WPŁYW DODATKU SUBSTANCJI OCHRONNYCH NA ZAKRES

Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
nr 584, 2016, 39–46
WPŁYW DODATKU SUBSTANCJI OCHRONNYCH NA
ZAKRES TEMPERATURY KRIOSKOPOWEJ I PRZEBIEG
PROCESU ZAMRAŻANIA SOKU Z ZIEMNIAKA
Anna Kamińska-Dwórznicka1, Karolina Kozłowska1,
Katarzyna Samborska1, Ewa Gondek2, Ewa Jakubczyk1
1
2
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Szkoła Głowna Turystyki i Rekreacji w Warszawie
Streszczenie. Celem pracy było określenie wpływu dodatku substancji ochronnych
(krioprotektantów), takich jak: alkohol, chlorek sodu oraz kwas askorbinowy, na zakres
temperatury krioskopowej i przebieg procesu zamrażania soku z ziemniaka. Zamrażanie
prowadzono w kriostacie, w temperaturze –20°C. Temperaturę krioskopową oraz długość
poszczególnych etapów procesu zamrażania odczytano z krzywych mrożenia. Wykorzystując bilans masowy procesu zagęszczania, obliczono zawartość wody wymrożonej w badanych próbach.
Badania dowiodły, że dodatek wszystkich substancji ochronnych spowodował obniżenie temperatury krioskopowej zamrażanych próbek. Najniższą temperaturę krioskopową
(–2,6°C) zanotowano dla soku z dodatkiem NaCl. Całkowity czas zamrażania wszystkich
badanych próbek uległ skróceniu w wyniku dodatku substancji ochronnych. Najwięcej
wody (91,69%) uległo wymrożeniu w próbie soku z dodatkiem NaCl, co koreluje z obniżeniem temperatury krioskopowej.
Słowa kluczowe: sok z ziemniaka, zamrażanie, temperatura krioskopowa, woda wymrożona
WSTĘP
Jednym z odpadów powstających w procesie przetwórstwa ziemniaka jest sok,
w którym zawartość białka może wynosić od 40 do 50% jego suchej substancji.
W bogatym składzie soku ziemniaczanego wyróżnić można substancje mineralne takie jak
Adres do korespondencji – Corresponding author: Anna Kamińska-Dwórznicka, Karolina Kozłowska, Katarzyna Samborska, Ewa Jakubczyk, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Nauk o Żywności, Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji, ul. Nowoursynowska 159c, 02-776 Warszawa, e-mail: [email protected]; Ewa Gondek, Szkoła
Główna Turystyki i Rekreacji w Warszawie, Wydział Turystyki i Rekreacji, ul. Stokłosy 3, 02-787
Warszawa
40
A. Kamińska-Dwórznicka, K. Kozłowska, K. Samborska i inni
potas, siarka czy fosfor, witaminy C i E, oraz witaminy z grupy B, błonnik, skrobię, ale
także glikoalkaloidy takie jak solanina, zwłaszcza w odmianach o bardziej zielonej skórce. Zawartość tego alkaloidu w wodzie sokowej powstałej w przemyśle krochmalniczym
silnie ogranicza możliwość jej wykorzystania, nawet po koagulacji kwasowo-termicznej
służącej izolacji białka ziemniaczanego [Miedzianka 2010, Lewandowicz i in. 2012]. Kuo
i inni [2000] opublikowali wyniki badania in vitro potwierdzające aktywność glikoalkaloidów w stosunku do komórek nowotworowych. W kolejnych latach przeprowadzono
wiele badań potwierdzających cytotoksyczne i przeciwnowotworowe właściwości soku
z ziemniaka [Ruseler-van Embden i in. 2004, Chrubasik i in. 2005, Olejnik i in. 2011]. Potwierdzenie leczniczych właściwości soku z ziemniaka i produkcja żywności funkcjonalnej
z jego udziałem mogą być szansą na poprawę stanu zdrowia dla wielu osób borykających
się z chorobami przewodu pokarmowego. Rosnące zainteresowanie właściwościami soku
z ziemniaka wiąże się z koniecznością wyszukiwania najlepszych metod jego utrwalania
i przechowywania [Lewandowicz i in. 2012, Kowalczewski i in. 2013a, 2013b].
Zamrażanie uchodzi za najlepszą i najmniej destrukcyjną metodę utrwalania żywności. Z fizycznego punktu widzenia jest to proces obniżania temperatury produktu poniżej
temperatury krioskopowej. Interpretacją graficzną tego procesu są tzw. krzywe mrożenia,
których kształt zależy nie tylko od wybranej metody zamrażania, ale także i od właściwości zamrażanego produktu (skład chemiczny, kształt i wielkość cząsteczek). Ponadto
na ich podstawie proces zamrażania można podzielić na trzy główne etapy – schładzanie, w trakcie którego dochodzi do przechłodzenia układu, właściwe zamrażanie, gdzie
powstają zarodki kryształów lodu, oraz dalsze formowanie się struktury kryształów lodu
zachodzące w trakcie domrażania [Gruda i Postolski 1999].
Dodatek substancji o charakterze ochronnym w różnym stopniu wpływa na zmianę
właściwości żywności oraz przebieg procesu zamrażania. Temperatura, w której rozpoczyna się zamrażanie, określana mianem temperatury krioskopowej zależy przede wszystkim od stężenia cząsteczkowego substancji rozpuszczalnych [Jie i in. 2003, Auleda i in.
2011, Lopez-Quiroga i in. 2015]. Temperatura krzepnięcia (krioskopowa) roztworów
nie jest stała i jest niższa od temperatury krzepnięcia czystego rozpuszczalnika. Jest ona
tym niższa, im większe jest stężenie roztworu. Niektóre substancje naturalnie występujące w roztworach rzeczywistych, takie jak cukry (glukoza, sacharoza), NaCl czy kwas
askorbinowy, powodują obniżenie temperatury krioskopowej i utrudniają orientowanie
się molekuł wody w kierunku sieci krystalicznej, spowalniając dyfuzję wody. Jednak ze
względu na zmianę właściwości organoleptycznych produktu zwiększenie ich dodatku
jest ograniczone [Kamińska i Lewicki 2005, Kozłowicz 2012].
Celem pracy było określenie wpływu dodatku substancji ochronnych (krioprotektantów) takich jak: alkohol, chlorek sodu oraz kwas askorbinowy, na zakres temperatury
krioskopowej i przebieg procesu zamrażania soku z ziemniaka.
MATERIAŁ I METODY
Materiał do badań stanowił świeżo wyciskany sok z ziemniaka (gatunek: Gala, pochodzenie: Polska) otrzymany przy użyciu sokowirówki Zelmer. Sok odstawiano na
20 minut celem oddzielenia skrobi. Przesącz znad osadu przepuszczano przez sito. NaZeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wpływ dodatku substancji ochronnych na zakres temperatury krioskopowej...
41
stępnie za pomocą refraktometru określano zawartość ekstraktu oraz ustalano temperaturę soku na ok. 20°C. W doświadczeniu użyto trzy rodzaje substancji pełniących funkcję
substancji ochronnych:
– alkohol etylowy 40% (Polmos Lublin), w ilości 3 g·l–1,
– kwas L-askorbinowy 100% (Hempur), w ilości 1,5% objętościowych roztworu,
– chlorek sodu („EDO” Sp. z o.o.), w ilości 1,5% objętościowych roztworu.
Porcję soku (200 g) z dodatkami i bez dodatków wlewano do aluminiowego pojemnika w kształcie cylindra o wysokości 0,13 m i średnicy 0,05 m. Odpowiednio przygotowane roztwory zamrażano w temperaturze –20°C przy użyciu kriogenicznego aparatu zamrażalniczego HUBER model CC 505 (Niemcy). Proces prowadzono do czasu
uzyskania w środku geometrycznym próbek temperatury –15°C. Temperaturę roztworów rejestrowano co 60 sekund przy użyciu wielokanałowego termometru cyfrowego
(MPI-LAB; Metronic Instruments; Polska) wraz z termoparami firmy Czaki TP-201
(Czaki Termoproducts; Polska), podłączonego do komputera z programem rejestrującym
firmy Metronic (dokładność pomiaru ±0,5°C). Wszystkie pomiary wykonano w trzykrotnym powtórzeniu.
Dla każdego roztworu, na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury w środku
geometrycznym próbki w czasie, wyznaczono krzywe mrożenia przy użyciu programu
Microsoft Office Excel 2010. Na uzyskanych wykresach przeprowadzono cztery linie
styczne do każdego prostoliniowego odcinka krzywej mrożenia. Miejsca przecięcia
stycznych wyznaczyły początek i koniec poszczególnych etapów zamrażania. Za wartość
temperatury krioskopowej przyjęto temperaturę odpowiadającą początkowemu, prostoliniowemu odcinkowi krzywej zamrażania po etapie schładzania [metodyka: Kamińska-Dwórznicka i Ulanicka 2012, Kamińska-Dwórznicka i in. 2013, Rafalska i Kamińska-Dwórznicka 2014].
Udział wody wymrożonej określono na podstawie obliczeń, korzystając z bilansu masowego procesu zagęszczania [metodyka – metody obliczeniowe: Kamińska i Karlińska
2011, Kamińska-Dwórznicka i Ulanicka 2012].
W celu określenia wpływu poszczególnych dodatków substancji ochronnych na osiągnięte wartości temperatury krioskopowej, czas trwania poszczególnych etapów zamrażania oraz całkowity czas zamrażania wykonano jednoczynnikową analizę wariancji ANOVA oraz testem Tukeya (α = 0,05), wydzielając tym samym grupy jednorodne. Analizę
statystyczną przeprowadzono przy zastosowaniu oprogramowania R Commander 3.1.3.
WYNIKI I DYSKUSJA
Z otrzymanych krzywych mrożenia (rys.) można odczytać czas trwania etapu schładzania oraz czas właściwego zamrażania, czyli przemiany fazowej i domrażania łącznie, jako
efekt powolnego, ale systematycznego postępu procesów dyfuzyjnej wymiany ciepła.
Całkowity czas zamrażania soku z ziemniaka, czyli do momentu osiągnięcia w środku
geometrycznym naczynia temperatury –15°C, był najdłuższy w przypadku czystego soku.
Dodatek substancji ochronnych spowodował skrócenie całkowitego czasu trwania procesu. Zastosowanie kwasu askorbinowego i alkoholu etylowego skracało czas zamrażania
odpowiednio o 2 i 1 minutę w odniesieniu do próbki bez dodatków. Najkrócej zamrażał
nr 584, 2016
A. Kamińska-Dwórznicka, K. Kozłowska, K. Samborska i inni
42
25
20
Temperatura/Temperature [ C]
"s bd/j wa
15
s+kw aks/j+ asc.acid
10
s+NaCl/j+NaCl
°
s+etOH/j+etOH
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
-5
-10
-15
-20
Rys.
Fig.
Czas zamrażania/Time of freezing [min]
Krzywe mrożenia soku z ziemniaka bez dodatku i z dodatkiem substancji ochronnych
Freezing curves of potato juice with and without additive of protective substances
się sok z dodatkiem chlorku sodu, bo aż o 9 minut krócej niż próba bez dodatków (tab. 1,
rys.). Kamińska i Olejnik [2010] dla soku z buraka zamrażanego w tych samych warunkach
(kriostat, temperatura –20°C) wykazały skrócenie całkowitego czasu zamrażania przy
dodatku alkoholu etylowego o ponad 4 minuty, natomiast dla próbki z dodatkiem kwasu
askorbinowego zanotowały wydłużenie całkowitego czasu mrożenia o ponad 8 minut,
w porównaniu do próbki soku bez dodatków. Po analizie wartości czasu schładzania
wnioskuje się, że użyte w doświadczeniu substancje dodatkowe nie wpłynęły znacząco
na jego długość. W przypadku prób z dodatkiem kwasu askorbinowego schładzanie
Tabela 1. Charakterystyka procesu zamrażania soku z ziemniaka bez dodatku i z dodatkiem substancji ochronnych, w temperaturze –20°C
Table 1. Characteristics of the freezing process of potato juice with and without the addition of
protective substances, at the temperature of –20°C
Czasy trwania poszczególnych etapów zamrażania
Time of various stages of freezing
[min]
Rodzaj dodatku
Type of additive
Schładzanie
Cooling
Zamrażanie właściwe
Proper freezing
Całkowity czas
Total time
Temp. krioskopowa
Cryoscopy temp.
[°C]
bd/wa
6 ±0,12b
43 ±0,79a
49 ±0,81a
–1,5 ±0,3a
kw. ask./asc. acid
6 ±0,41b
41 ±0,75b
47 ±0,51c
–2,2 ±0,4b
NaCl
9 ±0,52a
31 ±1,23c
40 ±0,67d
–2,6 ±0,4c
5 ±0,58c
43 ±0,58a
48 ±0,44b
–2,15 ±0,6b
etOH
bd – bez dodatku/wa – without additives; kw. ask. – kwas skrobiowy/ascorbic acid.
x ±sd; a…d – wartości średnie oznaczone różnymi literami różnią się statystycznie istotnie przy α = 0,05/
/mean values with different letters differ significantly at α = 0,05.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wpływ dodatku substancji ochronnych na zakres temperatury krioskopowej...
43
trwało 6 minut, dokładnie tyle ile w próbie bez dodatków. Dodatek alkoholu zredukował
czas schładzania o 1 minutę. Dłuższą fazę schładzania (o 3 minuty) zaobserwowano dla
prób z dodatkiem chlorku sodu, który jednocześnie znacznie skracał etap właściwego
mrożenia, bo aż o 12 minut w stosunku do soku bez dodatków. Dwa pozostałe dodatki nie
wpływały znacząco na długość drugiej fazy procesu i zakwalifikowane zostały do grupy
jednorodnej „a” (tab. 1).
Dodatek każdej z badanych substancji ochronnych wpłynął na wartość temperatury
krioskopowej zamrażanego produktu (tab. 1, rys.). Dodatek chlorku sodu jako substancji
dysocjującej spowodował obniżenie temperatury krioskopowej o 1,1°C. Podobny efekt
przy dodatku NaCl uzyskali Kluza i Wujec [1988] dla soku marchwiowego zamrażanego
w podobnych warunkach. Otrzymane wyniki badań potwierdzają również dane uzyskane przez Chen i Chen [1996], którzy zamrażając próbę mannitolu o stężeniu 13,86%
z dodatkiem NaCl, uzyskali obniżenie temperatury krioskopowej aż o 9,8°C w stosunku
do próby bez dodatku. W porównaniu z czystym sokiem, pozostałe użyte substancje
obniżały temperaturę krioskopową soku z ziemniaka o ok. 0,7°C (tab. 1). Kamińska
i Olejnik [2010] analizowały wpływ dodatku alkoholu etylowego i kwasu askorbinowego na temperaturę krioskopową soku z buraka zamrażanego w podobnych warunkach
i wykazały obniżenie temperatury krioskopowej na podobnym poziomie (o ok. 0,4°C
w stosunku do temperatury krioskopowej czystego soku z buraka).
Zawartości wody wymrożonej (tab. 2) w próbach z dodatkiem kwasu askorbinowego
i dodatkiem alkoholu różniły się istotnie statystycznie od zawartości wody wymrożonej
w próbie bez dodatków. W próbie z kwasem askorbinowym pozostało najwięcej wody
niewymrożonej, bo aż 29,43%, natomiast w soku wzbogaconym etanolem wymroziło się
88,21% wody w nim zawartej.
Tabela 2. Udział wody wymrożonej w soku z ziemniaka bez dodatku i z dodatkiem substancji
ochronnych, zamrażanego w temperaturze –20°C
Table 2. Representative of frozen water in potato juice with and without the addition of protective
substances, frozen at the temperature of –20°C
Rodzaj dodatku
ω [%]
Type of additive
bd/wa
90,01 ±1,71a
kw. ask./asc. acid
70,57 ±1,67c
NaCl
91,69 ±1,87a
etOH
88,21 ±2,01b
ω – woda wymrożona/frozen water; bd – bez dodatku/ wa – without additives; kw. ask. – kwas askorbinowy/
/ascorbic acid.
x ±sd; a…c – wartości średnie oznaczone różnymi literami różnią się statystycznie istotnie przy α = 0,05/mean
values with different letters differ significantly at α = 0,05.
Próby soku zamrażanego z dodatkiem chlorku sodu oraz bez żadnego dodatku zakwalifikowane zostały do grupy jednorodnej „a”, co oznacza, że próby te nie różniły się od
siebie istotnie statystycznie pod względem zawartości wody wymrożonej. W próbce z dodatkiem chlorku sodu udział wody wymrożonej stanowił aż 91,69%. Dla tych próbek zanotowano również najniższą temperaturę krioskopową (–2,6°C), co wskazuje na związek
nr 584, 2016
44
A. Kamińska-Dwórznicka, K. Kozłowska, K. Samborska i inni
między ilością wody wymrożonej w produkcie, wzrostem stężenia a stopniem obniżenia
temperatury krioskopowej. Potwierdza to wyniki badań prowadzonych dla modelowych
roztworów sacharozy przez Gabas i innych [2003] oraz badań z wykorzystaniem soków
owocowych o różnym stopniu stężenia prowadzonych przez Auleda i innych [2011]
Porównując uzyskane wyniki do danych literaturowych (Kluza i Wujec 1988, Kamińska i Olejnik 2010, Auleda i in. 2011, Janiszewska i in. 2012, Kamińska-Dwórznicka
i Ulanicka 2012), można stwierdzić, że dodatek substancji ochronnych oraz zwiększanie
stężenia zamrażanego roztworu wpływa na wydłużenie czasu schładzania, skrócenie całkowitego czasu zamrażania, podwyższenie zawartości wody wymrożonej oraz, co jest
z tym związane, obniżenie temperatury krioskopowej produktu. Określenie czasu trwania
poszczególnych etapów mrożenia i temperatury krioskopowej może stanowić kluczową
informację przy analizie procesów zachodzących podczas mrożenia i przechowywania
żywności, szczególnie, jeśli chodzi o nowe produkty wprowadzane na rynek, np. sok
z ziemniaka.
WNIOSKI
1. Dodatek kwasu askorbinowego i alkoholu etylowego spowodował obniżenie temperatury krioskopowej o 0,7°C, a dodatek NaCl o ponad 1°C. Istnieje zatem silna korelacja
między rodzajem dodanej substancji ochronnej a temperaturą krioskopową roztworu.
2. Dodatek substancji ochronnych spowodował wydłużenie czasu schładzania oraz
skrócenie całkowitego czasu zamrażania próbek z dodatkami w porównaniu do próbki
bez ich udziału (najkrótszy dla próbki z dodatkiem NaCl, redukcja o ok. 20%).
3. Najwięcej wody (91,69%) uległo wymrożeniu w próbie soku z dodatkiem NaCl, co
koreluje z najniższą temperaturą krioskopową tej próbki w odniesieniu do próbek z dodatkiem innych substancji ochronnych.
LITERATURA
Auleda J.M., Raventós M., Sánchez J., Hernández E., 2011. Estimation of the freezing point of concentrated fruit juices for application in freeze concentration. J. Food Eng. 105, 289–294.
Chrubasik S., Chrubasik C., Madisch A., Torda T., 2005: Efficacy and tolerability of potato juice in
dyspeptic patients: a pilot study. Phytomed. 13, 11–15.
Chen X.D., Chen P., 1996: Freezing of aqueous solution in a simple apparatus designed for measuring freezing point. Food Res. Int. 29, 723–729.
Gabas A.L., Telis-Romero V.R. N., 2003. Influence of Fluid Concentration on Freezing Point Depression and Thermal Conductivity of Frozen Orange Juice. Int. J. Food Prop. 6, 543–556.
Jie W., Lite L., Yang D., 2003. The correlation between freezing point and soluble solids of fruits.
J. Food Eng. 60, 481–484.
Gruda Z., Postolski J., 1999. Zamrażanie żywności. Wyd. 3. WNT, Warszawa.
Janiszewska E., Sakowski P., 2012. Wpływ stopnia zagęszczenia soku marchwiowego oraz metody
zamrażania na parametry procesu zamrażania. ZPPNR 571, 49–58.
Kamińska A., Lewicki P.P., 2005. Metoda dehydrofreezing (D-F) – znaczenie i przyszłość. Przem.
Spoż. 9 (54), 12–15.
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
Wpływ dodatku substancji ochronnych na zakres temperatury krioskopowej...
45
Kamińska A., Olejnik B.H., 2010. Wpływ dodatku substancji ochronnych na przebieg procesu zamrażania soków owocowych i warzywnych. ZPPNR 553, 129–137.
Kamińska A. Karlińska A., 2011. Przebieg procesu zamrażania wybranych soków owocowych
i określenie udziału wody wymrożonej i niewymrożonej. ZPPNR 558, 103–109.
Kamińska-Dwórznicka A., Ulanicka U.K., 2012. Badanie udziału wody wymrożonej i niewymrożonej po zamrożeniu roztworów modelowych sacharozy bez dodatku i z dodatkiem substancji ochronnych. ZPPNR, 571, 59–66.
Kamińska-Dwórznicka A., Antczak A., Samborska K., Pomarańska-Łazuka W. 2013. Wpływ kappa karagenu i jego hydrolizatów na proces zamrażania modelowych roztworów sacharozy. ZPPNR 575, 63–70.
Kluza F., Wujec M., 1988. Zamrażanie produktów z marchwi. Chłodnictwo 23 (5–6), 16–17.
Kowalczewski P., Lewandowicz G., Krzywińska-Bartkowiak M., Piątek M., Jeziorna M., Białas
W., Baranowska H.M., 2013a. Quality and structure of finley comminuted sausages with
potato juice. Food Structure and Functionality Conference – 15 years later. Book of abstract 63, 62.
Kowalczewski P., Lewandowicz G., Makowska A., Knoll I., Błaszczak W., Białas W., 2013b. Structure, physicochemical properties and consumer acceptance of pasta containing potato juice.
Food Structure and Functionality Conference – 15 years later. Book of abstract 63, 63.
Kozłowicz K., 2012. Charakterystyka wykorzystania wybranych substancji krioochronnych w zamrażaniu i przechowywaniu żywności. Acta Sci. Pol., Technica Agraria 11 (3–4), 13–24.
Kuo K-W., Hsu S-H., Lin W-L., Liu L-F., Chang L-C. Lin C-C., Lin C-N., Sheu H-M., 2000.
Anticancer Activity Evaluation of the Solanum Glycoalkaloid Solamargine. Bioch. Pharmacology 60, 1865–1873.
Lewandowicz G., Kowlaczewski P., Białas W., Olejnik A., Rychlik J., 2012. Rozdział frakcji soku
ziemniaczanego różniących się masą cząsteczkową i charakterystyka ich aktywności biologicznej. Biul. IHAR 266, 331–350.
Lopez-Quiroga E., Wang R., Gouseti O., Fryer P.J., Bakalis S. 2015. Modeling freezing processes
of high concentrated systems. IFAC – PapersOnLine 48–1, 749–754.
Miedzianka J., Pęksa A., Smolarczyk E., 2010. Zastosowanie przemysłowego soku ziemniaczanego do otrzymywania preparatów białka acylowanego. ZPPNR 557, 261–273.
Olejnik A., Białas W., Tomczyk J., Lewandowicz G., 2011. Cytotoksyczność i genotoksyczność
soku z ziemniaka. ZN UE Poznań 205, 118–125.
Rafalska U.K., Kamińska-Dwórznicka A., 2014. Wpływ dodatku wybranych biopolimerów na parametry procesu zamrażania modelowego roztworu sacharozy. ŻNTJ 4 (95), 53–62.
Ruseler-van Embden J., van Lieshout L., Smith S., van Kessel I., Laman D., 2004. Potato tuber
proteins efficiently inhibit human faecal proteolytic activity: implication for treatment of
per-anal dermatitis. Eur. J. Clinical Invest. 34, 303–311.
THE INFLUENCE OF CRYOPROTECTIVE SUBSTANCES
ON THE CRYOSCOPIC TEMPERATURE AND THE CURSE OF
FREEZING OF THE POTATO JUICE
Summary. The growing interest in potato juice properties is connected with the need of
invention of the best methods of its preservation and storage. The aim of this study was
to determine the influence of cryoprotective substances such as alcohol, sodium chloride
and ascorbic acid on the cryoscopic temperature range and the course of freezing process
of the potato juice. Freezing was carried out in two variants using a cryostat temperature
nr 584, 2016
46
A. Kamińska-Dwórznicka, K. Kozłowska, K. Samborska i inni
of –20°C. The freezing process was carried out by immersion in a cryostat (HUBER CC-505, Germany). The cylindrical vessel (0.05 m diameter and 0.13 m high, 250 ml potential
capacity) with 200 ml of the solution was placed in a bath freezing apparatus, in the
presence of the cooling liquid SilOil (HUBER, Germany), at the temperature of –20°C.
The process was monitored using two thermocouples. Temperature of the cooling liquid
and temperature of the solutions were tested to achieve –15°C in the center of the vessel.
Records were taken every 60 seconds by the MPI-LAB temperature recorder (Metronic
Instruments) connected to the computer. In order to determine the time of particular stages
of the freezing process (cooling time, phase change and final freezing) and to determine the
freezing point, recorded data were used to prepare freezing curves in Microsoft Excel 2010.
On those freezing curves tangent lines were applied to each straight section, which allowed
for estimation of the freezing point and time of particular stages. Representative of frozen
water in the samples was defined based on the mass balance in cryoconcentration process.
Measurements were performed in triplicate. In order to correlate the influence of particular
substances on freezing point and time of particular freezing stages, one-way ANOVA
analysis of variance and also Tukey significant difference test (α = 0.05) was carried out
using R Commander 3.1.3.
The study shows that the addition of all protective substances caused lowering of cryoscopic
temperature values (the lowest –2.6°C) for the sample with the NaCl addition. The total
time of freezing for all samples with the additives, frozen at a temperature of –20°C, was
nearly by 20% reduced. The shortest time of freezing was noticed for the sample of juice
with the addition of sodium chloride (9 minutes shorter in comparison to the sample without
additives). The most water (91.69%) froze in the sample of potato juice with the addition of
NaCl, which clearly correlate with the freezing point depression. This study can play a key
role, especially when designing new product (such as potato juice) preservation.
Key words: potato juice, freezing, cryoscopic temperature, frozen water
Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych