universitatea transilvania din braşovold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de doctorat...alimentaţie...

Optimizarea tehnologiei de obţinere a cartofilor feliaţi prăjiţi în vederea reducerii conţinutului de acrilamidă

Autor: Ing. Mihaela Nicoleta MATEI (căs. Tivgă) Conducător ştiințific: Prof.univ.dr.ing. Carol CSATLOS

1

Universitatea Transilvania din Braşov

Școala Doctorală Interdisciplinară

Departamentul: Ingineria şi Managementul Alimentaţiei şi

Turismului

Drd. Ing. Mihaela Nicoleta MATEI (căs. TIVGĂ)

Optimizarea tehnologiei de obţinere a cartofilor feliaţi

prăjiţi în vederea reducerii conţinutului de acrilamidă

Optimization the technology of fried sliced potatoes to

reduce acrylamide

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Carol CSATLOS

BRAŞOV, 2014



2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

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

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr.6779 din 22.07.2014

PREŞEDINTE: Conf. univ. dr. ing. Ioana COMĂNESCU

Prodecan – Facultatea de Alimentație și Turism

Universitatea „Transilvania” din Brașov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Carol CSATLOS


REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Ovidiu TIȚA

Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe VOICU

Universitatea „Politehnica” din București

Prof. univ. dr. ing. Mihaela BARITZ


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 17 octombrie 2014,

ora 10:00, în corpul R al Facultății de Alimentație și Turism, sala RP6.

Eventualele aprecieri sau observații asupra conținutului lucrării vă rugăm să

le transmiteți în timp util pe adresa: [email protected]

Totodată vă invităm să luați parte la ședința publică de susținere a tezei de

doctorat.

Vă mulțumim.



3

CUPRINS

Pg.

teza

Pg.

rezumat

PREFAȚĂ............................................................................................................................ 9 6

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND CARTOFUL ÎN ALIMENTAŢIE ŞI

CONDIŢIILE DE CALITATE PE CARE ACESTA TREBUIE SA LE

ÎNDEPLINEASCĂ………………………………………………………………………… 11

7

1.1. Cartoful în alimentaţie………………………………………………………………….. 11 7

1.2. Cartoful, materie prima pentru obţinerea chipsurilor…………………………………... 14 7

1.3. Concepte de bază ale controlului calităţii produselor alimentare aplicabile la

procesarea cartofilor…………………………………………………………………………

20

9

1.4. Caracterizarea sistemului HACCP, a standardului ISO 22000:2005 şi necesitatea

implementării acestora………………………………………………………………………

22

-

1.5. Condiţii de calitate impuse cartofului ca materie primă……………………………….. 24 -

1.6. Condiţii de calitate pentru produsul finit – chips………………………………………. 26 -

1.7. Acrilamida şi formarea acesteia în timpul procesului de prăjire al feliilor de cartofi….. 33 9

1.8. Abordări actuale ale legislaţiei cu privire la produsele alimentare…………… 34 10

1.9. Concluzii privind cartoful în alimentaţie şi condiţiile de calitate pe care acesta

trebuie să le îndeplinească…………………………………………………………...

38

-

2. STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIEI ŞI ECHIPAMENTELOR UTILIZATE

PENTRU OBŢINEREA CHIPSURILOR………………………………………………..

39

10

2.1. Consideraţii generale privind tehnologia de obţinere a chipsurilor……………………. 39 -

2.2. Materii prime specifice prelucrării cartofilor prin feliere……………………………… 41 -

2.3. Tehnologia de procesare a cartofilor pentru chips……………………………………... 48 11

2.4. Ambalarea……………………………………………………………………………. 74 -

2.5. Depozitarea produselor finite…………………………………………………………... 78 -

2.6. Cerinţe de laborator impuse……………………………………………………………. 80 -

2.7. Echipamente utilizate pentru producerea chipsurilor…………………………………... 81 13

2.8. Concluzii asupra stadiului actual al tehnologiei şi echipamentelor utilizate pentru

obţinerea chipsurilor…………………………………………………………………………

88

-

3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII DE DOCTORAT

89

14

3.1. Necesitatea lucrării……………………………………………………………………... 89 14

3.2. Obiectivele lucrării……………………………………………………………………... 89 14

4. CERCETAREA TEORETICĂ PRIVIND FENOMENELE DE TRANSFER

TERMIC ŞI DE MASĂ ÎN TIMPUL PROCESULUI DE OBŢINERE A FELIILOR

DE CARTOFI PRĂJIŢI…………………………………………………………………...

91

16

4.1. Programul cercetărilor teoretice………………………………………………………... 91 16

4.2. Analiza transferului de căldură şi masă……………………………………………… 91 -

4.3. Transferul de masă și căldură în timpul procesului de prăjire…………………….. 96 -

4.4. Modelarea matematică utilizând programul COMSOL Multyphysics……………… 102 -

4.5. Modelarea transferului de căldură și masă în timpul prăjirii………………………. 112 -

4.6. Modelarea matematică a procesării termice a chipsurilor…………………………. 119 17

4.7. Concluzii privind aspectele teoretice ale tehnologiei de obținere a chipsurilor,

transferul termic și de masă în timpul procesului de prăjire a feliilor de cartofi………..

167

-

5.CERCETAREA EXPERIMENTALĂ ÎN PROCESUL DE PRĂJIRE A FELIILOR

DE CARTOFI……………………………………………………………………………..

169

40

5.1. Obiectivele cercetărilor experimentale……………………………………………… 169 40

5.2. Obiectul cercetărilor experimentale………………………………………………… 170 41

5.3. Metodica cercetării experimentale………………………………………………….. 172 42



4

5.4. Aparatura utilizată la cercetarea experimentală…………………………………….. 173 -

5.5. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetării experimentale………….. 180 43

5.6. Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența temperaturii și a

umidității asupra creșterii conținutului de acrilamidă……………………………………

200

53

5.7. Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența acțiunii separate și

simultane a temperaturii și umidității……………………………………………………..

201

54

5.8. Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența acțiunii separate și

simultane a umidității și a conținutului de amidon………………………………………

205

58

5.9.Concluzii privind cercetarea experimentală în procesul de prăjire a feliilor de cartofi 209 -

6.CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII

VIITOARE DE CERCETARE………………………………………………………….

211

62

6.1. Concluzii generale…………………………………………………………………… 211 62

6.2. Concluzii privind cercetările teoretice………………………………………………. 213 64

6.3. Concluzii privind cercetările experimentale………………………………………… 214 65

6.4. Contribuţii personale…………………………………………………………………. 216 67

6.5. Direcţii viitoare de cercetare…………………………………………………………. 217 68

REFERINȚE

70



5

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 7

1.2. Potatoe, raw material for chips obtaining …………………………………................... 14 7

1.3. Basic concepts of food quality control applicable to potatoes

processing………......………………………………………………………………………..

20

9

1.4.Characterization of HACCP, ISO 22000:2005 and the necessity of their

implementation ………………………………………………………………………...……

22

-

1.5. Quality requirements for potatoe as raw material primă……………………………….. 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 10

1.9. Conclusions regarding potato in food and quality conditions that it must

fulfill…………………………………………………………...

38

-

2. CURRENT STATE OF TECHNOLOGY AND EQUIPMENT USED FOR CHIPS

OBTAINING ……………………………..………………………………………………..

39

10

2.1. 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 11

2.4. Packaging …………………………………………………………………………...…. 74 -

2.5. Finished goods storage ………………………….……………………………………... 78 -

2.6. Imposed laboratory requirements …...…………………………………………………. 80 -

2.7. Equipment used to produce potatoes chips ………..…………………………………... 81 13

2.8. Conclusions on current stage of technology and equipment used for obtaining the

potatoes chips …….…………………………………………………………………………

88

-

3. PhD THESIS AND OBJECTIVES

89

14

3.1. PhD thesis necessity …………………………………………………………………... 89 14

3.2. 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 16

4.2. 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 17

4.7.Conclusions on the theoretical aspects of potatoes chips technology, heat and mass

transfer during fried potatoes slices process ………………………………………………..

167

-

5. EXPERIMENTAL RESEARCH OF FRIED POTATOES SLICES

TECHNOLOGICAL PROCESS ……..…………………………………………………..

169

40

5.1. Objectives of theoretical research ………..…………………………………………… 169 40

5.2. Object of experimental research …….………………………………………………… 170 41



6

5.3. Methodology of e experimental research ..………………………………………….. 172 42

5.4. Instruments used in experimental research ………………………………………….. 173 -

5.5. Processing, analysis and implementation of the results of experimental research .... 180 43

5.6. Statistical calculation regarding temperature and humidity influence on Acrilamide

growth ……………………………………

200

53

5.7.Statistical calculation regarding separate action and simultaneous influence of

temperature and humidity …………………………………………………………………..

201

54

5.8.Statistical calculation regarding separate action and simultaneous influence of

humidity and starch content ………………………………………………………………..

205

58

5.9. Conclusions on experimental research during fried potatoes slices process…………… 209 -

6. GENERAL CONCLUSIONS, PERSONAL CONTRIBUTION AND FUTURE

RESEARCH DIRECTIONS…...………………………………………………………….

211

62

6.1. General conclusions …………………………………………………………………… 211 62

6.2. Conclusions regarding theoretical research …..………………………………………. 213 64

6.3. Conclusions regarding experimental research ………………………………………… 214 65

6.4. Personal contributions …………………………………………………………………. 216 67

6.5. Future research directions …..…………………………………………………………. 217 68

REFERENCESS

70



7

PREFAŢĂ

Alimentele reprezintă factori de mediu de o deosebită importanţă în asigurarea sănătăţii

omului, prin procurarea substanţelor necesare în bune condiţii a tuturor proceselor vitale.

Prelucrarea alimentelor are drept scop să confere acestora unele proprietăţi suplimentare ca:

digestibilitate crescută, modificarea favorabilă a proprietăţilor senzoriale, inactivarea unor agenţi

patogeni. Prelucrarea alimentului (indiferent de natura acestuia) include operaţii mecanice şi

tratamente termice.

Procesarea alimentelor prezintă şi neajunsuri determinate nu numai de realizarea unor

produse foarte atrăgătoare care influenţează preferinţele consumatorului şi deci abateri de la o

alimentaţie raţională, ci determină şi apariţia degradărilor, pierderilor şi inactivării de factori

nutritivi. Pot apărea de asemenea o serie de compuşi chimici, nocivi în alimente.

Cartofii prăjiţi reprezintă un tip de aliment din categoria fast-food, uşor de preparat, săţios,

consumat de către toate categoriile de vârsta. Mâncarea de la fast-food este considerată

nesănătoasă şi reprezintă principala cauză a obezităţii, hipertensiunii arteriale, a bolilor cardiace,

a diabetului şi a multor afecţiuni. Şi totuşi, în ciuda multiplelor dezavantaje, mâncarea de la fast-

food este extrem de populară. În special în epoca modernă, din ce în ce mai mulţi oameni

apelează la restaurantele de acest gen, graţie accesibilităţii, rapidităţii în servire, dar şi a

preţurilor relativ convenabile, fără a ţine cont de faptul că mâncarea fast-food va avea la un

moment dat un impact negativ asupra sănătăţii şi siluetei lor. În aceeaşi măsură sunt consumaţi şi

cartofii de tip chips care se pot procura de la micile magazine de cartier până la hipermarket-uri.

În general, cartofii prăjiţi se află pe primul loc în topul preferinţelor consumatorilor şi mulţi

spun că delicioşii cartofi serviţi la fast-food sunt mai buni decât cei pregătiţi în casă. Am putea

spune cu indulgenţă chiar că aceşti cartofi prăjiţi ar putea fi consideraţi drept alimente sănătoase.

Şi nu e nimic mai sănătos decât cartoful. Ceea ce îl face sa devină nesănătos este modul său de

preparare, în special dacă acesta este prăjit. Soiurile clasice de cartofi sunt principalele

ingrediente pentru prepararea cartofilor pai, dar există opţiunea cartofilor dulci, care au un

conţinut mai ridicat de vitamina A. În plus, cartofii dulci sunt bogaţi în fibre, vitamina C, calciu,

vitamina B, fier şi potasiu.

În prezenta lucrare s-a urmărit să se dea o direcţie în vederea îmbunătăţirii procesului

tehnologic de obţinere a feliilor de cartofi prăjiţi, urmărindu-se reducerea conţinutului de

acrilamidă.

Acrilamida sub formă chimică pură este cunoscută ca fiind o substanţă toxică. Substanţa se

formează natural în timpul procesării alimentelor bogate în carbohidraţi. Conform studiilor, în

alimentele care conţin substanţe derivate din amidon se formează, în timpul preparării termice,

acrilamidă. Printre cele mai răspândite alimente care conţin carbohidraţi se numără pâinea, făina,

porumbul, orezul, pastele fãinoase şi produsele obţinute din cartofi.

Alimentaţia corectă presupune îndeplinirea unei condiţii esenţiale şi anume, produsele

consumate să fie lipsite de agenţi nocivi sau aceştia să se găsească sub limitele dăunătoare.

Lucrarea este structurată pe 6 capitole, dezvoltată pe 217 pagini, fiind ilustrată cu 141 figuri

şi grafice, 82 relaţii matematice şi 43 tabele, precum şi o listă bibliografică alcătuită din 135

referinţe bibliografice.



8

Lucrarea mai cuprinde şi un rezumat în limbile română şi engleză, CV-ul sumar în limba

română şi engleză şi o listă a lucrărilor ştiinţifice publicate sau comunicate pe tema lucrării de

doctorat.

În Capitolul 1, intitulat „Aspecte generale privind cartoful în alimentație și condițiile de

calitate pe care acesta trebuie să le îndeplinească” sunt prezentate noțiuni generale despre

tuberculul de cartof de la formare pâna la recoltare și depozitare, moduri de utilizare ale

cartofului, conținutul chimic al acestuia, precum și noțiuni privind cartoful ca materie primă

pentru obținerea chipsurilor. Sunt prezentate conceptele de bază ale controlului calităţii

produselor alimentare aplicabile la procesarea cartofilor, noțiuni de HACCP și ISO 22000,

condițiile de calitate impuse cartofului ca materie primă, condițiile de calitate impuse produsului

finit chips, acrilamida şi formarea acesteia în timpul procesului de prăjire al feliilor de cartofi,

legislația la nivel național și al Uniunii Europene privind conţinutul de acrilamidă în alimente.

Capitolul 2 intitulat „Stadiul actual al tehnologiei şi echipamentelor utilizate pentru

obţinerea chipsurilor” abordează procesele şi utilajele specifice tehnologiei de obţinere a

cartofilor feliaţi, prăjiţi. În acest capitol sunt descrise soiurile de cartofi specifice pentru chips,

este descris în detaliu întregul proces tehnologic al obținerii feliilor de cartofi prăjiți, precum și

echipamentele utilizate pentru procesare și ambalare. În detaliu sunt prezentate echipamentele

utilizate la prăjirea feliilor de cartofi.

Capitolul 3, intitulat „Necesitatea şi obiectivele lucrării de doctorat” precizează atât

necesitatea acestei teze de doctorat cât şi obiectivele urmărite şi rezolvate.

În Capitolul 4, intitulat „Cercetarea teoretică privind fenomenele de transfer termic și de

masă în timpul procesului de obținere a feliilor de cartofi prăjiți” se prezintă transferul de masă

și căldură în timpul procesului de prăjire, modelarea matematică în softul COMSOL, modelarea

transferului de căldură și masă în timpul prăjirii, simularea computerizată a comportamentului

feliei de cartof în timpul prăjirii. De asemenea se prezintă analiza variației conținutului de

acrilamidă în cartofii prăjiți și modelele matematice privind influența temperaturii, umidității și a

conținutului de amidon aupra formării acrilamidei în timpul procesului de prăjire a feliilor de

cartofi.

Capitolul 5 denumit „Cercetarea experimentală în procesul de prăjire a feliilor de cartofi”

prezintă obiectivele cercetării experimentale ale tezei de doctorat, modul de îndeplinire a

acestora, precum şi rezultatele obţinute.

În Capitolul 6, intitulat „Concluzii” se sintetizează rezultatele cercetărilor teoretice şi

experimentale din prezenta lucrare de doctorat, se precizează contribuţiile personale ale autoarei

şi se sugerează direcţiile pe care se pot continua cercetările acestei teme.

Prezenta lucrare de doctorat a fost realizată sub îndrumarea ştiinţifică a domnului prof.

univ. dr. ing. Carol CSATLOS, căruia îi adresez cele mai sincere mulţumiri pentru sprijinul,

încrederea şi înalta competenţă cu care m-a îndrumat la elaborarea acestei teze de doctorat.

Adresez de asemenea mulţumiri domnului prof. univ. dr. ing. Ioan CIOBANU, domnului

asist. univ. dr. Vlad MONESCU, domnului conf. univ. dr. Cătălin PETRIȚAN precum şi

colegelor dr. Mihaela-Ionela LUCHIAN și Mariana BUȘDIHAN care mi-au fost alături.

Nu în ultimul rând mulţumesc familiei și prietenilor pentru sprijinul moral şi afectiv, pentru

grija şi înţelegerea de care au dat dovadă pe tot parcursul elaborării acestei teze de doctorat.

Autoarea



9

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND CARTOFUL IN ALIMENTATIE SI

CONDITIILE DE CALITATE PE CARE ACESTA TREBUIE SA LE

INDEPLINEASCA

De când a fost folosit cu 8000 de ani în urmă pentru prima dată de populaţiile preincaşe în

alimentaţie, cartoful a constituit o hrană sănătoasă cu multe atribute asociate unei vieţi normale.

Cartoful este un aliment de bază, în ciuda ideii greşite că este sărac nutritiv (născută poate

din faptul că este "hrana săracului"). Un cartof de mărime medie, copt are 145 calorii, 3 g

proteine de cea mai bună calitate, cu toţi aminoacizii esenţiali, 33 g glucide (amidon), 0,15 g

grăsime, 20 mg vitamina C (cca. 1/3 din necesarul zilnic al unui adult), vitamine din grupul B,

14,2 mg acid folic (important în special pentru femeile însărcinate), 2,34 g fibre şi 0,545 mg fier

(cca. 5% din necesarul zilnic).

După anul 1950 suprafeţele cultivate de cartof, pe glob au crescut simţitor atingând în

ultimii ani peste 23 milioane ha. În România cartoful se cultivă pe 290-300.000 ha, din care peste

50% în gospodăriile populaţiei.

1.1 Cartoful în alimentaţie

Cultura cartofului reprezintă, pe plan mondial, una din cele mai importante culturi, atât din

punct de vedere alimentar (consum proaspăt uman şi furajer), industrial (amidon, glucoză,

dextroză, spirt, etc.), cât şi ca materie primă pentru prelucrarea industrială (fulgi, chips, pomme

frittes, etc.) [14].

Termenul de calitate a cartofului este o noţiune extrem de complexă care cuprinde o serie de

însuşiri interne şi externe, legate de valoarea nutritivă, industrială şi comercială a tuberculilor.

Tuberculii de cartof având multiple posibilităţi de valorificare, calitatea lor este greu de definit

pe baza unor criterii generale, valabile pentru toate categoriile de utilizare.

1.2 Cartoful, materie primă pentru obţinerea chipsurilor

Este cunoscut faptul că materia primă pentru chips o constituie cartoful. Istoria chips-urilor

porneşte încă din secolul al XIX-lea. În acea vreme, un bucătar din statul New York, SUA, a

pregătit cartofii într-o manieră total diferită în urma plângerilor unui client. A tăiat cartofii în

felii foarte subţirii şi i-a prăjit în ulei încins până când aceştia au devenit brun-aurii.

În industria de chips care poate fi considerată ca veterană procesării cartofului având în

vedere că primele fabrici au fost înfiinţate în anul 1920, principalii producători sunt reprezentaţi

de Fritolay (Pepsico) P&G (Pringles), Conagra, Kraft, General Mills, Intersnack şi United

Biscuits.

La sosirea cartofilor în fabrică se face recepţia cantitativă şi calitativă. Tuberculii de cartofi

sunt spălaţi, apoi piliţi (se îndepărtează coaja) în pilere ai căror pereţi sunt încărcaţi periodic cu

un material abraziv numit carborundum. Urmează operaţiile de inspecţie şi calibrare, când

tuberculii cu defecte sunt îndepărtaţi, iar cei prea mari sunt înjumătăţiţi (pentru a preîntâmpina

dificultăţile care apar la ambalare în pungi, când feliile prea mari pot fi prinse între bacuri la

termosudarea pungilor). Cartofii sunt apoi feliaţi. În capul de feliere sunt montate cuţitele.



10

Acestea, în funcţie de forma lor, pot da diverse forme feliilor: în V sau plate (Fig. 1.4). Se

reglează distanţa dintre cuţite pentru a obţine grosimea dorită a feliilor.

Fig. 1.4. Felii plate de cartofi pregătite pentru prăjire

Feliile sunt trecute apoi printr-o baie de apă (spălarea feliilor). În cazul în care conţinutul de

zahăr în cartofi este prea mare se recurge la operaţia de blanşare (opărirea feliilor la 80˚C).

Structura celulară a cartofului se distruge la blanşare, iar zahărul este eliberat. Retexturarea

feliilor se face cu lactat de calciu, care înlocuieşte golurile lăsate de zaharul care a trecut în apă.

Feliile spălate sunt preluate de o bandă de scurgere care trece pe dedesubtul unor duze cu

aer. Apa remanentă este îndepărtată, iar feliile sunt pregătite să intre în friteusă (Fig. 1.5).

Fig. 1.5. Felii de cartofi spălate, pregătite pentru prăjire

Temperatura uleiului la intrare în friteusă este 170˚C – 180˚C, iar la ieşire acesta ajunge la

150˚C. Feliile prăjite ies pe o bandă grătar pentru scurgerea uleiului. Ajung pe o bandă unde

inspecţia optică se face cu un echipament IR (Optix), unde feliile cu defecte sunt îndepărtate.

Doar feliile prăjite care corespund din punct de vedere calitativ (Fig. 1.6) ajung în turbina de

aromatizare.

Fig. 1.6. Felii de cartofi prăjiţi



11

Feliile aromatizate ajung pe banda de inspecţie manuală pentru o ultimă sortare, în cazul în

care mai există felii cu defecte. O bandă cu racleţi preia feliile care sunt transportate către

buncărul de depozitare temporară. De aici, pe benzi vibratoare, cipsurile sunt transportate către

maşinile de ambalat care sunt prevăzute cu cupe cântar. Feliile ajung în pungi care sunt

termosudate şi aşezate în baxuri. Baxurile sunt aşezate pe paleţi, iar aceştia sunt depozitaţi în

depozitul de produs finit.

Pe întreg fluxul tehnologic se efectuează o serie de analize fizico-chimice şi senzoriale atât

pentru materiile prime, pentru semifabricat (conţinut de substanţă uscată, conţinut de clorura de

sodiu) cât şi pentru produs finit (verificarea datelor inscripţionate pe ambalaj: lot şi termen de

valabilitate) [113]. Pentru ulei se determină indicele de peroxid şi conţinutul de acizi graşi liberi;

pentru arome, felii prăjite şi felii aromatizate se efectuează analize senzoriale şi fizico-chimice.

1.3 Concepte de bază ale controlului calităţii produselor alimentare

aplicabile la procesarea cartofilor

Conform FAO (Food and Agriculture Organization) securitatea alimentară reprezintă

„garantarea fiecărui individ, în permanenţă, în orice loc sau moment al accesului la o alimentaţie

suficientă şi sănătoasă care să-i permită să aibă un regim alimentar satisfăcător pentru o viaţă

sănătoasă şi activă”.

Deoarece calitatea produselor alimentare are urmări directe asupra sănătăţii consumatorilor

pe tot parcursul lanţului alimentar trebuie respectate buna practică agricolă, buna practică de

igienă şi buna practică de producţie.

1.7 Acrilamida şi formarea acesteia în timpul procesului de prăjire al

feliilor de cartofi

Acrilamida sub formă chimică pură este cunoscută ca fiind o substanță toxică. Aceasta se

formează natural în timpul procesării alimentelor bogate în carbohidraţi. Conform studiilor, în

alimentele care conţin fecule – substanţe derivate din amidon - se formează, în timpul preparării

termice, acrilamida [104]. Printre cele mai răspândite alimente care conţin fecule se numără

pâinea, cartofii, făina, porumbul, orezul, pastele făinoase şi chips-urile. Primele supoziţii cu

privire la efectul carcinogen al acrilamidei au apărut în 2002, când oamenii de ştiinţă de la

Swedish Food Administration, au raportat un nivel neaşteptat de mare de acrilamidă, dovedită ca

având efect carcinogenic la şoarecii de laborator, mai ales în alimentele bogate în glucide.

Mecanismul formării acrilamidei, implică produşii de degradare Strecker ai aminoacizilor

asparagină şi metionină şi produşii dicarbonilici formaţi în reacţia Maillard. Compuşii

dicarboxilici pot apărea şi ca urmare a autooxidării α – hidroxi-cetonelor [83, 94, 104].

O serie de studii au arătat că acrilamida se formează din asparagină şi glucoză la temperaturi

cuprinse între 100 şi 170 de grade Celsius, printr-un mecanism care implică o serie de N-

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



12

niveluri ale concentraţiei acrilamidei foarte diferite, în produse precum: pâine, cereale pentru mic

dejun, cafea, biscuiţi, produse instant pentru copii, cartofi prăjiţi [79].

Producătorii de materii auxiliare pentru morărit şi panificaţie, au iniţiat cercetări pentru

identificarea de enzime capabile să contribuie la reducerea cantităţii de acrilamidă, care se

formează în produsele de patiserie şi panificaţie. DSM şi Novozymes chiar au reuşit să producă

preparate enzimatice cu astfel de efecte, fără a afecta proprietăţile senzoriale ale produselor.

Acrilamida a fost clasificată potrivit studiilor anterioare ca fiind o substanţă cancerigenă

[111]. Unele studii au indicat faptul că expunerea la acrilamidă poate induce formarea tumorilor

în sistemul nervos central, în glandele mamare, în tiroidă sau în cavitatea orală.

1.8 Abordări actuale ale legislaţiei cu privire la produsele alimentare

În luna mai 2007, Comisia Europeana a adoptat Recomandarea privind monitorizarea

nivelurilor de acrilamidă în alimente, recomandare care a fost readaptată în iunie 2010

(Recomandarea Comisei 2010/307/EU). În conformitate cu prevederile legislaţiei europene,

fiecare stat membru are responsabilitatea prelevării, analizării şi raportării unui anumit număr de

date corespunzătoare unui anumit număr de probe de produse alimentare în vederea realizării

acestei monitorizări.

La începutul anului 2011, ca urmare a evidenţelor ştiinţifice prezentate până la momentul

respectiv, Comisia Europeana a adoptat o recomandare privind analizele nivelurilor de

acrilamidă din alimente pentru autorităţile competente din statele membre care trebuie să

realizeze anchete suplimentare privind metodele de producţie şi prelucrare utilizate de

producătorii de alimente. Datorită faptului că încă se colectează şi centralizează date privind

conţinutul de acrilamidă în alimente şi a faptului că deocamdată încă există discuţii legate de

acest subiect în Comisia Europeană, ţările din Uniunea Europeană au stabilit în 2007, ca măsură

de precauţie, o valoare a conţinutului de Acrilamidă în cartofii prăjiţi de 1000 µg/kg. În 2011,

ţări ca Germania, au stabilit că această limită maxim admisă în produsele de tip snack să fie de

790 µg/kg, urmându-se de asemenea principiul ALARA (As Low As Reasonably Achievable).

2. STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIEI ŞI ECHIPAMENTELOR

UTILIZATE PENTRU OBŢINEREA CHIPSURILOR

Soiurile de cartofi cele mai utilizate în procesul tehnologic de obţinere a chipsurilor sunt:

Atlanta, Hermes, Lady Claire, Atlantic, Lady Rosseta, Sinora, Opal, Pirol, Saturna şi Courage. În

funcţie de perioada de vegetaţie cartofii sunt: extra timpurii, timpurii, tardivi şi extra tardivi.

Materia primă cartofi are o influenţă decisivă asupra calităţii produsului finit. La cartofii

utilizaţi pentru chipsurile din cartofi calitatea depinde de o serie de factori, ca de exemplu:

sortimentul, cultura, tratarea materiei prime. Pot apărea diferenţe în ceea ce priveşte următoarele

puncte: greutatea specifică (greutatea sub apă = GSA), conţinutul de aminoacizi, conţinutul de

zahăr reducător, dimensiunea (prea mare sau prea mică), forma defectuoasă, defectele exterioare

sau interioare, procentul de coajă. Dimensiunea cartofilor pentru fabricarea chipsurilor de cartofi

poate fi stabilită în funcţie de dimensiunea ambalajului (45-90 mm). În acest scop cartofii trebuie

calibraţi în mod corespunzător.



13

2.3 Tehnologia de procesare a cartofilor de consum

Fluxul tehnologic de procesare a cartofilor în vederea obținerii feliilor de cartofi prăjiți este

prezentat in figura 2.1 .

Fig. 2.1. Fluxul tehnologic de procesare a cartofilor feliaţi

Condimente Ulei Cartofi

Stocare temporară

Spălare cartofi/

curăţare impurităţi

Decojire cartofi

Inspecţie/Selecţie

cartofi decojiti

Calibrare

Dozare / Tăiere

cartofi

Blanşare felii

Transport felii

Spălare felii

Uscare felii

Prăjire felii

Inspecţie felii prăjite

Stocare temporară felii

prăjite şi aromatizate

Aromatizare

Ambalare

Depozitare



14

Linia de producţie a chipsurior este una continuă, începând de la curăţirea tuberculilor de

cartofi şi terminându-se cu aromatizarea feliilor prăjite. În figura 2.2 este prezentată o imagine a

liniei de chipsuri din cartofi.

Fig. 2.2. Linie de producţie felii de cartofi prăjiţi

Datorită temperaturilor înalte atinse în timpul procesului de prăjire sunt posibile nu numai

abateri calitative de la valorile specificate în standardele de firmă, ci pot fi generate şi riscuri în

ceea ce priveşte siguranţa alimentară.

Fig. 2.16 Imaginea de ansamblu a panoului de comandă după efectuarea setărilor

În figura 2.16 se poate observa că temperatura uleiului la intrarea în friteusă este de 168°C,

iar temperatura uleiului la ieşirea din friteusă este de 159 °C. Uleiul termal utilizat pentru

încălzirea uleiului pentru prăjit este de 239 °C.

Produse cu defecte pot fi: chipsuri de culori neobişnuite: maro închis (cu cât culoarea este

mai închisă, cu atât conținutul de acrilamidă este mai ridicat), margine verde, pete albastre, gri,

chipsuri cu un procent mare de coajă respectiv crustă, chipsuri cu găuri înnegrite la margine,

tipice pentru germenii interiori, chipsuri îmbibate cu ulei sau chipsuri cu bule.



15

2.7 Echipamente utilizate pentru producerea chipsurilor

Procesul tehnologic de obţinere a cartofilor feliaţi prăjiţi este similar indiferent de tipul

echipamentului de prăjire utilizat.

Pe piaţa există două tipuri de chipsuri, unul având ca materie primă de bază pudra de cartofi,

iar celălalt având ca materie primă cartoful. Diferenţa de proces dintre cele două tipuri de

produse o reprezintă prepararea materiei prime. În cazul utilizării pudrei de cartofi este necesară

prepararea aluatului şi matriţarea acestuia, iar în cazul utilizării tuberculilor din cartofi este

nevoie de curăţarea si felierea acestora.

Echipamentul de prăjire, respectiv friteusa, funcţionează pe acelaşi principiu şi anume

imersarea în ulei încins a feliilor. Prăjirea are loc prin imersarea benzii cu chips în baia de ulei.

Uleiul se încălzeşte cu ajutorul schimbătorului de căldură tubular care este introdus în tava

friteusei Kiremko 1380 S. Agentul termic al schimbătorului de căldură este uleiul termic a cărui

putere instalată este de 420 KW. Nivelul uleiului în friteusă se controlează automat cu ajutorul

traductoarelor de nivel. Echipamentul are în componenţă un panou de comandă şi control al

temperaturii. În tabelul 2.6 sunt prezentate caracteristicile tehnice ale friteusei Kiremko 1380 S.

Tabelul 2.6

Caracteristicile tehnice ale friteusei Kiremko 1380 S

Nr.

crt.

Caracteristici tehnice Parametrii friteusei

Kiremko 1380 S

1. Sursa de încălzire gaz

2. Material inox

3. Capacitate 1000kg/h

4. Putere instalată 420 KW

5. Lungimea echipamentului 6,8 m

6. Lungimea friteusei 9,58 m

7. Lăţimea friteusei 2,9 m

8. Înălţimea echipamentului 2,6 m

9. Lungimea benzii 8 m

10, Lăţimea benzii 1,3 m

11. Greutatea friteusei 6000 kg

În figura 2.38 este prezentată o imagine a friteusei Kiremko 1380 S, unde 1 este capacul

friteusei, 2 – banda de imersare a chipsurilor în ulei, iar 3 este vana cu trei căi. Reglarea

temperaturii se face prin vana cu trei căi situată pe circuitul fluidului termic.

Fig. 2.38 Friteusă industrială model Kiremko 1380 S



16

3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII DE DOCTORAT

3.1. Necesitatea lucrării

Conform studiilor, alimentele bogate în carbohidraţi dezvoltă în timpul tratamentelor

termice acrilamida. Acrilamida a fost clasificată potrivit studiilor anterioare ca fiind o substanţă

cancerigenă. Aceasta se formează prin reacţia asparaginei cu zaharurile reducătoare. Ambele se

găsesc în mod natural în cartofi. Alimentele care afectează cel mai mult starea de sănătate sunt

mâncărurile de tip fast-food. Principalul mod de preparare al cartofilor nu este coacerea şi nici

fierberea, ci prăjirea.

Cartofii prăjiţi sunt dăunători deoarece conţin amidon şi aşa cum este menţionat mai sus,

alimentele bogate în carbohidraţi dezvoltă în timpul prăjirii acrilamida. Acrilamida se formează

la temperaturi mai mari de 120˚C, iar cartofii se prăjesc la temperaturi de peste 150˚C. Doza

zilnică admisă de Acrilamidă este de 1 µg, iar în urma prăjirii se generează în jur de 20 µg. De

asemenea, dacă se folosesc grăsimi nerezistente la prăjit, precum uleiul de floarea soarelui, se

generează suplimentar alţi compuşi toxici (acizi graşi trans polinesaturaţi), iar nocivitatea devine

şi mai mare deoarece aceştia se descompun rapid şi se oxidează.

Alimentaţia nesănătoasă afectează buna funcţionare a organismului uman.

3.2. Obiectivele lucrării

Obiectivul general al tezei de doctorat constă în optimizarea tehnologiei de obţinere a

cartofilor feliaţi prăjiţi în vederea reducerii conţinutului de acrilamidă.

Pentru îndeplinirea obiectivului principal este necesară parcurgerea şi rezolvarea

obiectivelor subsidiare propuse la nivel teoretic şi la nivel experimental (figura 3.1).

La nivel teoretic se vor parcurge următoarele etape:

Realizarea unui studiu privind tehnologia de obţinere a cartofilor feliaţi, prăjiţi;

Analiza comparativă a echipamentelor utilizate în întreg procesul de producţie al feliilor

de cartofi prăjiţi;

Studiu privind apariţia acrilamidei în timpul procesului de prăjire, influenţa acesteia

privind sănătatea consumatorului şi legislaţia referitoare la conţinutul maxim admis în produsul

finit sub forma chipsurilor de cartof;

Analiza proceselor de transfer termic şi de masă în timpul prăjirii cartofilor feliaţi.

La nivel experimental se vor parcurge următoarele etape:

Monitorizarea temperaturilor de intrare şi ieşire din friteuză în timpul procesului de

prăjire pe linia de producţie;

Analiza transferului termic în diverse etape ale prăjirii pentru soiuri diferite de cartofi şi

pentru felii de grosimi diferite;

Analiza conţinutului de substanţă uscată în produsul finit funcţie de parametrii procesului

de prăjire, atât pentru probele de pe linia de producţie, cât şi pentru cele din laboratorul de

cercetare;



17

Determinarea conţinutului de acrilamidă în produsul finit şi analiza variaţiei acesteia

funcţie de parametrii variabili din procesul de obţinere a feliilor de cartofi prăjiţi.

Pentru realizarea obiectivelor propuse s-a conceput un program general prezentat în

figura 3.1.

Fig. 3.1 Programul cercetărilor teoretice şi experimentale

Scopul tezei de doctorat constă în evidenţierea cazurilor în care se formează un conţinut

mare de acrilamidă la prăjirea feliilor de cartofi. Se vor trage concluzii cu privire la optimizarea

procesului tehnologic de obţinere a chipsurilor, astfel încât în produsul finit să se regăsească un

conţinut scăzut de acrilamidă.

OP

TIM

IZA

RE

Transferul termic

în timpul

procesului de

prăjire al cartofilor

feliaţi

Transferul de

umiditate în timpul

procesului de


feliaţi

Variaţia

conţinutului de

acrilamidă în

produsul finit

Cercetarea experimentală privind

procesul de obţinere a

chipsurilor din cartofi

experimental

Cercetarea teoretică privind



Stadiul actual al

tehnologiei de

prelucrare a

cartofilor prin

operaţia de prăjire

Stadiul actual al

echipamentelor

pentru obţinerea

feliilor de cartofi

Formarea

acrilamidei şi

influenţa acesteia

asupra sănătăţii

consumatorilor

Procesele de

transfer termic şi

de masa în timpul

prăjirii feliilor de

cartofi

Concluzii privind cercetarea

teoretică în procesul de obţinere a


experimental


experimentală în procesul de

obţinere a chipsurilor din cartofi

experimental

Transferul termic

în timpul

procesului de


feliaţi

Transferul de

umiditate în timpul

procesului de


feliaţi

Variaţia

conţinutului de

acrilamidă în

produsul finit

Cercetarea experimentală privind



experimental

Cercetarea teoretică privind



Stadiul actual al

tehnologiei de

prelucrare a

cartofilor prin

operaţia de prăjire

Stadiul actual al

echipamentelor

pentru obţinerea

feliilor de cartofi

Formarea

acrilamidei şi

influenţa acesteia

asupra sănătăţii

consumatorilor

Modelarea

matematică a

procesării termice a

feliilor de cartofi


teoretică în procesul de obţinere a


experimental



18

4. CERCETAREA TEORETICĂ A FENOMENELOR DE TRANSFER

TERMIC ŞI DE MASA ÎN TIMPUL PROCESULUI DE OBŢINERE A

FELIILOR DE CARTOFI PRĂJIŢI

4.1. Programul cercetărilor teoretice

Chipsurile din cartofi se obțin prin prăjirea în ulei a feliilor de cartofi, procesul tehnologic

fiind detaliat prezentat în capitolul 2 al lucrării. În figura 4.1 este prezentată schema programului

cercetărilor teoretice care cuprinde două părți și anume: studiul transferului termic în timpul

procesului de prăjire și studiul transferului de umiditate în timpul procesului de prăjire.

Fig. 4.1 Programul cercetărilor teoretice privind transferul termic şi de masă

în timpul prăjirii feliilor de chips

Scopul cercetării teoretice este de a evidenția variația temperaturii în timpul prăjirii și a

conținutului de umiditate din feliile de cartofi, precum și variația conținutului de umiditate

funcție de timpul de prăjire și de dimensiunea feliilor de cartofi.

Procesul de prăjire al

feliilor de cartofi

Diametrul mediu

al feliilor de cartofi

Conținutul de

umiditate

Conductivitatea termică

Transfer de umiditate în timpul

procesului de prăjire

Transfer termic în timpul

procesului de prăjire

Difuzivitatea termică Conținutul de umiditate

Durata de

prăjire

Mărimi variabile

Grosimea feliilor

de cartofi

Temperatura

uleiului

Concluzii



19

4.6. Modelarea matematică a procesării termice a chipsurilor

4.6.1. Importanța simulării procesului termic de obținere a chipsurilor

Cercetarea sistematizată a proceselor termice din instalațile de producere a chipsurilor prin

metode experimentale în condiţii industriale sau de laborator este dificil de realizat în special

datorită complexității instalațiilor cât și datorită dificultății de măsurare a unor parametrii în

interiorul feliilor de cartofi în timpul procesării (temperatură, umiditate, etc.). Din această cauză

o metodă care permite o cercetare sistematizată și detaliată a acestui proces o constituie

simularea pe calculator.

Modelarea matematică a prăjirii feliilor de cartof constă în transpunerea în ecuaţii

matematice a proceselor termice şi de transformare de fază (evaporare) din interiorul feliilor de

cartof și din incinta instalației de prăjire.

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

prăjire a chipsurilor. Realizarea unui astfel de soft necesită în primul rând elaborarea unui model

matematic a acestui proces. Realizarea unui prim program de acest fel, chiar cu un grad de

aproximare mai mare, va prmite perfectionări ulterioare, care în final să redea cât mai fidel toate

aspectele si particularitățile procesului.

Obiectivul final al realizării unui astfel de soft constă în optimizarea avansată a procesului

tenhologic. De asemenea un astfel de program poate constitui un punct de pornire pentru

realizarea unor softuri destinate unor procese similare din industria alimentară, dar și din alte

ramuri industriale.

In funţie de geometria si de dimensiunile produselor și a instalațiilor, modelele matematice

și softurile pentru simularea proceselor termice se pot realiza în sisteme de coordonate 2D sau

3D, respectiv în coordonate carteziene sau în coordonate cilindrice sau sferice.

Modelele şi softurile pentru simulare 2D a proceselor termice sunt aplicabile cazurilor in

care transferul de căldură se desfăşoară predominant în două direcţii. Aceasta corespunde

sistemelor care prezintă simetrie de translaţie. Simularea 2D prezintă următoarele avantaje :

- structură mai simplă a programelor;

- utilizare mai facilă a acestora;

- timp mult mai redus de efectuare a simulărilor.

Modelele matematice şi simularea 3D a proceselor termice este aplicabilă pentru toate

sistemele, indiferent de geometria acestora [31, 32]. Spre deosebire de simularea 2D, asigură

obtinerea de rezultate exacte in cazul cu geometrie complexă, când schimbul de căldură se

produce asimetric pe cele trei direcţii. Simularea 3D prezintă totuşi unele dezavantaje :

- structura softurilor este mai complexă;

- utilizarea softurilor este mai anevoioasă, dificultăţile fiind legate de reprezentarea grafică

3D a geometriei sistemelor;

- necesită calculatoare cu viteză mare de lucru şi capacitate mare de memorare a datelor;

- durata de efectuare a simulărilor este mult mai mare.

Durata de simulare 3D a unui proces termic poate fi de sute de ori mai mare decât simularea

2D, în funcţie de dimensiunile sistemului pe a treia direcţie din spaţiu şi de pasul reţelei de

divizare a sistemului Astfel, dacă o simulare 2 D a unui proces termic la prăjirea cartofilor este



20

de ordinul 1 – 10 ore, simularea 3D poate să dureze 10 – 500 ore, fapt care conduce la mărirea

timpului de încărcare a calculatoarelor şi la prelungirea timpului de luare a unor decizii.

Simularea procesării termice a proceselor alimentare prezintă importanţă deosebită pentru

optimizarea calităţii acestor produse. În cazul chipsurilor simularea procesului de prăjire permite

să se pună în evidenţă aspecte care nu pot fi determinate pe cale experimentală în tipul

procesului tehnologic, cum ar fi evoluţia temperaturii în puncte din interiorul feliilor de cartofi,

distribuţia temperaturii în interiorul feliilor de cartofi, influenţa dimensiunilor și a parametrilor

tehnologici asupra acestor factori, etc. [25, 26, 27, 28]

Având în vedere aceste aspecte legate de stadiul modelării și simulării proceselor termice în

industria alimentară, în cadrul tezei s-a urmărit sa se realizeze un prim soft pentru simularea

proceselor termice la prăjirea chipsurilor.

4.6.2. Principiul modelării matematice 2D a prăjirii chipsurilor

Deoarece pană în prezent nu s-a elaborat un soft (program de calculator) care să simuleze

procesele termice la prăjirea chipsurilor, s-a considerat că pentru început este necesar sa se

creeze un model matematic și un soft pentru simularea 2D a acestui proces. Acest lucru este

posibil si având in vedere geometria cu simetrie de translaţie a instalaţiilor de procesare a

cipsurilor. Ulterior, pe baza experienţei acumulate se va putea trece la etapa de realizare a unui

soft mai complex, pentru simulare 3D. Așa cum s-a precizat anterior, simularea 2D a procesului

de prăjire este aplicabilă pentru studiul proceselor termice care se desfăşoară în sisteme cu

simetrie de translaţie. Se poate considera că friteusele cu funcţionare continuă de tip tunel, în

care se procesează chipsurile, îndeplinec aceasta condiţie. Modelele 2D pentru simularea prăjirii

chipsurilor iau în considerare transmisia căldurii numai pe două direcţii (într-un sistem de

cartezian de axe xOy) prin secţiunea ansamblului friteusă (cuvă) – cartofi – ulei. Acest mod de

transmitere a căldurii este apropiat de realitate pentru secţiunea transversală şi în cazul sistemelor

care au lungime mare, în raport cu celelalte două dimensiuni. Modelul matematic 2D, elaborat în

cadrul tezei de doctorat şi prezentat în continuare are la bază experienţa acumulată la

departamentul Ştiinţa Materialelor de la Universitatea Transilvania din Braşov, cu ocazia

realizării unor modele matematice şi softuri 2D şi 3D destinate simulării solidificării pieselor

turnate din aliaje metalice. Acestea sunt utilizate pentru simularea proceselor termice şi ale

transformărilor de fază lichid – solid, care au loc la solidificarea pieselor turnate din aliaje

lichide [31,32].

Modelul matematic realizat utilizează metoda diferenţelor finite. Secţiunea transversală prin

ansamblul friteuse tip tunel cu funcţionare continuă (secţiunea orientată perpendicular pe direcţia

deplasării chipsurilor) este divizată în elemente pătrate, având latura Δ. Laturile elementelor

sunt paralele cu axele unui sistem cartezian xOy, aşa cum este arătat în figura 4.23. Modelul

matematic are la bază ecuaţia diferenţială a transferului termic între elemente. Ecuaţia este

explicitată prin metoda diferenţelor finite. Se recomandă ca latura elementelor discretizate (Δ) să

se aleagă astfel încât elementele rezultate în urma divizării să fie omogene din punct de vedere

al materialului (adică să fie constituite dintr-un singur material, ulei, metal, cartof).

Timpul de desfăşurare a procesului de prăjire este de asemenea divizat în intervale finite

foarte mici τ. Precizia calculului este cu atât mai mare cu cât discretizarea spaţiului şi a timpului



21

este mai fină. Însă cu cât discretizarea este mai fină creşte durata de realizare a simulărilor. La un

moment dat, fiecare element rezultat din divizarea secţiunii sistemului este caracterizat prin

valorile mărimilor termofizice ale materialului din care este constituit.

4.6.3. Ipotezele modelului matematic

La elaborarea modelului matematic 2D, pentru prăjirea cipsurilor s-au luat în considerare

următoarele ipoteze [77,78]:

- iniţial la temperatura ambiantă feliile de cartof sunt de consistenţă solidă, fiind constituite

dintr-un material celular – fibros, cu o compoziţie chimică complexă , care conține apă, amidon,

proteine, săruri minerale și vitamine;

- la încălzire feliile de cartof solide se descompun chimic eliberând apa legată chimic;

- la temperatura de 100 ˚C apa se evaporă la temperatură constantă absorbind căldura latentă

de vaporizare;

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

- procesele de transfer termic în elementele din interiorul sistemului se desfăşoară numai

prin conductibilitate termică;

- transferul termic prin convecţie forţată, care are loc în interiorul agentului de încălzire

(uleiul alimentar), proces determinat de agitarea uleiului cauzată de elementele în mişcare ale

instalaţiei (palete, banda transportatoare), se ia în considerare printr-un coeficient echivalent de

transmitere a căldurii prin conductibilitate termică;

- transmisia de căldură în interiorul sistemului se realizează pe direcţiile Ox, Oy

perpendiculare pe suprafaţa secţiunii transversale prin sistem;

- contactul între elementele discretizate este perfect pe toată durata procesului;

- schimbul de căldură între cuptor şi mediul ambiant se ia în considerare printr-un coeficient

de transfer termic, echivalent;

Fig 4.23 Schema divizării ansamblului cuvă – ulei – felie de cartof în

elemente finite în coordonate carteziene în cazul modelării 2D



22

- se iau în considerare valori medii ale căldurii specifice şi ale conductibilităţii termice

echivalente;

- conţinutul relativ, iniţial de apă legată chimic din feliile de cartof este u0 = 0,9

(90% = u0 = umiditate iniţială);

- fracţia solidă de cartof rămasă la un la moment dat (la temperatura de vaporizare) după

vaporizarea apei este constituită din umiditatea neevaporată (u) şi din rezidul solid (rS) – care

este considerat constant;

- rezidul solid neevaporabil din structura cartofului este rS=0,1 (10%);

- în timpul prăjirii, fracţia de solid se modifică ca urmare a evaporării apei între 1 şi 0,1

(adică între 100% si 10%);

- acrilamida începe să se formeze la temperatura T = 120˚C;

- tendinţa de formare a acrilamidei este proporţională cu volumul celulelor (elementelor de

volum) în care temperatura devine mai mare decât 120˚C;

- ansamblul sistemului de prăjire poate cuprinde patru elemente (cartof, ulei alimentar, ulei

termic - element de încălzire);

- ansamblul formei este fi constituit din patru tipuri de materiale, forma propriu - zisă, aliaj

lichid, răcitori, materiale termoizolante.

- se neglijează variaţia volumului şi deci a densităţii cu temperatura, materialelor cu

temperatura;

Modelarea cu diferenţe finite impune menţinerea constantă a pasului reţelei în care este

divizată forma. În această situație nu poate fi luată în considerare variaţia densităţii cu

temperatura, deoarece aceasta ar conduce la modificarea masei elementelor şi deci la o abatere

de la principiul conservării masei.

4.6.4. Notațiile utilizate în modelul matematic

Pentru scrierea explicită a ecuaţiilor modelului matematic, mărimile fizice utilizate în cadrul

acestuia au fost notate cu simboluri similare cu cele utilizate uzual în fizică şi matematică. S-a

avut în vedere şi experienţa acumulată în cadrul unor lucrări privind modelarea matematică a

proceselor termice din metalurgie care se întâlneşte la modelarea solidificării pieselor turnate

[29, 31, 77,78, 89, 90, 96]. Fiecare mărime care caracterizează starea şi proprietăţile fizice ale

elementelor în care este divizată forma, este notată prin tri indici numerici, “i,j” – pentru

coordonatele numerice de poziţie ale elementelor şi “k” pentru coordonata numerică a timpului.

Simbolurile mărimilor fizice utilizate în cadrul modelului matematic sunt următoarele:

• Δ - latura elementelor (celulelor) de suprafaţă în care este divizată secţiunea prin sistemul

cuvă – ulei – cartof, pe direcţia axelor Ox, Oy (figura 4.23);

• - intervalul de timp elementar, în care este divizată durata pe care este studiat procesul de

transfer termic,

• i, j – coordonatele numerice de poziţie ale elementelor de suprafaţă pe axele Ox, Oy (i -

numărul liniei, j – numărul coloanei);

• k – coordonata numerică de timp);

• n, m – numărul total de linii, respectiv de coloane în care este divizat ansamblul (figura 1);



23

• kmax - valoarea maximă a parametrului „k” (numărul maxim al intervalelor de timp pentru

care este simulat procesul);

• τmax – durata totală pentru care este simulat procesul de transfer termic;

• k

ijT- temperatura momentană a elementului cu coordonate numerice “i,j” la momentul τk ;

• k

ij - fracţia de solid a elementului cu coordonate numerice ”i,j” la momentul τk;

• uijk – umiditatea (conţinutul de apă relativ) din celula ”i,j” a unui cartof la un moment dat

τk;

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

• SijT- temperatura de vaporizare a apei (temperatura de schimbare a stării de agregare a

apei) a elementului cu coordonate numerice”i,j”;

• k

ij- densitatea elementului cu coordonate numerice ”i,j” la momentul τq;

• Lij – căldura latentă specifică de evaporare a apei pentru elementul ”i,j”;

• k

Sijc- căldura specifică în stare solidă a elementului ”i,j” la momentul τk;

• k

Lijc- căldura specifică a fracţiei evaporate (a apei) din elementul ”i,j” la momentul τq;

• k

Sij- coeficientul de conductibilitate termică în stare solidă a elementului ”i,j”, la

momentul k;

• k

Lij- coeficientul de conductibilitate termică la temperatura superioară transformării de

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

• q

ijk- coeficientul de conductibilitate termică echivalentă a elementului ”i,j”, la momentul

qk

• k

ijs- coeficientul de transfer termic la momentul k, în direcţia axei 0x, între elementul

”i,j” şi elementul situat la stânga lui, (elementul cu coordonate ”i,j -1”);

• k

ijd coeficientul de transfer termic la momentul q, în direcţia axei 0x, între elementul

”i,j” şi elementul situat la dreapta lui (cu coordonate ”i, j +1”);

• k

ijh- coeficientul de transfer termic la momentul q, în direcţia axei 0y, între elementul

”i,j” şi elementul situat deasupra lui (cu coordonate ”i -1,j”);

• k

ijj- coeficientul de transfer termic la momentul q, în direcţia axei 0y, între elementul

”i,j” şi elementul situat la partea de jos a lui (cu coordonate ”i +1,j”);

•

tr

k

ijQ- căldura schimbată de elementul ”i,j” cu cele patru elemente vecine, în intervalul

de timp elementar , la momentul τk;

•

m

k

ijQ- variaţia căldurii masice a elementului ”i,j”, la momentul k,, ca urmare a variaţiei

temperaturii sau a fracţiei de solid, în intervalul de timp elementar „”.



24

4.6.5. Ecuațiiile modelului matematic

După un interval de timp oarecare de la începutul procesului, la moment oarecare τk =k▪τ

(după k intervale de timp τ) starea unui element oarecare cu coordonate “i,j” rezultat prin

divizarea secţiunii sistemului cuvă (friteusă) – ulei – felie de cartof, este caracterizată prin

temperatura Tijk şi prin fracţia netransformată (care nu a suferit lichefiere sau vaporizare) notată

prin simbolul ξijk. În cazul procesării feliilor de cartof în chipsuri, singurele elemente care suferă

transformări de fază prin absorbţie de căldură latentă (evaporare a apei) sunt elementele care

provin din divizarea feliilor de cartof. De aceea, fracţia netransformată la un moment dat, din

aceste elemente o vom numi fracţie de solid. Celelalte elemente (rezultate din divizarea carcasei

cuptorului sau a mediului de încălzire) nu suferă transformare de fază. La momentul iniţial (cu

coordonata numerică de timp k=0) aceste mărimi sunt notate cu Tij0 şi respectiv ξij0. Pentru

elementele care corespund uleiului şi carcasei cuvei (friteusei), fracţia netransformată (solid sau

lichid) iniţială este ξij0=1. Pentru elementele care corespund feliilor de cartof şi care sunt la

temperatura iniţială (Tij0=20C) sau sub temperatura de vaporizare a apei (Tijk<100C), fracţia de

solid netransformată (solidă) la este ξij0=1.sau ξijk=1 Pentru elementele feliilor de cartof, care

sunt la temperatura de vaporizare a apei, fracţia de solid este 0,1 < ξijk <1. Pentru elementele de

cartof care sunt la temperaturi mai mari decât temperatura de vaporizare a apei, fracţia de solid,

la un moment oarecare, ξijk =0,1 (este egală cu rezidul solid care rămâne după evaporare şi care

este predispus la supraîncălzire (peste 120 – 140˚C) să se transforme în acrilamidă).

Pentru elementele rezultate din divizarea feliilor de cartof se pot scrie relaţiile :

ξijk = uij

k + rij

k

(4.44)

unde: uijk reprezintă umiditatea neevaporată (apa legată chimic); rijk – pulpa solidă

reziduală a cartofului, care este formată din substanţe solide care nu se evaporă şi care la

supraîncălzire (supraprăjire) produce formarea acrilamidei. Aşa cum am arătat la ipotezele

modelului, se consideră că valoarea lui rijk rămâne constantă cu valoarea iniţială şi este egală cu

rijk = rij0 = 0,1.

Din relaţia (4.44) se poate exprima umiditatea legată chimic (neevaporată) momentană a

unui element prin relaţia:

ξijk = uij

k = ξij

k - rij

k = ξij

k - 0,1

(4.45)

Din relaţia (4.45) rezultă că variaţia umidităţii (Δuijk,k+1) ca urmare a evaporării apei la

temperatura de 100 ˚C, într-un interval de timp „τ” (între două valori ale coordonatei de timp

„k+1” şi „k”) este egală cu variaţia fracţiei de solid, conform relaţiei următoare:

Δuijk,k+1

= uijk+1

- uijk = (ξij

k+1 – 0,1)-(ξij

k – 0,1) ) = ξij

k+1 - ξij

k = Δξij

k, k+1 (4.46)



25

Pentru scrierea ecuaţiilor modelului matematic se consideră un element oarecare din

ansamblul formei de coordonate “i,j”, care este înconjurat de alte patru elemente, conform

schemei din figura 4.24. Starea elementelor respective la momentul τk (respectiv la coordonata

de timp „k”) este caracterizată prin temperaturile şi fracţiile de solid precizate pe desen. La

momentul iniţial al simulării (k=0) aceste mărimi sunt cunoscute. Datorită diferenţei de

temperatură între elementul central “i,j” şi elementele vecine, într-un interval de timp „τ” se

produce un schimb de căldură

tr

k

ijQ. Ca urmare elementul central suferă o variaţie a căldurii

interne

m

k

ijQ.

Fig 4.24 Schema transferului de căldură si notaţia temperaturilor şi a fracţiei de solid reziduale a

elementelor implicate în ecuaţia de bilanţ termic [29, 30]

Modelul matematic are la bază ecuaţia bilanţului termic pentru un element oarecare “i,j”

din ansamblul formei, corespunzător unui interval de timp elementar τ. Această ecuaţie este

exprimată de egalitatea [29, 30]:

m

k

ijQ = ced

k

ijQ

(4.47)

Căldura transmisă de elementul “i,j” elementelor învecinate prin suprafeţele în contact

(dimensiunea în direcţia celei de a treia direcţii Oz, perpendiculară pe planul secţiunii se

consideră egală cu unitatea) se exprimă prin relaţia:

)]()(

)()([)(

,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

La calculul acestei călduri s-a adoptat următoarea convenţie de semne: căldura schimbată de

un element “i,j” cu elementele vecine se consideră pozitivă atunci când elementul central este

mai cald şi cedează căldură spre elementele vecine. În cazul elementelor situate în felia de cartof,

căldura preluată de elementele vecine poate să aibă trei consecinţe asupra temperaturii

elementului:

- sub temperatura de transformare de fază (sub TS=100˚C) conduce la creşterea temperaturii;

- la temperatura de transformare de fază (la TS=100˚C; are loc evaporarea apei legate chimic

prin absorbţia căldurii latente de vaporizare (deci are loc o variaţie a umidităţii şi respectiv a

fracţiei de solid reziduale) la temperatură constantă;

- peste temperatura TS=100˚C, are loc de asemenea creşterea temperaturii, cu consecinţa că peste

140˚C, pulpa reziduală a cartofului conține acrilamidă. În cazul elementelor (respectiv a

materialelor) care suferă transformări de fază la temperatură constantă, la calculul variaţiei

căldurii masice a elementelor

m

k

ijQ se întâlnesc nouă situaţii [29, 30, 31]. Acestea sunt

determinate de starea iniţială a elementelor la momentul τk (dată de Tijk si ξijk) şi de starea

finală a acestora la momentul τk+1 (dată de Tijk+1 si ξijk+1). Sunt trei cazuri determinate de

poziţia temperaturii iniţiale Tijk în raport cu temperatura transformării de fază (TSij), iar pentru

fiecare din aceste cazuri se întâlnesc trei situaţii, determinate de poziţia temperaturii finale

Tijk+1, în raport cu temperatura de transformare (TSij).

Cele nouă cazuri sunt prezentate în tabelul 4.1. Relaţiile pentru calculul căldurii

m

k

ijQ

sunt scrise pentru cazul când a treia dimensiune a elementelor formei (după axa Oz,

perpendiculară pe planul xOy) este egală cu unitatea. Aceste relaţii sunt prezentate în continuare.

Tabelul 4.1

Cazuri posibile la exprimarea variaţiei căldurii interne a elementelor (ΔQkij )m în funcţie de

poziţionarea temperaturilor Tijk şi Tijk+1 în raport cu temperatura TSij (temperatura

schimbării de fază).

Nr.

crt.

Poziţionarea

temperaturilor

momentane

Tipul

procesului

Graficul variaţiei de temperatură în intervalul de

timp τ

1a

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Răcire sub TS



27

1b

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Încălzire sub

TS

2

1 k

ijSij

k

ij TTT

Încălzire sub

TS şi

transformare

parţială la Ts

3

1 k

ijSij

k

ij TTT

Încălzire sub

Ts ,

transformare

totală la Ts şi

încălzire peste

Ts

4a

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformare

partiala la

temperatura Ts



28

4b

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformare

parţială la

temperatura Ts

5

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformare

la Ts şi răcire

sub Ts

6

1 k

ijSij

k

ij TTT

Transformare

totală la Ts şi

încălzire peste

Ts

7a

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Răcire

deasupra

temperaturii Ts



29

7b

Sij

k

ij

k

ij TTT 1

Încălzire

deasupra

temperaturii Ts

8

1 k

ijSij

k

ij TTT

Răcire până la

temperatura Ts

şi transformare

parţială

9

1 k

ijSij

k

ij TTT

Răcire

deasupra

temperaturii

Ts,

transformare

totală la Ts și

răcire sub Ts

- Cazul 1: Dacă Tijk < TSij şi Tij

k+1 = TSij (poziţia 2 din tabelul 4.1) atunci:

21 ])1()([)(

ij

k

ijijSij

k

ij

k

ijijm

k

ij LTTcQ

(4.49)


k+1 < TSij (poziţia 1a şi 1b din tabelul 4.1) atunci:

21)()( k

ij

k

ij

k

sijsjm

k

ij TTcQ

(4.50)



30


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

21)](9.0)([)( k

ijSij

k

LijijijijSij

k

ij

k

Sijijm

k

ij TTcLTTcQ (4.51)

- Cazul 4: Dacă Tijk = TSij şi Tij

k+1 = TSij (poziţia 4a şi 4b din tabelul 4.1) atunci:

21 )()(

ij

k

ij

k

ijijm

k

ij LQ

(4.52)


k+1 > TSij (poziţia 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 (poziţia 5 din tabelul 4.1) atunci:

21)]()1([)( k

ij

k

ijij

k

Sij

k

ijijijm

k

ij TTcLQ

(4.54)

- Cazul 7: Dacă Tijk > TSij şi Tij

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

21 ])1.0()[()(

ij

k

ij

k

Lijsij

k

ijijm

k

ij LcTTQ

(4.55)


k+1 > TSij (poziţia 7a şi 7b din tabelul 4.1) atunci:

21)()( k

Lij

k

ij

k

ijijm

k

ij cTTQ

(4.56)


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

21 ])(9.0)([)( k

Sij

k

ijSijijijij

k

LijSij

k

ijijm

k

ij cTTLcTTQ

(4.57)

Deoarece s-a neglijat variaţia volumului cu temperatura, densitatea elementelor se consideră

aceeaşi în stare lichidă şi în stare solidă. Pentru exprimarea variaţiei căldurii interne (ΔQijk) s-a

adoptat următoarea convenţie de semne: se consideră că această căldură este pozitivă atunci când



31

temperatura elementului „i,j” scade şi respectiv când fracţia de solid (respectiv umiditatea legată

chimic = umiditatea neevaporată din cartof, creşte).

Modelul matematic al prăjirii chipsurilor cuprinde aşa cum s-a arătat mai sus explicitarea

ecuaţiei de bilanţ termic a elementelor pentru nouă cazuri, în funcţie de temperatura iniţială şi

finală a elementelor. În practica procesării termice a chipsurilor nu se întâlnesc toate aceste

cazuri. Aceasta deoarece practic la prăjirea chipsurilor nu poate avea loc recondensarea

umidităţii şi refacerea legăturilor chimice şi a structurii celulare iniţiale. Totuşi aceste cazuri au

fost incluse în modelul matematic din dorinţa ca acesta să fie complet şi să cuprindă toate

cazurile posibile. Aceasta pentru a permite ca modelul matematic să poate fi folosit şi pentru

modelarea procesării termice a altor produse alimentare, care eventual ar implica astfel de cazuri.

4.6.6.Schema logică de rezolvare a modelului matematic 2 D

Rezolvarea modelului matematic urmăreşte să se determine evoluţia temperaturii şi a

fracţiei de solid (respectiv a umidităţii legată chimic) pentru fiecare element în care este divizat

sistemul cuvă (friteusă) – cipsuri. Acestea se determină prin rezolvarea ecuaţiei de bilanţ termic

(4.47) pentru fiecare element, în succesiunea intervalelor de timp. Schema logică de rezolvare se

bazează pe faptul că la un moment τk (care corespunde coordonatei numerice de timp „k”)

temperatura Tijk şi fracţia de solid ξijk sunt cunoscute, pentru toate elementele. Rezolvarea

ecuaţiei de bilanţ termic (4.47) pentru fiecare element permite să se determine temperaturile şi

fracţia de solid (respectiv umiditatea) (Tijk+1 şi ξijk+1 ) la momentul următor, adică la

momentul τk+1 (respectiv „k+1”) Modelul matematic 2D, prezentat mai sus urmăreşte o schemă

de rezolvare bazată pe relaţii condiţionale, care au în vedere temperaturile şi fracţiile de solid

iniţiale şi finale (la momentele τk şi τk+1, ale elementelor discretizate (respectiv valorile Tijk,

ξijk şi respectiv Tijk+1, ξijk+1).

Schema de rezolvare pentru determinarea stării finale a elementelor, presupune într-o

primă fază că după intervalul de timp τ, temperatura elementului respectiv devine egală cu

temperatura critica, respectiv temperatura de vaporizare a apei (deci Tijk+1 = TSi). În această

condiţie se calculează fracţia de solid reziduală (corelată cu umiditatea legată chimic) ξijk+1

(respectiv uijk) la momentul τk+1. În cazul că fracţia solidă calculată este cuprinsă în intervalul

[0;1] (respectiv umiditatea legată este între 0 şi 0,9) rezultă că presupunerea este corectă, iar

rezultatul (valorile ξijk+1 şi Tijk+1) calculului este compatibil cu presupunerea (cu ipoteza de

calcul). În cazul că fracţia solidă calculată nu are convergenţă în intervalul [0;1] (deci dacă

umiditatea legată nu este între 0 şi 0,9) se revine la ecuaţia de bilanţ termic şi se calculează

ulterior temperatura finală corectă Tijk+1. Principiul schemei logice este prezentat în continuare.

Schema logică de rezolvare a ecuaţiei de bilanţ termic (4.47) este sistematizată în trei cazuri în

funcţie de poziţia temperaturii iniţiale a elementelor Tijk , faţă de temperatura de vaporizare a

apei (TS):

- (cazul I: Tijk > TSij ;

- cazul II: Tijk = TSij ;

- cazul III: Tijk < TSij).



32

Fiecare din aceste cazuri se împarte la rândul său în câte trei subcazuri după poziţia

temperaturii finale Tijk+1, faţă de temperatura de vaporizare a apei. În total la rezolvare se pot

întâlni nouă cazuri care corespund cu situaţiile din tabelul 1.

Înlocuind relaţiile (4.48, 4.49, 4.52, 4.55) în ecuaţia de bilanţ termic (4.47) se calculează

mai întâi fracţia de solid (şi respectiv umiditatea legată) ξijk+1.(respectiv uijk+1). Dacă fracţia

de solid calculată are convergenţă în intervalul [0;1] temperatura finală a elementului este

Tijk+1= TSij, iar fracţia de solid are valoarea calculată. În caz contrar se recalculează

temperatura Tijk+1 a elementului “i,j” la momentul k+1 înlocuind în ecuaţia de bilanţ termic

una din relaţiile (4.50, 4.51, 4.53, 4.54, 4.56, 4.57). Schema logică de rezolvare este prezentată în

detaliu în continuare.

Cazul I: Dacă Tijk < TSij , ξijk = 1, iar Tijk+1 = TSij , 0 ≤ ξijk+1 ≤ 1, atunci în ecuaţia

bilanţului termic (4.47) se înlocuiesc relaţiile (4.48) şi (4.49). Explicitând fracţia de solid ξijk+1

se obţine relaţia:

ijij

ced

k

ijSij

k

ij

k

Sijijk

ijL

QTTc

2

2

1)()(

1

(4.58)

Dacă fracţia solidă ξijk+1 astfel calculată are convergenţă în intervalul [0;1] temperatura

Tijk+1=TSij , iar fracţia solidă la momentul τk+1 are valoarea dată de relaţia (15).

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (4.58) este negativă (ξik+1 < 0), înseamnă

că în intervalul de timp τ, apa din elementul respectiv se evaporă complet. Temperatura la

sfârşitul intervalului de timp va fi Tijk+1>TSij , iar fracţia de solid ξijk+1 = 0. În acest caz în

ecuaţia de bilanţ termic (4.47) se înlocuiesc relaţiile (4.48) şi (4.51), iar temperatura elementului‚

“i,j” la momentul τk+1 este dată de relaţia:

k

Lijij

ijijSij

k

ij

k

Siijced

k

ij

Sij

k

ijc

LTTcQTT

2

22

19.0)(

(4.59)

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (4.58) este supraunitară (ξijk+1 > 1) atunci

înseamnă că în intervalul de timp τ elementul respectiv rămâne în stare solidă (apa rămâne în

totalitate legată chimic), temperatura la sfârşitul intervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iar

fracţia de solid este ξijk+1 = 1. În acest caz în ecuaţia de bilanţ termic (4.47) se înlocuiesc

relaţiile (4.48) şi (4.50), iar temperatura elementului‚ “i,j” la momentul τk+1 este dată de relaţia:

k

Sijij

ced

k

ijk

ij

k

ijc

QTT

.2

1

(4.60)



33

Cazul II: Dacă Tijk = TSij , 0 ≤ ξijk ≤ 1, iar Tijk+1 = TSij , 0 ≤ ξijk+1 ≤ 1, atunci în

ecuaţia bilanţului termic (4.47) se înlocuiesc relaţiile (4.58) şi (4.52). Explicitând fracţia

solidificată ξijk+1 se obţine relaţia:

ijij

ced

k

ijk

ij

k

ijL

Q

2

1

(4.61)

Dacă fracţia solidă ξijk+1 astfel calculată are convergenţă în intervalul [0;1] temperatura

Tijk+1=TSij , iar fracţia solidă la momentul τk+1 are valoarea dată de relaţia (18).

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (18) este negativă (ξijk+1 < 0) atunci

înseamnă că în intervalul de timp τ elementul respectiv pierde toată umiditatea legată (apa se

evaporă complet), Temperatura la sfârşitul intervalului de timp devine Tijk+1>TSij , iar fracţia

de solid ξijk+1 = 0. În acest caz în ecuaţia de bilanţ termic (4) se înlocuiesc relaţiile (5) şi (10),

iar temperatura stratului „i,j” la momentul τk+1 este dată de relaţia:

k

Lijij

ij

k

ijijced

k

ij

Sij

k

ijc

LQTT

2

2

1)1.0(

(4.62)

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (4.61) este supraunitară (ξik+1 > 1) atunci

înseamnă că în intervalul de timp τ, elementul respectiv devine solid complet (apa se

recondensează în cartof). Precizăm că un astefel de caz nu este posibil în realitate, dar ele trebuie

să fie cuprins în schema de rezolvare, pentru ca aceasta să fie completă. Temperatura la sfârşitul

intervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iar fracţia de solid ξijk+1 = 1. În acest caz în ecuaţia de

bilanţ termic se înlocuiesc relaţiile (4.47) şi (4.54), iar temperatura elementului ”i,j” la momentul

τk+1 este dată de relaţia:

k

Sijij

k

ijLijijced

k

ij

Sij

k

ijc

LQTT

2

2

1)1(

(4.63)

Cazul III: Dacă Tijk > TSij , ξijk =0 , iar Tijk+1 = TSij , 0 ≤ ξijk+1 ≤ 1, atunci înlocuind

relaţiile (4.48) şi (4.55) în relaţia (4.47) se explicitează fracţia de solid ξijk+1. Se obţine relaţia:

1.01

)()(

2

1

ij

k

LijSij

k

ij

ij

ced

k

ijk

ijL

cTTQ

(4.64)



34

Dacă fracţia solidă astfel calculată are convergenţă în intervalul [0,1;1] temperatura

Tijk+1=TSij , iar fracţia solidă la momentul τk+1 are valoarea dată de relaţia (4.64).

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (4.64) este negativă (ξijk+1 < 0,1) atunci

rezultă că în intervalul de timp τ, elementul respectiv rămâne la temperatură deasupra

temperaturii TS. Temperatura elementului la sfârşitul intervalului de timp τ, va fi Tijk+1>TSij ,

iar umiditatea legată în element este uijk+1=0, iar fracţia de solid reziduală solidă este ξijk+1 =

0,1. În acest caz în ecuaţia de bilanţ termic (4.47) se înlocuiesc relaţiile (4.48) şi (4.56), iar

temperatura elementului‚ “i,j” la momentul τk+1 este dată de relaţia:

k

Lijij

ced

k

ijk

ij

k

ijc

QTT

2

1)(

(4.65)

Dacă valoarea fracţiei solide calculată cu relaţia (4.64) este supraunitară (ξijk+1 > 1)

atunci înseamnă că în intervalul de timp τ, elementul respectiv devine din nou solid, complet

(apa se recondensează şi devine din nou legată chimic). În realitate (în cazul prăjirii chipsurilor)

acest caz nu este posibil, însă cazul trebuie inclus în schema de rezolvare a modelului pentru ca

aceasta să fie completă. Temperatura la sfârşitul intervalului de timp va fi Tijk+1 < TSij , iar

fracţia de solid ξijk+1 = 1. În acest caz în ecuaţia de bilanţ termic se înlocuiesc relaţiile (4.48) şi

(4.57), iar temperatura elementului “i,j” la momentul τk+1 este dată de relaţia:

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 şi a schemei de rezolvare a acestuia, a fost realizat un program

de calculator (un soft) pentru simularea 2D a procesării termice a chipsurilor. Structura softului

are în vedere schema de rezolvare a modelului matematic. Softul a fost realizat în ipoteza că

sistemul de procesare (friteusă – chipsuri) este constituit din trei tipuri de materiale: carcasă, ulei

alimentar, felii de cartofi (materialul procesat).

4.6.9. Rezultate privind procesarea termică a chipsurilor furnizate de soft

Softul realizează simulare 2D. Simularea 2D furnizează rezultate veridice în cazul

instalaţiilor care prezintă simetrie de translație. Se poate considera că instalațiile de procesare a

chipsurilor îndeplinesc această condiție.

Utilizarea softului destinat simularii procesarii termice a chipsurilor care a fost realizat în

cadrul tezei furnizează urmatoarele rezultate legate de acest proces:

- evoluția temperaturii în orice punct al sistemului;



35

- evoluția umidității în orice punct al feliei de cartof;

- determinarea umidității medii în felia de cartof și a evoluției acesteia în funcție de timp;

- repartizarea temperaturilor în secțiunea sistemului la orice moment;

- repartizarea umidității în secțiunea feliilor de cartof la orice moment,

- repartizarea acrilamidei în secțiunea feliilor de cartof la orice moment pe secțiunea feliilor

de cartof;

- repartizarea temperaturilor pe orice linie a secțiunii prin sistem la orice moment;

- repartizarea temperaturilor pe orice coloană a secțiunii prin sistem la orice moment;

- repartizarea umidității pe orice linie a secțiunii prin sistem la orice moment;

- repartizarea umidității pe orice colană a secțiunii prin sistem la orice moment;

- repartizarea tendinței de formare a acrilamidei pe orice linie a secțiunii prin felia de cartof,

la orice moment;

- repartizarea tendinței de formare a acrilamidei pe orice coloanaă a secțiunii prin felia de

cartof;

- repartizarea tendinței de formare a acrilamidei în secțiunea feliei de cartof;

- timpul de încalzire până la o temperatură dată în orice punct al sistemului;

Utilizarea softului permite sa se efectueze următoarele studii:

- influența geometriei și a dimensiunilor feliilor de cartof (grosime, lățime, etc) utilizate la

producerea chipsurilor asupra parametrilor menționați (temperatura de încălzire, umiditate,

acrilamidăa, etc);

- influența umidității inițiale a feliilor de cartof asupra parametrilor menționați (temperatura

de încălzire, umiditate, acrilamida, etc);

- influența timpului de menținere în instalație asupra parametrilor menționați (temperatura

de încălzire, umiditate, acrilamidă, etc);

- influența temperaturii mediului de prăjire (ulei alimentar) asupra parametrilor menționați

(temperatura de încălzire, umiditate, acrilamidă, etc);

-influența caracteristicilor mediului de prăjire (ulei alimentar) asupra parametrilor

menționatți (temperatura de încălzire, umiditate, acrilamidă, etc);

-influența geometriei și dimensiunilor instalației de procesare asupra parametrilor

menționatți (temperatura de încălzire, umiditate, acrilamidă, etc).

4.6.10. Metodica de cercetare prin simulare

Având în vedere posibilitățile de cercetare oferite de modelarea matematică şi de softul

pentru simularea procesării prăjirii chipsurile, în etapa finală a cercetărilor întreprinse în cadrul

tezei de doctorat s-au efectuat două studii concrete privind influenţa unor parametrii tehnologici

asupra procesului de prăjire.

Un prim studiu a urmărit să analizeze influenţa timpului de prăjire şi a grosimii feliilor de

cartof asupra parametrilor prăjirii chipsurilor, iar al doilea să analizeze influenţa timpului de

prăjire şi a temperaturii uleiului alimentar asupra prăjirii. S-a incercat să se pună în evidenţă

influenţa acestor parametrii asupra următoarelor efecte:

- evoluţia temperaturii în diverse puncte ale feliei de cartof;

- evoluţia umidităţii în diverse puncte ale feliei de cartof;



36

- repartizarea temperaturii la diverse momente pe secțiunea feliei de cartof;

- evolutia umidității medii (Umed) remanente în secțiunea feliilor de chips;

- tendinţa de formare a acrilamidei în sectiunea chipsurilor.

Umiditatea medie în secțiunea feliei de cartof s-a calculat prin relația:

mn

u

N

u

Um ed

N

ijk

N

ijk

11

(4.72)

Unde uij – reprezintă umiditatea la momentul “k” a celulelor cu coordonate “i,j”, N –

numarul total de elemente în care este divizat sistemul, n – numarul de linii, m – numarul de

coloane.

Tendinţa de formare a acrilamidei s-a calculat prin ponderea procentuală a numărului de

elemente de volum (în care este divizat) cartoful care ating temperatura de început de formare a

acrilamidei (Tijk.=1200C). Relația de calcul este:

%100120 N

NTA

(4.73)

Relaţiile (4.72) şi (4.73) au fost transpuse în limbajul de programare, astfel că la finalul

realizării unei simulări, softul afişează direct umiditatea medie si tendinţa de formare a

acrilamidei.

Fig 4.25 Dimensiunile secţiunii prin ansamblul cuvă – ulei – felie de cartof

utilizate în cadrul studiului prin simulare



37

Schema de lucru (respectiv ipotezele) care a stat la baza studiilor efectuate prin simulare

este arătată în figura 4.25. Aceasta reproduce la scară redusă secţiunea printr-o friteusă continuă

(cuvă) de tip tunel pentru prăjirea chipsurilor. S-a considerat o incintă de formă dreptunghiulară

constituită din otel inoxidabil. Interiorul acesteia este plin cu ulei alimentar încălzit iniţial la

temperatura de lucru. În interiorul incintei s-a considerat o singură felie de cartof prin prăjirea

căreia se obţine un chips. În schiţa din figura 4.25 sunt date și dimensiunile cuvei şi cotele

iniţiale ale feliei de cartof. Grosimea feliei de cartof este notată “h” iar lungimea “L”. Nu s-a

considerat elementul de încălzire al uleiului din motive de simpificare structurii softului.

Secțiunea considerata a sistemului cuvă – ulei alimentar – felie de cartof este divizat în elemente

pătrate cu latura Δ. Elementele rezultate din divizarea secțiunii sunt dispuse pe linii și coloane.

Feliile de cartof au fost divizate în trei straturi suprapuse.

4.6.11. Studiu prin simulare a influenței grosimii feliilor de cartof asupra parametrilor

procesului de prăjire a chipsurilor

În cadrul acestui studiu s-a modificat grosimea feliilor de cartof (“h”). S-a avut în vedere că

grosimea feliilor de cartof utilizate în mod uzual în industria alimentară este cuprinsă între 1.6 -

1,9mm. În cadrul studiului efectuat prin simulare, grosimea feliei de cartof s-a modificat între h

= 1,5mm şi h =3mm (din 0,3mm în 0,3mm). În cadrul acestui studiu s-a considerat că uleiul

alimentar în care se realizează prăjirea are aceeaşi temperatură în toate cazurile. Având în vedere

condiţiile de procesare a chipsurilor în industria alimentară s-a considerat temperatura uleiului

egală cu T˚ ulei = 180˚C. S-a urmărit influenţa grosimii feliei de cartof şi a timpului de prăjire

asupra evoluţiei temperaturii, a umidității sși a tendinței de formare a acrilamidei. S-au analizat

efectele grosimii la timp de prăjire între t = 1 minut şi t = 5 minute.

În cadrul studiului s-a urmărit evoluţia temperaturii în patru puncte ale feliei de cartof

(punctele A, B, C şi D din figura 4.26). Punctele sunt situate pe axa verticală și pe marginea

laterală a feliei de cartof. În figurile 4.39 – 4.41 este reprezentată grafic influența grosimii

feliilor de cartof asupra umidităţii medii a feliilor de cartof, asupra umidităţii în punctul A situat

în centrul suprafeței feliei de cartof şi asupra ponderii volumelor în care apare fenomenul de

formare a acrilamidei (tendinţa de formare a acrilamidei).

Fig 4.26 Poziţionarea punctelor (A, B, C, D) în care s-a analizat

variaţia temperaturii şi a umidităţii în felila de cartof



38

Fig. 4.39 Evoluția în funcție de timp, a umidității medii remanente a chipsurilor pentru diverse

grosimi “h” ale feliilor de cartof (temperatura uleiului alimentar, Tu = 1800C)

Fig. 4.40 Evoluția în funcție de timp a umidității relative în centrul suprafeței chipsurilor pentru

diverse 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]

um

idit

ate

a m

edie

"U

me

d"

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]

um

idit

ate

a r

ela

tiva i

n c

en

tru

l sup

rafe

tei cip

sulu

i "U

" in

%

h=1,5mm

h=1,8mm

h=2,1mm

h=2,4mm

h=2,7mm

h=3,0mm



39

Fig. 4.41 Evoluția în funcție de timp a tendinței de formare a acrilamidei (TA) în secțiunea

chipsurilor pentru diverse grosimi “h” ale feliilor de cartof (temperatura uleiului Tu=1800C)

Analiza rezultatelor obţinute prin simulare a condus la urmatoarele observaţii:

- temperatura în secţiunea feliilor de cartof analizate ajunge la 100˚C foarte repede, timpul

de încălzire la această temperatura fiind sub un minut;

- umiditatea medie a feliilor de cartof începe să scadă considerabil imediat după

introducerea cartofilor în uleiul încălzit;

- grosimea feliilor de cartof influenţează de asemenea considerabil eliminarea apei din

feliile de cartof;

- în cazul feliilor cu grosime de 1,5mm umiditatea este eliminată total în 5minute;

- în cazul feliilor cu grosime de 3mm, umiditatea medie remanentă după 5minute este încă

ridicată, în jur de 30% datorită faptului că în centrul secţiunii apa nu se evaporă total;

- colțurile şi marginile laterale ale feliei de cartof ajung foarte rapid la temperatura de peste

100˚C şi pierd umiditatea foarte rapid, la scurt timp după introducerea în uleiul fierbinte (la

intervale de ordinul secundelor);

- tendinţa de formare a acrilamidei începe să apară vizibil după cca. 1,5 – 2 minute de la

începutul prăjirii;

- în cazul feliilor foarte subţiri cu grosime de 1,5 – 1,8 mm tendinţa de formare a acrilamidei

creşte considerabil la durate de peste 4 minute;

- pentru o temperatură dată, timpul de prăjire a cipsurilor trebuie corelat cu grosimea

cartofilor;

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

timp "t" in [s]

tend

inta

de f

orm

are

a a

cri

lam

ide

i "T

A"

in %

h=1,5mm

h=1,8mm

h=2,1mm

h=2,4mm

h=2,7mm

h=3,0mm



40

- în cazul feliilor de cartof cu grosime de 1,8 mm durata optimă de prăjire este de cca. 3

minute, durată la care umiditatea medie remanentă este de cca. 23%, iar ponderea suprafeţei

predispusă la formarea acrilamidei este de cca. 12%.

Aceste observaţii conduc la concluzia că grosimea optimă a feliilor de cartof pentru

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

4.6.12. Studiu prin simulare privind influența temperaturii uleiului alimentar asupra

parametrilor procesului de prăjire a chipsurilor

În cadrul acestei etape a studiului s-a analizat prăjirea feliilor de cartof cu grosimea h =

1,8mm. S-a avut în vedere grosimea feliilor de cartof utilizate în mod uzual în industria

alimentară. În cadrul acestui studiu efectuat de asemenea prin simulare, temperatura uleiului

alimentar în care are loc prăjirea s-a modificat, având valori cuprinse între 140˚C si 200˚C. S-a

urmărit influența temperaturii uleiului şi a timpului de prăjire asupra temperaturii în felia de

cartof, asupra umidităţii remanente a chipsurilor şi asupra tendinţei de formare a acrilamidei.

Aceste efecte s-au analizat pentru un timp de prăjire între t = 1 minut şi t = 5 minute. S-au

utilizat eceleaşi valori ale parametrilor termofizici care sunt date în tabelul 4.3.

În cadrul studiului s-a urmărit evoluţia temperaturii în aceleaşi patru puncte ale feliei de

cartof (punctele A, B, C şi D din figura 4.26). Punctele sunt situate pe axa verticală şi pe

marginea laterală a feliei de cartof.

În tabelele 4.10 și 4.11 sunt date rezultatele privind influența temperaturii uleiului alimentar

asupra umiditățatii medii a feliei de chips și asupra tendinței de formare a acrilamidei exprimată

prin ponderea suprafeței din secțiunea cartofului care atinge temperaturi de peste 120˚C.

În figurile 4.42 – 4.43 este reprezentata grafic influența temperaturii uleiului alimentar și a

timpului de prăjire asupra umidității medii remanente din chipsuri și asupra tendinței de formare

a acrilamidei pentru cazul prăjirii feliilor de cartof cu grosime de 1,8 mm.

Tabelul 4.10

Rezultate privind evoluția umidităţii (relative) medii Umed în felia de cartof, în funcţie de

grosimea feliei (temperatura uleiului alimentar Tu=180 ˚C)

Nr.crt Temperatura

uleiului

Umiditatea relativa medie remanentă , Umed, în funcție de timp

timp

t = 0s

timp

t = 60s

timp

t = 120s

timp

t = 180s

timp

t = 240s

timp

t = 300s

Simbol Tu Umed0 Umed60 Umed120 Umed180 Umed240 Umed300

u.m. 0C % % % % % %

1 140 90 77,79 67,12 59,47 51,04 44,59

2 160 90 67,64 52,01 39,65 29,54 21,50

3 180 90 57,70 37,67 23,23 13,02 4,87

4 200 90 49,1 26,70 12,86 2,89 0



41

Tabelul 4.11

Rezultate privind tendința formării acrilamidei în secțiunea chipsului, exprimată prin ponderea

suprafeței din secțiune care depășește temperatura Tij >= 120 ˚C

Nr.crt Temperatura

uleiului

Tendința de formare a acrilamidei, TA, în funcție de timp

timp

t = 0s

timp

t = 60s

timp

t = 120s

timp

t = 180s

timp

t = 240s

timp

t = 300s

Simbol Tu TA TA TA TA TA TA

u.m. 0C % % % % % %

1 140 0 0 0 0 0 0

2 160 0 0 0 2,98 7,96 11,94

3 180 0 2,98 5,97 11,94 21,89 36,81

4 200 0 4,97 11,94 23,88 52,73 100

Fig. 4.42 Evoluția în funcție de timp a umidității medii remanente a chipsurilor pentru diverse

temperaturi ale uleiului alimentar (grosimea feliilor de cartof h=1,8mm)

Fig.4.43 Evoluția în funcție de timp a tendinței de formare a acrilamidei (TA) în secțiunea

chipsurilor pentru diverse temperaturi Tu ale uleiului alimentar (grosimea feliilor de cartof

h=1,8mm)

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Timp t [s]

Um

idita

tea m

ed

ie,

Um

ed

[%

]

Tu=140 oC

Tu=160 oC

Tu=180 oC

Tu=200 oC

0 50 100 150 200 250 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Timp t [s]

Ten

din

ta d

e f

orm

are

a a

cri

lam

ide

i T

A [

%]

Tu=140 oC

Tu=160 oC

Tu=180 oC

Tu=200 oC



42

Rezultatele privind temperatura uleiului alimentar asupra tendinței de formare a acrilamidei

sunt următoarele:

- la toate cele patru valori ale temperaturii uleiului pentru care s-a efectuat studiul,

temperatura în centrul feliei de cartof este practic aceeaşi şi anume egală cu 100˚procesului de

prăjire a cipsurilor au condus la urmatoarele observații:

- temperatura uleiului (în domeniul de valori studiate) are influență vizibilă asupra încălzirii

marginilor şi colțurilor feliilor de cartof; cu creșterea temperaturii uleiului colțurile și marginile

se încălzesc mult mai intens (face excepție cazul cand uleiul are 200˚C, caz în care la 5 minute

centrul feliei se încălzeşte peste 100˚C);

- în cazul uleiului cu tempertura de 140˚C, umiditatea medie remanentă din chips (la

grosimea h=1,8mm) se menţine la valori ridicate (peste 40 %) chiar la 5 minute de prăjire, ceea

ce afectează calitatea acestora;

- la valori ale temperaturii uleiului de peste 180˚C (de exemplu la 200 ˚C) tendinţa de

formare a acrilamidei crește considerabil;

- în cazul feliei de cartof cu grosimea h=1,8mm și temperatura uleiului alimentar Tu=200˚C,

acrilamida se formează pe toată secțiunea feliei de cartof (de chips) deoarece temperatura

depașește 120˚C în toate punctele secțiunii;

- în cazul când temperatura uleiului este Tu = 140˚C, tendința de formare a acrilamidei pe

secțiunea feliei de cartof este zero, însă umiditatea în cartof rămâne foarte mare (peste 40%),

ceea ce afectează gustul şi calitatea cipsurilor;

- pe baza acestor observaţii se poate afirma ca temperatura optimă de prăjire a chipsurilor

este cuprinsă în intervalul 160˚C – 180˚C.

Nota: În capitolul 4.6 s-a utilizat frecvent cuvântul „soft” deoarece acesta se utilizează în

mod curent atât în literatura de specialitate din domeniul informaticii, cât și în practică în cazul

programelor de calculator.

5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ ÎN PROCESUL DE PRĂJIRE AL

FELIILOR DE CARTOFI

5.1. Obiectivele cercetării experimentale

În cercetarea ştiinţifică inginerească o deosebită importanţă o au aplicaţiile experimentale,

care constituie atât un criteriu de bază pentru verificarea veridicităţii ipotezelor şi teoriilor

ştiinţifice elaborate, cât şi o sursă bogată de corectare completare a acestora. Cercetarea

experimentală are ca obiectiv principal verificarea ipotezelor teoretice care stau la baza

fenomenului studiat.

Pentru obţinerea unor date pertinente, în cercetarea experimentală este necesară parcurgerea

următoarelor etape:

alcătuirea programului de desfăşurare a cercetărilor experimentale;

măsurarea mărimilor fizice specifice fenomenului studiat folosind aparatura şi

mijloacele de măsurare adecvate;

prelucrarea datelor obţinute;



43

compararea datelor obţinute pe cale experimentală cu cele obţinute prin modelarea

teoretică şi stabilirea concluziilor în baza cărora se poate trasa valorificarea rezultatelor.

Valoarea rezultatelor cercetării experimentale depinde de conceperea unei metodici de

cercetare corecte, de alegerea celor mai potrivite mijloace de investigare şi tehnici de măsurare,

de buna organizare a etapelor cercetării şi de culegerea datelor, precum şi de modul de prelucrare

şi interpretare a acestora.

Obiectivul principal al cercetărilor experimentale din cadrul acestei lucrări îl reprezintă

optimizarea tehnologiei de obţinere a cartofilor feliaţi prăjiţi în vederea reducerii conţinutului

de acrilamidă.

În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetări a fost necesară parcurgerea

secvenţială şi rezolvarea mai multor obiective complementare, precum:

întocmirea unei metodici complete şi raţionale pentru cercetarea experimentală, cu

luarea în considerare a caracteristicilor echipamentelor tehnice necesare;

determinarea conţinutului de substanţă uscată pentru felii de cartofi cu grosimi

diferite;

determinarea conţinutului de substanţă uscată pentru felii de cartofi cu aceeaşi

grosime, dar la timpi diferiţi de prăjire;

determinarea conţinutului de substanţă uscată pentru felii de cartofi cu aceeaşi

grosime, prăjite la temperaturi diferite;

monitorizarea transferului termic pentru felii de cartofi de grosimi diferite, cu timpi

de prăjire diferiţi;

monitorizarea conţinutului de amidon pentru feliile de cartofi supuse prăjirii;

determinarea conţinutului de acrilamidă funcţie de timpul de prăjire;

determinarea conţinutului de acrilamidă funcţie de conţinutul de umiditate şi

grosimea feliilor de cartofi;

determinarea conţinutului de acrilamidă funcţie de conţinutul de amidon al feliilor de

cartofi supuse prăjirii.

5.2. Obiectul cercetării experimentale

Obiectul principal al acestor studii experimentale îl constituie cartofii, conţinutul lor de

amidon, procentul de umiditate în feliile prăjite, temperatura de prăjire şi comportamentul feliilor

în timpul procesului de prăjire funcţie de timpul de prăjire.

În tabelul 5.1 sunt prezentate soiurile de cartofi utilizare în cadrul cercetării experimentale.

Tabelul 5.1

Soiurile de cartofi utilizate în cadrul cercetării experimentale

Nr. crt. Soi de cartof Tip cartof

1. Lady Rossetta roşu

2. Lady Claire alb

Materialul auxiliar folosit în determinările experimentale pentru obţinerea feliilor de cartofi

prăjiţi a fost uleiul rafinat de floarea soarelui. Conţinutul în ulei s-a determinat prin metoda

Soxhlet, produsul cu procent scăzut în ulei fiind apreciat superior.

Testele industriale au fost efectuate într-o fabrică de producţie chips care are în componenţă

friteuza tip Kiremko 1380 S.



44

5.3. Metodica cercetării experimentale

În vederea atingerii obiectivului principal şi obiectivelor complementare ale cercetării

experimentale (subcapitolul 5.1) s-a conceput şi s-a urmărit un program al cercetării

experimentale prezentat în figura 5.3.

În cadrul programului cercetărilor experimentale sunt precizate: locul de desfăşurare a

cercetării experimentale, materialele utilizate, condiţiile în care se desfăşoară cercetările

experimentale, aparatura utilizată şi parametrii urmăriţi.

Fig. 5.3 Programul cercetării experimentale



45

5.5. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetării

experimentale

5.5.1. Determinări ale transferului de masă în procesul de prăjire al feliilor de cartofi

În vederea determinării transferului de masă în timpul procesului de prăjire al feliilor de

cartofi s-au efectuat mai multe măsurători: au fost prăjite şi cântărite la intervale de 30 de

secunde felii de cartofi din sortimentele Lady Claire (sortiment de cartof alb) şi Lady Rossetta

(sortiment de cartof roşu) la temperaturi de 150˚C şi 170˚C.

Pentru prima determinare s-a utilizat o probă de cartofi din sortimentul Lady Claire. Feliile

au fost tăiate la dimensiunea de 1,16 mm şi au fost prăjite în ulei de floarea soarelui la 150˚C.

După fiecare 30 de secunde de prăjire s-au efectuat măsurători care sunt prezentate în tabelul 5.8.

Tabelul 5.8

Determinări ale feliilor de cartofi Lady Claire de grosime1,16mm prăjite în ulei de floarea

soarelui la 150˚C

Fig. 5.11 Variaţia greutăţii feliilor de Lady Claire de 1,16mm, prăjite la temperatura de 150˚C

Atât din tabelul 5.8 cât şi din figura 5.11 se observă ca cea mai mare pierdere în greutate a

feliei de cartof are loc în primul minut al procesului de prăjire. În primele 60 de secunde se

evaporă cea mai mare cantitate de apă din felia de cartof şi abia apoi începe prăjirea propriu-zisă.

Pentru a doua determinare s-a utilizat o probă de cartofi din sortimentul Lady Claire. Feliile

au fost tăiate la dimensiunea de 2,28 mm şi au fost prăjite în ulei de floarea soarelui la 170˚C.

După fiecare 30 de secunde de prăjire s-au efectuat măsurători care sunt prezentate în tabelul 5.9.

Timpul de prăjire, s 30 60 90 120 150 180 210 240

Masa iniţială a feliei, g 3.11 2.58 2.09 2.22 2.24 2.12 2.34 2.39

Masa finală a feliei, g 3.02 1.21 0.92 1.14 1.26 1.09 1.39 1.21

Diferenţa de greutate, g 0.09 1.37 1.17 1.08 0.98 1.03 0.95 1.18



46

Tabelul 5.9

Determinări ale feliilor de cartofi Lady Claire de grosime 2,28mm prăjite în ulei de floarea

soarelui la 170˚C

Timpul de prăjire, s 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Masa iniţială a feliei, g 4.67 4.42 4.4 4.44 4.19 4.35 3.98 4.16 4.62 4.42

Masa finală a feliei, g 3.8 2.76 2.72 2.57 1.73 1.94 1.57 1.66 1.96 1.67

Diferenţa de greutate, g 0.87 1.66 1.68 1.87 2.46 2.41 2.41 2.5 2.66 2.75

Fig. 5.12 Variaţia greutăţii feliilor de Lady Claire de 2,28mm, prăjite la temperatura de 170˚C

Din tabelul 5.9 şi figura 5.12 se observă că pentru acelaşi soi de cartof, Lady Claire, însă de

grosime mai mare şi prăjit la temperatura de 170˚C, felia pierde cea mai mare parte a masei în

primele 2 minute şi 30 de secunde, după care pierderea este nesemnificativă, ceea ce înseamnă că

după 150 de secunde are loc prăjirea propriu-zisă.

Pentru a treia determinare s-a utilizat o probă de cartofi din sortimentul Lady Rossetta.

Feliile au fost tăiate la dimensiunea de 1,16 mm şi au fost prăjite în ulei de floarea soarelui la

150˚C. După fiecare 30 de secunde de prăjire s-au efectuat măsurători care sunt prezentate în

tabelul 5.8.

Tabelul 5.10

Determinări ale feliilor de cartofi Lady Rossetta de grosime 1,16mm prăjite în ulei de floarea

soarelui la 150˚C

Timpul de prăjire, s 30 60 90 120 150 180 210 240

Masa iniţială a feliei, g 2.14 2.41 2.21 2.24 2.26 2.14 2.36 2.4

Masa finală a feliei, g 2.02 1.25 0.92 1.14 1.27 1.15 1.39 1.31

Diferenţa de greutate, g 0.12 1.16 1.29 1.1 0.99 0.99 0.97 1.09



47

Fig. 5.13 Variația greutății feliilor de Lady Rossetta de 1,16mm,

prăjite la temperatura de 150˚C

Din tabelul 5.10 şi din figura 5.13 se poate observa faptul că şi în cazul sortimentului de

cartof roşu, Lady Rossetta, de grosime 1.16 mm, prăjit în ulei de floarea soarelui la 150 ˚C,

pierderea cea mai mare a masei are loc după 1 minut de prăjire, după 1.5 minute având loc

prăjirea propriu-zisă a feliei de cartof. Atât pentru sortimentul Lady Claire (cartofi albi), cât şi

pentru sortimentul Lady Rossetta (cartofi roşii), pierderea în greutate a feliilor de cartofi tăiate la

1,16 mm şi prăjite la 150 ˚C este similară.

Pentru a patra determinare s-a utilizat o probă de cartofi din sortimentul Lady Rossetta.

Feliile au fost tăiate la dimensiunea de 2,28 mm şi au fost prăjite în ulei de floarea soarelui la

170˚C. După fiecare 30 de secunde de prăjire s-au efectuat măsurători care sunt prezentate în

tabelul 5.8.

Tabelul 5.11

Determinări ale feliilor de cartofi Lady Rossetta de grosime 2,28mm prăjite în ulei de floarea

soarelui la 170˚C

Timpul de prăjire, s 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Masa iniţială a feliei, g 4.69 4.52 4.49 4.44 4.19 4.45 4.42 4.43 4.62 4.42

Masa finală a feliei, g 3.82 2.98 2.67 2.35 1.58 1.94 1.79 1.78 1.96 1.67

Diferenţa de greutate, g 0.87 1.54 1.82 2.09 2.61 2.51 2.63 2.65 2.66 2.75

Fig. 5.14 Variaţia greutăţii feliilor de Lady Rossetta de 2,28mm, prăjite la temperatura de 170˚C



48

Din tabelul 5.11 şi din figura 5.14 se observă că cea mai mare pierdere de masă are loc după

2 minute şi 30 de secunde, la fel ca şi în cazul celei de-a doua determinări, feliile soiului de

cartof Lady Claire. Atât sortimentul de cartof alb Lady Claire, cât şi sortimentul de cartof roşu,

Lady Rossetta au acelaşi comportament din punct de vedere al pierderii de masă, când feliile

tăiate la 2,28 mm sunt prăjite la temperatura de 170˚C.

În scopul determinării conţinutului de substanţă uscată au fost efectuate teste de prăjire.

Astfel, au fost prăjite felii de grosime 1.9 mm la 170˚C şi s-a determinat conţinutul de substanţă

uscată la fiecare 30 de secunde de prăjire. Valorile obţinute sunt prezentate în tabelul 5.12.

Tabelul 5.12

Conţinutul în substanţă uscată al feliilor de cartofi de grosime1,9mm prăjite în ulei de floarea

soarelui la 170˚C

Fig. 5.15 Variaţia conţinutului în substanţă uscată a feliilor de cartofi de grosime 1,9mm, prăjite

la temperatura de 170˚C

Ca urmare a determinării procentului de substanţă uscată, în figura 5.15 se poate observa o

scădere semnificativă a masei pană la valoarea aferentă timpului de prăjire de 150 de secunde,

ceea ce înseamnă că până la această valoare proba pierde conţinut de apă (prima etapă a

procesului de prăjire), după care are loc prăjirea efectivă a feliei de cartof.

Nr. probă Timp de prăjire, s % su

1 30 28.2

2 60 25.5

3 90 24.2

4 120 18.1

5 150 7.8

6 180 7.2

7 210 4.7

8 240 4.2

9 270 3.3

10 300 2.3



49

5.5.2. Determinări ale transferului termic în procesul de prăjire al feliilor de cartofi

Determinările transferului termic în procesul de prăjire al feliilor de cartofi au fost efectuate

în laboratorul universităţii cu camera de termoviziune.

În vederea efectuării cercetărilor experimentale de determinare a transferului termic şi

monitorizare a temperaturilor din timpul procesului de prăjire a feliilor de cartofi s-a utilizat: ulei

de floarea soarelui, tuberculi de cartofi albi (soiul Lady Claire) şi tuberculi de cartofi roşii (soiul

Lady Rossetta) (figura 5.16 şi figura 5.17). În figura 5.18 sunt prezentate imagini din laboratorul

universităţii ale probelor de cartofi feliaţi, pregătiţi pentru prăjit.

Fig. 5.16 Probe de cartofi albi, Lady Claire (stânga) şi roşii, Lady Rossetta (dreapta)

Fig. 5.17 Cartofi curăţaţi albi, Lady Claire (stânga) şi roşii, Lady Rossetta (dreapta)

Fig. 5.18 Felii de cartofi pregătite pentru prăjit



50

Termografia (determinarea temperaturii cu ajutorul camerei de termoviziune) este o metodă

de măsurare pasivă, fără contact. Astfel, s-au realizat o serie de imagini termice cu ajutorul

camerei de termoviziune de tip Flir ce pun în evidenţă temperatura radiată de pe suprafaţa

uleiului pentru prăjit şi a feliilor de cartofi prezente în diverse stadii (înainte de prăjire, la

începutul prăjirii şi la sfârşitul prăjirii). S-a recurs la această metodă de măsurare deoarece

posibilităţile de a înregistra temperatura reală a feliilor de cartofi în timpul procesului de prăjire

sunt limitate de designul echipamentului industrial utilizat pentru prăjirea feliilor de cartofi,

necesitând întreruperea procesului de producţie pentru măsurarea temperaturii.

Fig. 5.19 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof alb înainte de prăjire

Fig. 5.20 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof alb înainte de prăjire

Din figurile 5.19 şi 5.20 se poate observa ca temperaturile feliilor de cartofi albi înainte de

prăjire prezintă la exterior o valoare a temperaturii de 28,5ºC, iar în interior valori cuprinse între

20ºC şi 25ºC. Masa de lucru are o valoare maximă a temperaturii de aproximativ 30ºC.

Temperatura uleiului pentru prăjit a avut o valoare de 150ºC, aşa cum se poate observa în

figura 5.21. Temperatura cuvei de prăjire a fost de aproximativ 125ºC.

0

5

10

15

20

25

30

35

Temperatura, ˚C

Temperatura feliei de cartof alb înaintea prăjirii

20-2515-2010-155-10



51

Fig. 5.21 Temperatura aparentă la suprafaţa uleiului pentru prăjit

Aşa cum se poate observa în figurile 5.22 şi 5.23 temperatura feliilor de cartofi albi la

începutul prăjirii variază între 83,5ºC şi 93,3ºC, iar temperatura uleiului este de 150,2ºC.

Transferul de căldură se face de la exteriorul feliei de cartof spre interior.

Fig. 5.22 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof alb la începutul prăjirii

Fig. 5.23 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof alb la începutul prăjirii

0

50

100

150

200

Temperatura, ˚C

Evoluția temperaturii în felia de cartof alb la începutul prăjirii

50-100

0-50



52

În figurile 5.24 şi 5.25 se poate observa ca după 4 minute de prăjire, adică la sfârşitul

perioadei de prăjire, felia de cartof alb înregistrează valori cuprinse între 100ºC şi 120ºC în

centru şi valori cuprinse între 120ºC şi 140ºC la exterior.

Fig. 5.24 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof alb la sfârşitul prăjirii

Fig. 5.25 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof alb la sfârşitul prăjirii

Din figurile 5.26 şi 5.27 se poate observa ca temperatura feliilor de cartofi roşii înainte de

prăjire prezintă la exterior o valoare a temperaturii de 28ºC, iar în interior valori de aproximativ

25ºC. Masa de lucru are o valoare maximă a temperaturii de aproximativ 30ºC, la fel ca şi în

cazul feliilor de cartofi albi.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura, ˚C

Evoluția temperaturii în felia de cartof alb la sfârșitul prăjirii

100-12080-10060-8040-6020-400-20



53

Fig. 5.26 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof roşu înainte de prăjire

Fig. 5.27 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof roșu înainte de prăjire

Aşa cum se poate observa în figurile 5.28 şi 5.29 temperatura feliilor de cartof roşu la

începutul prăjirii variază între 104,1ºC şi 126,6ºC. Temperatura uleiului are o valoare constanta

de 150ºC.

0

5

10

15

20

25

30

35

Temperatura, ˚C

Temperatura feliei de cartof roșu inainte de prăjire

20-25

15-20

10-15



54

Fig. 5.28 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof roşu la începutul prăjirii

Fig. 5.29 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof roşu la începutul prăjirii

În figurile 5.30 şi 5.31 se poate observa ca după 4 minute de prăjire, adică la sfârşitul

perioadei de prăjire, felia de cartof roşu înregistrează valori cuprinse între 135ºC şi 140ºC în

centru şi valori de aproximativ 145ºC la exterior.

Fig. 5.30 Temperatura aparentă la suprafaţa feliei de cartof roşu la sfârşitul prăjirii

Fig. 5.31 Histograma temperaturilor la suprafaţa feliei de cartof roşu la sfârşitul prăjirii

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura, ˚C

Evoluția temperaturii în felia de cartof roșu la inceputul prăjirii

100-12080-100

134

136

138

140

142

144

146

148

150

152

Temperatura, ˚C

Evoluția temperaturii în felia de cartof rosu la sfarșitul prăjirii

146-148144-146142-144140-142

120



55

Făcând o paralelă între temperaturile feliilor de cartofi albi şi roşii de la începutul prăjirii,

aşa cum se poate observa din figurile 5.23 şi 5.29, se constată ca în ambele cazuri, la exterior,

feliile prezintă acceaşi valoare a temperaturii de 130ºC. În centrul feliei însă, în cazul cartofului

alb se observă o valoare de 60ºC, pe când în cazul cartofului roşu se observă o valoare de 80˚C.

Diferenţele de temperaturi se menţin şi la finalul etapei de prăjire, astfel: felia de cartof alb

prezintă la exterior temperaturi cuprinse între 120ºC şi 140ºC, iar la interior temperaturi cuprinse

între 100ºC şi 120ºC, pe când felia de cartof roşu prezintă la exterior temperaturi de aproximativ

145ºC, iar la interior temperaturi cuprinse între 135ºC şi 140ºC, așa cum se poate observa în

figurile 5.25 şi 5.31.

5.5.3. Analiza variației conținutului de acrilamidă în cartofii prăjiți

Acrilamida este o substanța chimică pură și este cunoscută ca fiind dăunatoare, cu caracter

neurotoxic și cancerigen în cantități mai mari de 2 mg/kg greutate corporală/zi.

Acrilamida nu este prezentă sub forma unei impurități care pătrude în produs datorită

neglijenței, ea se formează în timpul procesării la temperaturi mai mari de 120˚C. Substanța este

incoloră, fără miros, solubilă în apă și alcool. Conținutul de acrilamidă depinde de cât de multă

glucoză, fructoză și asparagină există în aliment, de conținutul de umiditate din produsul finit,

precum și de temperatura de procesare. Toți cartofii au un conținut natural de glucoză, fructoză si

asparagină, iar prin procesare se formează în mod inevitatbil acrilamida [86].

Formarea acrilamidei este rezultatul reacției Maillard când produsul se brunifică în timpul

procesării termice. Cu cât produsul este mai brunificat, cu atât conținutul de acrilamidă este mai

ridicat.

5.6. Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența

temperaturii și a umidității asupra creșterii conținutului de acrilamidă

În cele ce urmează se va prezenta modelul matematic privind influența temperaturii și a

umidității asupra creșterii conținutului de acrilamidă. Modelarea matematică a fost efectuată în

programul Statistic 8, în baza măsurătorilor efectuate pe linia de producție a chipsurilor din

cartofi și a rezulatelor obținute în cadrul cercetărilor experimentale în laboratorul de analize

fizico-chimice. Valorile utilizate în modelarea matematică sunt prezentate în Anexa B, tabelul

B1.

Modelul liniar general este reprezentat de relația matematică 5.1:

A = a+b*T+c*U (5.1)

unde:

A = conținutul de acrilamidă, µg/kg

a = termenul liber

b = coeficientul de model la temperatură

c = coeficientul de model la umiditate

T = temperatura, ºC,

U = umiditatea, % (s.u)



56

La efectuarea calculului statistic s-au avut în vedere valorile parametrilor monitorizați în secția

de producție și în laboratorul de analize fizico-chimice, conform anexei A, tabelul B1.

În tabelul 5.13 sunt prezentate valorile rezultate ca urmare a calculului probabilității pentru

modelul liniar general. Pe baza acestora se calculează probabilitatea p care din punct de vedere

satatistic are valori semnificative la valori p < 0.05%:

Tabelul 5.13

Calculul probabilității pentru modelul liniar general Coeficientul

parametrului analizat

Coeficientul de

regresie

Eroarea

standard

t – testul t

FG-grade

libertate

p-proba-

bilitatea

Rezultat al

lui p

a - termenul liber 3331.23 1402.615 2.37501 0.0208 -

b - coeficientul de model

la temperatura de ieșire -9.601 7.975 1.20381 0.2334 >0.05

c - coeficientul de model

la umiditate -743.228 240.496 3.09104 0.00304 <0.05

Se calculează planul de regresie și rezultă că pentru b (coeficientul de model la temperatura

de ieșire): p>0.05% și pentru c (coeficientul de model la umiditate): p<0.05%.

Ca urmare a calculului probabilității pentru modelul liniar general rezultă ecuația 5.2:

A = a + c*U (5.2)

Astfel, se demonstrează că valorile coeficientului c au influența seminificativă asupra

variabilei a, deci rezultă ca c are influență semnificativă asupra acrilamidei: cu cât conținutul de

umiditate este mai mare în feliile de cartofi prăjiti cu atat scade conținutul de acrilamidă.

Statistic se demonstrează că un parametru are o influență semnificativă pentru valori ale lui

p<0.05%. Așadar, mai sus s-a demostrat ca temperatura nu are o influența semnificativă asupra

creșterii conținutului de acrilamidă în cartofii prăjiți. Din modelul matematic de mai sus s-a

demonstrat de asemenea faptul că umiditatea are o influență semnificativă asupra acrilamidei:

odată cu creșterea conținutului de umiditate în produsul finit, scade conținutul de acrilamidă.

5.7. Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența

acțiunii separate și simultane a temperaturii și umidității

Modelul liniar general în calculul influenței acțiunii separate a temperaturii de ieșire, a

umidității și a acțiunii simultane a ambilor parametrii (temperatura si umiditate) asupra creșterii

conținutului de acrilamidă este prezentat în ecuația 5.3:

A = a+b*T+c*U+d*T*U (5.3)

unde:

A = conținutul de Acrilamida, µg/kg

a = termenul liber

b = coeficientul de model la temperatură




57

d = coeficientul la acțiunea simultană a ambilor parametrii: temperatură și umiditate

T = temperatura de iesire, ºC


Valorile utilizate în modelarea matematică sunt prezentate în Anexa B, tabelul B1. Pentru

acest model s-au calculat mai multe variante, până la excluderea parametrilor care nu au

influență semnificativă asupra formării acrilamidei în procesul tehnologic de obținere a feliilor

de cartofi prăjiți. Scopul calculului este acela de a demonstra care este parametrul cu influență

semnificativă în formarea acrilamidei.

În varianta 1, ecuația 5.4, se ia in calcul influența acțiunii separate și simultane a

temperaturii și umidității.

A=a+b*T+c*U+d*T*U (5.4)

Tabelul 5.14

Calculul probabilității pentru modelul matematic al acțiunii separate și simultane a temperaturii

și umidității asupra formării acrilamidei Coeficientul


coeficienții

de regresie

eroarea

standard

t – testul t

FG-grade

libertate

p-

probabilitat

ea

intervalul de încredere

pentru 95%

limita

inferioară

limita

superioară

a - termenul liber 15356,24 17028,50 0,901797 0,370895 -18730,0 49442,48

b - coeficientul de

model la temperatura

de iesire

-84,33 105,76 -0,797340 0,428506 -296,0 127,38

c - coeficientul de

model la umiditate -7778,87 9931,89 -0,783221 0,436684 -27659,7 12101,97

d - coeficientul de

model la actiunea

simultană a ambilor

parametrii

43,74 61,72 0,708598 0,481412 -79,8 167,29

Fig.5.42 Variația conținutului de acrilamidă funcție de temperatura de ieșire



58

În tabelul 5.14 sunt redate valorile probabilității pentru modelul matematic al acțiunii

separate și simultane a temperaturii și umidității. Pentu ca p>0.05% se renunță la calculul

acțiunii simultane a umidității și temperaturii asupra acrilamidei, nedemonstandu-se că din punct

de vedere statistic matematic temperatura ar putea avea o influență asupra creșterii conțintului de

acrilamidă. Așa cum se poate observa și în figurile 5.42 și 5.43, atât temperatura de ieșire, cât și

cea de intrare nu au o influența asupra conținutului de acrilamidă.

Fig.5.43 Variația conținutului de acrilamidă funcție de temperatura de intrare

În varianta 2, ecuația 5.5, se ia in calcul influența acțiunii separate a temperaturii și umidității.

A=a+b*T+c*U (5.5)

unde:


a = termenul liber

b = coeficientul de model la temperatura


T = temperatura de iesire, ºC,


Tabelul 5.15

Calculul probabilității pentru modelul matematic al acțiunii separate a temperaturii și umidității

asupra formării acrilamidei Coeficientul


coeficienții

de regresie

eroarea

standard

t – testul t

FG-grade

libertate

p-

probabilitatea

intervalul de incredere

pentru 95%

limita

inferioară

limita

superioară

a - termenul liber 3331,230 1402,615 2,37501 0,020818 524,60 6137,857

b – coeficientul de

model la temperatură -9,601 7,975 -1,20381 0,233471 -25,56 6,358

c – coeficientul de

model la umiditate -743,228 240,446 -3,09104 0,003043 -1224,36 -262,097



59

Din tabelul 5.15 se observă că probabilitatea p<0.05 doar în cazul coeficientului de model la

umiditate. Se renunță la calculul acțiunii coeficientului de model la temperatură, demonstrandu-

se înca o data că doar temperatura nu influențează semnificativ creșterea conținutului de

acrilamidă.

Conform valorii probabilității coeficientului de model la umiditate se demonstrează statistic

faptul că umiditatea influențează semnificativ creșterea conținutului de acrilamidă.

În varianta 3, conform ecuației 5.6, pentru îmbunatățirea modelului matematic, se renunță la

calculul acțiunii temperaturii, în calcul ramânâd doar acțiunea umidității asupra formării

acrilamidei (ecuația ).

A=a+c*U (5.6)

unde:

A = conținutul de Acrilamidă, µg/kg

a = termenul liber


U = umiditatea, %

Tabelul 5.16

Calculul probabilității pentru modelul matematic al acțiunii umidității asupra formării

acrilamidei Coeficientul

parametrului

analizat

coeficienții

de regresie

eroarea

standard

t – testul t

FG-grade

libertate

p-

probabilitat

ea


pentru 95%

limita

inferioară

limita

superioară

a - termenul liber 1717,066 413,0839 4,1567 0,000104 890,77 2543,357

b – coeficientul

de model la

umiditate -698,349 238,4257 -2,929 0,004801 -1175,27 -221,426

Observând valoarea probabilității p din tabelul 5.16 se poate concluziona că umiditatea are o

influență semnificativă asupra acrilamidei.

Fig.5.44 Variația conținutului de acrilamidă funcție de conținutul de umiditate



60

În figura 5.44 se observă dispersia valorilor umidităților înregistrate, ceea ce înseamnă că

umiditatea are o influență semnificativă asupra formării acrilamidei.

Statistic se demonstrează ca un parametru are o influență semnificativă pentru valori ale lui

p<0.05%. Așadar, mai sus s-a demostrat că doar temperatura nu are o influență semnificativă

asupra creșterii conținutului de acrilamidă în cartofii prăjiți. Din modelul matematic de mai sus

s-a demonstrat de asemenea faptul că umiditatea are o influență semnificativă asupra acrilamidei:

odată cu scăderea conținutului de umiditate în produsul finit, crește conținutul de acrilamidă.â

5.8 Calculul statistic al cercetărilor experimentale privind influența

acțiunii separate și simultane a umidității și a conținutului de amidon

Pentru modelarea matematică privind influența acțiunii separate a umidității, a conținutului

de amidon și a acțiunii simultane a ambilor parametrii (umiditate și conținut de amidon) asupra

creșterii conținutului de acrilamidă s-au utilizat de asemenea valorile prezentate în Anexa B,

tabelul B1.

Modelul liniar general pentru cazul influenței acțiunii separate și simultane a umidității și a

conținutului de amidon este prezentat în relația matematică 5.7:

A = a+b*U +c*UWG+d*U*UWG (5.7)

unde:


a = termenul liber

b = coeficientul de model la umiditate

c = coeficientul de model la continutul de amidon

d = coeficientul la acțiunea simultană a ambilor parametrii: umiditate și conținut de

amidon

UWG = conţinut în amidon, g/l


Pentru acest model s-au luat în calcul de asemenea mai multe variante, până la excluderea

parametrilor care nu au influență semnificativă asupra formării acrilamidei în procesul

tehnologic de obținere a feliilor de cartofi prăjiți. Scopul calculului este acela de a demonstra

care din parametrii modelului de mai sus are o influență semnificativă în formarea acrilamidei.

În varianta 1, conform relației 5.8 se ia in calcul influența acțiunii separate și simultane a

umidității și a conținutului de amidon.

A=a+b*U+c*UWG+d*U*UWG (5.8)



61

Tabelul 5.17

Calculul probabilității pentru modelul matematic al acțiunii separate și simultane a umidității și

a conținutului de amidon asupra formării acrilamidei Coeficientul


coeficienții

de regresie

eroarea

standard

t – testul t

FG-grade

libertate

p-

probabilitat

ea


pentru 95%

limita

inferioară

limita

superioară

a - termenul liber -21651,9 12467,21 -1,73671 0,088037 -46636,8 3332,95

b - coeficientul de

model la umiditate 11862,3 7151,52 1,65871 0,102867 -2469,7 26194,27

c - coeficientul de

model la conținutul

de amidon

56,0 29,99 1,86706 0,067226 -4,1 116,10

d - coeficientul de

model la actiunea

simultana a ambilor

parametrii umiditate

și amidon

-30,1 17,21 -1,74793 0,086057 -64,6 4,41

În tabelul 5.17 se observă valorile probabilității pentru modelul matematic al acțiunii

separate și simultane a umidității și conținutului de amidon. Deoarece în toate cazurile p>0.05%,

din punct de vedere statistic se demonstrează că parametrii, în varianta din calculul mai sus

prezentat, nu au avut o influență semnificativă. Astfel, pentru modelul matematic prezentat se iau

în calcul urmatoarele variante de modelare:

1. Influența acțiunii separate a umidității și a amidonului, unde s-a calculat R²= 0, 187;

2. Influența acțiunii separate a umidității și simultane a amidonului și umidității, unde s-a

calculat R²= 0, 181;

3. Influența acțiunii separate a amidonului și simultane a amidonului și umidității, unde s-a

calculat R²= 1.91, unde R²=coeficientul de determinare; el arată dispersia punctelor / valorilor

parametrilor luați în discuție în modelul matematic (dispersia punctelor mica => R² mare).

În toate cele trei cazuri de mai sus rezultă că dispersia punctelor este mică, deci se pot lua în

calcul modelări matematice ale influenței parametrilor.

Pentru varianta 2 a modelului matematic, conform relației 5.9, se ia în calcul influența

acțiunii separate a umidității și amidonului asupra formării acrilamidei:

A=a+b*U+c*UWG (5.9)

unde:


a = termenul liber

b = coeficientul de model la umiditate

c = coeficientul de model la conținutul de amidon

UWG = conțiunut în amidon, g/l

U = umiditatea, %



62

Tabelul 5.18

Calculul probabilității pentru modelul matematic al acțiunii separate a umidității și amidonului

asupra formării acrilamidei Coeficientul

parametrului

analizat

coeficienții

de regresie

eroarea

standard

t – testu

FG-grade

libertate

p-

probabilitat

ea


pentru 95%

limita

inferioară

limita

superioară

a - termenul liber 90,446 854,7936 0,10581 0,916111 -1621,91 1802,803

b - coeficientul de

model la umiditate -631,489 235,7849 -2,67824 0,009695 -1103,82 -159,155

c - coeficientul de

model la continutul

de amidon

3,657 1,7295 2,11454 0,038934 0,19 7,122

În tabelul 5.18 se observă că probabilitatea p<0.05, atât în cazul temperaturii cât și al

conținutului de amidon, ceea ce înseamnă ca ambii parametrii au o influență semnificativă în

formarea conținutului de acrilamidă.

Fig.5.45 Variația conținutului de acrilamidă funcție de conținutul de amidon

Un conținut mare de amidon în feliile de cartofi generează un conținut mare de acrilamidă în

produsul finit, așa cum se poate observa în figura 5.45. Din graficele figurilor 5.46 și 5.47 se

poate observa că un conținut mare de amidon și un conținut mare de umiditate generează un

conținut mare de acrilamidă în produsul finit.



63

Fig.5.46 Influența acțiunii simultane a umidității și a conținutului de amidon

asupra formării acrilamidei

Fig.5.47 Dispersia punctelor în influența acțiunii simultane a umidității și a conținutului de

amidon asupra formării acrilamidei



64

6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII

VIITOARE DE CERCETARE

6.1 Concluzii generale

În urma studiilor si analizelor efectuate în cadrul tezei de doctorat “Optimizarea tehnologiei

de obţinere a cartofilor feliaţi prăjiţi în vederea reducerii conţinutului de acrilamidă” au rezultat

următoarele concluzii:

1. Cartoful este un aliment de bază în consumul uman. Cultura cartofului reprezintă, pe plan

mondial, una din cele mai importante culturi, atât din punct de vedere alimentar (consum

proaspăt uman şi furajer), industrial (amidon, glucoză, dextroză, spirt, etc.), cât şi ca materie

primă pentru prelucrarea industrială (fulgi, chips, etc.).

2. Prelucrarea alimentelor, indiferent de natura acestora, include operaţii mecanice şi

tratamente termice. Procesarea alimentelor prezintă şi neajunsuri determinate nu numai de

realizarea unor produse foarte atrăgătoare care influenţează preferinţele consumatorului şi deci

abateri de la o alimentaţie raţională, ci determină şi apariţia degradărilor, pierderilor şi inactivării

de factori nutritivi. Pot apărea de asemenea o serie de compuşi chimici, nocivi în alimente.

3. Termenul de calitate a cartofului este o noţiune extrem de complexă care cuprinde o serie

de însuşiri interne şi externe, legate de valoarea nutritivă, industrială şi comercială a tuberculilor.

Tuberculii de cartof având multiple posibilităţi de valorificare, calitatea lor este greu de definit

pe baza unor criterii generale, valabile pentru toate categoriile de utilizare.

4. Cartofii prăjiţi se află pe primul loc în topul preferinţelor consumatorilor. Cartoful este un

aliment sănătos. Ceea ce îl face sa devină nesănătos este modul său de preparare, în special dacă

acesta este prăjit.

5. Este cunoscut faptul că materia primă pentru chips o constituie cartoful. Industria de chips

poate fi considerată ca veterană procesării cartofului, având în vedere că primele fabrici au fost

înfiinţate în anul 1920, principalii producători sunt reprezentaţi de Fritolay (Pepsico) P&G

(Pringles), Conagra, Kraft, General Mills, Intersnack şi United Biscuits.

6. Dintre produsele procesate cel mai mare consum se înregistrează la cartofii prăjiţi unde

clasamentul principalelor ţări consumatoare pe locuitor este următorul: Marea Britanie (28kg),

USA (24kg), Franţa (18kg), Olanda (16kg), Belgia (14 kg), Canada (13kg), Germania (11kg),

Turcia (2kg) şi Rusia (1kg).

7. În abordarea globală a dezvoltării industriei prelucrătoare de cartof trebuie luat în

considerare aspectul privind una din caracteristicile cartofului de a fi o materie primă versatilă,

cu sublinierea rolului deosebit al cartofului în obţinerea de produse sănătoase şi nutritive, a

eforturilor industriei de a promova produse noi şi importanţa capitală a educării consumatorilor.

Toate aceste aspecte trebuie corelate cu o susţinută politică de promovare a sustenabilităţii.

8. Datorită unor condiţii socio-economice diferite se constată şi în cazul globalizării

producţiei de cartof şi implicit a cartofului procesat abordări cu diferenţe justificate în ţările în

curs de dezvoltare. În ţările dezvoltate se va continua tendinţa de reducere a consumului de chips

şi necesitatea de dezvoltare a unor noi produse, care să ducă la îndepărtarea imaginii de produse

nesănătoase, generată şi de asocierea cu prezenţa grăsimilor saturate şi a sării.



65

9. Conform studiilor, în alimentele care conţin substanţe derivate din amidon se formează, în

timpul preparării termice, acrilamidă.

10. Acrilamida sub formă chimică pură este cunoscută ca fiind o substanţă toxică, potențial

carcinogenă. Substanţa se formează natural în timpul procesării alimentelor bogate în

carbohidraţi. Printre cele mai răspândite alimente care conţin carbohidraţi se numără pâinea,

făina, porumbul, orezul, pastele fãinoase şi produsele obţinute din cartofi.

11. Primele supoziţii cu privire la efectul carcinogen al acrilamidei au apărut în 2002, când

oamenii de ştiinţă de la Swedish Food Administration, au raportat un nivel neaşteptat de mare de

acrilamidă, dovedită ca având efect carcinogenic la şoarecii de laborator. Dat fiind caracterul

carcinogen asupra animalelor, dar și potrivit studiilor ulterioare s-a declarat caracterul potențial

carcinogen asupra organismului uman.

12. Mecanismul formării acrilamidei, implică produşii de degradare Strecker ai

aminoacizilor asparagină şi metionină şi produşii dicarbonilici formaţi în reacţia Maillard.

Reacţia Maillard este generatoare de acrilamidă în alimentele procesate termic.

13. O serie de studii au arătat că acrilamida se formează la temperaturi cuprinse între 100 şi

170 de grade Celsius. Feliile de cartofi pentru chips se prăjesc la temperaturi cuprinse între 150

şi 180 de grade Celsius, ceea ce înseamnă că acestea conțin acrilamidă.

14. Unele studii au indicat faptul că expunerea la acrilamidă poate induce formarea

tumorilor în sistemul nervos central, în glandele mamare, în tiroidă sau în cavitatea orală.

15. Deoarece calitatea produselor alimentare are urmări directe asupra sănătăţii

consumatorilor pe tot parcursul lanţului alimentar trebuie respectate buna practică agricolă, buna

practică de igienă şi buna practică de producţie.

16. Calitatea unui produs dat poate fi o combinaţie de atribute care contribuie la acceptarea

lui. Acceptarea lui la rândul său este în mare măsură dependentă de un set de cereri care servesc

drept bază pentru consumator în alegerea produsului. De aceea, alegerea unui produs constă în

caracteristici care îl diferenţiază de altele. În acest context calitatea este un complex al

proprietăţilor senzoriale care dau produsului identitatea lui specifică din punct de vedere al celui

care îl utilizează.

17. Alimentaţia corectă presupune îndeplinirea unei condiţii esenţiale şi anume, produsele

consumate să fie lipsite de agenţi nocivi sau aceştia să se găsească sub limitele dăunătoare. De

aceea, calitatea unui produs alimentar este un complex al parametrilor fizico-chimici,

microbiologici și senzoriali care trebuie sa se încadreze în legislația și normativele în vigoare.

18. Produsele tip snack reprezintă un domeniu de real interes pentru industria alimentară atât

din punctul de vedere al tehnologiilor folosite pentru fabricarea acestor produse, cât şi din

punctul de vedere al popularităţii crescute a acestora în rândul consumatorilor.

19. Reducerea consumului de acrilamidă în feliile de cartofi prăjiți are un impact

semnificativ asupra calității produsului privit ca un tot unitar și mai ales are un impact

semnificativ asupra organismului uman.



66

6.2 Concluzii privind cercetările teoretice

Studiile întreprinse în cadrul tezei de doctorat, prin documentare, prelucrarea

cunoştinţelor existente şi prin simulare pe calculator au condus la următoarele concluzii:

1.Toți cartofii au un conținut natural de glucoză, fructoză si asparagină, iar prin procesare se

formează în mod inevitatbil acrilamida.

2. Formarea acrilamidei este rezultatul reacției Maillard când produsul se brunifică în timpul

procesării termice. Cu cât produsul este mai brunificat, cu atât conținutul de acrilamidă este mai

ridicat.

3. Factorii care depind de formarea acrilamidei sunt: ingredienții, temperatura, conținutul de

umiditate, grosimea produsului, variațiile procesului (temperatură, umiditate, grosime) și

valoarea pH-ului.

4. Temperatura finală a prăjirii feliilor de cartofi este cuprinsă între 150ºC și 170ºC. Prajirea

este finalizată atunci când prdusul atinge conținutul de umiditate dorit. Cu cât conținutul de zahar

reducător din feliile de cartofi este mai mare și temperatura în ultima fază a prăjirii este mai

mare, cu atât conținutul de acrilamidă este este mai ridicat.

5. Prăjirea în baia de ulei este un proces termic în care transferul de căldură și masă au loc

simultan. Căldura convectivă este transferată din mediul de prăjire către suprafața produsului și

apoi transferul de căldură conductiv apare în interiorul produsului.

6. În timpul prăjirii în ulei căldura este transferată de la ulei la suprafața produsului imersat

prin convecție și de la suprafața produsului spre centrul sau geometric prin conducție.

7. Procesul de prăjire este practic împarțit în două: prima parte în care are loc migrarea apei

din produs către suprafață si a doua, care are ca rezultat formarea crustei.

8. Conductivitatea termică crește în timpul procesului de prăjire. Ea crește cu creșterea

temperaturii și a conținutului de umiditate.

9. Difuzivitatea termică crește cu creșterea temperaturii și a conținutului de umiditate.

6. Temperatura în interiorul feliei crește gradat, de obicei este stabilă pentru o perioada la

100 ºC. Temperatura la suprafața feliilor de cartofi crește rapid la începutul prăjirii și atinge o

valoare stabilă după aproximativ 45s de prăjire.

10. Coeficientul de transfer termic crește repede la începutul prăjirii și atinge punctul

culminant la aproximativ 50 – 80s de prăjire în funcție de temperatura de prăjire.

11. Prăjirea este de asemenea un proces în care conținutul de apă se evaporă de pe suprafața

produsului și apoi scade în interiorul acestuia.

12. În timpul prăjirii, transferul de masă și căldură sunt cuplate. Transferul de masă este

caracterizat prin pierdera de apă din aliment ca urmare a evaporării acesteia și prin migrarea

uleiului în interiorul produsului.

13. Apa se evaporă din produs sub influența temperaturii, în același timp având loc absorbția

de ulei. În timpul procesului de prăjire se formează crusta la suprafața feliilor de cartofi,

grosimea acesteia crescând odata cu creșterea timpului de prăjire.

14. Calitatea cipsurilor este influenţată considerabil de parametrii procesului tehnologic.

15. Factorii care influenţează calitatea chipsurilor sunt umiditatea remanentă şi cantitatea de

acrilamidă care se formează în cartof pe parcursul prăjirii în zonele care depășesc temperatura

de 120˚C.



67

16. Umiditatea afectează termenul şi condiţiile de conservare, precum şi gustul, iar cantitatea

de acrilamidă gustul şi efectul nociv asupra organismului uman.

17. Procesul de procesare producere a cipsurilor este un proces termofizic şi chimic

complex, în care intervin o multitudine de facori tehnologici care influenţează calitatea

produsului.

18. Mulţi dintre parametrii procesului sunt greu de măsurat pe parcursul desfășurarii

procesului, mai ales cei care caracterizează derularea proceselor în interiorul feliei de cartof;

19. Modelarea matematică a prăjirii cipsurilor este complexa datorită multitudinii de

procese fizice si chimice, care se desfasoară simultan în incinta de lucru, de aceea sunt necesare

ipoteze simplificatoare.

20. Simularea prăjirii cipsurilor este posibilă si este necesara deoarece permite sa se pună

in evidenta aspecte privind derularea fenomenelor in interiorul feliei de cartof.

21. Prin simulare se poate evidenția evoluția temperaturii în orice punct din interiorul feliei

de cartof, evoluția umidității, precum și tendința de formare a acrilamidei în timpul procesului de

prăjire;

22. Simularea a aratat ca grosimea optimă a feliilor de cartof este de cca. 1,8 mm,

temperatura optimă a uleiului alimentar de 160˚C – 180˚C, iar durata de prăjire de 3 minute;

23. La temperaturi ale uleiului mai mari de 180˚C, crește considerabil tendința de formare

a acrilamidei;

24. La temperaturi ale uleiului de cca 140˚C nu se formează acrilamida, dar umiditatea

remanentă este foarte mare;

25. La grosimi ale feliilor de cartof sub 1,5mm umiditatea se elimină aproape total, dar

crește tendința de formare a acrilamidei.

26. Valorile obținute prin simulare privind umiditatea remanentă din feliile de cartof sunt

comparabile cu valorile masurate experimental, ceea ce dovedeste valabilitatea modelului

matematic şi a softuui pentru simularea procesului.

27. Diferențele mici care apar între valorile măsurate experimental și cele obținute prin

simulare se explică prin faptul că simularea 2D implica abateri pe de o parte, iar pe de altă parte

prin ipotezele simplificatoare care au stat la baza modelului matematic.

6.3 Concluzii privind cercetările experimentale

Cercetările efectuate în cadrul prezentei teze, prin efectuarea măsurătorilor, analizelor și

interpretarea pe rezultatelor obținute pe cale experimentală au condus la următoarele concluzii:

1. Cercetarea experimentală a avut ca obiectiv analiza rezultatelor studiilor efectuate în

vederea optimizării tehnologiei de obţinere a cartofilor feliaţi prăjiţi cu scopul reducerii

conţinutului de acrilamidă.

2. Pentru realizarea obiectivelor cercetării experimentale s-au utilizat ca material de studiu

două soiuri de cartofi: sortimentul Lady Claire (cartofi albi) și sortimentul Lady Rossetta (cartofi

albi).

3. În vederea atingerii obiectivelor propuse în cadrul cercetării experimentale şi urmărind

metodica de cercetare stabilită s-au efectuat determinări ale transferului de masă și determinări

ale transferului termic în procesul de prăjire al feliilor de cartofi, s-a urmărit variația umidității și

a temperaturii funcție de timpul de prăjire, precum și variația conținutului de acrilamidă funcție

de timpul de prăjire și de conținutul de umiditate al feliilor de cartofi.



68

4. Atât pentru sortimentul Lady Claire, cât și pentru sortimentul Lady Rosseta, pierdera în

greutate a feliilor de cartofi tăiate la 1,16 mm și prăjite la 150 ˚C este similară.

5. Atât sortimentul de cartof alb Lady Claire, cât și sortimentul de cartof roșu, Lady Rossetta

au același comportament din punct de vedere al pierderii de masă, când feliile taiate la 2,28 mm

sunt prăjite la temperatura de 170˚C.

6. O scădere semnificativă a masei feliei de cartof în timpul procesului de prăjire are loc în

primele 150 de secunde, ceea ce înseamnă că proba pierde conținut de apă în prima etapă a

procesului de prăjire, după care are loc prăjirea efectivă a feliei de cartof.

7. La tempratura de 180˚C a uleiului la intrarea în friteuză, cea mai mare parte a conținutului

de umiditate se pierde după 40 de secunde de prăjire, pe când la temperatura de 140˚C a uleiului

la intrarea în friteuză, cea mai mare parte a conținutului de umiditate se pierde după aproximativ

100 de secunde de prăjire.

8. Prăjirea efectivă a feliilor de cartofi are loc în intervalul de timp 25s – 75 s.

9. Conținutul de acrilamidă variază în funcție de timpul de prăjire. Conținutul de acrilamidă

din feliile de cartofi crește direct proporțional cu durata prăjirii. După 60 de secunde de prăjire,

conținutul de acrilamidă crește exponențial cu creștera duratei de prăjire.

10. Conținutul de acrilamidă crește exponential cu descreșterea conținutului de umiditate.

Cu cât procentul de substanță uscată este mai mic, cu atât conținutul de acrilamidă în feliile de

cartofi este mai mare.

11. Conținutul de umiditate scade în timpul procesului de prăjire. Rata pierderii de umiditate

este mai mare la începutul procesului de prajire. Rata pierderii de umiditate se reduce pe masură

ce procesul de prăjire progresează.

12. Rata de pierdere a umidității este mai rapidă la suprafață decât în interiorul feliei. Rata

pierderii de umiditate este mai mare pentru feliile de dimensiuni mici (2,5 cm) și de asemenea tot

mai mare pentru feliile prăjite la temperaturi mari ale uleiului (180ºC).

13. Pierderea de umiditate este mai mare la începutul procesului de prăjire. Cu cât

temperatura uleiului pentru prăjit crește, cu atât conținutul de umiditate pentru același timp de

prăjire scade.

14. Formarea acrilamidei depinde de temperatura, umiditatea, conținutul de zahăr din

produs.

15. S-a demonstrat faptul că atât acțiunea simultană cat și separată a umidității și

conținutului de amidon au o influență semnificativă asupra acrilamidei: odata cu creșterea

conținutului de umiditate în produsul finit, scade conținutul de acrilamidă și cu cât conținutul de

amidon este mai mare, cu atât conținutul de acrilamidă în produsul finit este mai mare.

16. Cu cât conținutul de zahar reducător din feliile de cartofi este mai mare și temperatura în

ultima fază a prăjirii este mai mare, cu atât conținutul de acrilamidă este este mai ridicat.

17. Conținutul de acrilamidă crește exponențial cu descreștea umidității. Cu cât felia este

mai subțire, cu atât conținutul de acrilamidă este mai mare.



69

6.4 Contribuţii personale

Studiile şi cercetările realizate în cadrul prezentei tezei de doctorat aduc următoarele

contribuţii în domeniul temei abordate:

1. Efectuarea unei analize de sinteză asupra stadiului actual al cercetărilor în domeniu, prin

consultarea bibliografiei de actualitate pe plan național și mondial privind tehnologia și

echipamentele folosite pentru obținerea feliilor prăjite de cartofi.

2. Realizarea unui studiu privind rolul cartofului și al produselor tip fast-food în alimentația

omului.

3. Efectuarea unui studiu privind procesul tehnologic de obținere a cartofilor feliați, prăjiți

cu focus asupra procesului de prăjire.

4. Prin utilizarea programelor de inginerie computațională și îndeosebi prin aplicarea de

tehnici moderne de simulare pe calculator s-au construit modele matematice privind transferul de

căldură și masă în timpul procesului de prăjire al feliilor de cartofi.

5. Realizarea simularării comportamentului feliei de cartof în timpul prăjirii.

6. Efectuarea unui program al cercetării teoretice și al unui program al cercetarii

experimentale.

7. Prelucrarea, analiza și interpretarea datelor obținute experimental, prin măsurători.

8. Elaborarea unor concluzii referitoare la procesul de prăjire și parametrii care influiențează

formarea acrilamidei în feliile de cartofi prăjiți.

9. Realizarea de studii experimentale în domeniul procesării chipsurior referitoare la

influenţa unor parametrii tehnologici asupra umidităţii remanente din feliile prăjite de cartofi.

10. Punerea în evidenţă a posibilităţii de modelare matematică şi de simulare a procesării

termice a cipsurilor.

11. Punerea în evidenţă a avantajelor şi posibilităţii de obţinere de informaţii asupra

procesării termice a chipsurilor prin simularea pe calculator a acestui proces.

12. Realizarea unui model matematic care să reproducă procesul de prăjire a cipsurilor.

13. Realizarea unui soft destinat simulării acestui proces.

14. Realizarea unui studiu prin simulare privind influenţa grosimii feliilor de cartof asupra

temperaturii, asupra umidităţii remanente şi asupra tendinţei de formare a acrilamidei în feliile de

cartof la obţinerea chipsurilor.

15. Realizarea unui studiu prin simulare privind influenţa temperaturii uleiului alimentar în

care se prăjesc feliile de cartof asupra temperaturii, asupra umidităţii remanente şi asupra

tendinţei de formare a acrilamidei în cipsuri.

16. Îmbogăţirea bazei de date existente referitoare la procesarea termică a cartofilor feliați.



70

6.5 Direcţii viitoare de cercetare

Rezultatele realizate în cadrul tezei de doctorat deschid noi direcţii de continuare a

cercetărilor în domeniul abordat. Dintre aceste se menționează ca fiind mai importante

următoarele:

1. Extinderea cercetărilor teoretice privind formarea acrilamidei în feliile de cartofi prăjite în

alte uleiuri alimentare decât uleiul de floarea-soarelui (ulei de palmier, ulei de măsline).

2. Continuarea cercetărilor în vederea creării unei baze de date care să servească ca punct de

pornire în elaborarea unui program de calcul, cu ajutorul căruia se pot simula diferite condiții de

funcționare a echipamentului utilizat la prăjirea feliilor de cartofi.

3. Cercetarea influenței formării conținutului de acrilamidă în feliile de cartofi și a altor

factori precum viteza benzii imersate în ulei, staționarea feliilor în friteusă din motive tehnice.

4. Perfecţionarea modelului matematic realizat în vederea luării în considerare a sursei

termice care încălzeşte uleiul alimentar;

5. Realizarea de studii prin simulare cu o fineţe şi mai mare de divizare (discretizare) a

sistemului friteusă – ulei – felii de cartof pentru a obţine rezultate şi mai detaliate, referitoare la

aspectele studiate.

6. Realizarea de studii prin simlare referitoare la influenţa altor parametrii tehnologici asupra

procesării (caracteristicile uleiului termic, umiditatea iniţială a cartofilor, etc.).

7. Extinderea modelului matematic şi a softului la 3D (trei dimensiuni) cu scopul de a

reproduce fenomenul în spaţiu şi de a obţine rezultate şi mai exacte.

8. Perfecţionarea modelului matematic şi a softului 3D pentru a reproduce procesul de

prăjire în mişcare a chipsurilor în friteuse cu flux continuu, de tipul friteuselor tunel.

9. Extinderea cercetărilor experimentale cu scopul de a verifica rezultatele obţinute prin

simulare pe calclator;

10. Efectuarea de cercetări pentru determinarea cât mai exactă a caracteristicilor termofizice

ale materialelor care intervin în procesul tehnologic.



71

BIBLIOGRAFIE

1. Aguilera, J. M., & Gloria-Hernández, H., Determination of oil in fried potatoes products by

differential scanning calorimetr, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997;

2. Arpaci. V.S., Conduction heat-transfer, Adidisan-Wesley, 1996;

3. Ateba, P., Mittal G.S., Modelling the deep fat frying of beef meatballs, International Journal of Food

Science and Technology, 1994;

4. Badea, A., Inițiere în transferul de căldură și masă, 2004;

5. Badea, A., Necula, H., Stan,M., Ionescu, L., Blaga, P., Darie, G., Echipamente si instalatații termice,

Editura Tehnica, Bucuresti, 2003;

6. Baik, O. D., Mittal. G.S., Heat transfer coefficients during deep-fat tofu disc, Transactions of the

American Society of Agricultural Engineers, 2002;

7. Baik, O.D. Finite Element Method. In ABE898: Modelling of Food Process Lecture Notes,

University of Saskatchewan, 2004;

8. Banu, C., Aplicaţii ale aditivilor şi ingredientelor în industria alimentară, Editura ASAB, Bucureşti,

2010;

9. Banu, C., Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000;

10. Banu, C., Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000;

11. Baritz M. I., Iordache P., Masurarea marimilor fizico-chimice, curs, reprografia Universității

Transilvania din Brasov, 1998;

12. Barnes, R. J., Dhanoa, M. S., & Lister, S. J., Standard normal variate transformation and detrending

of near infrared diffused reflectance. Applied Spectroscopy, 1989;

13. Berindei, M., Cultura cartofului, Editura FERMIERUL ROMÂN, Bucureşti, 1995;

14. Bîlteanu, Gh., Fitotehnie. Oleifere, textile, tuberculifere şi rădăcinoase, tutun, hamei, medicinale şi

aromatice,Vol. II, Editura Ceres, Bucureşti, 2001;

15. Bouchon, P., Aguilera, J. M., & Pyle, L., Structure oil-absorption relationships during deep-fat

frying, Journal of Food Science, 2003;

16. Briggs, D.E, Young, E. H., Convection heat transfer and pressure drop of air flowing across

triangular pitch banks of finned tubes , Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 59, 1963;

17. Buhri, A.B., Singh R.P., Measurement of food thermal conductivity using differential scanning

calorimetry, Journal Food Science, 1993;

18. Butterworth, D., Hewit, G.F., Tow-phase flow and heat transfer, OxfordUniversity Press, 1977;

19. Catelly, T., CARTOFUL, banalitate sau miracol?, Editura CERES, Bucureşti, 1988;

20. Chen, H., Marks B.P., Murphy R.Y., Modeling coupled heat and mass transfer for convection

cooking of chicken patties, Journal of Food Engineering, 1999;

21. Cheron,B., Transferts thermiques, Ellipsas , Paris 1999;

22. Chiriac, FL., ș.a., Procese de transfer de căldură și masă in instalațiile industriale, Editura Tehnica,

Bucuresti, 1982;

23. Churchill, S.W., Chu,H.S., Corelating Equations for Laminar and Turbulent Free Convection from a

Vertical Plate. Int. Jurnal of Heat and Mass Transfer, 1975;

24. Ciobanu I., Maşniţă M., Monescu V., Influenţa conductibilităţii termice a formelor asupra timpului

de solidificare a pieselor turnate şi asupra câmpului de temperatură din sistemul piesă turnată –

formă, Revista de turnătorie, nr.1-2, 2007, pag 12–15, ISSN 1224-21-44;

25. Ciobanu I., Monescu V., Maşniţă M, Cercetări prin simulare pe calculator privind influenţa

supraîncălzirii aliajului lichid la turnare asupra timpului de solidificare al unei piese turnate din

fontă cenuşie, Recent, nr. 3 (18), noiembrie 2006, pag.37-43, ISSN 1582-0246;



72

26. Ciobanu I., Monescu V., Maşniţă M., A study regarding the influence of the pouring temperature

over a casting solidification from an eutectic grey cast iron, Metalurgia International, nr. 7 (oct.),

2006, pag. 21-27, ISSN 6461-9579;

27. Ciobanu I., Monescu V., Maşniţă M., Research by computer simulation of the solidification

regarding the influence of the moulds thermophysical characteristics over the castings solidification,

Metalurgia International, nr.6, 2006, pag. 16-26, ISSN 1582-2214;

28. Ciobanu I., Monescu V., Maşniţă M., Research regarding the influence of the castings walls

thickness over the solidiffication time, Metalurgia International, nr.2, 2007, pag 31–41, ISSN 1582-

22114;

29. Ciobanu I., Monescu V., Munteanu S.I., Crişan A., Simularea 3D a solidificării pieselor turnate,

Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2010, ISBN 978-973-598-678-0;

30. Ciobanu I., Munteanu I. S., Crişan A., 1., Monescu V., Bedo T., Modelarea, Simularea şi

Optimizarea Solidificării Pieselor turnate, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2012, ISBN

978-606-19-0147-0, (250pagini);

31. Ciobanu I., Munteanu S.I., Crişan A., Finite differences mathematical model for the

macrosolidification of.parts cast from hypoeutectic cast iron, Metalurgia International, nr.6, 2005,

pag. 38-50, ISSN 1582/2214;

32. Ciobanu I., Munteanu S.I., Crişan A., Model matematic şi soft 3D bazat pe metoda diferenţelor finite

pentru simularea solidificării pieselor turnate din aliaje eutectice, Metalurgia, nr. 12, 2004, pag. 17-

24, ISSN 0461/9579;

33. Costa, R.M., Oliveira,F.A.R., Delaney, O., Gekas V., Analysis of the heat transfer coefficient during

potato frying, Journal of Food Engineering, 1999;

34. Davenport, C.J. Correlations for heat transfer and flow friction characteristics of lourered fins. Heat

Transfer, Seattle 1983. AICHE Symp. no225, vol 79,1983;

35. Depew, C.A., Reisbig, R.L., Vapor condensation on a horizontal tube using Teflon to promote

dropwise condensation, Industrial Engineering Chemistry, Processing, Design and Development, vol.

11, 1964;

36. Durán, M., Pedreschi, F., Moyano, P., & Troncoso, E., Oil partition in pretreated potato slices

during frying and cooling, Journal of Food Engineering, 2007;

37. Eerola, S., Hollebekkers, K., Hallikainen, A., & Peltonen, K. Acrylamide levels in Finnish foodstuffs

analysed with liquid chromatography tandem mass spectrometry, Molecular Nutrition & Food

Research, 2007;

38. Farinu, A., Baik, O.D., Deep fat frying of foods: Transport phenomena. Food Reviews International,

2005;

39. Farinu, A., Heat and mass transfer analogy under turbulent conditions of frying, University of

Saskatchewan, 2006;

40. Farkas, B.E., Hubbard L.J., Analysis of heat transfer during immersion frying. Drying Technology,

Atlant, 2000;

41. Farkas, B.E., Singh, R.P., Rumsey, T.R., Modeling heat and mass transfer in immersion frying:

model development, Journal of Food Engineering,1996a;

42. Farkas, B.E., Singh, R.P., Rumsey, T.R., Modeling heat and mass transfer in immersion frying:

model solution and verification. Journal of Food Engineering,1996b;

43. Farkas, B.E., Singh, R.P., Rumsey, T.R., Modeling the effect of properties and process conditions in

food frying, Annual meeting of Institute of Food Technologist. Atlanta, GA.: Institute of Food

Technologists, 1994;

44. Gamble, M.H., Rice, P., Effect of pre-frying drying of oil uptake and distribution in potato crisp

manufacture, International Journal of Food Science and Technology, 1987;

45. Gamble, M.H., Rice, P., Effect of pre-frying drying on oil uptake and distribution in potato crisp

manufacture, International Journal of Food Science and Technology, 1987;

46. Garayo J, Moreira RG, Vacuum frying of potato chips, Journal of Food Engineering, 2002.

47. Gavrilă, L., Fenomene de transfer vol. II, Transfer de căldură și de masă, Editura Alma Mater, 2000;



73

48. Geladi, P., & Dabakk, E., An overview of chemometrics applications in near infrared spectrometry,

Journal of Near Infrared Spectroscopy, 1995;

49. Ghimbăşan, R., Tehnologii generale în industria alimentară, Culegere de date utile, Editura

Universităţii Transilvania Braşov, 2005;

50. Ghimbăşan, R., Tehnologii în industria alimentară, Reprografia Universităţii Transilvania, Braşov,

2000;

51. Gokmen, V., Senyuva, H. Z., Dulek, B., & Cetin, A. E., Computer vision-based image analysis for

the estimation of acrylamide concentrations of potato chips and French fries, Food Chemistry,

2007;

52. Gray, D.L., Webb, R.L., Heat transfer and friction correlation for plate fin and tube heat exchangers

having plain fins. Heat transfer, vol 6, 1986;

53. Hong, S. W., Bergles, A.E., Augmentation of laminar flow heat transfer in tubes by means of twisted

tape inserts, J. Heat Transfer, vol.91, 1969;

54. Hubbard, L.J., Farkas, B.E., A method of determining the convective heat transfer coefficient during

immersion frying, Journal of Food Process Engineering, 1999;

55. Ianoşi, I.S., Ianoşi, M.S., Plămădeală, B., Popescu, A., Cultura cartofului pentru consum, Editura

Phoenix, 2002;

56. Incropera. F.P., Dewitt. D.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wily & Sans, New

York, 1996;

57. Intersnack, Good Manufacturing Practice for potatoes chips, Cologne, 2003;

58. Jişcanu, V., Operaţii şi utilaje în industria alimentară, vol.1-2, Universitatea Galaţi, 1972;

59. Kafarov, V.V., Fundamentals off mass transfer, Mir Publishers, 1975;

60. Kakak, S., Handbook of single phase connectiv heat transfer, 1987;

61. Kestin, J., Wakeham W.A.,. Transport Properties of Fluids: Thermal Conductivity, Viscosity and

Diffusion Coefficient Vol. I-1. Cindas data series on material properties. ed. C.Y Ho, 221. New York,

NY: Hemisphere Publishing Corporation, 1988;

62. Kreith. K., Principales of heat transfer, New-York International, 1976;

63. Krokida, M.K., Oreopoulou, V., Maroulis, Z.B., Marinos-Kouris, D., Deep fat frying of potato strips

– quality issues. Drying Technology, 2001a;

64. Krokida, M.K., Oreopoulou, V., Maroulis, Z.B., Water loss and oil uptake as a function of frying

time, Journal of Food Engineering, 2000;

65. Krokida, M.K., Oreopoulou,V., Maroulis, Z.B., Maorulis-Kouris, D., Effect of pre-drying on quality

of French fries, Journal of Food Engineering vol. 49, 2001b;

66. Kumar,R., Judd, R.L., Heat transfer with coiled turbulance promoters, Canad. J. Chem. Eng.,

vol.48,1970;

67. Leca, A., Mladin, E.C., Stan, M., Transfer de căldură şi masă. Editura tehnică. Bucureşti,1998;

68. Lockhart,R., MartinelIi, R.C., Proposed Corelation of Data for Isothermal Two-Phase, 1994;

69. Mândrean N., Oprean L., Tița O., Tița M., Implementation of HACCP system in the process of

obtaining cooked salami, Conference Proceedings volume II of Balkan region conference on

engineering and business education & International conference on engineering and business

education, pag. 399 – 402, Sibiu, 2009;

70. Mărculescu, M., Managementul calităţii produselor agro-alimentare, Editura Universităţii

Transilvania din Braşov, 2011;

71. Marin, C., Metode numerice în inginerie, Editura Politehnica Press, Bucureşti, 2005;

72. Marin, C., Tehnici de modelare şi simulare în ingineria mecanică, Editura Bibliotheca, 2010;

73. Marique, T., Kharoubi, P., Bauffe, P., & Ducatillon, C., Modelling of fried potato chips color

classification using image analysis and artificial neural network, Journal of Food Science, 2003;

74. Marique, T., Pennincx, S., & Kharoubi, A., Image segmentation and bruise identification on potatoes

using a Kohonen’s self-organizing map, Journal of Food Science, 2005;



74

75. Márquez, G., & Añón, M. C., Influence of reducing sugars and amino acids in the color development

of fried potatoes, Journal of Food Science, 1986;

76. Marto, P. J., Lepere, V. J., Pool Boiling Heat Transfer from enhanced surfaces to dielectric fluids,

Advances in Enhanced Heat Transfer, HTD-18, ASME, New York,1981;

77. Masnita M., Ciobanu I., Monescu V, Cercetări privind realizarea unui rogram pentru simularea

solidificarii pieselor turnate utilizând softul MATLAB. Partea I-a: Structura programului,

Metalurgia, nr.7, 2006, pag. 19 -29, ISSN 0461/9579;

78. Masnita M., Ciobanu I., Monescu V., Simularea macrosolidificarii pieselor turnate cu ajutorul unui

program care utilizeaza softul MATLAB, Recent, nr. 2 (17), iunie 2006, pag. 61-67, ISSN 1582-

0246;

79. Matei, M., Csatlos C., Measures to Avoid Acrylamide in Technological Process of Fried Potatoes,

International Conference Research & Innovation in Engineering COMAT 2010, ISSN 1844-9336;

80. Matei, M., Csatlos, C., Cutting Potatoes and Fat Content of Fried Slices, Journal of Eco-

AgriTourism, International conference on New Research in Food and Tourism, BIOATLAS 2012,

ISSN: 1844-8577;

81. Matei, M., Csatlos, C., Experimental Research to Control the Variable Parameters during Thermic

Treatment, Modern Technologies, Quality and Innovation, International Conference ModTech 2012,

INDEXAT ISI, ISSN-2066-3919;

82. Matei, M., Csatlos, C., Free Fat Acids and Acrylamide Content Related to potato chips production,

Journal of Eco-AgriTourism, International conference on New Research in Food and Tourism,

BIOATLAS 2012, ISSN: 1844-8577;

83. Matei, M., Csatlos, C., Influence of the Potatoes in Acrylamide Forming During Frying Process,

International Conference Research & Innovation in Engineering, COMAT 2010, ISSN 1844-

9336;

84. Matei, M., Csatlos, C., Potatoes Crisps Quality from Field to Finished Product, International

Conference of Scientific Research and Education in the Air Force, AFASES 2011; ISSN 2247-3173,

ISSN-L: 2247-3173;

85. Matei, M., Csatlos, C., Psyhical Parameters Influence in Fried Potatoes Processing, International

Conference of Scientific Research and Education in the Air Force, AFASES 2011, ISSN 2247-3173,

ISSN-L: 2247-3173;

86. Matei, M., Influences on Forming and Prevention Acrylamide in Food Processing, Journal of Eco-

AgriTourism, International Conference on New Research in Food and Tourism, BIOATLAS 2010,

ISSN: 1844-8577/ISBN 978-973-598-719-0;

87. Matei, M., Potatoes Manufacturing and Good Hygienic Practices, Journal of Eco-AgriTourism,

International Conference on New Research in Food and Tourism, BIOATLAS 2010, ISSN: 1844-

8577/ISBN 978-973-598-719-0;

88. Mittelman, N., Mizrahi, S., Berk, Z., Heat and mass transfer in frying. In Engineering and Food,

Engineering Sciences in the Food Industry. Volume I. ed. McKenna B., 109–116. London, UK:

Elsevier Science ad Technology Books. 1984;

89. Monescu V, Ciobanu I., Masnita M., Cercetări privind realizarea unui program pentru simularea

solidificarii pieselor turnate utilizând softul MATLAB. Partea II-a: Verificarea functionării

programului. Metalurgia, nr.8, 2006, pag. 11 -17, ISSN 0461/9579;

90. Monescu V.,Ciobanu I., Munteanu S. I., Crisan A., Aspecte privind influenta divizarii formelor

asupra simularii solidificarii pieselor turnate, Revista de turnătorie, nr. 11 - 12, 2009, pag. 12 -15,

ISSN 1224-23-25;

91. Moreira, R. G., Palau, J.E., Sun, X., Deep fat frying of tortilla chips: an engineering approach. Food

Technology, 1995b;

92. Moreira, R.G., Palau,J., Sweat, V.E., Sun, X., Thermal and physical properties of tortilla chips as a

function of frying time, Journal of Food Processing and Preservation, 1995a;

93. Moriera, R.G., Barrufet, M.A., Castell-Perez, M.E., Deep Fat Frying: Fundamentals and

Applications, New York, NY: Kluwer Academic Publishers, 1999;

94. Mottram, D. S., & Wedzicha, B. L., Acrylamide is formed in the Maillard reaction, Nature, 2002;



75

95. Munteanu S.I., Ciobanu I., Crişan A, Simularea solidificării pieselor turnate de tipul barelor cu

secţiune U., Revista de turnătorie, nr. 9-10, 2004, pag. 25 – 29, ISSN 1224-21-44;

96. Munteanu S.I., Ciobanu I., Crişan A., Maşniţă M., 3D-mathematical model to simulate the macro-

solidification of castings from eutectic alloys, Metalurgia International, nr.5, 2005, pag. 3-11, ISSN

1582-2214;

97. Munteanu S.I., Ciobanu I., Crişan A., Model matematic şi program de calculator pentru simularea

solidificării pieselor de tipul barelor cu secţiune U, Turnarea şi Solidificarea Metalelor şi Aliajelor,

Tome II, 2004, Ed. U.T. Pres Cluj- Napoca, pag. 9-18, ISSN 1453-9756;

98. Murakami, E.G. Okos, M.R., Measurement and predictions of thermal properties of foods. In Food

Properties and Computer Aided Engineering of Food Processing Systems. ed. R.P. Singh and A.G.

Medina. New York, NY: Kluwer Academic Publishers, 1989;

99. Ni, H., Datta, A.K., Moisture, oil and energy transport during deep-fat frying of food materials.

Transactions of Institution of Chemical Engineers. Part C: Food and Bioproducts Processing, 1999;

100. Osborne, B. G., & Fearn, T., Near infrared spectroscopy in food analysis, New York, 1986;

101. Pedreschi, F., Cocio, E., Moyano, P., & Troncoso, E., Oil distribution in potato slices during frying,

Journal of Food Engineering, 2008;

102. Pedreschi, F., León, J., Mery, D., & Moyano, P., Implementation of a computer vision system to

measure the color of potato chips, Food Research International, 2006;

103. Pedreschi, F., Mery, D., Mendoza, F., & Aguilera, J. M., Classification of potato chips using

pattern recognition, Journal of Food Science, 2004;

104. Pedreschi, F., Moyano, P., Kaack, K., & Granby, K., Color changes and acrylamide formation in

fried potato slices, Food Research International, 2005;

105. Rabas, T.J., The effect on fin density on the heat transfer and pressure drop performance of low

finned tube banks, ASME paper no. 80-HT-97,1980;

106. Rahman, S., Food properties handbook, New York, NY: CRC Press., 1995;

107. Rice, P. Gamble, M.H., Technical note: modeling moisture loss during potato slice frying, Journal

of Food Science and Technology, 1989;

108. Rice, P., Selman, J.D., Abdul-Rezzak, R.K., Effect of temperature on thermal properties of

‘Record’ potatoes, International Journal of Food Science and Technology, 1988;

109. Rimac, B.S., Lelas, V., Simundic, B., Decreasing of oil absorption in potato strips during deep fat

frying, Journal of food engineering, 2003;

110. Robinson, H., Briggs, D.E., Pressure drop of air flowing across trangulair pitch banks of finned

tubes, CEP Szmp. Series no. 64, vol 62,1996;

111. Rosen, J., & Hellenäs, K. E., Analysis of acrylamide in cooked foods by liquid chromatography

tandem mass spectrometry, Analyst, 2002;

112. Roshewow, W.M., Hand book of Heat Transfer, Mc Gnow-Hill, New York,1985;

113. Rotaru, G., Borda, D., Controlul statistic în industria alimentară, Editura Academică, Galaţi, 2002;

114. Sabapathy, N.D., Heat and mass transfer during cooking of chickpeameasurements and

computational simulation, Saskatoon, SK: University of Saskatchewan, 2005;

115. Sacadura. J.F., Invitation aux transferts thermoques, Laroisier, TEC & DOC, Paris 1993;

116. Saeys, W., Mouazen, A., & Ramon, H., Potential for onsite and on-line analysis of pig manure

using visible and near infrared spectroscopy, Biosystems Engineering, 2005;

117. Scheerlinck, N., Nicolai, B.M., Verboven, P., De Baerdemaeker, J., Finite element analysis of

coupled heat and mass transfer problems with random field material properties, ASAE Paper No.

96-3028. St. Joseph, MI: American Society of Agricultural Engineers, 1996;

118. Segtnan, V. H., Kita, A., Mielnik, M., Jorgensen, K., Knutsen, S., Screening of acrylamide contents

in potato crisps using process variable settings and nearinfrared spectroscopy, Molecular Nutritional

Food Research, 2006;



76

119. Sorland, G. H., Larsen, P. M., Lundby, F., Rudi, A. P., & Guiheneuf, T., Determination of total fat

and moisture content in meat using low field NMR. Meat Science, 2004;

120. Stadler, R. H., Blank, I., Varga, N., Robert, F., Hau, J., Guy, A., et al., Acrylamide from Maillard

reaction products, Nature, 2002;

121. Ștefănescu. D., Leca. A., Luca. L., Badea. A., Marinescu. M., Transfer de căldură şi masă, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1983;

122. Stephan, K., Heat transfer in condensation and boiling, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1992;

123. Stroshine, R., Physical Properties of Agricultural Materials and Food Products, West Lafayette,

IN: Purdue University, 1998;

124. Sukumar, D., Bhat, K.K., Rastogi, N.K., Effect of pre-drying on kinetics of moisture loss and oil

uptake during deep fat frying of chickpea flour-based food, Lebensm.-Wiss.U.-Technology, 2003;

125. Sweat, V.E., Thermal properties of foods, In Engineering Properties of Foods, ed. M.A Rao, and

S.S.H. Rizvi, 49-87. New York, NY: Marcel and Dekker Inc., 1986;

126. Ţane, N., Maşini, instalaţii şi utilaje pentru prelucrarea legumelor şi fructelor, Editura

Universităţii Transilvania, Braşov, 2002;

127. Tiţa, M.A., Manual de analiză şi controlul calităţii în industria alimentară, Editura Universităţii

Lucian Blaga din Sibiu, Sibiu, 2002;

128. Ufheil, G., & Escher, F., Dynamics of oil uptake during deep-fat frying of potato slices,

Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 1996;

129. Uttawar, S.B., Raja Rao, M., Turbulent flow friction and heat transfer characteristics of single

spirally enhanced tubes, J. Heat Transfer, vol 107,1985;

130. Wang, N., Brennan, G., The influence of moisture content and temperature on the specific heat of

potato measured by differential scanning calorimetry, Journal of Food Engineering, 1993;

131. Wang, N., Brennan, J.G., Thermal conductivity of potato as a function of moisture content, Journal

of Food Engineering, 1992;

132. Wang, Y., Heat and Mass Transfer in Deep Fat Frying of Breaded Chicken Nuggets, Canada,

2005;

133. Webb, R.L., Principles of Enhanced Heat Transfer, John Wiley &Sons, Inc., New York, 1994;

134. Webb, R.L., Rudy, T.M., Kedzierski, M.A., Prediction of the Condensation coefficient on

horizontal integral-fin tubes, J. Heat Transfer, vol. 107, 1985;

135. Zhang, J., Datta A.K., Mathematical modeling of bread baking process, Journal of Food

Engineering, Vol. 75, 2010, 2006;



77

CURRICULUM VITAE

Informații personale

Nume / Prenume Matei Mihaela Nicoleta (căs. Tivgă)

Adresa Str. Bobului nr. 11, bl. 45, sc. B, ap. 1, Brașov, Romania

E-mail [email protected]

Data nașterii 5 Decembrie 1978

Experiența profesională

Data 2013, 01 August – prezent

Ocupația Inginer Software

Numele si adresa

angajatorului

Elektrobit România, Str. Calea București 10-12, Brașov

Data 2011, 08 August – 2013, 01 August

Ocupația Inginer Calitate

Numele si adresa

angajatorului

Waters România, Str. Turnului nr. 5, Brasov

Data 2007, 15 Iunie – 2011, 08 August

Ocupația Manager Asigurarea și Controlul Calității

Numele si adresa

angajatorului

Intersnack România, Str. Aeroportului nr. 3, Ghimbav, Brașov

Data 2007, 15 Februarie – 2007, 14 Iunie

Ocupația Coordonator Mediu și Protecția Muncii

Numele si adresa

angajatorului

Kraft Foods România, Str. De Mijloc nr. 37A, Brașov

Data 2005, Septembrie – 2006, Septembrie

Ocupația Șef de Secție

Numele si adresa

angajatorului

Kraft Foods România, Str. De Mijloc, nr. 37A, Brașov

Data 2004, Septembrie – 2002, Septembrie

Ocupația Inginer Producție

Numele si adresa

angajatorului

Kraft Foods România, Str. De Mijloc, nr. 37A, Brașov

Educație si specializare

Data 2009 - prezent

Tip studii/Specializare Doctorat / Inginerie Mecanică

Numele instituției de

învățământ

Facultatea de Alimentaţie şi Turism, Universitatea “Transilvania”, Braşov



78

Data 2004-2006

Tip studii/Specializare Master /Asigurarea Calității și Siguranța Produselor Alimentare


învățământ

Facultatea de Știinte Agricole, Industria Alimentară și Protecția Mediului,

Universitatea “Lucian Blaga”, Sibiu

Data 1997-2002

Tip studii/Specializare Facultate / Tehnologia și Controlul Calității Produselor Alimentare


învățământ

Facultatea de Tehnologia Textilelor și Produselor Alimentare,

Universitatea “Lucian Blaga”, Sibiu

Data 1993-1997

Tip studii/Specializare Liceu / Chimie-Biologie


învățământ

Liceul Teoretic “C.D. Nenitescu”, Brașov

Cursuri 1998 – 2002 – Certificat Absolvire Modul Pregătire Personal Didactic

2011 – Certificat Manager în Domeniul Siguranței Alimentare –

organizat de Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, avizat de Ministerul

Educației, Cercetării și Tineretului

2011 – Certificat Auditor Intern al Sistemului de Management al

Siguranței Alimentului ISO 22000 – certificat TUV Thuringen

2006 – Certificat Auditor Intern pentru Sistemul de Management de

Mediu ISO 14001: 2004 – certificat Quasaro s.r.l.

2005 – Certificat Managementul Mediului, Legislația de mediu natională,

europeană și internațională; ISO 14001, SR EN ISO 14001 – Sisteme de

management de mediu, Documentele sistemelor de management de mediu

– certificat Quasaro s.r.l.

2003 – Certificat Auditor Intern pentru Sistemul Calității in conformitate

cu cerințele standardelor ISO 9001 și ISO 19011– TUV Rheinland

2003 – Certificat Specialist HACCP – certificat TUV Rheinland

Alte certificate 2008 – Aptitudini de management

2006 – Coordonarea activităților și a oamenilor

2004 – Comunicare asertivă

Aptitudini

Limba maternă Română

Limbi străine

Evaluare personală

Engleză



79

CURRICULUM VITAE

Personal Information

Nume / Prenume Matei Mihaela Nicoleta (căs. Tivgă)

Adresa Bobului Str. no. 11, bl. 45, sc. B, ap. 1, Brașov, Romania

E-mail [email protected]

Data nașterii 5 of December, 1978

Professional experience

Date 2013, August 1st – present

Occupation Software Engineer

Name and adress of employer Elektrobit România, Calea București Str. No.10-12, Brașov

Date 2011, August 8th

– 2013, August1st

Occupation Quality Engineer

Name and adress of employer Waters România, Turnului Str. No. 5, Brasov

Date 2007, June 15th

– 2011, August 8th

Occupation Quality Assurance Manager

Name and adress of employer Intersnack România, Aeroportului Str. No. 3, Ghimbav, Brașov

Date 2007, February 14th

– 2007, June 15th

Occupation Environment & OHSAS Coordinator

Name and adress of employer Kraft Foods România, De Mijloc Str. No. 37A, Brașov

Date 2005, September – 2006, September

Occupation Head of Production Department


Date 2004, September – 2002, September

Occupation Production Engineer


Education

Date 2009 - present

Title of qualification

awarded

Doctorate /Mechanical Engineering

Name and type of

organisation providing

education

“Transilvania University”, Food and Tourism, Engineering Sciences,

Brasov, Romania

Date 2004-2006


awarded

Master course graduate / Food Security and Quality Assurance



80

Name and type of


education

“Lucian Blaga University”, Agricultural Sciences, Food Technology and

Environment Protection, Sibiu, Romania

Date 1997-2002


awarded

Food engineer/ Food Security and Quality Assurance

Name and type of


education

“Lucian Blaga University”, Textile Industry and Food Technology ,

Sibiu, Romania

Date 1993-1997


awarded

Highschool / Chemistry-Biology

Name and type of


education

Theoretical Highschool “C.D. Nenitescu”, Brașov

Trainings 1998 – 2002 – Graduation Certificate of Pedagogical Module

2011 – Food Safety Manager Certification certified by Ministry of

Education, Research and Youth

2011 – Internal auditor accreditation on ISO 22000 standard certified by

TUV Thuringen

2006 – Internal auditor accreditation on ISO 14001: 2004 standard

certified by Quasaro s.r.l.

2005 –Environment Management Certification – National, European and

International Environment Legislation ; Identification of environment

aspects; Preliminary Assessment of Environment; ISO 14001, SR EN

ISO 14001, Environment Management Systems, Environment

Management Systems Documents certified by Quasaro s.r.l.

2003 –Internal auditor accreditation on ISO 9001: 2000 certified by

TUV Rheinland

2003 –HACCP Specialist Certificate – certified by TUV Rheinland

Other courses 2008 – Managing people

2006 – Coordinate people and activities

2004 – Assertive communication

Competences

Mother language Romanian

Other languages

Self-assessment

English



81

LUCRĂRI elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat

1. M. Matei, Influences on Forming and Prevention Acrylamide in Food Processing,

Journal of Eco-AgriTourism; BIOATLAS 2010, International conference on New

Research in Food and Tourism; ISSN: 1844-8577/ISBN 978-973-598-719-0; Vol.3, p156-159;

2. M. Matei, Potatoes Manufacturing and Good Hygienic Practices, Journal of Eco-

AgriTourism; BIOATLAS 2010, International conference on New Research in Food and

Tourism; ISSN: 1844-8577/ISBN 978-973-598-719-0; Vol.3, p160-163;

3. M. Matei, C. Csatlos, Influence of the Potatoes in Acrylamide Forming During Frying

Process, International Conference Research & Innovation in Engineering, COMAT

2010; ISSN 1844-9336; Vol.3, p156-159;

4. M. Matei, C. Csatlos, Measures to Avoid Acrylamide in Technological Process of Fried

Potatoes, International Conference Research & Innovation in Engineering, COMAT

2010; ISSN 1844-9336; Vol.3, p160-163;

5. Mihaela Matei, Carol Csatlos, Psyhical Parameters Influence in Fried Potatoes

Processing, 13th

International Conference of Scientific Research and Education in the Air

Force AFASES 2011; ISSN 2247-3173, ISSN-L: 2247-3173; p1047-1050;

6. M. Matei, Carol Csatlos, Potatoes Crisps Quality from Field to Finished Product, 13th

International Conference of Scientific Research and Education in the Air Force AFASES

2011; ISSN 2247-3173, ISSN-L: 2247-3173; p1051-1054;

7. M. Matei, C. Csatlos, Cutting Potatoes and Fat Content of Fried Slices, Journal of Eco-

AgriTourism; BIOATLAS 2012, International conference on New Research in Food and

Tourism; ISSN: 1844-8577; Vol.8, p193-196;

8. M. Matei, C. Csatlos, Free Fat Acids and Acrylamide Content Related to potato chips

production , Journal of Eco-AgriTourism; BIOATLAS 2012, International conference on

New Research in Food and Tourism; ISSN: 1844-8577; Vol.8, p197-199;

9. M. Matei, C. Csatlos, Experimental Research to Control the Variable Parameters

during Thermic Treatment, Modern Technologies, Quality and Innovation, International

Conference ModTech 2012; ISSN-2066-3919; Vol. I, p533-537;



82

OPTIMIZAREA TEHNOLOGIEI DE OBŢINERE A

CARTOFILOR FELIAŢI PRĂJIŢI ÎN VEDEREA REDUCERII

CONŢINUTULUI DE ACRILAMIDĂ

REZUMAT

Conducător ştiinţific, Doctorand,

Prof. univ. Dr. Ing. Carol CSATLOS Ing. Mihaela Nicoleta MATEI (căs. Tivgă)

Procesarea alimentelor prezintă și neajunsuri determinate nu numai de realizarea unor

produse foarte atrăgătoare care influențează preferințele consumatorilor ci și abateri de la o

alimentație rațională. Cartofii feliați prăjiți se află pe primul loc în topul preferințelor

consumatorilor. Conform studiilor, în alimente care conțin substanțe derivate din amidon, se

formează în mod natural acrilamida.

Acrilamida este o substanță chimică dăunătoare, cu caracter neurotoxic și cancerigen pentru

om, care se formează în mod natural în timpul procesării termice, la temperaturi mai mari de

120˚C.

În prezenta lucrare s-a urmărit sa se dea o direcție în vederea îmbunătățirii procesului

tehnologic de obținere a cartofilor feliați prăjiți, urmărindu-se reducerea conținutului de

acrilamidă în produsul finit. În acest sens s-a realizat un soft specializat care să efectueze

simularea procesului de prăjire a feliilor de cartofi. În cazul chipsurilor, simularea procesului de

prăjire permite să se pună în evidență aspecte care nu pot fi determinate pe cale experimentală în

timpul procesului tehnologic, cum ar fi evoluția temperaturii în puncte din interiorul feliilor de

cartofi, distribuția temperaturii în interiorul feliilor de cartofi, influența dimensiunilor și a

parametrilor tehnologici asupra acestor factori. S-au realizat de asemenea o serie de cercetări

experimentale, atât în laborator cât și pe linia de producție și s-a urmărit evoluția conținutului de

acrilmidă în funcție de diferiți parametrii. Teza se finalizează cu o serie de concluzii importante

și utile atât pentru sănătatea consumatorilor cât și pentru procesatorii de chipsuri din cartofi.

OPTIMIZATION THE TECHNOLOGY OF FRIED SLICED

POTATOES TO REDUCE ACRYLAMIDE

ABSTRACT

Food processing represents inconvenients in order to achieve very attractive products

influencing consumer preferences and thus deviations from a rational nutrition. Slices of fried

potatoes are first among consumer preferences. According to studies, the foods that contain

substances derived from starch, acrylamide forms naturally.

Acrylamide is a harmful chemical substance being neurotoxic and carcinogenic for humans,

which is naturally formed during the thermal processing at temperatures higher than 120°C.

The present paper was intended to give a direction to improve the technological process for

obtaining fried potatoes slices, aiming to reduce the acrylamide content in the finished product.

In this respect, a specialized software was developed in order to perform the process simulation

of fried potatoes slices. For chips, roasting process simulation allows to highlight issues that

cannot be determined experimentally during the frying technological process such as temperature

evolution in points within the potato slices, the temperature distribution within the potato slices,

influence of dimensions and process parameters on these factors. A series of experimental

research have been performed in laboratory and on the production line and it was monitored the

evolution of acrilamide content pending on different parameters. The thesis concludes with a

series of important and useful findings for both consumer health and for processors of potatoes

chips.