ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΙΣΟΘΕΡΜΩΝ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

ΣΕ ΣΙΤΑΛΕΥΡΟ ΣΤΟΥΣ 30 ºC & 40 ºC

ΡΙΖΟΣ ΘΩΜΑΣ

1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το νερό είναι ένας παράγοντας, ο οποίος επηρεάζει άμεσα την ποιότητα και την υφή των τροφίμων από το στάδιο της παραγωγής τους μέχρι τα στάδια την διανομής τους στην αγορά και της κατανάλωσης τους.

Η αλληλεπίδραση αυτή του νερού στα διάφορα τρόφιμα και στα συστατικά αυτών παρουσιάζει ενδιαφέρον:

Α) Στην επιλογή των καταλληλότερων συνθηκών ξήρανσης για την παραγωγή αφυδατωμένων προϊόντων.

Β) Στην επιλογή των επιθυμητών ιδιοτήτων των υλικών συσκευασίας για την αύξηση του χρόνου συντήρησης των τροφίμων.

Γ) Στην τάση αλλοίωσης των τροφίμων.

1.2 ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ ΝΕΡΟΥ (a_w)

Το νερό αποτελεί το κυριότερο και το σε μεγαλύτερη αναλογία συστατικό των τροφίμων. Η παρουσία του παίζει σημαντικό ρόλο στην σύσταση και τις ιδιότητες των τροφίμων και επηρεάζει άμεσα την δομή, την εμφάνιση και τον χρόνο διατήρησης τους. Είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών και συνεπώς όσο περισσότερο νερό περιέχει ένα τρόφιμο τόσο περισσότερο ευαλλοίωτο είναι. Για την διατήρηση λοιπόν των τροφίμων επιδιώκεται μερική ή πλήρης απομάκρυνση του. Το νερό ευνοεί τις διάφορες χημικές αντιδράσεις (ως διαλύτης των ενώσεων που συμμετέχουν στην αντίδραση, ως αντιδρών σώμα, ως προϊόν την αντίδρασης και ως ρυθμιστής της καταλυτικής ή ανασταλτικής ιδιότητας άλλων ενώσεων).

Γενικά το νερό χαρακτηρίζεται ως ¨ελεύθερο νερό¨ και ως ¨δεσμευμένο νερό¨. Ελεύθερο ή απόλυτης ενεργότητας είναι το νερό στην φυσική του κατάσταση. Το νερό στα τρόφιμα και στους ζώντες οργανισμούς βρίσκεται σε μικρότερο βαθμό δεσμευμένο. Ένα μέτρο του βαθμού δέσμευσης ή της διαθεσιμότητας του νερού στα διάφορα τρόφιμα είναι η ενεργότητα του νερού (a_w) η οποία ορίζεται από την σχέση:

a_w = p/p_o όπου: p = η μερική πίεση του ατμού του νερού στο δείγμα

p_o = η τάση ατμών του καθαρού νερού στην ίδια θερμοκρασία.

1.3 ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΝΕΡΟΥ

Όταν ένα στερεό έρθει σε επαφή με τον ατμό του νερού, μέρος του ατμού συγκρατείτε από το στερεό με μία διεργασία, η οποία ονομάζεται προσρόφηση (adsorption). Όλες οι επιφάνειες των στερεών ουσιών είναι πηγές ελκτικών δυνάμεων, διότι τα άτομα ή τα ιόντα τους είναι μονόπλευρα κεκορεσμένα. Απομένουν έτσι ελεύθερες μονάδες συγγένειας στις επιφάνειες ή διεπιφάνειες των στερεών οι οποίες μπορούν να συγκρατήσουν ισχυρά, ξένα άτομα ή μόρια άλλων ουσιών που βρίσκονται σε επαφή με αυτά. Η προσρόφηση λοιπόν είναι αποτέλεσμα αυτών των ελκτικών δυνάμεων.

Η διεργασία κατά την οποία τα μόρια του νερού δεν παραμένουν στην επιφάνεια του στερεού αλλά εισέρχονται μέσα στην δομή του στερεού ονομάζεται απορρόφηση (absorption), για να διακρίνεται από την προσρόφηση η οποία γίνεται στην επιφάνεια του στερεού.

1.4 ΙΣΟΘΕΡΜΟΙ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Η προσροφητική συμπεριφορά ενός στερεού (τροφίμου) ως προς το νερό δίνεται γραφικά με τις ισόθερμους προσρόφησης. Οι ισόθερμοι προσρόφησης αποτελούν την γραφική παράσταση του περιεχομένου νερού στα τρόφιμα έναντι της πίεσης του νερού του ατμού σε σταθερή θερμοκρασία, a=f(p), (Τ = σταθερή). Η μελέτη της ισόθερμης προσρόφησης ενός τροφίμου δίνει χρήσιμες πληροφορίες για τις συνθήκες και την δυνατή διάρκεια συντήρησης, ξήρανσης ή αφυδάτωσης του τροφίμου.

1.4 α) Μέθοδοι προσδιορισμού των ισοθέρμων προσρόφησης του νερού

1) Σταθμικές μέθοδοι

2. Μανομετρικές μέθοδοι

3. Υγρομετρικές μέθοδοι και

4. Ειδικές μέθοδοι

1.5 ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΑΕΡΙΑ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ

Ο όρος ανάστροφη αέρια χρωματογραφία, αναφέρεται στην παραλλαγή εκείνη της αέριας χρωματογραφίας κατά την οποία η υπό μελέτη ουσία αποτελεί την στατική φάση της στήλης του αέριο χρωματογράφου ενώ γνωστές πρότυπες ουσίες διαβιβάζονται στην στήλη με την βοήθεια του φέροντος αερίου. Βασίζεται στην άμεση αλληλεπίδραση γνωστής πρότυπης ουσίας με το υπό εξέταση δείγμα και από τα χρωματογραφικά μεγέθη (χρόνος και όγκος συγκρατήσεως) αυτής εξάγονται συμπεράσματα για την φύση και εμμέσως για την σύσταση, την δομή και άλλες ιδιότητες του υπό εξέταση δείγματος.

2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η υγρασία στο σιτάλευρο είναι πολύ σημαντικός παράγοντας γιατί καθορίζει την καλή κατάσταση του προϊόντος. Το νερό που υπάρχει στο σιτάλευρο μπορεί να είναι λιγότερο ή περισσότερο διαθέσιμο προς αντίδραση ή χρήση από τους μικροοργανισμούς.

2.2 ΥΛΙΚΑ

Το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν σιτάλευρο. Παρακάτω δίνονται τα άλατα που χρησιμοποιήθηκαν.

.

ΑΛΑΣ	ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ
LiBr	7%
LiCl	11%
CH3COOK	22%
MgCl2.6H2O	32%
K2CO3	42%
NaBr	57%
NaNO2	64%
NaCl	75%
KCl	84%
K2SO4	97%

Πίνακας 1: Άλατα που χρησιμοποιήθηκαν

2. 1 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ

1. Θάλαμος σταθερής θερμοκρασίας 30ºC.

2. Θάλαμος σταθερής θερμοκρασίας 40ºC.

3. Φούρνος κενού

4. Δισκάκια ζυγίσεως από αλουμίνιο και γυαλί.

5. Σπάτουλα και λαβίδα

6. Ζυγός ακριβείας

7. Ειδικά κλειστά δοχεία τύπου Manson χωρητικότητας 1lt

2.4 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των ισόθερμων προσρόφησης του νερού ήταν η Σταθμική και χρησιμοποιήθηκε δείγμα ξηρού σιτάλευρου σε θερμοκρασίες 30ºC & 40Cº.

1. Αρχικά ξηράθηκε το σιτάλευρο σε φούρνο κενού στους 40Cº για 24 ώρες.

2. Σε ειδικά κλειστά δοχεία τύπου Manson χωρητικότητας 1lt τοποθετήθηκαν κεκορεσμένα διαλύματα αλάτων, τα οποία δίνουν γνωστές σχετικές υγρασίες, και αφέθηκαν για ορισμένο χρόνο ώστε να επέλθει η ισορροπία στο χώρο των δοχείων (Πίνακας 1).

3. Στη συνέχεια τοποθετήθηκε ποσότητα σιτάλευρου ίση με 0,5γρ. στα δοχεία ζυγίσεως εις διπλούν.

4. Τα δοχεία αυτά εισήχθησαν στα δοχεία τύπου Manson και κλείστηκαν καλά.

5. Η μία σειρά δειγμάτων τοποθετήθηκαν σε θάλαμο θερμοκρασίας 30ºC & η δεύτερη σειρά δειγμάτων σε θάλαμο θερμοκρασίας 40Cº.

Τα a και a_w για την κατασκευή των ισόθερμων προσρόφησης από την σταθμική μέθοδο υπολογίστηκαν ως εξής:

Το προσροφόμενο νερό a δίνεται από τον σχέση a=ΔΒ/ Β_{δείγματος} όπου:

1. ΔΒ είναι η διαφορά βάρους του δείγματος στην αρχή και στο τέλος του πειράματος για κάθε άλας

2. Β_{δείγματος} είναι το βάρος του δείγματος που ζυγίστηκε αρχικά

Η ενεργότητα νερού a_w υπολογίζεται από την σχετική υγρασία κάθε άλα

3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Στους παρακάτω πίνακες 2 και 3, που αντιστοιχούν στις θερμοκρασίες 30^oC και 40^oC αντίστοιχα, παρουσιαζονται οι τιμές σχετικής υγρασίας και ενεργότητας νερού a_w των αλάτων, η αρχική και η τελική ζύγιση του δείγματος, η διαφορά βάρους ΔΒ του δείγματος στην αρχή και μετά την αποκατάσταση ισορροπίας για κάθε άλας και το προσροφημένο νερό a. Οι καμπύλες των ισόθερμων προσρόφησης του σιτάλευρου 70% στους 30 ^oC και 40 ^oC βρίσκονται στο σχήμα 3 και 4 αντίστοιχα και η συγκριτική ισόθερμος στο σχήμα 5.

ΑΛΑΣ	Σχετική Υγρασία	aw	Αρχική ζύγιση (γρ.)	Τελική ζύγιση (γρ.)	ΔΒ (γρ.)	Προσροφημένο νερό
LiBr	7%	0,07	0,5096	0,5110	0,0014	0,0028
LiCl	11%	0,11	0,5004	0,5082	0,0078	0,0156
CH3COOK	22%	0,22	0,4995	0,5204	0,0209	0,0418
MgCl2.6H2O	32%	0,32	0,5058	0,5329	0,0271	0,0536
K2CO3	42%	0,42	0,4984	0,5331	0,0347	0,0696
NaBr	57%	0,57	0,5049	0,5504	0,0455	0,0901
NaNO2	64%	0,64	0,5001	0,5522	0,0521	0,1042
NaCl	75%	0,75	0,4989	0,5631	0,0642	0,1287
KCl	84%	0,84	0,5219	0,6017	0,0798	0,1529
K2SO4	97%	0,97	0,5030	0,6383	0,1353	0,2690

Πίνακας 2. Σιτάλευρο στους 30ºC.

Σχήμα 3. Καμπύλη Ισόθερμης Προσρόφησης Σιτάλευρου 70% στους 30^οC.

ΑΛΑΣ	Σχετική Υγρασία	aw	Αρχική ζύγιση (γρ.)	Τελική ζύγιση (γρ.)	ΔΒ (γρ.)	Προσροφημένο νερό
LiBr	7%	0,07	0,5060	0,5245	0,0185	0,0366
LiCl	11%	0,11	0,5119	0,5214	0,0095	0,0186
CH3COOK	22%	0,22	0,5021	0,5180	0,0159	0,0317
MgCl2.6H2O	32%	0,32	0,4938	0,5132	0,0194	0,0393
K2CO3	42%	0,42	0,5041	0,5413	0,0372	0,0738
NaBr	57%	0,57	0,5022	0,5373	0,0351	0,0699
NaNO2	64%	0,64	0,5056	0,5495	0,0439	0,0868
NaCl	75%	0,75	0,5005	0,5559	0,0554	0,1107
KCl	84%	0,84	0,4928	0,5585	0,0657	0,1333
K2SO4	97%	0,97	0,5055	0,6183	0,1128	0,2232

Πίνακας 3. Σιτάλευρο στους 40ºC.

Σχήμα 4. Καμπύλη Ισόθερμης Προσρόφησης Σιτάλευρου 70% στους 40^οC.

Σχήμα 5. Συγκριτική Καμπύλη Ισόθερμης Προσρόφησης Σιτάλευρου 70% στους 30^οC και 40^οC.

3.1 ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ.

Στα παραπάνω σχήματα 3 και 4 παρουσιάζονται οι καμπύλες ισόθερμης προσρόφησης σιγμοειδούς μορφής, αναμενόμενο αποτέλεσμα, που είναι χαρακτηριστικές της φυσικής προσρόφησης που ακολουθείται από πολυμοριακή επικάλυψη. Η προσρόφηση του νερού στο σιτάλευρο είναι φυσική προσρόφηση, κατά την οποία λαμβάνει χώρα πολυμοριακή κάλυψη του υλικό – τρόφιμου, καθώς και από την σύσταση του σιτάλευρου περιέχει 70% υδατάνθρακες (πολικά – υδρόφιλα μόρια) δίνει την χαρακτηριστική ισόθερμη σιγμοειδούς μορφής.

Στο επόμενο σχήμα (σχήμα 5) γίνετε μια συγκριτική παρουσίαση των καμπυλών ισόθερμης προσρόφησης του σιτάλευρου στους 30^οC και 40^οC. Από το σχήμα αυτό παρατηρούμε ότι μεγαλύτερη προσροφητική ικανότητα παρουσιάζει το σιτάλευρο στους 30^οC. Το γεγονός αυτό δικαιολογείται ως αποτέλεσμα της κινητικότητας των μορίων του νέρου. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία , τόσο αυξάνεται και η κινητικότητα των μορίων του νερού, που έχει ως αποτέλεσμα να μην ευνοείται η προσρόφηση του νερού από το αλέυρι. Μια άλλη παράμετρος που μπορεί να επηρεάζει είναι ότι μέχρι τους 30^οC επιτυγχάνεται μέγιστη απορρόφηση υγρασίας από το σιτάλευρο που έχει ως αποτέλεσμα το τρόφιμο να γίνεται λιγότερο υγροσκοπικό. Έτσι και με αύξηση της θερμοκρασίας δεν παρουσιάζεται και ανάλογη αύξηση της προσρόφησης.