مشروع تجفيف الفاكهة والخضروات بالطاقة الشمسية

دراسة جدوي مشروع تجفيف الفاكهه والخضروات بالطاقة الشمسية

مشروع تجفيف الفاكهة والخضروات بالطاقة الشمسية

يعتبر التجفيف أحد طرق حفظ محاصيل الخضر والفاكهة لتوفيرها لمتطلبات الاستهلاك لفترات طويلة  ويعتمد التجفيف على خفض المحتوى الرطوبي بالأغذية إلى حد معين تحت ظروف محددة من درجة الحرارة والرطوبة خلال فترة معينة  مما يؤدى إلى إبطاء أو منع النشاطات الميكروبية والتفاعلات الكيميائية التي تسبب فساد الأغذية وفقدها لعناصر جودتها  وأيضا قيمتها الغذائية.

وتعتمد طرق التجفيف المستخدمة في الخضر والفاكهة على استخدام الحرارة بطريقة ما حتى ينخفض المحتوى الرطوبى بالخضر إلى 4 - 6 %  وبالفاكهة إلى 18 - 22 % نظرا لاحتوائها على نسبة أعلى من السكر المرتبط بجزء من الماء  مما يقلل من كمية الماء الحر المتاح لنشاط الميكروبات  كما تتعرض المواد المجففة أيضا للفساد تدريجيا أثناء التخزين  وتتوقف سرعة الفساد على ظروف التخزين .

 وهناك عوامل تساعد على نجاح عملية تجفيف الأغذية  مثل ضبط درجة الحرارة  وسرعة الهواء  والرطوبة النسبية له  مع التحكم في مدة التجفيف .

  قد لوحظ إقبال المستهلكين على بعض الأغذية المجففة كالبصل والثوم عن نظائرها الطازجة بسبب أن التجفيف يؤدى إلى :

•  انخفاض تكاليف التعبئة و النقل و التخزين  لا انخفاض وزن المواد المجففة لإزالة جزء كبير من رطوبتها.
•  انخفاض تكاليف عملية التجفيف خاصة الطبيعية ( الشمسية ) مقارنة بطرق الحفظ الأخرى كالتجميد أو التعبئة  لعدم الحاجة إلى خامات إضافية ( سكر - صفيح ).
•  قلة المساحة المطلوبة لتخزين المواد المجففة  حيث إنها لا تحتاج لأكثر من مكان نظيف جاف خال من الحشرات و القوارض  مقارنة مثلا بالأغذية المجمدة التي تحتاج إلى المكان و معدات التجميد  مع التحكم في الحرارة و الرطوبة طول فترة التخزين  و إلا تعرضت هذه المواد للتلف عند تعرضها للانصهار عند ارتفاع درجة الحرارة. 
•  

و على الجانب الآخر .. هناك عيوب أيضا لحفظ الأغذية عن طريق تجفيفها تتلخص في:

•  تعرض بعض العناصر الغذائية و الفيتامينات ( أ و ج والثيامين ) و بعض مكونات الطعم و الرائحة  للفقد.
•  حدوث بعض التغيرات في القوام و اللون  خاصة المواد الغنية بالبروتين و السكريات نتيجة تفاعل الأحماض الأمنية و السكريات المختزلة  و بالتالي تأثر صفات الجودة بصفة عامة.
•  انخفاض فترة صلاحية الأغذية المجففة مقارنة بطرق الحفظ الأخرى  لاستمرار حدوث التغيرات الكيمائية و بالتالي استمرار انخفاض جودتها تدريجياً.
•  تحتاج إلى إعادة ترطيبها قبل استخدامها  مما يطيل فترة عودتها للحالة الطازجة و تعرضها لنمو الأحياء الدقيقة عليها.
•  الفرصة متاحة لتواجد بعض الأحياء الدقيقة التي لا تتأثر بعملية التجفيف. 

 

 أهم الطرق الشائعة في الأغذية ( الخضر و الفاكهة ) :

 التجفيف الشمسي ( التجفيف الطبيعي ) :

من أقدم طرق حفظ الأغذية و لا يزال يستخدم حتى الآن في تجفيف العنب و البرقوق  حيث لا يحتاج إلا لوضع الثمار في الشمس على صواني و تركها لتجف  و لكن يحد نمو الكائنات الدقيقة و عدم ارتفاع درجة الحرارة بالدرجة الكافية من استخدام التجفيف الشمسي  لا مكانية حدوث الفساد أو التلف و تعرض الثمار للأتربة و الحشرات و الطيور و القوارض  و حدوث بعض التغيرات الكيميائية المؤثرة على اللون و النكهة  و أيضا لاحتياجه إلى مساحة كبيرة يجب أن يتوافر فيها جو مستقر بعيد عن احتمالات سقوط الأمطار.

كما يؤدى التجفيف الشمسي إلى فقد كميات كبيرة من الفيتامينات ( تصل إلى 50 % فى حالة الخوخ ) والتعرض للتلوث الميكروبي إلا في حالات خاصة ( تجفيف التوابل والبصل والثوم ) مع ضرورة توافر الخبرة لربة البيت لتقوم بهذه العملية. 

التجفيف الصناعي :

( أ ) التجفيف بالأنفاق :
في هذه الطريقة تستبدل حرارة الشمس بالهواء الساخن الجاف المندفع بسرعة كبيرة في اتجاهات مختلفة حول الغذاء المحمل على ألواح أو صواني  خاصة  أو على سير يتحرك داخل النفق و يتم التحكم في درجة حرارة الهواء و سرعته و كذلك رطوبته النسبية حسب متطلبات التجفيف الخاصة بكل منتج  و تستغرق العملية حوالي 6 - 18 ساعة  و زمن التجفيف القصير في هذه الحالة لا يعطى الفرصة لحدوث فقد كبير في القيمة الغذائية  أو حدوث تفاعلات كيميائية ضارة النكهة أو القوام بالدرجة التي تحدث في حالة التجفيف الشمسي ( لا يتعدى الفقد في فيتامين ( ج ) في الفاكهة عموما 10 % و كذلك الجزر يفقد أقل من 20 % من فيتامين ( أ )  و لكن عيوب التجفيف بهذه الطريقة هو حدوث كرمشه للمنتجات المجففة  مما يؤدى إلى صعوبة في عملية الترطيب و تقل نسبة تشربها للماء  و بالتالي لا تعود إلى نفس حالتها الطبيعية قبل التجفيف لتحطم الأنابيب الشعرية في الأنسجة أثناء عملية التجفيف. 

( ب ) التجفيف بالرذاذ:
تستخدم هذه الطريقة في تجفيف الأغذية السائلة مثل اللبن و القهوة  حيث ترش على هيئة رذاذ جنبا ً إلى جنب مع هواء ساخن ذي سرعة عالية  و هى تستغرق ثواني قليلة  مما يؤدى إلى قلة الفقد في العناصر الغذائية  حيث يصل الفقد في فيتامين ( ج ) في هذه الحالة في إلى حوالي 5 % فقط. 

( ج ) التجفيف بالاسطوانات:
تصلح هذه الطريقة مع المواد التي يصعب دفعها في صورة رذاذ مثل البطاطس المهروسة أو عجينة الطماطم  و يستخدم هنا مجفف عبارة عن أسطوانتين دائرتين مسافة صغيرة جدا ً  و يمر داخل كل اسطوانة بخار ساخن تصل حرارته إلى 120 - 140 ْ م  و عند مرور العجينة بين الأسطوانتين فإنها تلتصق على أسطح الأسطوانات  حيث يتم تبخير الماء منها فتجف  و يتم كشطها أثناء دوران الاسطوانات بواسطة سكنية مثبتة بطريقة خاصة  و تستغرق عملية التجفيف حوالي 2 - 3 دقائق  و تمتاز هذه بأنها أرخص من التجفيف بالرذاذ  إلا أن الفقد في العناصر الغذائية يكون أكبر  و لكنه يظل أقل من الفقد الذي يحدث في حالة التجفيف الشمسي أو باستخدام الأنفاق. 

( د ) التجفيف بالتجفيد:
هذه الطريقة أفضل طرق التجفيف في وقتنا الحالي حيث تقل التغيرات الكيميائية غير المرغوبة  و كذلك الفقد في العناصر الغذائية إلى أقل درجة ممكنة نظرا ً لانخفاض درجة الحرارة المستخدمة ( تصل نسبة الفقد في فيتامين ( ج ) في الفاكهة إلى أقل من 1 % في حين يفقد أقل من 5 % من الفيتامين في لحم الخنزير  كما أن التجفيف بهذه الطريقة يمنع الكرمشه التي يتعرض لها الغذاء في حالة التجفيف بالأنفاق  مما يجعل إعادة الترطيب عند الطبخ أو الاستهلاك أسهل كثيرا ً  و يعطى منتجات ذات جودة عالية وهذه الطريقة غير شائعة الاستخدام نظرا ً لتكلفتها العالية. 

( هـ ) التجفيف باستخدام الطبخ بالحرارة تحت ضغط.

( و ) التجفيف باستخدام الرغوة.
 

( ز ) التجفيف باستخدام الطاقة الناتجة عن الموجات القصيرة :
الأساس الذي تعتمد عليه هذه الطريقة هو أن جزيئات الماء بما تحمله من شحنة يمكن اعتبارها مثل المغناطيس  أي ذات قطبين متضادين و حيث إن الموجات يمكنها أن تتخلل الغذاء سواء كان جافا ً أو رطبا ً تقوم بخلق مجال كهربي داخل الغذاء  و تبعا ً لهذا تتحرك جزيئات الماء بسرعة في اتجاه مضاد لشحنة المجال المتولد  و كلما زادت سرعة حركة جزيئات الماء تولد عنها طاقة تؤدى إلى رفع درجة حرارة الغذاء و في وجود تيار من الهواء فإن جزيئات الماء الساخن تتبخر و يجف الغذاء  و هذا هو أساس عمل فرن الميكروويف  لذا عند تجفيف الأغذية بالطرق المختلفة يجف السطح الخارجي للغذاء أولا ً  ثم تمر الحرارة من سطح الغذاء خلال الطبقة الجافة حتى تصل إلى الطبقات الداخلية لكي تقوم تبخير جزيئات الماء منها  و حيث إن انتقال الحرارة خلال الطبقات الجافة يتم بدرجة أبطأ كثيرا ً من انتقالها خلال الغذاء الرطب  فإن معدل التجفيف يقل باستمرار مما يؤدى إلى بطء عملية التجفيف  و قد أمكن التغلب على هذه العملية باستخدام الطاقة الناتجة عن الموجات القصيرة في عملية التجفيف. 

و تم تجربة هذه الطريقة مع أنواع كثيرة من الأغذية  و لكن أهم عيوبها تكلفتها العالية  و لهذا يمكن استخدامها لإتمام عمليات التجفيف التي تتم بالطرق الأخرى. 

استغلال الطاقة الشمسية في تجفيف الحاصلات البستانية باستخدام المجففات :
يعتبر التجفيف باستغلال الطاقة الشمسية محققا لتوفير غذاء أفضل في نوعية وجود المنتج و جودة المنتج  كما يحقق للمزارع مزيدا من الدخل من خلال إنتاجه لمنتجات رائجة التسويق إلى جانب ما يسد احتياجاته من الغذاء  و بالنسبة لمصر فهي تمتاز بالشمس طوال العام و يمكن الاستفادة عنه طريق نشر المجففات الشمسية في أنحاء الجمهورية في المناطق الجديدة  علما بأن نوعيات الحاصلات البستانية الزراعية في تلك المناطق تصلح للتجفيف الشمسي  و تتميز بجودة المنتج.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة المنتج بواسطة المجففات الشمسية مثل:

1.  درجة حرارة الجو  و بالتالي درجة حرارة هواء المجفف.
2.  الرطوبة النسبية لهواء التجفيف.
3.  سرعة هواء التجفيف.
4.  نوعية المادة المطلوب تجفيفها  و بخاصة من ناحية محتواها من الرطوبة و تركبيها الكيميائي.
5.  طور النضج الذي تكون فيه الثمار أو أجزاء النباتات المزمع تجفيفها.
6.  المعاملة الآلية التي تسبق عملية التجفيف  مثل حجم القطع أو الشرائح و سمكها  و هل جرى إزالة الطبقة السطحية لها بالبَـشـْرِ أو الكـَشـْطِ أو غير ذلك.
7.  المعاملة الحرارية و تعرض تلك الأجزاء النباتية لعملية السلق مثلا قبل التجفيف و هل أضيف لماء السلق أي مركب كيميائي كمشتقات الصوديوم أو فيتامين ( ج ).
8.  المعاملة الكيميائية مثل عملية الكبرته بطريقتها التقليدية و نسبة و مدة التعرض لغاز ثاني أكسيد الكبريت. 

من المعروف أن عملية التجفيف تقتم بمدى جودة المنتج من حيث صفاته الطبيعية كاللون و الطعم و الرائحة و القوم ، ثم مدى استجابتها لعملية الاسترجاع ، ثم صفاته الكيميائية عن طريق التعرف على مكوناته المختلفة المتباينة في تركيبها الدقيقة و مدى تأثيرها بدرجة حرارة المجفف بهواء التجفف و سرعة تحركه  و تتراوح درجة الحرارة داخل المجفف الشمسي بين 30 ، 60 ْم تقريبا ً  و يعود هذا الفرق الكبير إلى كمية الطاقة الشمسية الكلية  و التي تقاس بالوات / م2 مربع و تتفاوت باتجاه أشعة الشمس إلى السطح المساحي لها  كما تتفاوت باختلاف شهور السنة أما سرعة الهواء داخل المجفف تتراوح بين 0.1 - 1.0 متر / ثانية  و المحافظة على سرعة الهواء داخل المجفف من العوامل الهامة المحددة لجودة المنتج  بجانب درجة الحرارة داخل المجفف.

مميزات التجفيف باستخدام الطاقة الشمسية:

1.  احتفاظ المواد المجففة بمحتواها من المواد الغذائية و النكهة المميزة للثمار.
2.  عدم استخدام مواد كيميائية حافظة مثل ثاني أكسيد الكبريت أو أحد أملاحه ( عملية الكبرتة ) و هذه مركبات ضارة بالصحة.
3.  اختفاء الحمل الميكروبي إذا ما قورنت بالطرق الأخرى.
4.  تتميز المنتجات المجففة بواسطة المجففات الشمسية بارتفاع خاصية التشرب ( و هى رجوع المادة بعد التجفيف إلى طبيعتها الطازجة من حيث الشكل و اللون و الطعم نتيجة نقعها في الماء).

 

خطوات التجفيف:

تبدأ خطوات عملية التجفيف بجمع المحصول عند درجة النضج المناسبة و الاستلام و الوزن  ثم إجراء عمليات الفرز الأولى و الغسيل بالطريقة المناسبة حسب نوع الثمار  ثم الفرز الثانوي بعد ذلك يتم إعداد و تجهيز الثمار في الصورة الملائمة لعملية التجفيف  و قد تحتاج بعض الثمار العنب و البرقوق إلى معاملة خاصة ( بالقلوي ) لإزالة الطبقة الشمعية التي تغطى الثمار  أو إجراء عملية الكبرتة أو السلق أو كلاهما  و فيما يلي:

خطوات التجفيف:

•  يتم جني المحصول عندما يصل لدرجة مناسبة من النضج  مع مراعاة تجهيز و تجفيف الفاكهة و الخضر في أسرع وقت ممكن منعا ً لبدء فسادها ، خصوصا ً الخضروات الورقية.
•  يتم في الفرز الأولى استبعاد الثمار التالفة و المصابة بالحشرات و الفطريات و خلافه و اختيار الثمار الكاملة النضج.
•  تغسل الفاكهة و الخضر بالماء جيدا ً للتخلص من القاذورات و الأتربة و البكتريا الملوثة و بقايا المبيدات.
•  كثيرا ً من الخضروات و الفاكهة يلزم تقشيرها قبل التجفيف مثل الخضروات الجذرية و التفاح  حيث يجرى التقشير يدويا ً أو بالاحتكاك بسطح خشن مثل الكربوداندم  أو المحاليل القلوية الساخنة  أو بالبخار  أو تحت ضغط مرتفع  أو بالأسلحة الحادة الميكانيكية  و تقطع الخضروات إلى مكعبات أو شرائح طويلة أو قصيرة أو حلقات.
•  أما الفاكهة فقد تجفف كاملة  كما في العنب و الكريز  أو تقطع الثمرة نصفين كما في الخوخ  أو تقطع شرائح مثل التفاح  أما اللحوم فعادة تقطع إلى قطع أو مكعبات صغيرة  و يجفف السمك كاملا ً أو مطحونا ً أو على هيئة شرائح  و يجفف اللبن و البيض على هيئة مسحوق.
•  يتم الغمس في المحاليل القلوية لتسهيل خروج الماء من ثمار الفواكه المغطاة بطبقة شمعية مثل العنب و البرقوق  لذا نغمس هذه الثمار في محلول قلوي تركيزه 0.2 - 0.5 % من أيدروكسيد صوديوم أو كربونات الصوديوم على درجة 200 - 212 ف فتزول الطبقة الشمعية و تتشقق القشرة قليلا ً  مما يساعد على خروج الرطوبة من الثمار وسهولة التجفيف و يختلف تركيز المحلول القلوي و مدة الغمس ودرجة الحرارة حسب نوع الثمار.
•  تكبرت بعض ثمار الفاكهة الكاملة كالعنب أو المجزأة بتعريضها لغاز ثاني أكسيد الكبريت أو تغمس الثمار في محلول أملاح الكبريت فتمتص الثمار كمية من غاز ثاني أكسيد الكبريت تعمل على إكسابها لونا ً جذاذا ً و احتفاظها بقيمتها الغذائية و منع فسادها و تجرى عملية الكبرتة بوضع ثمار الفاكهة في حجرة بها كبريت مشتعل و يتوقف مقدار ثاني أكسيد الكبريت الممتص على درجة الحرارة و مدة الغمس أو التعريض و حالة الثمار المراد تجفيفها فالثمار غير تامة النضج تمتص كمية أكبر من الغاز و تحتفظ بكمية أقل منه و ذلك عكس ما يحدث فى الثمار التامة النضج و عادة يراعى احتفاظ الفاكهة بقدر من ثاني أكسيد الكبريت تتراوح من 100 - 2500 جزء بالمليون حسب نوع الفاكهة المراد تجفيفها.
•  تسلق معظم الخضروات بالبخار أو ماء ساخن قبل تجفيفها لإطالة فترة حفظها  و يستثنى من ذلك البصل  فهو لا يسلق منعا ً لفقد جزءا ً من المادة الحريفة.

و الهدف من السلق :

•  تقليل المدة اللازمة للتجفيف.
•  طرد الهواء من الفراغات البيئية في أنسجة المادة الغذائية.
•  تأخير تغير رائحة و نكهة المواد الغذائية خصوصا ً الكرنب و الجزر.
•  تقليل الفقد في فيتامين ( ج ) و الكاروتين أثناء التخزين.
•  تحسين قوام المادة الغذائية المجففة عند إعادتها إلى حالتها الأصلية.

تجرى بعد ذلك عمليات التجفيف سواء الشمسي أو رص الثمار على صواني  و توضع في أفران كهربائية على درجة الحرارة و المدة المناسبتين لنوع الثمار المراد تجفيفها للوصول إلى درجة التجفيف المطلوبة.