] CWS CWS CWS BWS BWS BWS BWS

Zawartość wapnia oraz magnezu w badanych próbkach Próbka Zawartość wapnia [mg/kg]Zawartość magnezu [mg/kg] Forma rozp.Forma nierozp.Forma rozp.Forma nierozp. CWS CWS CWS BWS BWS BWS BWS

Izotermy sorpcji białego cukru trzcinowego w temperaturze 25 °C

Izotermy sorpcji białego cukru buraczanego w temperaturze 25 °C

Wpływ granulacji na izotermy sorpcji wilgoci przez cukier biały Biały cukier buraczany, MA = 0,75mm, CV = 30%. W celu zbadania wpływu granulacji na izotermy sorpcji wilgoci, badaną próbkę rozsegregowano na 4 frakcje:  >0,71mm;  0,71 – 0,5 mm;  0,5 – 0,28 mm;  <0,28 mm.

Zawartość popiołu konduktometrycznego w próbie pierwotnej oraz w poszczególnych frakcjach cukru PróbkaPopiół konduktometryczny [g/100Bx] Udział poszczególnej frakcji w odniesieniu do próby wyjściowej [%] Próba wyjściowa (niesegregowana) 0, Frakcja >0,71mm0,01352 Frakcja 0,71 – 0,5mm0,01220 Frakcja 0,5 – 0,28mm0,01319 Frakcja <0,28mm0,0179 Suma0,013100

Zawartość sodu i potasu w badanych próbkach PróbkaZawartość Na [mg/kg]Zawartość K [mg/kg] Próba wyjściowa (niesegregowana) 4,36 ± 0,55 23,31 ± 0,30 Frakcja >0,71mm 5,29 ± 0,63 23,28 ± 1,74 Frakcja 0,71 – 0,5mm 4,09 ± 0,05 20,33 ± 0,93 Frakcja 0,5 – 0,28mm 4,71 ± 0,19 20,84 ± 1,91 Frakcja <0,28mm 6,56 ± 1,26 33,15 ± 7,31 Suma 5,11 ± 0,18 23,35 ± 0,28

Zawartość wapnia PróbkaCa – forma rozpuszczalna w wodzie [mg/kg] Ca – forma nierozpuszczalna w wodzie [mg/kg] Suma [mg/kg] Próba wyjściowa 12,74 ± 2,501,98 ± 0,1514,73 ± 1,85 >0,71mm 9,10 ± 1,67 3,63 ± 0,06 12,74 ± 1,61 0,71 – 0,5mm 7,70 ± 1,18 2,99 ± 0,03 10,69 ± 1,21 0,5 – 0,28mm 10,59 ± 2,21 2,67 ± 0,43 13,26 ± 2,64 <0,28mm 16,93 ± 4,60 5,63 ± 0,53 22,56 ± 5,13 Suma 9,90 ± 1,963,54 ± 0,10 13,44 ± 2,06

Zawartość magnezu PróbkaMg – forma rozpuszczalna w wodzie [mg/kg] Mg – forma nierozpuszczalna w wodzie [mg/kg] Suma [mg/kg] Próba wyjściowa 0,25 ± 0,05 0,03 ± 0,010,28 ± 0,06 >0,71mm 0,26 ± 0,06 0,09 ± 0,010,35 ± 0,05 0,71 – 0,5mm 0,18 ± 0,01 0,09 ± 0,010,27 ± 0,01 0,5 – 0,28mm 0,24 ± 0,02 0,09 ± 0,010,33 ± 0,02 <0,28mm 0,35 ± 0,07 0,18 ± 0,010,53 ± 0,09 Suma 0,25 ± 0,040,10 ± 0,010,35 ± 0,04

Wpływ granulacji na izotermy sorpcji cukru białego

Wnioski  Na izotermy sorpcji wilgoci przez badane cukry największy wpływ ma zawartość popiołu. Podwyższona zawartość popiołu zwiększa higroskopijność cukru.  W grupie białych cukrów trzcinowych sorpcja wody rośnie ze wzrostem zawartości sodu i potasu.  Grupa białych cukrów buraczanych wykazuje tendencję do wzrostu higroskopijności wraz ze wzrostem zawartości potasu oraz wapnia.  Podczas badań wpływu granulacji na izotermy sorpcji cukru najwięcej wody zadsorbowała frakcja <0,28mm (grysik) co można tłumaczyć najbardziej rozwiniętą powierzchnią jak i najwyżymi zawartościami popiołu oraz makropierwiastków;

Wnioski  Najmniej wilgoci posiadała frakcja 0,71 – 0,5 która odznaczała się najmniejszą zawartością popiołu oraz makroelementów;  Frakcja o największym rozmiarze kryształów tj. >0,71 mm wykazywała wartości pośrednie zbliżone do frakcji 0,5 – 0,28 mm oraz do próby wyjściowej.  Wyższą higroskopiność frakcji >0,71 należy tłumaczyć znaczną zawartością konglomeratów w ilości ok. 83%;  Jakość kryształów jak i zawartość konglomeratów wpływa na przebieg izoterm sorpcji cukru.

Dziękuję za uwagę