În afară de caracterizarea fizico-chimică a materiei prime supusă deshidratării şi a instalaţiilor folosite în acest scop este absolut necesar să se cunoască factorii principali care condiţionează procesul deshidratării şi interdependenţa lor .Starea apei în materia primă.În plante, legume şi fructe apa se prezintă ca atare în stare lichidă, fie sub formă de soluţii (apa ca solvent) . Soluţiile apoase pot fi cu coloizi sau cu substanţele solubile în stare moleculară . Legăturile apei cu componentele materiei prime sunt foarte diferite şi din această cauză apa în materia primă se găseşte sub următoarele forme : apa aderentă sau liberă, apa capilară, apa de umflare şi apa de constituţie . La deshidratare se iau în considerare următoarele categorii de apă :

* Apa aderentă sau liberă se află sub formă de film foarte fin (molecular) aderent la suprafaţa exterioară a componentelor substanţei uscate . Este denumită apă liberă deoarece evaporarea ei este supusă legilor evaporării lichidelor de pe suprafeţele libere . La deshidratarea produselor alimentare această apă este îndepărtată cu uşurinţă . Caracteristic pentru această stare este faptul că, în procesul deshidratării, tensiunea vaporilor ei corespunde cu valoarea de saturaţie pentru fiecare temperatură .

* Apa capilară este reţinută în spaţiile intercelulare de forţele capilare care, în timpul deshidratării, se deplasează de la un loc la altul . Dacă spaţiile intercelulare sunt mai mari, o parte din apa capilară devine aderentă şi în acest caz se comportă ca atare . Materia primă la care presiunea vaporilor de apă tinde către echilibru cu presiunea de saturaţie, fără legătură cu conţinutul ei în apă, este o materie primă nehigroscopică . În acest caz în procesul deshidratării acţionează numai forţele capilare . În materia primă ale cărei spaţii sunt foarte fine, presiunea vaporilor este mult mai mică şi scade şi mai mult în timpul deshidratării, pentru că forţele de reţinere capilară sunt foarte puternice . Acestea sunt materii prime higroscopice .

* Apa de umflare sau de absorbţie reprezintă o gamă de stări umede, care duce la mărirea volumului substanţelor respective . Forţele de legătură sunt de natură coloidală . Ea se îndepărtează mai greu prin încălzire, deoarece este legată mult mai puternic în produsele alimentare, fructe, legume etc .

* Apa aderentă şi capilară menţin umede suprafeţele interne şi externe ale materiei prime respective, pe când apa de umflare sau coloidală, numită şi apa legată nu le menţin umede . Apa aderentă, capilară şi legată reprezintă apa totală din materia primă considerată, iar acţiunea deshidratării, scade din punct de vedere cantitativ de la apa aderentă spre cea legată .Plantele, fructele şi legumele sunt materii higroscopice şi prin urmare ele nu pot fi deshidratate decât până la un anumit conţinut de apă, conţinut care reprezintă un echilibru între starea de umiditate a aerului respectiv şi conţinutul final de apă la temperatura respectivă .

* Apa de constituţie, legată chimic, intră în însăşi compoziţia moleculelor şi nu poate fi îndepărtată din produs fără a provoca degradarea lui.

Fenomenele de difuzie a apei

Plantele, fructele şi legumele sunt materii higroscopice şi prin urmare ele nu pot fi deshidratate decât până la un anumit conţinut în apă, conţinut care reprezintă un echilibru între starea de umiditate a aerului din mediul înconjurător în timpul deshidratării şi conţinutul rezidual în apă, la temperatura respectivă .Cum deshidratarea înseamnă îndepărtarea excesului de apă, este necesar să se cunoască şi felul de mişcare a apei în materia primă în timpul deshidratării .Difuzia externă sau superficială reprezintă migrarea apei la suprafaţa produsului supus deshidratării . La începutul procesului de deshidratare produsul având încă o umiditate ridicată, evaporarea de pe suprafeţe se produce în condiţii asemănătoare cu aceea de pe suprafeţele lichidelor libere, adică viteza de evaporare este determinată de suprafaţa de evaporare, de temperatură, de viteza de circulaţie a aerului şi de umiditatea sa relativă .Difuzia internă reprezintă deplasarea apei din interiorul produsului spre suprafaţă şi determină desfăşurarea finală a deshidratării .Deplasarea apei este cauzată de diferenţa de concentraţie sau prin diferenţa de presiune parţială în capilarele pline cu aer şi prin diferenţa de presiune totală pentru starea de vapori .Mişcarea aerului şi propagarea căldurii.În afară de natura materiei prime, de conţinutul ei în apă şi formele de mişcare a apei lichide sau în stare de vapori, deshidratarea este influenţată de mişcarea aerului şi propagarea căldurii .Mişcarea sau propagarea căldurii se face prin convecţie, conducţie şi prin radiaţie . Într-un amestec de aer şi vapori de apă toate valorile caracteristice se raportează la aerul uscat, aşa că o cantitate de aer uscat care trece printr-un uscător rămâne constantă, pe când cantitatea de vapori pe care o antrenează variază odată cu volumul amestecului . În practica deshidratării aerul uscat se exprimă în kilograme, iar raportul în kilograme vapori de apă/kilograme aer uscat. Conţinutul aerului în umiditate se notează cu x, care reprezintă cantitatea de vapori de apă în kilograme din aerul umed, raportat la cantitatea aerului uscat în kilograme. Canitatea de vapori de apă absorbită de aer depinde de proprietăţile aerului şi de condiţiile care se pot asigura în instalaţia de uscare pentru a aduce aerul cât mai aproape de starea de saturaţie în vapori de apă.Cantitatea aerului de a reţine vaporii depinde de limitele de saturaţie, la o temperatură şi o presiune dată . Dacă această limită este depăşită, vaporii reţinuţi de aer se condensează sub formă de ceaţă, care poate umezi din nou produsul deja uscat . Capacitatea de uscare a aerului este determinată de starea lui generală care este caracterizată de următorii patru parametri variabili : t = temperatura aerului în oC ; x = umiditatea aerului adică greutatea.

vaporilor de apă conţinuţi în 1 kg de aer uscat, respectiv x = W (kg/kg) L

in care W = cantitatea de vapori de apă în kilograme din aerul umed, iar L= cantitatea aerului uscat în kg ; UR = umiditatea relativă sau gradul de saturaţie, adică raportul dintre cantitatea de vapori de apă conţinută efectiv în aer şi cantitatea de vapori maximă care ar putea fi conţinută la presiunea şi temperatura considerată . Umiditatea relativă se exprimă în % sau în fracţiuni de unitate .

Acest factor caracterizează capacitatea aerului de a absorbi umiditatea, care se evaporă din produsul supus uscării, adică capacitatea aerului de a elimina vaporii de apă din uscător .

Entalpia aerului umed .

Conţinutul de căldură al aerului umed este suma cantităţilor de căldură conţinută în amestecul de aer uscat şi în vapori de apă, care se găsesc în aceasta . S-a convenit să se exprime entalpia (I) a aerului umed, ca 1 kg aer uscat adică la (1+X)1000 kg aer umed .

Entalpia (I) a aerului umed reprezintă conţinutul de căldură a 1 kg aer uscat+X kg vapori conţinuţi în el .

Entalpia unui kg aer uscat : Ia = Ca.t = 0,24.t kcal/kg în care : Ca = 0,24 kcal/kg grd. este căldura specifică medie a aerului uscat la presiunea constantă ; t = temperatura aerului umed oC .

Entalpia unui kilogram vapori de apă (formula lui L. R. Ramzin) este : Iv = 595+0,47 • kcal/kg în care : 595 kcal/kg este căldura latentă de evaporare la 0oC ; 0,47 kcal/kg grd – căldura specifică medie a vaporilor de apă în domeniul presiunii şi temperaturii de lucru poate fi considerată constantă . Prin urmare entalpia aerului umed, calculată pentru 1 kg aer uscat va fi : I = 0,24 • t + 0,001 X (595+0,47 t) kcal/kg aer uscat . Schimbarea stării aerului se poate calcula cu ajutorul diagramei 1-x, construtită pentru aerul umed, toate valorile fiind raportate la 1kg aer uscat conţinut în acesta.

Evaporarea apei

Îndepărtarea excesului de apă din fructele, plantele şi legumele supuse deshidratării se face prin evaporare, sub influenţa temperaturii şi mişcării aerului, când apa la suprafaţa liberă este supusă unui curent de aer sau suprafeţe de materii prime, căldura primită de acestea se face direct prin convecţie şi indirect ca o consecinţă a evaporării .Dacă viteza de mişcare a aerului depăşeşte 1 m/s toate suprafeţele umede ce se găsesc în acelaşi curent de aer ca şi termometrul umed primesc aproximativ aceeaşi cantitate de căldură, cunoscută sub denumirea de căldura termometrului umed .În timpul deshidratării fructelor şi legumelor, apa din sucul celular difuzează până la suprafaţă, datorită difuziei interne şi se evaporă .Viteza de transfer a căldurii prin convecţie cât şi viteza de evaporare cantitativă este proporţională cu diferenţa dintre temperatura aerului şi a surafeţei considerate, adică diferenţa dintre temperatura termometrului uscat şi umed .Această diferenţă se numeşte depresiunea termometrului umed (DTU) şi este o constantă cu care se măsoară puterea de deshidratare a aerului aplicată la suprafaţa apei liberă, care nu beneficiază de nici o sursă independentă de căldură . Totuşi, o suprafaţă de fruct sau legumă supusă deshidratării se comportă diferit de o suprafaţă de apă liberă . Din această cauză, când o bucată de ceapă, de morcov etc. s-a deshidratat până la un conţinut foarte mic de apă comparativ cu cel iniţial, DTU are o influenţă foarte mică asupra vitezei de deshidratare, pe când temperatura termometrului uscat, din contră, foarte mare . Aceasta se datoreşte faptului că materia primă supusă deshidratării poate primi prin convecţie căldură de la grătarele pe care este aşezată, sau prin radiaţia de la cele din jur şi din mediul ambiant . Efectul de răcire al evporării apei este un factor important din totalitatea celor care influenţează calitatea produsului finit, pentru că permite deshidratarea materiei prime sensibile la temperaturi mai ridicate, ceea ce se datoreşte marii cantităţi de energie termică necesară pentru evaporarea apei . Aşa că, atâta timp cât materia primă este umedă, va avea o temperatură aproximativ egală cu cea a termometrului umed şi prin aceasta se evită scorojirea suprafeţei bucăţilor de fructe şi legume supuse deshidratării . În momentul când suprafaţa materiei prime supusă deshidratării nu mai rămâne complet umedă, viteza evaporării se micşorează, efectul răcirii scade, iar temperatura materiei prime creşte . Când viteza de evporare este foarte mică, temperatura materiei prime devine aproape egală cu temperatura aerului (termometrului uscat) ; de exemplu pentru deshidratarea cepei felii la 65oC este necesar ca temperatura termometrului umed să fie cel mult 41oC . Evaporarea apei se caracterizează printr-un schimb simultan de căldură şi substanţă . În mişcarea sa peste materia primă aerul cedează acesteia o parte din căldura pe care o transportă, ia în acelaşi timp parte din componentele materiei prime (apa, diferiţi compuşi gazoşi) trec în atmosferă sub formă de gaze . Acest transfer este un fenomen care se bazează pe mişcarea moleculelor respective, ceea ce înseamnă că moleculele cele mai calde difuzează în părţile cele mai reci ale meteriei prime . De aici analogia ce există între mişcarea căldurii şi a substanţelor, fenomene care sunt supuse aceloraşi legi fizice . În aceste cazuri în transferul căldurii, forţa motrică este gradientul termic, iar în cazul transferului de materie, gradientul de concentraţie . Deplasările respective se fac pentru căldură în direcţia descreşterii gradientului termic, iar pentru substanţă, în fucţie de faptul dacă suprafaţa limită este permeabilă, într-un singur sens (suprafeţe umede) . Indicele exterior al producerii procesului de uscare îl constituie variaţia greutăţii produsului în timp, datorită cărui fapt, în majoritatea cazurilor, studiul procesului de uscare se reduce la înnegrirea variaţiei greutăţii produsului în diferite condiţii . Cunoscând conţinutul în apă şi greutatea iniţială a produsului în baza variaţiei (micşorării) greutăţii lui, se poate stabili uşor conţinutul de apă în fiecare moment al uscării . Reprezentând grafic variaţia umidităţii medii a materialului în funcţie de timp se obţine curba de uscare W = f (t) . W = umidi-tatea produsului în procente ; t = durata uscării . Forma curbei W = f (t) depinde de natura şi umiditatea produsului, de gradul de mărunţire, de parametrii aerului cald (temperatură, umiditatea relativă şi viteza aerului) şi de felul şi forma sursei de căldură . Ansamblul acestor factori care determină mersul procesului de uscare se numeşte regim de uscare . Regimul de uscare va fi constant dacă toate condiţiile rămân neschimbate în cursul întregului proces şi va fi variabil atunci când condiţiile variază după o anumită schemă . Schimbările suferite de fructe şi legume în timpul deshidratării Dintre numeroasele schimbări suferite de fructe, plante şi legume cele mai importante sunt următoarele : Micşorarea volumului este un efect conjugat al contractibilităţii şi contractării, precum şi datorită scăderii conţinutului de apă . Dacă bucăţile de materie primă se contractează în mod regulat din toate părţile dintr-o dată, sub influenţa condiţiilor exterioare în acest caz va fi o contractare liberă . Dacă, în timpul contractării, forţele de aderenţă sau de frecare se manifestă în mod activ, fenomenul se numeşte contractare contrară . În acest caz rezistenţa materiei este depăşită şi se formează fisuri de diferite mărimi . În foarte numeroase cazuri, materia primă nu se contractă deopotrivă în toate direcţiile atunci va fi o contractare anizotropă . Variaţiile de formă ale substanţei sunt legate de pierderea apei . În timpul uscării umiditatea existentă în diferite straturi ale materiei prime variază cantitativ şi drept urmare substanţa respectivă suferă modificări de formă în straturile celulare considerate separat, adică suferă o contractare sub influenţa tensiunilor . O materie primă când vine în contact cu o atmosferă uscată, cedează apa sub formă de vapori până la stabilirea unui echilibru parţial, între vaporii de apă din spaţiul respectiv şi conţinutul de apă rămas în materia primă . Acest fenomen se numeşte desorbţie . Dacă produsul finit este pus într-o atmosferă umedă el absoarbe din vaporii de apă existenţi în atmosfera respectivă o cantitate necesară stabilirii echilibrului temperaturii date . Acest fenomen se numeşte absorbţie . Relaţia dintre conţinutul în apă al produsului respectiv şi conţinutul atmosferei în vapori de apă, la presiunea de echilibru, pentru temperatura dată se exprimă prin izoterma de sorbţiune . Migrarea componentelor solubile . În timpul deshidratării odată cu apa îşi schimbă locul şi substanţele solubile în ea . Aceasta înseamnă că odată cu evaporarea apei în straturile exterioare ale materiei prime se concentrează substanţele solubile migrate cu ea . Cu cât celulele ţesuturilor respective au suferit o acţiune mai intensă a blanşării, atât permeabilitatea membranelor celulare a crescut şi ca atare şi cantitatea de substanţe solubile care migrează . La aceasta se mai adaugă şi faptul că apa se pierde sub forma de vapori, iar soluţiile nevolatile rămân la limita dintre starea lichidă şi de vapori a apei respective . Pe de altă parte, prin faptul că la suprafaţa materiei prime în procesul deshidratării se formează un strat mai dens şi că se petrece şi micşorarea de volum, o parte din substanţele solubile sunt deplasate din poziţia normală în materia primă spre exterior şi ies pe suprafaţa produsului . Datorită acestui fapt, la suprafaţa bucăţilor respective se formează un strat lipicios, ceea ce este neplăcut şi nedorit, atât din punct de vedere al manipulării grătarelor pe care se aşază fructele, cât şi din punct de vedere al aspectului comercial . Efectul acestei deplasări este cu atât mai mare, cu cât diferenţa de gradient de concentrare se menţine pe toată durata deshidratării . Migrarea soluţiilor scade cu descreşterea gradientului de concentrare şi încetează total când nu mai există apă în faza lichidă . Brunificarea termică este o depreciere calitativă, care se manifestă prin schimbarea culorii naturale a materiei prime respective şi luarea nuanţei brune . Acestă schimbare se datoreşte faptului că temeratura deshidratării a depăşit limita suportată de materia primă respectivă, care reacţionează prin modificarea culorii, atât la suprafaţă, cât şi în interiorul bucăţilor respective . Fenomenul în sine este strâns legat de reacţiunea diferitelor componente ale materiei prime, difuzate la suprafaţă, în contact cu oxigenul din aer la temperatura şi umiditatea respectivă . Principalele substanţe active în acest caz sunt zahărul, acizii aminici, vitaminele etc . Scorojirea . Sub influenţa unei temperaturi ridicate peste nivelul critic specific fiecărei specii şi a concentrării substanţelor solubile la suprafaţa materiei prime supusă deshidratării, urmare firească a contractării se formează la suprafaţa bucăţilor un strat mai gros sau mai subţire care împiedică desfăşurarea normală a procesului deshidratării . Această stare este consecinţa faptului că apa de la suprafaţa bucăţilor s-a evaporat, din cauza temperaturii prea ridicate mult mai repede decât a putut fi înlocuită prin difuziune din interiorul bucăţilor considerate, de exemplu, la prune întregi şi foarte rar la cele tăiate în bucăţi . În cazul materiei prime supusă deshidratării fragmentată în bucăţi se poate aplica în primele faze ale deshidratării temperaturii ridicate, aer uscat şi circuit cu mare viteză . Reversibilitatea ţesuturilor, adică rehidratarea ţesuturilor este un proces foarte complicat, fiind strâns legat de capacitatea de umflare a structurilor superioare, de prezenţa substanţelor cu capacitate de umflare (amidon etc.) de rupturile texturale petrecute în timpul deshidratării şi păstrării produsului finit până în momentul folosirii sau examinării lui . Practic rehidratarea este raportul dintre greutatea după rehidratare a unei anumite cantităţi de produs finit şi greutatea iniţială, adică înainte de rehidratare . În cazul când se ia în considerare şi cantitatea de substanţe solubile trecute în soluţie rezultatul este cunoscut sub determinarea de coeficient de restaurare a greutăţii . Pierderea substanţelor volatile . În timpul deshidratării odată cu îndepărtarea sub formă de vapori a excesului de apă se îndepărtează şi unele din substanţele volatile (bioxid de carbon, aldehide, arome etc. prezente sau care se formează în timpul acestui proces ) .

Factorii care influenţează procesul deshidratării

Factorii interni

Primul din aceşti factori trebuie să fie considerat natura materiei prime, exprimată prin compoziţia chimică şi structura fizică . Exemplu, morcovii conţinând ½ din substanţa uscată a cartofilor, în acleaşi condiţii de deshidratare, ritmul de deshidratare al morcovilor este aproape de 2 ori mai mare decât al cartofilor . Tratarea preliminară a materiei, opărirea sau aburirea (blanşarea) face ca deshidratarea să se facă mai repede decât neblanşată, deoarece în primul caz măreşte permeabilitatea membranelor celulare pentru apă . Gradul de maturare, exprimat prin conţinutul în substanţă uscată şi proporţia dintre principalele ei componente, durata de timp de la recoltare şi până la deshidratare, precum şi condiţiile de păstrare, pot fi înglobate în grupa factorilor naturali .

Factorii externi

Forma şi gradul de fragmentare al materiei prime sau mărimea bucăţilor . Se ştie că viteza deshidratării unei materii prime bogate în apă şi ca atare durata de deshidratare, din punct de vedere teoretic, este invers proporţională cu pătratul grosimii bucăţilor . Efectul se datoreşte faptului că viteza de mişcare a apei în interiorul bucăţilor mai subţiri întâmpină o mai mare rezistenţă decât în cazul bucăţilor mai groase . Consecinţa practică a acestei constatări este scurtarea duratei de deshidratare . Din analiza curbelor de uscare la ceapă sub formă de felii de diferite grosimi şi a cartofilor sub formă de tăiţei de diferite mărimi, în condiţii de încărcare a navetelor cu 6-7 kg/m2 la viteza aerului de cca 4,8 m/s, temperatura de uscare de 65oC şi 70oC şi temperatura termometrului umed de 35 şi 37oC, se observă că o mică diferenţă în mărimea bucăţilor de legume determină modificări semnificative ale duratei de uscare (Fig. 1, 2) . Diferenţa este evidentă în toate perioadele de uscare, însă devine mai pregnantă în

perioada finală, când umiditatea este mai scăzută, spre deosebire de perioada iniţială cu umiditatea mare, când diferenţele sunt mult mai mici . Dacă comparăm o singură bucată de legumă sub formă de cub cu cele două jumătăţi ale aceluiaşi cub de dimensiuni similare, suprafaţa acestuia din urmă va fi cu 33% mai mare . Ritmul sau viteza de uscare la jumătăţile de cuburi va fi şi ea proporţional mai mare, iar timpul de uscare poate fi redus până aproape la jumătate, dacă mărimea bucăţilor este redusă cât mai mult posibil .Mărimea bucăţilor în care este fragmentată materia primă este determinată în primul rând de necesitatea desfăşurării cât mai rapide a procesului de uscare şi în mai mică măsură de preferinţele consumatorilor. Deshidratarea sub formă de felii şi în special cea sub formă de granule rezolvă ambele aspecte .

Încărcătura kg/m2 pe navetă sau grătar . Încărcarea materialului umed pe grătare sau benzi influenţează viteza de uscare şi implicit durata procesului . La o alimentare mai mare a navetelor deci aşezarea materiei prime într-un strat mai gros, peste o anumită limită, randamentul uscătorului nu mai creşte, ci din contră scade . Dimpotrivă, diminuând în mod raţional încărcătura în kg/m2 se poate micşora în mod sensibil durata uscării, fără a se reduce însă capacitatea de producţie a uscătorului . Aceasta se reflectă printr-o calitate mai bună a produselor, deoarece sunt expuse un timp mai scurt acţiunii căldurii . Capacitatea unui uscător nu se determină prin cantitatea de materie primă aşezată pe suprafaţa navetelor sau grătarelor, ci prin cantitatea totală de produs uscat ce se obţine în 24 ore de funcţionare neîntreruptă a acestuia .

Numărul navetelor sau grătarelor pe un cărucior şi numărul cărucioarelor în cameră sau tunel . Grătarele folosite în uscătoarele tunel se aşază câte 25-27 pe un cărucior, unele peste altele, pe o înălţime de 1,80–2,10 m, cu un spaţiu de 5-7 cm între două grătare consecutive, pentru ca aerul să treacă uşor printre ele . Curentul principal de aer trecând printre grătare în direcţia orizontală cu o viteza de cca 5 m/s, devine intens turbulent . Se creează astfel diferenţe de presiune şi se produc curenţi secundari de aer, care trec printre grătarele cu material umed .

Aşezarea neregulată a grătarelor cu nerespectarea spaţiilor libere dintre ele, încărcarea neuniformă a materiei prime pe grătare sau într-un strat prea gros are un efect negativ asupra vitezei de desfăşurare a procesului de deshidratare, a calităţii şi omogenităţii uscării . În tunelul care are o funcţionare intermitentă, o încărcare prea mare a spaţiului în care se face deshidratarea, prin marea cantitate de apă care se evaporă în unitatea de timp şi imposibilitatea evacuării rapide a vaporilor respectivi, duce la un început de colorare în roz a produsului finit adică la manifestarea reacţiunii Maillard . Acesta este unul din motivele pentru care Miraco a înlocuit tunelul cu camera şi grătarele cu navete .

Condiţii termohidrice . În practică există o limitare atât a temperaturii (pentru prevenirea caramelizării zaharurilor şi a degradării ireversibile a substanţelor proteice) cât şi a umidităţii relative (formarea crustei, care împiedică ulterior difuzia apei şi uscarea) . Dacă temperatura aerului este prea ridicată, la sfârşitul uscării o cantitate mare de căldură este eliminată fără a fi utilizată, obţinându-se un randament caloric scăzut . O scurtă supraîncălzire a fructelor şi legumelor cu un conţinut scăzut de apă, poate duce la denaturarea culorii şi aromei . În figura 5 se arată durata deshidratării cepei tăiată în felii de 4 mm şi aşezată pe grătare la o încărcătură de 6,0 kg/m2 de navetă şi la temperaturi

variabile (55oC , 60oC şi 70oC) . În acest caz viteza de mişcare a aerului este constantă – 300 m/minut DTU : 24oC, 26oC , 28oC , 31oC . Influenţa temperaturii aerului asupra mersului deshidratării cartofilor la DTU constant 60oC , 66oC , 71oC , 77oC este redată în figura 6 . Se observă că în zona cu umiditate scăzută a produsului 0,06–0,04% în raport cu substanţa uscată, ritmul de uscare este substanţial mai mare la temperaturi mai ridicate . Umiditatea aerului cald este un parametru important al uscării, deoarece influenţează în mod nemijlocit viteza procesului, în sensul că în măsura în care umiditatea aerului este mai mică, capacitatea sa de a prelua vaporii rezultaţi prin evaporare este mai mare, permiţând deci trecerea în stare de vapori a cantităţii de apă din produs .Diferenţa dintre temperatura indicată de termometrul uscat şi cel umed (DTU) este cel mai important factor extern care influenţează viteza şi durata deshidratării, în special dacă DTU rămâne constantă sau nu .

Dacă DTU este zero, aerul respectiv este saturat şi ca atare procesul deshidratării nu se mai petrece . La începutul deshidratării, în prima fază, când 1 kg substanţa uscată (5 kg cartofi a 20% s.u.) conţine 4 kg apă, viteza deshidratării este aproape proporţională cu DTU . În materia primă aproape deshidratată, al cărei conţinut în umiditate este de 0,6, dacă DTU depăşeşte 20oC nu se mai înregistrează nici un efect .

Lucrările se petrec la fel pentru varză şi morcovi, pe când deshidratarea prunelor întregi este destul de independentă de DTU, atâta timp cât umiditatea relativă a aerului este mai mică de 40% . În acest caz factorul care trebuie învins rămâne mereu rezistenţa internă, care se opune mişcării apei . În general, viteza de uscare este aproximativ proporţională cu temperatura . Viteza de mişcare a aerului . În prima fază a uscării, viteza aerului are o influenţă importantă, întrucât pe lângă funcţia de agent încălzitor aerul are şi pe aceea de a prelua şi a vehicula vaporii rezultaţi prin evaporarea apei . Cu cât viteza de îndepărtare a vaporilor va fi mai mare cu atât se vor crea condiţii mai bune pentru ca alte cantităţi de apă să se evapore de pe suprafaţa produselor . În cea de-a doua fază a uscării, când evaporarea apei se produce în interiorul particulelor, viteza aerului are o influenţă mult mai mică asupra vitezei de uscare . În practică s-a stabilit pentru uscătoarele tunel că la viteze mai mari de 300 m/min . presiunea statică şi puterea dinamică necesară în care trebuie să lucreze ventilatorul devine atât de mare, încât creşterea în plus a vitezei devine neeconomicoasă . Viteza aerului exercită un efect mai redus asupra uscării fructelor care necesită durată mai mare de uscare (prune, mere) decât în cazul legumelor tăiate în cuburi şi felii care au o durată mai mică de uscare . Studiind acest factor Van Arsdel (fig. 9) reprezintă influenţa vitezei aerului asupra deshidratării cartofilor . În acest caz încărcătura a fost de 7,6 kg/m2, viteza de mişcare a aerului de 120, 180, 240 şi 300 m/min, temperatura aerului de 71oC, iar DTU 15,50oC . Curbele pentru 240 şi 300 m/min, sunt aproape identice, iar cea mai semnificativă este cea cu 120 m/min . Aceste diferenţe se constată mai bine în zona cu un conţinut mai mare în umiditate, iar sub 5% apar ca independente de viteze de mişcare a aerului . Din punct de vedere practic viteza de mişcare a aerului este condiţionată de efectul economic şi practica arată că la peste 300 m/min, operaţia de deshidratare nu mai este rentabilă, deoarece nici deshidratarea nu devine mai intensă dar consumul de energie creşte substanţial La aceeaşi viteză de mişcare şi temperatura a aerului şi la aceeaşi DTU. efectul util este condiţionat direct de uniformitatea repartiţiei lui printre şi peste navetele cu materie primă supusă deshidratării . Repartizarea produsului pe navete trebuie astfel făcută încât aerul să vină în contact cât mai complet şi cât mai uniform cu întreaga suprafaţă a particulelor de produse .

Recirculaţia aerului . Dacă aerul folosit la uscare este lăsat să iasă direct în atomsferă, se pierde foarte multă cădură . Dacă însă aerul este reîntors în circuit această căldură va fi în bună parte păstrată ; invers, dacă aerul proaspăt este aspirat în uscător, ca să-l înlocuiască pe cel eliminat, este necesar de două ori mai multă căldură pentru a se încălzi . Concepţia aceasta este valabilă pentru unele produse foarte sensibile la acţiunea căldurii şi la o umiditate prea scăzută. În condiţiile unei depăşiri prea

mari a umidităţii relative din cameră se prelungeşte prea mult durata deshidratării şi ca atare deshidratarea devine neeconomică şi ridică preţul de producţie . Din această cauză se poate spune că refolosirea aerului evacuat este o eroare, care n-ar trebui admisă şi practicată (Dufour) . La uscătoarele moderne se practică într-o proporţie redusă, recirculaţia aerului deja folosit, urmărindu-se ca umiditate relativă a aerului să nu fie prea mult depăşită . În cazul uscării prunelor printr-o recirculare judicioasă a aerului, se realizează o economie de combustibil de aproape 40-50% . Mişcarea aerului . În uscătoarele tunel cu curenţi contrarii şi paraleli, în care se deshidratează aceeaşi materie primă, cu aceeaşi încărcătură şi grătare de aceeaşi mărime, la o aceeaşi circulaţie de aer, au dus la următoarele constatări (Arsdel) : - temperatura aerului la partea cea mai caldă a fost de 66oC în curenţi contrarii şi de 85oC în curenţi paraleli, termometrul umed a arătat temperatura aerului la partea cea mai caldă a fost de 66oC în curenţi contrarii şi de 85oC în curenţi paraleli, termometrul umed a arătat 29,5oC în primul tip şi 35oC la tipul al doilea . Timpul deshidratării este de 7 ore . Rezultatele obţinute au servit la construirea curbelor din figura 11, din care se constată că în curenţii contrari, temperatura aerului la terminarea deshidratării este ceva mai mare decât la curenţii paraleli . Ritmul deshidratării în curenţi paraleli este foarte mare iniţial şi foarte mic la sfârşit . Această diferenţă se răsfrânge în celelalte calităţi ale produsului finit respectiv . Produsul finit oţinut în curenţi paraleli are un volum mai mare pentru că celulele se rup şi suferă mai puţin de supraîncălzire în faza finală decât rezultatul deshidratării în contracurent . Situaţia tunelului combinat (curenţi paraleli şi curenţi contrarii) se vede din figura 12, în care în curenţi paraleli temperatura aerului este de 104oC, la termometrul umed se înregistrează 38oC, iar la finele părţii în care circulă curenţi contrarii, 64oC pentru aerul uscat şi 27oC pentru termometru umed .Şi acesta este un motiv pentru care Miraco propune transformarea tunelelor prin retehnologizare în camere de uscare cu regimuri de uscare controlată în mod automat în dinamica lor cu softuri pe specii de produse . Distribuţia aerului . În afară de faptul că uscătorul trebuie aprovizionat cu un volum suficient de aer, cu o anumită viteză de circulaţie şi cu anumiţi parametri termohidrici pentru uscare, acesta trebuie să fie şi uniform distribuit în masa produselor . În mod frecvent o parte din cantitatea de aer caută să treacă prin spaţiul de deasupra cărucioarelor cu navete sau grătare, pe dedesuptul cărucioarelor sau lateral faţă de cărucioare, în loc să treacă cantitativ printre grătare şi produs . Prin montarea şi reglarea dirijorilor de aer în spaţiul de trecere a curentului de aer prin cameră, aerul este forţat să treacă în primul rând prin navetele cu material şi în acelaşi timp este uniform distribuit pe toată secţiunea camerei . Introducerea şi scoaterea intermitentă şi progresivă a cărucioarelor cu materie primă şi produs finit din tunel influenţează de asemenea mersul procesului deshidratării . Rezultatul se exprimă prin variaţia temperaturii la partea de intrarea sub forma dinţilor de ferăstrău . Aceeaşi situaţie termică există şi cu privire la temperatura aerului care întâlneşte primul grătar, prima stivă de grătare, primele fructe de pe acelaşi grătar etc. care vin în contact cu aerul şi ultimele grătare, stive şi fructele de pe acelaşi grătar din partea opusă . În acest caz temperatura scade continuu, consumul energetic creşte semnificativ în mod nejustificat în cazul tunelului de uscare .

Desfăşurarea procesului de deshidratare

Pentru reprezentarea grafică a procesului de deshidratare este nevoie ca să se menţină aproape constante mărimile factorilor a căror influenţă asupra deshidratării este bine cunoscută . Dintre aceştia amintim temperatura, umiditatea, viteza de mişcare a aerului şi presiunea peste materia primă . Este de asemenea necesar ca masa de aer în raport cu masa materiei prime peste care circulă, să fie de aşa mărime încât starea ei să nu se modifice din cauza căldurii cedate materiei prime şi a umidităţii absorbite . Întregul proces de deshidratare cu flux de aer cald al legumelor şi fructelor se desfăşoară în 3 faze succesive .

Perioadele de deshidratare

Perioada de preîncălzire (secaţiunea 1-2) este aceea în decursul căreia este consumată aproape în întregime pentru încălzirea la temperatura de regim a termometrului uscat, până la stabilirea unui echilibru între cantitatea de căldură transmisă produsului şi cea consumată pentru evaporare . Durata acestei perioade este scurtă şi ea nu constituie propriu-zis o fază de deshidratare, deşi în această perioadă se petrece şi evaporarea unor mici contităţi de apă .Perioada de uscare cu viteză constantă (secţiunea 2-3) reprezintă faza cu cea mai mare viteză şi perioada de deshidratare propriu-zisă, care în acelaşi timp rămâne aproape constantă . Durata ei se termină în momentul în care umiditatea materiei prime devine egală cu umiditatea higroscopică a mediului de evaporare . În această perioadă, viteza de uscare nu depinde de materialul supus uscării, ci de modul cum se realizează procesul .Dacă nu se schimbă condiţiile uscării, temperatura, presiunea, uscarea aerului, atunci viteza de evaporare pentru toate legumele şi fructele şi prin urmare şi viteza de uscare se păstrează constantă şi este aproape egală cu viteza de evaporare a apei la suprafaţa liberă .De asemenea, în această perioadă temperatura suprafeţei materiei prime respective rămâne aproape constantă şi este egală cu temperatura termometrului umed .Această perioadă se caracterizează prin aceea că presiunea vaporilor de apă la suprafaţa produsului este egală cu presiunea vaporilor la suprafaţa unui lichid şi nu depinde de umiditatea produsului (Pvp-Pva) .Perioada de uscare cu viteza descrescândă (secţiunea 3-4-5) în care viteza de uscare scade brusc şi descreşte continuu cu o viteză care este influenţată direct de starea apei respective (forţele de legătură a apei cu substanţa uscată a fructelor şi legumelor considerate) .În această fază temperatura materiei prime, devenită produs finit, creşte continuu, devine din ce în ce mai higroscopică şi când s-a realizat umiditatea de echilibru, deshidratarea încetează brusc, pentru că viteza ei devine egală cu zero . Momentul acesta ajunge în echilibru cu umiditatea relativă a aerului la temperatura respectivă . În faza finală, temperatura aerului cald trebuie micşorată spre a se evita degradări calitative importante ale produsului finit .

Temperatura produsului

În decursul uscării este necesar ca temperatura produsului să nu treacă de 55-65oC, sensibilitatea la temperatură diferind cu natura acestuia .Micşorarea temperaturii sub o anumită valoare scade mult viteza uscării, iar creşterea peste o anumită limită duce la degradări calitative : înbrunare, carbonizare, caramelizarea zaharurilor, pierderi de substanţe nutritive, scăderea capacităţii de rehidratare, ca rezultat al unor reacţii chimice complexe ce au loc în produs . Dacă temperatura produsului s-ar menţine în decursul deshidratării la valori în jurul a 37oC s-ar putea produce alterări de natură microbiologică înainte ca procesul de deshidratare să fie desăvârşit . Limitele superioare de temperatură ale aerului cald pot ajunge la 70-72oC .La sfârşitul uscării temperatura produsului se apropie de cea a aerului, deoarece numai în prima perioadă de uscare temperatura produsului este egală cu temperatura indicată de termometrul umed .La începutul procesului de deshidratare, respectiv în prima parte a fazei a doua (perioada de uscare cu viteză constantă) urcarea temperaturii produsului nu prezintă nici un pericol, deoarece în acest caz temperatura produsului corespunde temperaturii de saturaţie la presiunea parţială de vapori a aerului .Cu cât uscarea înaintează, presiunea vaporilor de apă de la suprafaţa produsului devine mai mică decât cea de saturaţie şi temperatura produsului creşte . Pentru a se evita creşterea temperaturii produsului peste limitele optime fiecărui produs şi deci pentru evitarea degradării lui este necesară reducerea temperaturii aerului cald în ultima perioadă a procesului de deshidratare sau a unui aport de umiditate (umezire intermediară) .