Технологии и установки для концентрирования сока яблочного концентрированного

1.3  Технологии и установки для концентрирования сока яблочного концентрированного.

Производство концентрированных соков получило широкое развитие во всем мире. Хранение и транспортирование их дает значительную экономию тары, погрузочно-разгрузочных и транспортных средств, позволяет создавать резерв на годы с низким урожаем плодов.

Путем концентрирования содержание растворимых сухих веществ в соках можно повысить до 70-75% и соответственно уменьшить объем их по сравнению с натуральными в 5-6 раз.

Для перевозки и длительного хранения соки концентрируют до 60-72%.

Концентрирование соков может проводиться путем выпаривания, вымораживания (криоконцентрирования) или с помощью мембран. Концентрирование желательно проводить таким образом, чтобы продукт претерпевал минимальные изменения. В связи с этим необходимо учитывать изменеия, которые могут произойти с компонентами соков при удалении влаги. Так, взвеси и колоидные вещества с высокой молекулярной массой (пектиновые, белковые и дубильные) при выпаривании оседают на поверхности нагрева и могут вызвать локальный перегрев и пригорание. При концентрировании вымораживанием и с использованием мембран они образуют агрегаты, затрудняющие течение процесса, значительно повышают вязкость концентрата. Сахара могут карамелизоваться и вызвать потемнение вследствие реакции Майяра. Витамины, ферменты, фенольные и красящие вещества чувствительны к теплу и могут подвергаться частичному окислению и изменению, летучие ароматические вещества – удаляться вместе с водяным паром, что приводит к потере характерного фруктового запаха.

Концентрирование соков может осуществляться выпариванием, вымораживанием и с применением мембран. Наибольшую часть плодовых и овощных соков концентрируют выпариванием, техника которого неприрывно совершенствуется. Вымораживание ввиду высокой стоимости морозильных установок менее экономично и не позволяет повышать концентрацию более 45 – 50 % сухих веществ. Концентрирование при помощи мембран также ограничено концентрацией до 35 – 40 % сухих веществ при пременении давления 0,8 – 1 МПа и не нашло еще практического применения, хотя интенсивно исследуется.

Для сохранения натуральных свойств соков выпаривание проводят при возможно более низких температурах и в течении короткого времени.

Отрицательное действие теплоты на концентрируемый продукт сказывается прежде всего на его цвете. Потемнение вызывается промежуточным продуктом – оксиметилфурфуролом, образующимся в присутствии сахаров и кислоты, и его дальнейшими превращениями до темных продуктов конденсации. В связи с этим количество образовавшегося оксиметилфурфурола часто является одним из критериев качества концентратов. Высокие количества его свидетельствуют о чрезмерности тепловой обработки.

Современная техника и технология производства концентрированных соков предусматривают получение соков на том или ином оборудовании, очистку их от взвесей, затем улавливание ароматических веществ, осветление и фильтрование деароматизированных соков и уваривание их до конечного содержания сухих веществ.

Последовательное осуществление этих операций более удобно при наличии отдельной установки для улавливания ароматических веществ, что позволяет выпаривать разные количества пара с ароматическими веществами в зависимости от вида перерабатываемого сока, отгонять ароматические вещества из всего объема перерабатываемого сока с минимальным изменением их состава.

Ароматические вещества определяют характерный аромат плодов и овощей и соков из них. Они имеют важное значение для качества соков и оказывают физиологическое воздействие – вызывают аппетит и способствуют секреции желудочногосока.

Различают специфические и неспецифические для сорта компоненты ароматических веществ. Первые включают типичные для определенного вида характерные для вида компоненты, отсутствие которых ощущается сенсорно. В плодах, овощах и их соках ароматические вещества содержатся в незначительных количествах, однако в их состав входит много разных веществ ­– спирты, эфиры, альдегиды, кислоты, кетоны, карбонильные соединения и др.

Количество, растворимость и точка кипения ароматических веществ в соках разных видов различны. Легколетучие ароматические вещества, содержащиеся в яблоках, грушах, айве, при выпаривании больших количеств сока.

Для разных соков установлены следующие оптимальные количества воды, которые должны быть выпарены для выделения ароматических веществ плодов (в % к объему сока) :

 Яблочный сок 15 – 20

Грушевый, айвовый, черносмородиновый 45 – 50

Сливовый, абрикосовый, персиковый 65 – 70

Однако на практике из яблочного сока обычно отгоняется 15% воды, из других соков – не более 30%. Отогнанные с водяным паром ароматические вещества концентрируется в ректификационных колоннах в 100 – 200 раз. В стократном концентрате содержатся около 1% ароматических веществ, а остальные 99% составляют вода и этиловый спирт. Чем больше спирта содержит сок, тем выше его концентрация в ароматическом концентрате, поэтому в стандарте разных стран содержание этилового спирта в концентратах ароматических веществ ограничевается в пределах от 5 до 20 % в зависимости от вида сока.

Концентраты ароматических веществ могут сразу возвращаться в концентрированный сок или храниться отдельно до использования. Последнее более целесообразно, так как при этом ароматические вещества лучще сохраняются. Обычно их хранят отдельно в герметически закрытой стеклянной таре при температуре около 0⁰С .

Установки для улавливания ароматических веществ могут работать при атмосферном давлении или под вакуумом. Первые более просты в техническом отношении, обеспечивают улавливание ароматических веществ с меньшими потерями и стоимость их ниже, однако сок в них подвергается действию высокой температуры, что связано с ухудшением качества. В связи с этим улавливание ароматических веществ большей частью ведут не при атмосферном давлении, а выпаривание под вакуумом.

Установки для улавливания ароматических веществ оснащены подогревателем, испарителем пленочного типа с сепаратором, ректификационной колонной и системой конденсаторов и охладителей. Для снижения потерь ароматических веществ с неконденсирующимися газами устанавливаются также абсорбционные колонны, где неконденсирующиеся газы промываются потоком холодной жидкости.

В комбинированых установках регламентировано количество отбираемого пара с ароматическими веществами и часто для создания непрерывного процесса выпаривания и из – за экономии топлива осветление и фильтрование соков ведут до улавливания ароматических веществ, что ухудшает их качество.

Для выпаривания соков применяют разные типы выпарных аппаратов. Выбор типа выпарного аппарата зависит прежде всего от вида сока и его свойств.

При выпаривании осветленных соков и других не вязких жидкостей лучшие результаты получены при использовании тонкопленочных выпарных аппаратов, в которых достигается высокая скорость движения выпариваемой жидкости. Концентрируемая жидкость течет вних в виде тонкой пленки сверху вниз или снизу вверх по обогреваемой поверхности. Пар, образующийся при выпаривании жидкости, действует как движущая сила и проталкивает продукт через аппарат. Увеличивающаяся при этом скорость движения пара содействует преодолению повышающейся вязкости продукта.

Существуют два основных типа пленочных выпарных аппаратов – трубчатые и пластинчатые. Эти аппараты применяют в основном при выпаривании осветленных соков. Для выпаривания вязких жидкостей они мало пригодны. Выпарные аппараты бывают одноступенчатыми, в которых греющий пар используется один раз и расход его составляет 1,1 кг/кг испаренной воды , и многоступенчатыми, в которых используется теплота вторичного, сокового пара. Многоступенчатые аппараты имеют разное число степеней, которое определяет расход в них греющего пара. Так, в двухступенчатых выпарных установках расход пара 0,7 кг/кг, в трехступенчатых – 0,5 кг/кг и т.д. В последние годы большое распространение получили четырехступенчатые выпарные аппараты, расход пара в которых составляет 0,22 кг/кг испаренной влаги.

Теплота, подводимая к продукту, расходуется на парообразование и нагревание жидкости до точки кипения при данном давлении. На нагревание требуется большой расход теплоты, так как теплоемкость сока равна примерно 3,36 кДж/ кг*К, поэтому для повышения экономичности выпарной установки неоходимо предварительное нагревание сока до температуры кипения при данном разряжения в установке. При этом теплота, подводимая к поверхности нагрева установки, будет расходоваться только на выпаривание воды, и производительность аппарата увеличится.

Для нагревания сока перед поступлением в выпарной аппарат применяют подогреватели, в которых в качестве греющей среды используют вторичный, или острый, пар или конденсат. В последних моделях выпарных многокорпусных установок в качестве нагревателей служат змеевики, расположенные в паровом пространстве трубчатых выпарных аппаратов. Вторичные пары, образовавшиеся при выпаривании сока в первом корпусе, используются в качестве греющей среды во втором. При этом разряжение во втором корпусе должно быть соответственно увеличено, чтобы температура выпаривания была более низкой, чем температура греющего пара. Вторичные пары из второго корпуса таким же образом используются в третьем и т.д.

Снизить расход теплоты в целях повышения экономичности выпарного аппарата можно не только путем прямого использования вторичного пара в качестве греющего в последующих корпусах установки, но и путем термокомпрессии, т.е повышения температуры и давления вторичного пара путем сжатия. Вторичный пар при этом можно использовать в том же аппарате, где он образовался, если повысить его давление до давления греющего пара. Сжатие осуществляется с помощью пароструйных эжекторов, в которых используют острый пар более высокого давления, или механически – турбокомпрессорами .

Концентрированные соки большей частью выпускают на комплектных поточных линиях, на которых обеспечиваются необходимая обработка сока перед концентрированием и высокое качество концентратов. В линии фирмы „Бухер” (Швейцария) производство концентрированных соков из яблок использованы современные способы обработки соков. В состав линии входит оборудование для производства сока, его осветления и концентрирования.

Яблоки доставляются автомашинами и высыпаются в приемный бункер, откуда гидравлическим транспортером подаются к дозирующему шнеку, который передает их на сортировочный транспортер. Отходы удаляются шнековым транспортером. Доброкачественные плоды вертикальным элеватором с ополаскивающим устройством подаются в дробилку терочно – ножевого типа, которая измельчает яблоки на частицы 2-6 мм. Степень измельчения регулируется в зависимости от плотности яблок. Яблоки хранившиеся и перезрелые с мягкой мякотью могут обрабатываться после измельчения ферментами в ферментатере с мешалками.

Свежая или обработанная ферментами мезга подается винтовым насосом в гидравлический пресс „Бухер НР”, где производится автоматическое прессование по заданному режиму. Выходящий из пресса сок очищается от взвесей на ситовом фильтре и перекачивается в сборник. Из сборника сок сразу направляется в установку для улавливания ароматических веществ, что обеспечивает получение летучих компонентов хорошего качества.

Из установки для улавливания ароматических веществ деароматизированный сок температурой около 50⁰С поступает в резервуар с мешалкой где производится обработка его пектолитическими ферментами. После обработки ферментами сок декантируют с осадка и направляют на ультрафильтрование.

Сок циркулирует в ультрафильтрационной установке где использованы трубчатые мембраны. Осветленный сок отводится из установки, а неосветленный возвращается в поток церкуляции.

Фильтрованый прозрачный сок подается на концентрирование в четырехступенчатую комбинированую установку „Сигма стар” пластинчатого типа, где концентрируется до 70% сухих веществ, после чего охлаждается и подается в сборники на хранение.