optimizarea tehnologiei de obtinere a cartofului prajit feliat

7/24/2019 Optimizarea Tehnologiei de Obtinere a Cartofului Prajit Feliat

1/82

Optimizarea tehnologiei de obinere a cartofilor feliai prjii n vederea reducerii coninutului de acrilamid

Autor: Ing. Mihaela Nicoleta MATEI (cs. Tivg) Conductor tiinific: Prof.univ.dr.ing. Carol CSATLOS1

Universitatea Transilvaniadin Braovcoala DoctoralInterdisciplinar

Departamentul: Ingineria i Managementul Alimentaiei i

Turismului

Drd. Ing. Mihaela Nicoleta MATEI (cs. TIVG)

Optimizarea tehnologiei de obinere a cartofilor feliaiprjii n vederea reducerii coninutului de acrilamid

Optimization the technology of fried sliced potatoes to

reduce acrylamide

Conductor tiinific

Prof.dr.ing. Carol CSATLOS

BRAOV, 2014


2/82



MINISTERUL EDUCAIEI NAIONALE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOVBRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENA

Comisiei de doctoratNumit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din BraovNr.6779 din 22.07.2014

PREEDINTE: Conf. univ. dr. ing. Ioana COMNESCUProdecanFacultatea de Alimentaie i TurismUniversitatea Transilvania din Braov

CONDUCTOR TIINIFIC: Prof. univ. dr. ing. Carol CSATLOSUniversitatea Transilvania din Braov

REFERENI: Prof. univ. dr. ing. Ovidiu TIA

Universitatea Lucian Blaga din SibiuProf. univ. dr. ing. Gheorghe VOICU

Universitatea Politehnica din BucuretiProf. univ. dr. ing. Mihaela BARITZ

Universitatea Transilvania din Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: 17 octombrie 2014,

ora 10:00, n corpul R al Facultii de Alimentaie i Turism, sala RP6.Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii vrugm s

le transmitei n timp util pe adresa: [email protected] v invitm s luai parte la edina public de susinere a tezei de

doctorat.

V mulumim.


3/82



CUPRINS

Pg.

teza

Pg.

rezumat

PREFA............................................................................................................................ 9 6

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND CARTOFUL N ALIMENTAIE ICONDIIILE DE CALITATE PE CARE ACESTA TREBUIE SA LENDEPLINEASC

11 7

1.1. Cartoful n alimentaie.. 11 71.2. Cartoful, materie prima pentru obinerea chipsurilor... 14 71.3. Concepte de baz ale controlului calitii produselor alimentare aplicabile laprocesarea cartofilor 20 91.4. Caracterizarea sistemului HACCP, a standardului ISO 22000:2005 i necesitateaimplementrii acestora 22 -1.5. Condiii de calitate impuse cartofuluica materie prim.. 24 -1.6. Condiii de calitate pentru produsul finit chips. 26 -1.7. Acrilamida i formarea acesteia n timpul procesului de prjire al feliilor de cartofi.. 33 9

1.8. Abordri actuale ale legislaieicu privire la produsele alimentare 34 101.9. Concluziiprivind cartoful n alimentaie i condiiile de calitate pe care acestatrebuie s le ndeplineasc... 38 -

2. STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIEI I ECHIPAMENTELOR UTILIZATEPENTRU OBINEREA CHIPSURILOR.. 39 102.1. Consideraii generale privind tehnologia de obinere a chipsurilor. 39 -2.2. Materii prime specifice prelucrrii cartofilor prin feliere 41 -2.3. Tehnologia de procesare a cartofilor pentru chips... 48 112.4. Ambalarea. 74 -2.5. Depozitarea produselor finite... 78 -2.6. Cerine de laborator impuse. 80 -

2.7. Echipamente utilizate pentru producerea chipsurilor... 81 132.8. Concluzii asupra stadiului actual al tehnologiei i echipamentelor utilizate pentruobinerea chipsurilor 88 -

3. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII DE DOCTORAT 89 143.1. Necesitatea lucrrii... 89 143.2. Obiectivele lucrrii... 89 14

4. CERCETAREA TEORETIC PRIVIND FENOMENELE DE TRANSFERTERMIC I DE MAS NTIMPUL PROCESULUI DE OBINERE A FELIILORDE CARTOFI PRJII... 91 164.1. Programul cercetrilor teoretice... 91 164.2. Analiza transferului de cldur i mas 91 -4.3. Transferul de mas i cldur n timpul procesului de prjire.. 96 -4.4. Modelarea matematic utiliznd programul COMSOLMultyphysics 102 -4.5. Modelarea transferului de clduri mas n timpul prjirii. 112 -4.6. Modelarea matematic a procesrii termice a chipsurilor. 119 174.7. Concluzii privind aspectele teoretice ale tehnologiei de obinere a chipsurilor,transferul termic i de mas n timpul procesului de prjire a feliilor de cartofi.. 167 -

5.CERCETAREA EXPERIMENTAL N PROCESUL DE PRJIRE A FELIILORDE CARTOFI.. 169 405.1. Obiectivele cercetrilor experimentale 169 40

5.2. Obiectul cercetrilor experimentale 170 415.3. Metodica cercetrii experimentale.. 172 42


4/82



5.4. Aparatura utilizat la cercetarea experimental.. 173 -5.5. Prelucrarea, analiza i interpretarea rezultatelor cercetrii experimentale.. 180 435.6. Calculul statistic al cercetrilor experimentale privind influena temperaturii i aumiditii asupra creterii coninutului de acrilamid 200 535.7. Calculul statistic al cercetrilor experimentale privind influena aciunii separate isimultane a temperaturii i umiditii.. 201 54

5.8. Calculul statistic al cercetrilor experimentale privind influena aciunii separate isimultane a umiditii i a coninutului de amidon 205 585.9.Concluzii privind cercetarea experimental n procesul de prjire a feliilor de cartofi 209 -

6.CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUII PERSONALE I DIRECIIVIITOARE DE CERCETARE. 211 626.1. Concluzii generale 211 626.2. Concluzii privind cercetrile teoretice. 213 646.3. Concluzii privind cercetrile experimentale 214 656.4. Contribuiipersonale. 216 676.5. Direcii viitoare de cercetare. 217 68

REFERINE 70


5/82



CONTENTS

Pg.

thesis

Pg.

resume

FOREWARD...........................................................................................................................

9 6

1. GENERAL ASPECTS RELATED TO POTATOE AS FOOD AND

CONDITIONS THAT IT MUST FULFILL ..11 7

1.1. Potatoe as food .... 11 71.2. Potatoe, raw material for chips obtaining ... ................ 14 71.3. Basic concepts of food quality control applicable to potatoesprocessing........ 20 91.4.Characterization of HACCP, ISO 22000:2005 and the necessity of theirimplementation ... 22 -1.5. Quality requirements for potatoe as raw material prim.. 24 -1.6. Quality requirements for chips - finished good ... 26 -1.7. Acrylamide and its formation during fried processing of sliced poatoes .. 33 9

1.8. Current approaches to legislation on food ... 34 101.9. Conclusions regarding potato in food and quality conditions that it mustfulfill... 38 -

2. CURRENT STATE OF TECHNOLOGY AND EQUIPMENT USED FOR CHIPS

OBTAINING .... 39 102.1. General considerations regarding the technology of chips obtaining. 39 -2.2. Specific raw materials to process potatoes by slicing . 41 -2.3. Processing technology of potatoes chips ..... 48 112.4. Packaging .... 74 -2.5. Finished goods storage .... 78 -2.6. Imposed laboratory requirements .... 80 -2.7. Equipment used to produce potatoes chips ..... 81 132.8. Conclusions on current stage of technology and equipment used for obtaining thepotatoes chips . 88 -

3. PhD THESIS AND OBJECTIVES 89 143.1. PhD thesis necessity ... 89 143.2. PhD thesis objectives ..... 89 14

4.THEORETICAL RESEARCH ON THERMAL AND MASS TRANSFER

PHENOMENAS DURING FRYING PROCESS OF FRIED

POTATOES... ................................................ 91 16

4.1. Theoretical program research ...... 91 164.2. Analysis of heat and mass transfer 91 -4.3. Mass and heat transfer during the frying process .. 96 -4.4. Mathematical modeling in COMSOL soft ..... 102 -4.5. Modeling of heat and mass transfer during frying process ... 112 -4.6. Mathematical model of thermal processing of potatoes chips. 119 174.7.Conclusions on the theoretical aspects of potatoes chips technology, heat and masstransfer during fried potatoes slices process .. 167 -

5. EXPERIMENTAL RESEARCH OF FRIED POTATOES SLICES

TECHNOLOGICAL PROCESS .... 169 405.1. Objectives of theoretical research .. 169 40

5.2. Object of experimental research . 170 41


6/82



5.3. Methodology of e experimental research .... 172 425.4. Instruments used in experimental research .. 173 -5.5. Processing, analysis and implementation of the results of experimental research .... 180 435.6. Statistical calculation regarding temperature and humidity influence on Acrilamidegrowth 200 535.7.Statistical calculation regarding separate action and simultaneous influence of

temperature and humidity .. 201 545.8.Statistical calculation regarding separate action and simultaneous influence ofhumidity and starch content .. 205 585.9. Conclusions on experimental research during fried potatoes slices process 209 -

6. GENERAL CONCLUSIONS, PERSONAL CONTRIBUTION AND FUTURE

RESEARCH DIRECTIONS.... 211 626.1. General conclusions 211 626.2. Conclusions regarding theoretical research ... 213 646.3. Conclusions regarding experimental research 214 656.4. Personal contributions . 216 676.5. Future research directions ... 217 68

REFERENCESS70


7/82



PREFA

Alimentele reprezint factori de mediu de o deosebit importan n asigurarea sntiiomului, prin procurarea substanelor necesare n bune condiii a tuturor proceselor vitale.

Prelucrarea alimentelor are drept scop s confere acestora unele proprieti suplimentare ca:

digestibilitate crescut, modificarea favorabil a proprietilor senzoriale, inactivarea unor agenipatogeni. Prelucrarea alimentului (indiferent de natura acestuia) include operaii mecanice itratamente termice.

Procesarea alimentelor prezint i neajunsuri determinate nu numai de realizarea unorproduse foarte atrgtoare care influeneaz preferinele consumatorului i deci abateri de la oalimentaie raional, ci determin i apariia degradrilor, pierderilor i inactivrii de factorinutritivi. Pot aprea de asemenea o serie de compui chimici, nocivi n alimente.

Cartofii prjii reprezint un tip de aliment din categoria fast-food, uor de preparat, sios,consumat de ctre toate categoriile de vrsta. Mncarea de la fast-food este considerat

nesntoas i reprezint principala cauz a obezitii, hipertensiunii arteriale, a bolilor cardiace,a diabetului i a multor afeciuni. i totui, n ciuda multiplelor dezavantaje, mncarea de la fast-food este extrem de popular. n special n epoca modern, din ce n ce mai muli oameniapeleaz la restaurantele de acest gen, graie accesibilitii, rapiditii n servire, dar i a

preurilor relativ convenabile, fr a ine cont de faptul c mncarea fast-food va avea la unmoment dat un impact negativ asupra sntii i siluetei lor. n aceeai msur sunt consumai icartofii de tip chips care se pot procura de la micile magazine de cartier pn la hipermarket-uri.

n general, cartofii prjii se afl pe primul loc n topul preferinelor consumatorilor i mulispun c delicioii cartofi servii la fast-food sunt mai buni dect cei pregtii n cas. Am puteaspune cu indulgen chiar c aceti cartofi prjii ar putea fi considerai drept alimente sntoase.i nu e nimic mai sntos dect cartoful. Ceea ce l face sa devin nesntos este modul su de

preparare, n special dac acesta este prjit. Soiurile clasice de cartofi sunt principaleleingrediente pentru prepararea cartofilor pai, dar exist opiunea cartofilor dulci, care au unconinut mai ridicat de vitamina A. n plus, cartofii dulci sunt bogai n fibre, vitamina C, calciu,vitamina B, fier i potasiu.

n prezenta lucrare s-a urmrit s se dea o direcie n vederea mbuntirii procesuluitehnologic de obinere a feliilor de cartofi prjii, urmrindu-se reducerea coninutului deacrilamid.

Acrilamida sub form chimic pur este cunoscut ca fiind o substan toxic. Substana se

formeaz natural n timpul procesrii alimentelor bogate n carbohidrai. Conform studiilor, nalimentele care conin substane derivate din amidon se formeaz, n timpul preparrii termice,acrilamid. Printre cele mai rspndite alimente care conin carbohidrai se numr pinea, fina,

porumbul, orezul, pastele finoase i produsele obinute din cartofi.Alimentaia corect presupune ndeplinirea unei condiii eseniale i anume, produsele

consumate s fie lipsite de ageni nocivi sau acetia s se gseasc sub limitele duntoare.Lucrarea este structurat pe 6 capitole, dezvoltat pe 217 pagini, fiind ilustrat cu 141 figuri

i grafice, 82 relaii matematice i 43 tabele, precum i o list bibliografic alctuit din 135referine bibliografice.


8/82



Lucrarea mai cuprinde i un rezumat n limbile romn i englez, CV-ul sumar n limbaromn i englez i o list a lucrrilor tiinifice publicate sau comunicate pe tema lucrrii dedoctorat.

n Capitolul 1, intitulat Aspecte generale privind cartoful n alimentaie i condiiile decalitate pe care acesta trebuie s le ndeplineasc sunt prezentate noiuni generale despretuberculul de cartof de la formare pna la recoltare i depozitare, moduri de utilizare alecartofului, coninutul chimic al acestuia, precum i noiuni privind cartoful ca materie prim

pentru obinerea chipsurilor. Sunt prezentate conceptele de baz ale controlului calitiiproduselor alimentare aplicabile la procesarea cartofilor, noiuni de HACCP i ISO 22000,condiiile de calitate impuse cartofului ca materie prim, condiiile de calitate impuse produsuluifinit chips, acrilamida i formarea acesteia n timpul procesului de prjire al fe liilor de cartofi,legislaia la nivel naional i al Uniunii Europene privind coninutul de acrilamid n alimente.

Capitolul 2 intitulat Stadiul actual al tehnologiei i echipamentelor utilizate pentruobinerea chipsurilor abordeazprocesele i utilajele specifice tehnologiei de obinere a

cartofilor feliai, prjii. n acest capitol sunt descrise soiurile de cartofi specifice pentru chips,este descris n detaliu ntregul proces tehnologic al obinerii feliilor de cartofi prjii, precum iechipamentele utilizate pentru procesare i ambalare. n detaliu sunt prezentate echipamenteleutilizate la prjirea feliilor de cartofi.

Capitolul 3, intitulat Necesitatea i obiectivele lucrrii de doctoratprecizeaz attnecesitatea acestei teze de doctorat ct i obiectivele urmrite i rezolvate.

n Capitolul 4,intitulat Cercetarea teoretic privind fenomenele de transfer termic i demas n timpul procesului de obinere a feliilor de cartofi prjii se prezint transferul de masi cldur n timpul procesului de prjire, modelarea matematic n softul COMSOL, modelarea

transferului de cldur i mas n timpul prjirii, simularea computerizat a comportamentuluifeliei de cartof n timpul prjirii. De asemenea se prezint analiza variaiei coninutului deacrilamid n cartofii prjii i modelele matematice privind influena temperaturii, umiditii i aconinutului de amidon aupra formrii acrilamidei n timpul procesului de prjire a feliilor decartofi.

Capitolul 5denumit Cercetarea experimental n procesul de prjire a feliilor de cartofiprezint obiectivele cercetrii experimentale ale tezei de doctorat, modul de ndeplinire aacestora, precum i rezultatele obinute.

n Capitolul 6, intitulat Concluzii se sintetizeaz rezultatele cercetrilor teoretice iexperimentale din prezenta lucrare de doctorat, se precizeaz contribuiile personale ale autoarei

i se sugereaz direciile pe care se pot continua cercetrile acestei teme.Prezenta lucrare de doctorat a fost realizat sub ndrumarea tiinific a domnului prof.

univ. dr. ing. Carol CSATLOS, cruia i adresez cele mai sincere mulumiri pentru sprijinul,ncrederea i nalta competen cu care m-a ndrumat la elaborarea acestei teze de doctorat.

Adresez de asemenea mulumiri domnului prof. univ. dr. ing. Ioan CIOBANU, domnuluiasist. univ. dr. Vlad MONESCU, domnului conf. univ. dr. Ctlin PETRIAN precum icolegelor dr. Mihaela-Ionela LUCHIAN i Mariana BUDIHAN care mi-au fost alturi.

Nu n ultimul rnd mulumesc familiei i prietenilor pentru sprijinul moral i afectiv, pentrugrija i nelegerea de care au dat dovad pe tot parcursul elaborrii acestei teze de doctorat.

Autoarea


9/82


10/82



Acestea, n funcie de forma lor, pot da diverse forme feliilor: n V sau plate (Fig. 1.4). Seregleaz distana dintre cuite pentru a obine grosimea dorit a feliilor.

Fig. 1.4.Felii plate de cartofi pregtite pentru prjire

Feliile sunt trecute apoi printr-o baie de ap(splarea feliilor). n cazul n care coninutul dezahr n cartofi este prea mare se recurge la operaia de blanare (oprirea feliilor la 80C).

Structura celular a cartofului se distruge la blanare, iar zahrul este eliberat. Retexturareafeliilor se face cu lactat de calciu, care nlocuiete golurile lsate de zaharul care a trecut n ap.Feliile splate sunt preluate de o band de scurgere care trece pe dedesubtul unor duze cu

aer. Apa remanent este ndeprtat, iar feliile sunt pregtite s intre n friteus (Fig. 1.5).

Fig. 1.5.Felii de cartofi splate, pregtite pentru prjire

Temperatura uleiului la intrare n friteus este 170C 180C, iar la ieire acesta ajunge la150C. Feliile prjite ies pe o band grtar pentru scurgerea uleiului. Ajung pe o band undeinspecia optic se face cu un echipament IR (Optix), unde feliile cu defecte sunt ndeprtate.Doar feliile prjite care corespund din punct de vedere calitativ (Fig. 1.6) ajung n turbina dearomatizare.

Fig. 1.6.Felii de cartofi prjii


11/82



Feliile aromatizate ajung pe banda de inspecie manual pentru o ultim sortare, n cazul ncare mai exist felii cu defecte. O band cu raclei preia feliile care sunt transportate ctre

buncrul de depozitare temporar. De aici, pe benzi vibratoare, cipsurile sunt transportate ctremainile de ambalat care sunt prevzute cu cupe cntar. Feliile ajung n pungi care sunttermosudate i aezate n baxuri. Baxurile sunt aezate pe palei, iar acetia sunt depozitai ndepozitul de produs finit.

Pe ntreg fluxul tehnologic se efectueaz o serie de analize fizico -chimice i senzoriale attpentru materiile prime, pentru semifabricat (coninut de substan uscat, coninut de clorura desodiu) ct i pentru produs finit (verificarea datelor inscripionate pe ambalaj: lot i termen devalabilitate) [113]. Pentru ulei se determin indicele de peroxid i coninutul de acizi grai liberi;

pentru arome, felii prjite i felii aromatizate se efectueaz analize senzoriale i fizico-chimice.

1.3 Concepte de baz ale controlului calitii produselor alimentareaplicabile la procesarea cartofilor

Conform FAO (Food and Agriculture Organization) securitatea alimentar reprezintgarantarea fiecrui individ, n permanen, n orice loc sau moment al accesului la o alimentaiesuficient i sntoas care s-i permit s aib un regim alimentar satisfctor pentru o viasntoas i activ.

Deoarece calitatea produselor alimentare are urmri directe asupra sntii consumatorilorpe tot parcursul lanului alimentar trebuie respectate buna practic agricol, buna practic deigien i buna practic de producie.

1.7 Acrilamida i formarea acesteia n timpul procesului de prjire alfeliilor de cartofi

Acrilamida sub form chimic pur este cunoscut ca fiind o substan toxic. Aceasta seformeaz natural n timpul procesrii alimentelor bogate n carbohidrai. Conform studiilor, nalimentele care conin fecule substane derivate din amidon - se formeaz, n timpul preparriitermice, acrilamida [104]. Printre cele mai rspndite alimente care conin fecule se numr

pinea, cartofii, fina, porumbul, orezul, pastele finoase i chips-urile. Primele supoziii cuprivire la efectul carcinogen al acrilamidei au aprut n 2002, cnd oamenii de tiin de laSwedish Food Administration, au raportat un nivel neateptat de mare de acrilamid, dovedit caavnd efect carcinogenic la oarecii de laborator, mai ales n alimentele bogate n glucide.Mecanismul formrii acrilamidei, implic produii de degradare Strecker ai aminoacizilorasparagin i metionin i produii dicarbonilici formai n reacia Maillard. Compuiidicarboxilici pot aprea i ca urmare a autooxidrii hidroxi-cetonelor [83, 94, 104].

O serie de studii au artat c acrilamida se formeaz din asparagin i glucoz la temperaturicuprinse ntre 100 i 170 de grade Celsius, printr-un mecanism care implic o serie de N-

glicozide. Studiile efectuate la nivelul produselor alimentare accesibile Europenilor, au artat


12/82



niveluri ale concentraiei acrilamidei foarte diferite, n produse precum: pine, cereale pentru micdejun, cafea, biscuii, produse instant pentru copii, cartofi prjii [79].

Productorii de materii auxiliare pentru morrit i panificaie, au iniiat cercetri pentruidentificarea de enzime capabile s contribuie la reducerea cantitii de acrilamid, care seformeaz n produsele de patiserie i panificaie. DSM i Novozymes chiar au reuit s produc

preparate enzimatice cu astfel de efecte, fr a afecta proprietile senzoriale ale produselor.Acrilamida a fost clasificat potrivit studiilor anterioare ca fiind o substan cancerigen

[111]. Unele studii au indicat faptul cexpunerea la acrilamid poate induce formarea tumorilorn sistemul nervos central, n glandele mamare, n tiroid sau n cavitatea oral.

1.8 Abordri actuale ale legislaiei cu privire la produsele alimentaren luna mai 2007, Comisia Europeana a adoptat Recomandarea privind monitorizarea

nivelurilor de acrilamid n alimente, recomandare care a fost readaptat n iunie 2010(Recomandarea Comisei 2010/307/EU). n conformitate cu prevederile legislaiei europene,fiecare stat membru are responsabilitatea prelevrii, analizrii i raportrii unui anumit numr dedate corespunztoare unui anumit numr de probe de produse alimentare n vederea realizriiacestei monitorizri.

La nceputul anului 2011, ca urmare a evidenelor tiinifice prezentate pn la momentulrespectiv, Comisia Europeana a adoptat o recomandare privind analizele nivelurilor deacrilamid din alimente pentru autoritile competente din statele membre care trebuie srealizeze anchete suplimentare privind metodele de producie i prelucrare utilizate de

productorii de alimente. Datorit faptului c nc se colecteaz i centralizeaz date privindconinutul de acrilamid n alimente i a faptului c deocamdat nc exist discuii legate de

acest subiect n Comisia European, rile din Uniunea European au stabilit n 2007, ca msurde precauie, o valoare a coninutului de Acrilamid n cartofii prjii de 1000 g/kg. n 2011,ri ca Germania, au stabilit c aceast limit maxim admis n produsele de tip snack s fie de790 g/kg, urmndu-se de asemenea principiul ALARA (As Low As Reasonably Achievable).

2. STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIEI I ECHIPAMENTELORUTILIZATE PENTRU OBINEREA CHIPSURILOR

Soiurile de cartofi cele mai utilizate n procesul tehnologic de obinere a chipsurilor sunt:Atlanta, Hermes, Lady Claire, Atlantic, Lady Rosseta, Sinora, Opal, Pirol, Saturna i Courage. nfuncie de perioada de vegetaie cartofii sunt: extra timpurii, timpurii, tardivi i extra tardivi.

Materia prim cartofi are o influen decisiv asupra calitii produsului finit. La cartofiiutilizai pentru chipsurile din cartofi calitatea depinde de o serie de factori, ca de exemplu:sortimentul, cultura, tratarea materiei prime. Pot aprea diferene n ceea ce privete urmtoarele

puncte: greutatea specific (greutatea sub ap = GSA), coninutul de aminoacizi, coninutul dezahr reductor, dimensiunea (prea mare sau prea mic), forma defectuoas, defectele exterioaresau interioare, procentul de coaj.Dimensiunea cartofilor pentru fabricarea chipsurilor de cartofi

poate fi stabilit n funcie de dimensiunea ambalajului (45-90 mm). n acest scop cartofii trebuiecalibrai n mod corespunztor.


13/82



2.3 Tehnologia de procesare a cartofilor de consum

Fluxul tehnologic de procesare a cartofilor n vederea obinerii feliilor de cartofi prjii esteprezentat in figura 2.1 .

Fig. 2.1.Fluxul tehnologic de procesare a cartofilor feliai

CondimenteUlei Cartofi

Stocare temporar

Splare cartofi/curare im uriti

Decojire cartofi

Inspecie/Seleciecartofi deco iti

Calibrare

Dozare / Tierecartofi

Blanare felii

Transport felii

Splare felii

Uscare felii

Prjire felii

Inspecie felii prjite

Stocare temporar feliiprjite i aromatizate

Aromatizare

Ambalare

Depozitare


14/82



Linia de producie a chipsurior este unacontinu, ncepnd de la curirea tuberculilor decartofi i terminndu-se cu aromatizarea feliilor prjite. n figura 2.2 este prezentat o imagine aliniei de chipsuri din cartofi.

Fig. 2.2. Linie de producie felii de cartofi prjii

Datorit temperaturilor nalte atinse n timpul procesului de prjire sunt posibile nu numaiabateri calitative de la valorile specificate n standardele de firm, ci pot fi generate i riscuri nceea ce privete sigurana alimentar.

Fig. 2.16Imaginea de ansamblu a panoului de comand dup efectuarea setrilor

n figura 2.16 se poate observa c temperatura uleiului la intrarea n friteus este de 168 C,iar temperatura uleiului la ieirea din friteus este de 159 C. Uleiul termal utilizat pentrunclzirea uleiului pentru prjit este de 239 C.

Produse cu defecte pot fi: chipsuri de culori neobinuite: maro nchis (cu ct culoarea estemai nchis, cu att coninutul de acrilamid este mai ridicat), margine verde, pete albastre, gri,chipsuri cu un procent mare de coaj respectiv crust, chipsuri cu guri nnegrite la margine,tipice pentru germenii interiori, chipsuri mbibate cu ulei sau chipsuri cu bule.


15/82



2.7 Echipamente utilizate pentru producerea chipsurilor

Procesul tehnologic de obinere a cartofilor feliai prjii este similar indiferent de tipulechipamentului de prjire utilizat.

Pe piaa exist dou tipuri de chipsuri, unul avnd ca materie prim de baz pudra de cartofi,

iar cellalt avnd ca materie prim cartoful. Diferena de proces dintre cele dou tipuri deproduse o reprezint prepararea materiei prime. n cazul utilizrii pudrei de cartofi este necesarprepararea aluatului i matriarea acestuia, iar n cazul utilizrii tuberculilor din cartofi estenevoie de curarea si felierea acestora.

Echipamentul de prjire, respectiv friteusa, funcioneaz pe acelai principiu i anumeimersarea n ulei ncins a feliilor. Prjirea are loc prin imersarea benzii cu chips n baia de ulei.Uleiul se nclzete cu ajutorul schimbtorului de cldur tubular care este introdus n tavafriteusei Kiremko 1380 S. Agentul termic al schimbtorului de cldur este uleiul termic a crui

putere instalat este de 420 KW. Nivelul uleiului n friteus se controleaz automat cu ajutorultraductoarelor de nivel. Echipamentul are n componen un panou de comand i control altemperaturii. n tabelul 2.6 sunt prezentate caracteristicile tehnice ale friteusei Kiremko 1380 S.

Tabelul 2.6Caracteristicile tehnice ale friteusei Kiremko 1380 S

Nr.

crt.

Caracteristici tehnice Parametrii friteusei

Kiremko 1380 S

1. Sursa de nclzire gaz2. Material inox

3. Capacitate 1000kg/h

4. Putere instalat 420 KW

5. Lungimea echipamentului 6,8 m6. Lungimea friteusei 9,58 m

7. Limea friteusei 2,9 m8. nlimea echipamentului 2,6 m9. Lungimea benzii 8 m

10, Limea benzii 1,3 m11. Greutatea friteusei 6000 kg

n figura 2.38 este prezentat o imagine a friteusei Kiremko 1380 S, unde 1 este capaculfriteusei, 2 banda de imersare a chipsurilor n ulei, iar 3 este vana cu trei ci. Reglareatemperaturii se face prin vana cu trei ci situatpe circuitul fluidului termic.

Fig. 2.38 Friteus industrial model Kiremko 1380 S


16/82



3. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII DE DOCTORAT

3.1. Necesitatea lucrrii

Conform studiilor, alimentele bogate n carbohidrai dezvolt n timpul tratamentelor

termice acrilamida. Acrilamida a fost clasificat potrivit studiilor anterioare ca fiind o substancancerigen. Aceasta se formeaz prin reacia asparaginei cuzaharurile reductoare. Ambele segsesc n mod natural n cartofi. Alimentele care afecteaz cel mai mult starea de sntate suntmncrurile de tip fast-food. Principalul mod de preparare al cartofilor nu este coacerea i nicifierberea, ci prjirea.

Cartofii prjii sunt duntori deoarece conin amidon i aa cum este menionat mai sus,alimentele bogate n carbohidrai dezvolt n timpul prjirii acrilamida. Acrilamida se formeazla temperaturi mai mari de 120C, iar cartofii se prjesc la temperaturi de peste 150C. Dozazilnic admis de Acrilamid este de 1 g, iar n urma prjirii se genereaz n jur de 20 g. De

asemenea, dac se folosesc grsimi nerezistente la prjit, precum uleiul de floarea soarelui, segenereaz suplimentar ali compui toxici (acizi grai trans polinesaturai), iar nocivitatea devinei mai mare deoarece acetia se descompun rapid i se oxideaz.

Alimentaia nesntoas afecteaz buna funcionare a organismului uman.

3.2. Obiectivele lucrrii

Obiectivul general al tezei de doctorat const n optimizarea tehnologiei de obinere acartofilor feliai prjii n vederea reducerii coninutului de acrilamid.

Pentru ndeplinirea obiectivului principal este necesar parcurgerea i rezolvareaobiectivelor subsidiare propuse la nivel teoretic i la nivel experimental (figura 3.1).

La nivel teoretic se vor parcurge urmtoarele etape:

Realizarea unui studiu privind tehnologia de obinere a cartofilor feliai, prjii; Analiza comparativ a echipamentelor utilizate n ntreg procesul de producie al feliilor

de cartofi prjii; Studiu privind apariia acrilamidei n timpul procesului de prjire, influena acesteia

privind sntatea consumatorului i legislaia referitoare la coninutul maxim admis n produsulfinit sub forma chipsurilor de cartof; Analiza proceselor de transfer termic i de mas n timpul prjirii cartofilor feliai.

La nivel experimental se vor parcurge urmtoarele etape:

Monitorizarea temperaturilor de intrare i ieire din friteuz n timpul procesului deprjire pe linia de producie; Analiza transferului termic n diverse etape ale prjirii pentru soiuri diferite de cartofi i

pentru felii de grosimi diferite; Analiza coninutului de substan uscat n produsul finit funcie de parametrii procesului

de prjire, att pentru probele de pe linia de producie, ct i pentru cele din laboratorul de

cercetare;


17/82



Determinarea coninutului de acrilamid n produsul finit i analiza variaiei acesteiafuncie de parametrii variabili din procesul de obinere a feliilor de cartofi prjii.

Pentru realizarea obiectivelor propuse s-a conceput un program general prezentat nfigura 3.1.

Fig. 3.1Programul cercetrilor teoretice i experimentale

Scopultezei de doctorat const n evidenierea cazurilor n care se formeaz un coninutmare de acrilamid la prjirea feliilor de cartofi. Se vor trage concluzii cu privire la optimizarea

procesului tehnologic de obinere a chipsurilor, astfel nct n produsul finit s se regseasc unconinut sczut de acrilamid.

OPTIMIZARE

Transferul termicn timpul

procesului deprjire al cartofilor

feliai

Transferul deumiditate n timpul


feliai

Variaiaconinutului deacrilamid n

produsul finit

Cercetarea experimental privindprocesul de obinere achipsurilor din cartofi

Cercetarea teoretic privindprocesul de obinere achipsurilor din cartofi

Stadiul actual altehnologiei deprelucrare acartofilor prin

operaia deprjire

Stadiul actual alechipamentelor

pentru obinereafeliilor de cartofi

Formareaacrilamidei i

influena acesteiaasupra sntii

consumatorilor

Procesele detransfer termic ide masa n timpulprjirii feliilor de

cartofi

Concluzii privind cercetareateoretic n procesul de obinere a

chipsurilor din cartofi

Concluzii privind cercetareaexperimental n procesul deobinere a chipsurilor din cartofi

Transferul termicn timpul


feliai

Transferul deumiditate n timpul


feliai

Variaiaconinutului deacrilamid n

produsul finit

Cercetarea experimental privindprocesul de obinere achipsurilor din cartofi

Cercetarea teoretic privindprocesul de obinere achipsurilor din cartofi

Stadiul actual altehnologiei deprelucrare acartofilor prin

operaia deprjire

Stadiul actual alechipamentelor

pentru obinereafeliilor de cartofi

Formareaacrilamidei i

influena acesteiaasupra sntii

consumatorilor

Modelareamatematic a

procesrii termice afeliilor de cartofi

Concluzii privind cercetareateoretic n procesul de obinere a

chipsurilor din cartofi


18/82



4. CERCETAREA TEORETICA FENOMENELOR DE TRANSFERTERMIC I DE MASA NTIMPUL PROCESULUI DE OBINERE A

FELIILOR DE CARTOFI PRJII

4.1. Programul cercetrilor teoretice

Chipsurile din cartofi se obin prin prjirea n ulei a feliilor de cartofi, procesul tehnologicfiind detaliat prezentat n capitolul 2 al lucrrii. n figura 4.1 este prezentat schema programuluicercetrilor teoretice care cuprinde dou pri i anume: studiul transferului termic n timpul

procesului de prjire i studiul transferului de umiditate n timpul procesului de prjire.

Fig. 4.1Programul cercetrilor teoretice privind transferul termic i de masn timpul prjirii feliilor de chips

Scopul cercetrii teoretice este de a evidenia variaia temperaturii n timpul prjirii i aconinutului de umiditate din feliile de cartofi, precum i variaia coninutului de umiditatefuncie de timpul de prjire i de dimensiunea feliilor de cartofi.

Procesul de prjire alfeliilor de cartofi

Diametrul mediual feliilor de cartofi

Coninutul deumiditate

Conductivitatea termic

Transfer de umiditate n timpulprocesului de prjire

Transfer termic n timpulprocesului de prjire

Difuzivitatea termic Coninutul de umiditate

Durata deprjire

Mrimi variabile

Grosimea feliilorde cartofi

Temperaturauleiului

Concluzii


19/82



4.6. Modelarea matematic a procesrii termice a chipsurilor

4.6.1. Importana simulrii procesului termic de obinere a chipsurilor

Cercetarea sistematizat a proceselor termice din instalaile de producere a chipsurilor prinmetode experimentale n condiii industriale sau de laborator este dificil de realizat n specialdatorit complexitii instalaiilor ct i datorit dificultii de msurare a unor parametrii ninteriorul feliilor de cartofi n timpul procesrii (temperatur, umiditate, etc.). Din aceast cauzo metod care permite o cercetare sistematizat i detaliat a acestui proces o constituiesimularea pe calculator.

Modelarea matematic a prjirii feliilor de cartof const n transpunerea n ecuaiimatematice a proceselor termice i de transformare de faz (evaporare) din interiorul feliilor decartof i din incinta instalaiei de prjire.

n prezent nu este cunoscut un soft specializat care sa realizeze simularea procesului de

prjire a chipsurilor. Realizarea unui astfel de soft necesit n primul rnd elaborarea unui modelmatematic a acestui proces. Realizarea unui prim program de acest fel, chiar cu un grad deaproximare mai mare, va prmite perfectionri ulterioare, care n final s redea ct mai fidel toateaspectele si particularitile procesului.

Obiectivul final al realizrii unui astfel de soft const n optimizarea avansat a procesuluitenhologic. De asemenea un astfel de program poate constitui un punct de pornire pentrurealizarea unor softuri destinate unor procese similare din industria alimentar, dar i din alteramuri industriale.

In funie de geometria si de dimensiunile produselor i a instalaiilor, modelele matematice

i softurile pentru simularea proceselor termice se pot realiza n sisteme de coordonate 2D sau3D, respectiv n coordonate carteziene sau n coordonate cilindrice sau sferice.

Modelele i softurile pentru simulare 2D a proceselor termice sunt aplicabile cazurilor incare transferul de cldur se desfoar predominant n dou direcii. Aceasta corespundesistemelor care prezint simetrie de translaie. Simularea 2D prezint urmtoarele avantaje :

- structur mai simpl aprogramelor;- utilizare mai facil a acestora;- timp mult mai redus de efectuare a simulrilor.Modelele matematice i simularea 3D a proceselor termice este aplicabil pentru toate

sistemele, indiferent de geometria acestora [31, 32]. Spre deosebire de simularea 2D, asigurobtinerea de rezultate exacte in cazul cu geometrie complex, cnd schimbul de cldur seproduce asimetric pe cele trei direcii. Simularea 3D prezint totui unele dezavantaje :

- structura softurilor este mai complex;- utilizarea softurilor este mai anevoioas, dificultile fiind legate de reprezentarea grafic

3D a geometriei sistemelor;- necesit calculatoare cu vitez mare de lucru i capacitate mare de memorare a datelor;- durata de efectuare a simulrilor este mult mai mare.Durata de simulare 3D a unui proces termic poate fi de sute de ori mai mare dect simularea

2D, n funcie de dimensiunile sistemului pe a treia direcie din spaiu i de pasul reelei de

divizare a sistemului Astfel, dac o simulare 2 D a unui proces termic la prjirea cartofilor este


20/82



de ordinul 1 10 ore, simularea 3D poate s dureze 10 500 ore, fapt care conduce la mrireatimpului de ncrcare a calculatoarelor i la prelungirea timpului de luare a unor decizii.

Simularea procesrii termice a proceselor alimentare prezint importan deosebit pentruoptimizarea calitii acestor produse. n cazul chipsurilor simularea procesului de prjire permites se pun n eviden aspecte care nu pot fi determinate pe cale experimental n tipul

procesului tehnologic, cum ar fi evoluia temperaturii n puncte din interiorul feliilor de cartofi,distribuia temperaturii n interiorul feliilor de cartofi, influena dimensiunilor i a parametrilortehnologici asupra acestor factori, etc. [25, 26, 27, 28]

Avnd n vedere aceste aspecte legate de stadiul modelrii i simulrii proceselor termice nindustria alimentar, n cadrul tezei s-a urmrit sa se realizeze un prim soft pentru simularea

proceselor termice la prjirea chipsurilor.

4.6.2. Principiul modelrii matematice 2D a prjirii chipsurilor

Deoarece pan n prezent nu s-a elaborat un soft (program de calculator) care s simulezeprocesele termice la prjirea chipsurilor, s-a considerat c pentru nceput este necesar sa secreeze un model matematic i un soft pentru simularea 2D a acestui proces. Acest lucru este

posibil si avnd in vedere geometria cu simetrie de translaie a instalaiilor de procesare acipsurilor. Ulterior, pe baza experienei acumulate se va putea trece la etapa de realizare a unuisoft mai complex, pentru simulare 3D. Aa cum s-a precizat anterior, simularea 2D a procesuluide prjire este aplicabil pentru studiul proceselor termice care se desfoar n sisteme cusimetrie de translaie. Se poate considera c friteusele cu funcionare continu de tip tunel, ncare se proceseaz chipsurile, ndeplinec aceasta condiie. Modelele 2D pentru simularea prjirii

chipsurilor iau n considerare transmisia cldurii numai pe dou direcii (ntr-un sistem decartezian de axe xOy) prin seciunea ansamblului friteus (cuv) cartofiulei. Acest mod detransmitere a cldurii este apropiat de realitate pentru seciunea transversal i n cazul sistemelorcare au lungime mare, n raport cu celelalte dou dimensiuni. Modelul matematic 2D, elaborat ncadrul tezei de doctorat i prezentat n continuare are la baz experiena acumulat ladepartamentul tiina Materialelor de la Universitatea Transilvania din Braov, cu ocaziarealizrii unor modele matematice i softuri 2D i 3D destinate simulrii solidificrii pieselorturnate din aliaje metalice. Acestea sunt utilizate pentru simularea proceselor termice i aletransformrilor de faz lichid solid, care au loc la solidificarea pieselor turnate din aliaje

lichide [31,32].Modelul matematic realizat utilizeaz metoda diferenelor finite. Seciunea transversal prinansamblul friteuse tip tunel cu funcionare continu (seciunea orientat perpendicular pe direciadeplasrii chipsurilor) este divizat n elemente ptrate, avnd latura . Laturile elementelorsunt paralele cu axele unui sistem cartezian xOy, aa cum este artat n figura 4.23. Modelulmatematic are la baz ecuaia diferenial a transferului termic ntre elemente. Ecuaia esteexplicitat prin metoda diferenelor finite. Se recomand ca latura elementelor discretizate () sse aleag astfel nct elementele rezultate n urma divizrii s fie omogene din punct de vedereal materialului (adic s fie constituite dintr-un singur material, ulei, metal, cartof).

Timpul de desfurare a procesului de prjire este de asemenea divizat n intervale finite

foarte mici . Precizia calculului este cu att mai mare cu ct discretizarea spaiului i a timpului


21/82



este mai fin. ns cu ct discretizarea este mai fin crete durata de realizare a simulrilor. La unmoment dat, fiecare element rezultat din divizarea seciunii sistemului este caracterizat prinvalorile mrimilor termofizice ale materialului din care este constituit.

4.6.3. Ipotezele modelului matematic

La elaborarea modelului matematic 2D, pentru prjirea cipsurilor s-au luat n considerareurmtoarele ipoteze [77,78]:

- iniial la temperatura ambiant feliile de cartof sunt de consisten solid, fiind constituitedintr-un material celularfibros, cu o compoziie chimic complex , care conine ap, amidon,

proteine, sruri minerale i vitamine;- la nclzire feliile de cartof solide se descompun chimic elibernd apa legat chimic;- la temperatura de 100 C apa se evapor la temperatur constant absorbind cldura latent

de vaporizare;- dup eliminarea apei din feliile de cartof locul acesteia este luat de uleiul alimentar;

- procesele de transfer termic n elementele din interiorul sistemului se desfoar numaiprin conductibilitate termic;

- transferul termic prin convecie forat, care are loc n interiorul agentului de nclzire (uleiul alimentar), proces determinat de agitarea uleiului cauzat de elementele n micare aleinstalaiei (palete, banda transportatoare), se ia n considerare printr-un coeficient echivalent detransmitere a cldurii prin conductibilitate termic;

- transmisia de cldur n interiorul sistemului se realizeaz pe direciile Ox, Oyperpendiculare pe suprafaa seciunii transversale prin sistem;

- contactul ntre elementele discretizate este perfect pe toat durata procesului;

- schimbul de cldur ntre cuptor i mediul ambiant se ia n considerare printr-un coeficientde transfer termic, echivalent;

Fig 4.23 Schema divizrii ansamblului cuvuleifelie de cartof nelemente finite n coordonate carteziene n cazul modelrii 2D


22/82



- se iau n considerare valori medii ale cldurii specifice i ale conductibilitii termiceechivalente;

- coninutul relativ, iniial de ap legat chimic din feliile de cartof este u0 = 0,9(90% = u0 = umiditate iniial);

- fracia solid de cartof rmas la un la moment dat (la temperatura de vaporizare) dupvaporizarea apei este constituit din umiditatea neevaporat (u) i din rezidul solid (rS) careeste considerat constant;

- rezidul solid neevaporabil din structura cartofului este rS=0,1 (10%);- n timpul prjirii, fracia de solid se modific ca urmare a evaporrii apei ntre 1 i 0,1

(adic ntre 100% si 10%);- acrilamida ncepe s se formeze la temperatura T = 120C;- tendina de formare a acrilamidei este proporional cu volumul celulelor (elementelor de

volum) n care temperatura devine mai mare dect 120C;- ansamblul sistemului de prjire poate cuprinde patru elemente (cartof, ulei alimentar, ulei

termic - element de nclzire);- ansamblul formei este fi constituit din patru tipuri de materiale, forma propriu - zis, aliaj

lichid, rcitori, materiale termoizolante.- se neglijeaz variaia volumului i deci a densitii cu temperatura, materialelor cu

temperatura;Modelarea cu diferene finite impune meninerea constant a pasului reelei n care este

divizat forma. n aceast situaie nu poate fi luat n considerare variaia densitii cutemperatura, deoarece aceasta ar conduce la modificarea masei elementelor i deci la o abaterede la principiul conservrii masei.

4.6.4. Notaiile utilizate n modelul matematic

Pentru scrierea explicit a ecuaiilor modelului matematic, mrimile fizice utilizate n cadrulacestuia au fost notate cu simboluri similare cu cele utilizate uzual n fizic i matematic. S-aavut n vedere i experiena acumulat n cadrul unor lucrri privind modelarea matematic a

proceselor termice din metalurgie care se ntlnete la modelarea solidificrii pieselor turnate[29, 31, 77,78, 89, 90, 96]. Fiecare mrime care caracterizeaz starea i proprietile fizice ale

elementelor n care este divizat forma, este notat prin tri indici numerici, i,j pentrucoordonatele numerice de poziie ale elementelor i k pentru coordonata numeric a timpului.Simbolurile mrimilor fizice utilizate n cadrul modelului matematic sunt urmtoarele:

- latura elementelor (celulelor) de suprafa n care este divizat seciunea prin sistemulcuv uleicartof, pe direcia axelor Ox, Oy (figura 4.23);

- intervalul de timp elementar, n care este divizat durata pe care este studiat procesul detransfer termic,

i, j coordonatele numerice de poziie ale elementelor de suprafa pe axele Ox, Oy (i -numrul liniei, j numrul coloanei);

k coordonata numeric de timp);

n, m numrul total de linii, respectiv de coloane n care este divizat ansamblul (figura 1);


23/82



kmax - valoarea maxim a parametrului k (numrul maxim al intervalelor de timp pentrucare este simulat procesul);

maxdurata total pentru care este simulat procesul de transfer termic;

k

ijT - temperatura momentan a elementului cu coordonate numerice i,j la momentul k ;

kij - fracia de solid a elementului cu coordonate numerice i,j la momentul k; uijk umiditatea (coninutul de ap relativ) din celula i,j a unui cartof la un moment dat

k;

Umedt umiditatea medie a feliei de cartof la momentul t =k

SijT

- temperatura de vaporizare a apei (temperatura de schimbare a strii de agregare aapei) a elementului cu coordonate numericei,j;

k

ij - densitatea elementului cu coordonate numerice i,j la momentul q; Lij cldura latent specific de evaporare a apei pentru elementul i,j;

kSijc - cldura specific n stare solid a elementului i,j la momentul k;

k

Lijc - cldura specific a fraciei evaporate (a apei) din elementul i,j la momentul q;

k

Sij - coeficientul de conductibilitate termic n stare solid a elementului i,j, la

momentul k;

k

Lij - coeficientul de conductibilitate termic la temperatura superioar transformrii de

faz (vapori sau lichid pentru elementul i,j, la momentul qk

q

ijk - coeficientul de conductibilitate termic echivalent a elementului i,j, la momentul

qk

k

ijs - coeficientul de transfer termic la momentul k, n direcia axei 0x, ntre elementuli,j i elementul situat la stnga lui, (elementul cu coordonate i,j -1);

k

ijd coeficientul de transfer termic la momentul q, n direcia axei 0x, ntre elementuli,j i elementul situat la dreapta lui (cu coordonate i, j +1);

k

ijh - coeficientul de transfer termic la momentul q, n direcia axei 0y, ntre elementuli,j i elementul situat deasupra lui (cu coordonate i -1,j);

k

ijj - coeficientul de transfer termic la momentul q, n direcia axei 0y, ntre elementuli,j i elementul situat la partea de jos a lui (cu coordonate i +1,j);

tr

k

ijQ - cldura schimbat de elementul i,j cu cele patru elemente vecine, n intervalul

de timp elementar , la momentul k;

m

k

ijQ - variaia cldurii masice a elementului i,j, la momentul k,, ca urmare a variaiei

temperaturii sau a fraciei de solid, n intervalul de timp elementar .


24/82



4.6.5. Ecuaiiile modelului matematic

Dup un interval de timp oarecare de la nceputul procesului, la moment oarecare k =k(dup k intervale de timp ) starea unui element oarecare cu coordonate i,j rezultat prindivizarea seciunii sistemului cuv (friteus) ulei felie de cartof, este caracterizat printemperatura Tijk i prin fracia netransformat (care nu a suferit lichefiere sau vaporizare) notat

prin simbolul ijk. n cazul procesrii feliilor de cartof n chipsuri, singurele elemente care sufertransformri de faz prin absorbie de cldur latent (evaporare a apei) sunt elementele care

provin din divizarea feliilor de cartof. De aceea, fracia netransformat la un moment dat, dinaceste elemente o vom numi fracie de solid. Celelalte elemente (rezultate din divizarea carcaseicuptorului sau a mediului de nclzire) nu sufer transformare de faz. La momentul iniial (cucoordonata numeric de timp k=0) aceste mrimi sunt notate cu Tij0 i respectiv ij0. Pentruelementele care corespund uleiului i carcasei cuvei (friteusei), fracia netransformat (solid saulichid) iniial este ij0=1. Pentru elementele care corespund feliilor de cartof i care sunt la

temperatura iniial (Tij0=20C) sau sub temperatura de vaporizare a apei (Tijk


25/82



Pentru scrierea ecuaiilor modelului matematic se consider un element oarecare dinansamblul formei de coordonate i,j, care este nconjurat de alte patru elemente, conformschemei din figura 4.24. Starea elementelor respective la momentul k(respectiv la coordonatade timp k) este caracterizat prin temperaturile i fraciile de solid precizate pe desen. Lamomentul iniial al simulrii (k=0) aceste mrimi sunt cunoscute. Datorit diferenei detemperatur ntre elementul central i,j i elementele vecine, ntr-un interval de timp se

produce un schimb de cldur

tr

k

ijQ . Ca urmare elementul central sufer o variaie a cldurii

interne

m

k

ijQ .

Fig 4.24 Schema transferului de cldur si notaia temperaturilor i afraciei de solid reziduale aelementelor implicate n ecuaia de bilan termic [29, 30]

Modelul matematic are la baz ecuaia bilanului termic pentru un element oarecare i,jdin ansamblul formei, corespunztor unui interval de timp elementar . Aceast ecuaie esteexprimat de egalitatea [29, 30]:

mkijQ = cedkijQ (4.47)Cldura transmis de elementul i,j elementelor nvecinate prin suprafeele n contact(dimensiunea n direcia celei de a treia direcii Oz, perpendicular pe planul seciunii seconsider egal cu unitatea) se exprim prin relaia:

)]()(

)()([)(

,1,,,1,,

1,,,1,,

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ji

k

ij

k

jiced

k

ij

TTjTTh

TTdTTsQ

(4.48)


26/82



La calculul acestei clduri s-a adoptat urmtoarea convenie de semne: cldura schimbat deun element i,j cu elementele vecine se consider pozitiv atunci cnd elementul central estemai cald i cedeaz cldur spre elementele vecine. n cazul elementelor situate n felia de cartof,cldura preluat de elementele vecine poate s aib trei consecine asupra temperaturiielementului:- sub temperatura de transformare de faz (sub TS=100C) conduce la creterea temperaturii;- la temperatura de transformare de faz (la TS=100C; are loc evaporarea apei legate chimic

prin absorbia cldurii latente de vaporizare (deci are loc o variaie a umiditii i respectiv afraciei de solid reziduale) la temperatur constant;-peste temperatura TS=100C, are loc de asemenea creterea temperaturii, cu consecina cpeste140C, pulpa rezidual a cartofului conine acrilamid. n cazul elementelor (respectiv amaterialelor) care sufer transformri de faz la temperatur constant, la calculul variaiei

cldurii masice a elementelor

m

k

ijQ se ntlnesc nou situaii [29, 30, 31]. Acestea sunt

determinate de starea iniial a elementelor la momentul k (dat de Tijk si ijk) i de stareafinal a acestora la momentul k+1 (dat de Tijk+1 si ijk+1). Sunt trei cazuri determinate depoziia temperaturii iniiale Tijk n raport cu temperatura transformrii de faz (TSij), iar pentrufiecare din aceste cazuri se ntlnesc trei situaii, determinate de poziia temperaturii finaleTijk+1, n raport cu temperatura de transformare (TSij).

Cele noucazuri sunt prezentate n tabelul 4.1. Relaiile pentru calculul cldurii

m

k

ijQ

sunt scrise pentru cazul cnd a treia dimensiune a elementelor formei (dup axa Oz,perpendicular pe planul xOy) este egal cu unitatea. Aceste relaii sunt prezentate n continuare.

Tabelul 4.1

Cazuri posibile la exprimarea variaiei cldurii interne a elementelor (Qkij )m n funcie de

poziionarea temperaturilor Tijk i Tijk+1 n raport cu temperatura TSij (temperatura

schimbrii de faz).

Nr.crt.

Poziionareatemperaturilor

momentane

Tipulprocesului

Graficul variaiei de temperatur n intervalul detimp

1a

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Rcire sub TS


27/82



1b

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

nclzire sub

TS

2

1 k

ijSij

k

ij TTT

nclzire subTSi

transformareparial la Ts

3

1 k

ijSij

k

ij TTT

nclzire subTs,

transformaretotal la Tsi

nclzire pesteTs

4a

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformarepartiala la

temperatura Ts


28/82



4b

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformare

parial latemperaturaTs

5

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformarela Ts i rcire

sub Ts

6

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformaretotal la Tsi

nclzire pesteTs

7a

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Rciredeasupra

temperaturii Ts


29/82



7b

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

nclzire

deasupratemperaturii Ts

8

1 k

ijSij

k

ij TTT

Rcire pn latemperatura Tsi transformare

parial

9

1 k

ijSij

k

ij TTT

Rcire

deasupratemperaturii

Ts,transformaretotal la Tsircire sub Ts

- Cazul 1:Dac Tijk< TSiji Tijk+1= TSij(poziia 2 din tabelul 4.1) atunci:

21 ])1()([)( ijk

ijijSij

k

ij

k

ijijm

k

ij LTTcQ

(4.49)

- Cazul 2:DacTijk< TSiji Tij

k+1< TSij(poziia 1a i 1b din tabelul 4.1) atunci:

21)()( kijk

ij

k

sijsjm

k

ij TTcQ

(4.50)


30/82



- Cazul 3:DacTijk< TSiji Tij

k+1> TSij(poziia 3 din tabelul 4.1) atunci:

21)](9.0)([)( kijSijk

LijijijijSij

k

ij

k

Sijijm

k

ij TTcLTTcQ (4.51)

- Cazul 4:Dac Tijk= TSiji Tij

k+1= TSij (poziia 4a i 4bdin tabelul 4.1) atunci:

21 )()( ijk

ij

k

ijijm

k

ij LQ

(4.52)


k+1> TSij(poziia 6 din tabelul 4.1) atunci:

21

)]1.0()([)(

k

ijijij

k

Lij

k

ij

k

ijijm

k

ij LcTTQ (4.53)


k+1< TSij(poziia 5 din tabelul 4.1) atunci:

21)]()1([)( k

ij

k

ijij

k

Sij

k

ijijijm

k

ij TTcLQ

(4.54)

- Cazul 7:Dac Tijk> TSiji Tij

k+1= TSij(poziia 8 din tabelul 4.1) atunci :

21 ])1.0()[()( ijk

ij

k

Lijsij

k

ijijm

k

ij LcTTQ

(4.55)

- Cazul 8:Dac Tijk> TSiji Tij

k+1> TSij(poziia 7a i 7b din tabelul 4.1) atunci:

21)()( kLijk

ij

k

ijijm

k

ij cTTQ

(4.56)

- Cazul 9:DacTijk> TSiji Tij

k+1< TSij(poziia 9 din tabelul 4.1) atunci:

21 ])(9.0)([)( kSijk

ijSijijijij

k

LijSij

k

ijijm

k

ij cTTLcTTQ

(4.57)

Deoarece s-a neglijat variaia volumului cu temperatura, densitatea elementelor se consideraceeai n stare lichid i n stare solid. Pentru exprimarea variaiei cldurii interne (Qijk) s -a

adoptat urmtoarea convenie de semne: se consider c aceast cldur este pozitiv atunci cnd


31/82



temperatura elementului i,j scade i respectiv cnd fracia de solid (respectiv umiditatea legatchimic = umiditatea neevaporat din cartof, crete).

Modelul matematic al prjirii chipsurilor cuprinde aa cum s-a artat mai sus explicitareaecuaiei de bilan termic a elementelor pentru nou cazuri, n funcie de temperatura iniial ifinal a elementelor. n practica procesrii termice a chipsurilor nu se ntlnesc toate acestecazuri. Aceasta deoarece practic la prjirea chipsurilor nu poate avea loc recondensareaumiditii i refacerea legturilor chimice i a structurii celulare iniiale. Totui aceste cazuri aufost incluse n modelul matematic din dorina ca acesta s fie complet i s cuprind toatecazurile posibile. Aceasta pentru a permite ca modelul matematic s poate fi folosit i pentrumodelarea procesrii termice a altor produse alimentare, care eventual ar implica astfel de cazuri.

4.6.6.Schema logic de rezolvare a modelului matematic 2 D

Rezolvarea modelului matematic urmrete s se determine evoluia temperaturii i a

fraciei de solid (respectiv a umiditii legat chimic) pentru fiecare element n care este divizatsistemul cuv (friteus) cipsuri. Acestea se determin prin rezolvarea ecuaiei de bilan termic(4.47) pentru fiecare element, n succesiunea intervalelor de timp. Schema logic de rezolvare se

bazeaz pe faptul c la un moment k (care corespunde coordonatei numerice de timp k)temperatura Tijk i fracia de solid ijk sunt cunoscute, pentru toate elementele. Rezolvareaecuaiei de bilan termic (4.47) pentru fiecare element permite s se determine temperaturile ifracia de solid (respectiv umiditatea) (Tijk+1 i ijk+1 ) la momentul urmtor, adic lamomentul k+1 (respectiv k+1) Modelul matematic 2D, prezentat mai sus urmrete o schemde rezolvare bazat pe relaii condiionale, care au n vedere temperaturile i fraciile de solid

iniiale i finale (la momentele k i k+1, ale elementelor discretizate (respectiv valorile Tijk,ijk i respectiv Tijk+1, ijk+1).Schema de rezolvare pentru determinarea strii finale a elementelor, presupune ntr-o

prim faz c dup intervalul de timp , temperatura elementului respectiv devine egal cutemperatura critica, respectiv temperatura de vaporizare a apei (deci Tijk+1 = TSi). n aceastcondiie se calculeaz fracia de solid rezidual (corelat cu umiditatea legat chimic) ijk+1(respectiv uijk) la momentul k+1. n cazul c fracia solid calculat este cuprins n intervalul[0;1] (respectiv umiditatea legat este ntre 0 i 0,9) rezult c presupunerea este corect, iarrezultatul (valorile ijk+1 i Tijk+1) calculului este compatibil cu presupunerea (cu ipoteza decalcul). n cazul c fracia solid calculat nu are convergen n intervalul [0;1] (deci dacumiditatea legat nu este ntre 0 i 0,9) se revine la ecuaia de bilan termic i se calculeazulterior temperatura final corect Tijk+1. Principiul schemei logice este prezentat n continuare.Schema logic de rezolvare a ecuaiei de bilan termic (4.47) este sistematizat n trei cazuri nfuncie de poziia temperaturii iniiale a elementelor Tijk , fa de temperatura de vaporiza re aapei (TS):

- (cazul I: Tijk > TSij ;- cazul II: Tijk = TSij ;- cazul III: Tijk < TSij).


32/82



Fiecare din aceste cazuri se mparte la rndul su n cte trei subcazuri dup poziiatemperaturii finale Tijk+1, fa de temperatura de vaporizare a apei. n total la rezolvare se potntlni nou cazuri care corespund cu situaiile din tabelul 1.

nlocuind relaiile (4.48, 4.49, 4.52, 4.55) n ecuaia de bilan termic (4.47) se calculeazmai nti fracia de solid (i respectiv umiditatea legat) ijk+1.(respectiv uijk+1). Dac fraciade solid calculat are convergen n intervalul [0;1] temperatura final a elementului esteTijk+1= TSij, iar fracia de solid are valoarea calculat. n caz contrar se recalculeaztemperatura Tijk+1 a elementului i,j la momentul k+1 nlocuind n ecuaia de bilan termicuna din relaiile (4.50, 4.51, 4.53, 4.54, 4.56, 4.57). Schema logic de rezolvare este prezentat ndetaliu n continuare.

Cazul I:Dac Tijk < TSij , ijk = 1, iar Tijk+1 = TSij , 0 ijk+1 1, atunci n ecuaiabilanului termic (4.47) se nlocuiesc relaiile (4.48) i (4.49). Explicitnd fracia de solid ijk+1se obine relaia:

ijij

ced

k

ijSij

k

ij

k

Sijijk

ijL

QTTc

2

2

1 )()(

1

(4.58)

Dac fracia solid ijk+1 astfel calculat are convergen n intervalul [0;1] temperaturaTijk+1=TSij , iar fracia solid la momentul k+1 are valoarea dat de relaia (15).

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (4.58) este negativ (ik+1 < 0), nseamnc n intervalul de timp , apa din elementul respectiv se evapor complet. Temperatura la

sfritul intervalului de timp va fi Tijk+1>TSij , iar fracia de solid ijk+1 = 0. n acest caz necuaia de bilan termic (4.47) se nlocuiesc relaiile (4.48) i (4.51), iar temperatura elementuluii,j la momentul k+1 este dat de relaia:

k

Lijij

ijijSij

k

ij

k

Siijced

k

ij

Sij

k

ijc

LTTcQTT

2

22

1 9.0)(

(4.59)

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (4.58) este supraunitar (ijk+1 > 1) atuncinseamn c n intervalul de timp elementul respectiv rmne n stare solid (apa rmne n

totalitate legat chimic), temperatura la sfritul intervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iarfracia de solid este ijk+1 = 1. n acest caz n ecuaia de bilan termic (4.47) se nlocuiescrelaiile (4.48) i (4.50), iar temperatura elementului i,j la momentul k+1 este dat de relaia:

k

Sijij

ced

k

ijk

ij

k

ijc

QTT

.21

(4.60)


33/82



Cazul II:Dac Tijk = TSij , 0 ijk 1, iar Tijk+1 = TSij , 0 ijk+1 1, atunci necuaia bilanului termic (4.47) se nlocuiesc relaiile (4.58) i (4.52). Explicitnd fraciasolidificat ijk+1 se obine relaia:

ijij

ced

k

ijkij

kij

LQ

2

1

(4.61)

Dac fracia solid ijk+1 astfel calculat are convergen n intervalul [0;1] temperaturaTijk+1=TSij , iar fracia solid la momentul k+1 are valoarea dat de relaia (18).

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (18) este negativ (ijk+1 < 0) atuncinseamn c n intervalul de timp elementul respectiv pierde toat umiditatea legat (apa seevapor complet), Temperatura la sfritul intervalului de timp devine Tijk+1>TSij , iar fracia

de solid ijk+1 = 0. n acest caz n ecuaia de bilan termic (4) se nlocuiesc relaiile (5) i (10),iar temperatura stratului i,j la momentul k+1 este dat de relaia:

k

Lijij

ij

k

ijijced

k

ij

Sij

k

ijc

LQTT

2

2

1 )1.0(

(4.62)

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (4.61) este supraunitar (ik+1 > 1) atuncinseamn c n intervalul de timp , elementul respectiv devine solid complet (apa serecondenseaz n cartof). Precizm c un astefel de caz nu este posibil n realitate, dar ele trebuies fie cuprins n schema de rezolvare, pentru ca aceasta s fie complet. Temperatura la sfritulintervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iar fracia de solid ijk+1 = 1. n acestcaz n ecuaia de

bilan termic se nlocuiesc relaiile (4.47) i (4.54), iar temperatura elementului i,j la momentulk+1 este dat de relaia:

k

Sijij

k

ijLijijced

k

ij

Sij

k

ijc

LQTT

2

2

1 )1(

(4.63)

Cazul III: Dac Tijk > TSij , ijk =0 , iar Tijk+1 = TSij , 0 ijk+1 1, atunci nlocuindrelaiile (4.48) i (4.55) n relaia (4.47) se expliciteaz fracia de solid ijk+1. Se obine relaia:

1.01

)()(

2

1

ij

kLijSij

kij

ij

cedkijk

ijL

cTTQ

(4.64)


34/82



Dac fracia solid astfel calculat are convergen n intervalul [0,1;1] temperaturaTijk+1=TSij , iar fracia solid la momentul k+1 are valoarea dat de relaia (4.64).

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (4.64) este negativ (ijk+1 < 0,1) atuncirezult c n intervalul de timp , elementul respectiv rmne la temperatur deasupratemperaturii TS. Temperatura elementului la sfritul intervalului de timp , va fi Tijk+1>TSij ,iar umiditatea legat n element este uijk+1=0, iar fracia de solid rezidual solid este ijk+1 =0,1. n acest caz n ecuaia de bilan termic (4.47) se nlocuiesc relaiile (4.48) i (4.56), iartemperatura elementului i,j la momentul k+1 este dat de relaia:

k

Lijij

ced

k

ijk

ij

k

ijc

QTT

2

1 )(

(4.65)

Dac valoarea fraciei solide calculat cu relaia (4.64) este supraunitar ( ijk+1 > 1)

atunci nseamn c n intervalul de timp , elementul respectiv devine din nou solid, complet(apa se recondenseaz i devine din nou legat chimic). n realitate (n cazul prjirii chipsurilor)acest caz nu este posibil, ns cazul trebuie inclus n schema de rezolvare a modelului pentru caaceasta s fie complet. Temperatura la sfritul intervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iarfracia de solid ijk+1 = 1. n acest caz n ecuaia de bilan termic se nlocuiesc relaiile (4.48) i(4.57), iar temperatura elementului i,j la momentul k+1 este dat de relaia:

s

Sijij

ijSij

k

ij

k

Lijijced

k

ij

Sij

k

ijc

LTTcQTT

2

2

1 ]9,0)([

(4.66)

4.6.8. Structura softului

Pe baza modelului matematic i a schemei de rezolvare aacestuia, a fost realizat un programde calculator (un soft) pentru simularea 2D a procesrii termice a chipsurilor. Structura softuluiare n vedere schema de rezolvare a modelului matematic. Softul a fost realizat n ipoteza csistemul de procesare (friteus chipsuri) este constituit din trei tipuri de materiale: carcas, ulei

alimentar, felii de cartofi (materialul procesat).

4.6.9. Rezultate privind procesarea termic a chipsurilor furnizate de soft

Softul realizeaz simulare 2D. Simularea 2D furnizeaz rezultate veridice n cazulinstalaiilor care prezint simetrie de translaie. Se poate considera c instalaiile de procesare achipsurilor ndeplinesc aceast condiie.

Utilizarea softului destinat simularii procesarii termice a chipsurilor care a fost realizat ncadrul tezei furnizeaz urmatoarele rezultate legate de acest proces:

- evoluia temperaturii n orice punct al sistemului;


35/82



- evoluia umiditii n orice punct al feliei de cartof;- determinarea umiditii medii n felia de cartof i a evoluiei acesteia n funcie de timp;- repartizarea temperaturilor n seciunea sistemului la orice moment;- repartizarea umiditii n seciunea feliilor de cartof la orice moment,- repartizarea acrilamidei n seciunea feliilor de cartof la orice moment pe seciunea feliilor

de cartof;- repartizarea temperaturilor pe orice linie a seciunii prin sistem la orice moment;- repartizarea temperaturilor pe orice coloan a seciunii prin sistem la orice moment;- repartizarea umiditii pe orice linie a seciunii prin sistem la orice moment;- repartizarea umiditii pe orice colan a seciunii prin sistem la orice moment;- repartizarea tendinei de formare a acrilamidei pe orice linie a seciunii prin felia de cartof,

la orice moment;- repartizarea tendinei de formare a acrilamidei pe orice coloana a seciunii prin felia de

cartof;

- repartizarea tendinei de formare a acrilamidei n seciunea feliei de cartof;- timpul de ncalzire pn la o temperatur dat n orice punct al sistemului;Utilizarea softului permite sa se efectueze urmtoarele studii:- influena geometriei i adimensiunilor feliilor de cartof (grosime, lime, etc) utilizate la

producerea chipsurilor asupra parametrilor menionai (temperatura de nclzire, umiditate,acrilamida, etc);

- influena umiditii iniiale a feliilor de cartof asupra parametrilor menionai (temperaturade nclzire, umiditate, acrilamida, etc);

- influena timpului de meninere n instalaie asupra parametrilor menionai (temperatura

de nclzire, umiditate, acrilamid, etc);- influena temperaturii mediului de prjire (ulei alimentar) asupra parametrilor menionai(temperatura de nclzire, umiditate, acrilamid, etc);

-influena caracteristicilor mediului de prjire (ulei alimentar) asupra parametrilormenionati (temperatura de nclzire, umiditate, acrilamid, etc);

-influena geometriei i dimensiunilor instalaiei de procesare asupra parametrilormenionati (temperatura de nclzire, umiditate, acrilamid, etc).

4.6.10. Metodica de cercetare prin simulare

Avnd n vedere posibilitile de cercetare oferite de modelarea matematic i de softulpentru simularea procesrii prjirii chipsurile, n etapa final a cercetrilor ntreprinse n cadrultezei de doctorat s-au efectuat dou studii concrete privind influena unor parametrii tehnologiciasupra procesului de prjire.

Un prim studiu a urmrit s analizeze influena timpului de prjire i a grosimii feliilor decartof asupra parametrilor prjirii chipsurilor, iar al doilea s analizeze influena timpului de

prjire i a temperaturii uleiului alimentar asupra prjirii. S-a incercat s se pun n evideninfluena acestor parametrii asupra urmtoarelor efecte:

- evoluia temperaturii n diverse puncte ale feliei de cartof;

- evoluia umiditii n diverse puncte ale feliei de cartof;


36/82



- repartizarea temperaturii la diverse momente pe seciunea feliei de cartof;- evolutia umiditii medii (Umed) remanente n seciunea feliilor de chips;- tendina de formare a acrilamidei n sectiunea chipsurilor.

Umiditatea medie n seciunea feliei de cartof s-a calculat prin relaia:

mn

u

N

u

Umed

N

ijk

N

ijk

11

(4.72)

Unde uij reprezint umiditatea la momentul k a celulelor cu coordonate i,j, N numarul total de elemente n care este divizat sistemul, n numarul de linii, m numarul decoloane.

Tendina de formare a acrilamidei s-a calculat prin ponderea procentual a numrului deelemente de volum (n care este divizat) cartoful care ating temperatura de nceput de formare aacrilamidei (Tijk.=1200C). Relaia de calcul este:

%100120

N

NTA

(4.73)

Relaiile (4.72) i (4.73) au fost transpuse n limbajul de programare, astfel c la finalul

realizrii unei simulri, softul afieaz direct umiditatea medie si tendina de formare aacrilamidei.

Fig 4.25 Dimensiunile seciunii prin ansamblul cuv uleifelie de cartofutilizate n cadrul studiului prin simulare


37/82



Schema de lucru (respectiv ipotezele) care a stat la baza studiilor efectuate prin simulareeste artat n figura 4.25. Aceasta reproduce la scar redus seciunea printr-o friteus continu(cuv) de tip tunel pentru prjirea chipsurilor. S-a considerat o incint de form dreptunghiularconstituit din otel inoxidabil. Interiorul acesteia este plin cu ulei alimentar nclzit iniial latemperatura de lucru. n interiorul incintei s-a considerat o singur felie de cartof prin prjireacreia se obine un chips. n schia din figura 4.25 sunt date i dimensiunile cuvei i coteleiniiale ale feliei de cartof. Grosimea feliei de cartof este notat h iar lungimea L. Nu s-aconsiderat elementul de nclzire al uleiului din motive de simpificare structurii softului.Seciunea considerata a sistemului cuv ulei alimentarfelie de cartof este divizat n elemente

ptrate cu latura . Elementele rezultate din divizarea seciunii sunt dispuse pe linii i coloane.Feliile de cartof au fost divizate n trei straturi suprapuse.

4.6.11. Studiu prin simulare a influenei grosimii feliilor de cartof asupra parametrilorprocesului de prjire a chipsurilor

n cadrul acestui studiu s-a modificat grosimea feliilor de cartof (h). S-a avut n vedere cgrosimea feliilor de cartof utilizate n mod uzual n industria alimentar este cuprins ntre 1.6 -1,9mm. n cadrul studiului efectuat prin simulare, grosimea feliei de cartof s-a modificat ntre h= 1,5mm i h =3mm (din 0,3mm n 0,3mm). n cadrul acestui studiu s-a considerat c uleiulalimentar n care se realizeaz prjirea are aceeai temperatur n toate cazurile. Avnd n vederecondiiile de procesare a chipsurilor n industria alimentar s-a considerat temperatura uleiuluiegal cu T ulei = 180C. S-a urmrit influena grosimii feliei de cartof i a timpului de prjireasupra evoluiei temperaturii, a umiditii si a tendinei de formare a acrilamidei. S-au analizat

efectele grosimii la timp de prjire ntre t = 1 minut i t = 5 minute.n cadrul studiului s-a urmrit evoluia temperaturii n patru puncte ale feliei de cartof

(punctele A, B, C i D din figura 4.26). Punctele sunt situate pe axa vertical i pe marginealateral a feliei de cartof. n figurile 4.39 4.41 este reprezentat grafic influena grosimiifeliilor de cartof asupra umiditii medii a feliilor de cartof, asupra umiditii n punctul A situatn centrul suprafeei feliei de cartof i asupra ponderii volumelor n care apare fenomenul deformare a acrilamidei (tendina de formare a acrilamidei).

Fig 4.26 Poziionarea punctelor (A, B, C, D) n care s-a analizatvariaia temperaturii i a umiditii n felila de cartof


38/82



Fig. 4.39Evoluian funcie de timp, a umiditii medii remanente a chipsurilor pentru diversegrosimi h ale feliilor de cartof (temperatura uleiului alimentar, Tu = 1800C)

Fig. 4.40 Evoluia n funcie de timp a umiditii relative n centrul suprafeei chipsurilor pentrudiverse grosimi h ale feliilor de cartof (temperatura uleiului Tu=1800C)

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

timp "t" in [s]

umiditateamedie"Umed"in%

h=1,5mm

h=1,8mm

h=2,1mm

h=2,4mm

h=2,7mm

h=3,0mm

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

timp "t" in [s]

umiditatearelativaincentrulsuprafeteicipsului"U"in% h=1,5mm

h=1,8mm

h=2,1mm

h=2,4mm

h=2,7mm

h=3,0mm


39/82



Fig. 4.41Evoluia n funcie de timp a tendinei de formare a acrilamidei (TA) n seciuneachipsurilor pentru diverse grosimi h ale feliilor de cartof (temperatura uleiului Tu=1800C)

Analiza rezultatelor obinute prin simulare a condus la urmatoarele observaii:- temperatura n seciunea feliilor de cartof analizate ajunge la 100C foarte repede, timpul

de nclzire la aceast temperatura fiind sub un minut;- umiditatea medie a feliilor de cartof ncepe s scad considerabil imediat dup

introducerea cartofilor n uleiul nclzit;- grosimea feliilor de cartof influeneaz de asemenea considerabil eliminarea apei din

feliile de cartof;- n cazul feliilor cu grosime de 1,5mm umiditatea este eliminat total n 5minute;- n cazul feliilor cu grosime de 3mm, umiditatea medie remanent dup 5minute este nc

ridicat, n jur de 30% datorit faptului c n centrul seciunii apa nu se evapor total;- colurile i marginile laterale ale feliei de cartof ajung foarte rapid la temperatura de peste

100C i pierd umiditatea foarte rapid, la scurt timp dup introducerea n uleiul fierbinte (laintervale de ordinul secundelor);

- tendina de formare a acrilamidei ncepe s apar vizibil dup cca. 1,5 2 minute de lanceputul prjirii;

- n cazul feliilor foarte subiri cu grosime de 1,5 1,8 mm tendina de formare a acrilamideicreteconsiderabil la durate de peste 4 minute;

- pentru o temperatur dat, timpul de prjire a cipsurilor trebuie corelat cu grosimeacartofilor;

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

timp "t" in [s]

tendintadeformareaacrilamidei"TA

"in%

h=1,5mm

h=1,8mm

h=2,1mm

h=2,4mm

h=2,7mm

h=3,0mm


40/82



- n cazul feliilor de cartof cu grosime de 1,8 mm durata optim de prjire este de cca. 3minute, durat la care umiditatea medie remanent este de cca. 23%, iar ponderea suprafeei

predispus la formarea acrilamidei este de cca. 12%.Aceste observaii conduc la concluzia c grosimea optim a feliilor de cartof pentru

producerea chipsurilor la temperatura uleiului de 180C este h 1,8 mm.

4.6.12. Studiu prin simulare privind influena temperaturii uleiului alimentar asupraparametrilor procesului de prjire a chipsurilor

n cadrul acestei etape a studiului s-a analizat prjirea feliilor de cartof cu grosimea h =1,8mm. S-a avut n vedere grosimea feliilor de cartof utilizate n mod uzual n industriaalimentar. n cadrul acestui studiu efectuat de asemenea prin simulare, temperatura uleiuluialimentar n care are loc prjirea s-a modificat, avnd valori cuprinse ntre 140C si 200C. S-aurmrit influena temperaturii uleiului i a timpului de prjire asupra temperaturii n felia de

cartof, asupra umiditii remanente a chipsurilor i asupra tendinei de formare a acrilamidei.Aceste efecte s-au analizat pentru un timp de prjire ntre t = 1 minut i t = 5 minute. S-auutilizat eceleai valori ale parametrilor termofizici care sunt date n tabelul 4.3.

n cadrul studiului s-a urmrit evoluia temperaturii n aceleai patru puncte ale feliei decartof (punctele A, B, C i D din figura 4.26). Punctele sunt situate pe axa vertical i pemarginea lateral a feliei de cartof.

n tabelele 4.10 i 4.11 sunt date rezultatele privind influena temperaturii uleiului alimentarasupra umiditatii medii a feliei de chips i asupra tendinei de formare a acrilamidei exprimat

prin ponderea suprafeei din seciunea cartofului care atinge temperaturi de peste 120C.

n figurile 4.42 4.43 este reprezentata grafi

optimizarea tehnologiei de obtinere a cartofului prajit feliat

Documents