Технология консервирования

Раздел: Быт. Семья

Очистка и осветление соков

С целью получения осветленных или с незначительным количеством осадка соков сокоматериал из плодов подается на следующие технологические операции — очистку и осветление.

Плодовый сокоматериал (сусло), соки и напитки являются неоднородной системой, состоящей из двух фаз: дисперсионной сре- ды (жидкой фазы) и взвешенных частиц (твердой фазы). При об* работке этих продуктов в некоторых случаях возникает необходимость разделения этих фаз.

Разделение неоднородных систем преследует две цели: выделение и сохранение ценной взвешенной фазы (получение кристаллического сахара из утфеля в сахарной промышленности, выделение осажденного пектина в плодоперерабатывающей и т. д.) и отделение и сохранение дисперсионной среды от ненужных загрязняющих взвесей (очистка сусла и сокоматериалов, плодовых соков в консервной и винодельческой промышленности, очистка масла в масло-жировой промышленности и т. д.).

Классификационные признаки различных методов разделения настолько близко переплетаются друг с другом, что точная классификация их затруднена.

Все методы можно разделить на четыре класса: отстаивание, центрифугирование, фильтрацию и флотацию ( 32).

Одним из широко распространенных методов разделения неод- нородных систем является осаждение (седиментация) взвешенных частиц в поле сил тяжести путем отстаивания сока. Осаждение происходит по законам падения тел в среде, оказывающей сопротивление этому движению.

Отстаивание па консервных предприятиях применяется для грубой очистки свежеотжатых сокоматериалов. Обычно этот процесс проводится кратковременно в резервуарах, чанах и других емкостях. Во время длительного отстаивания при контакте с кислородом воздуха протекают окислительные процессы, приводящие it ухудшению органолептических показателей сока, имеется опасность забраживания. Поэтому вместо осаждения в поле сил тяжести для ускорения процесса очистки в большинстве случаев применяется другой метод — центрифугирование.

Некоторые положения о кинетике процесса осаждения в поле- сил тяжести справедливы и для центрифугирования. Разделение суспензий в центрифугах может проходить либо по принципу осаждения, либо по принципу фильтрации.

Любой процесс основывается на выявлении характерной связи между факторами, зависящими от свойств обрабатываемого продукта, и параметрами работающей машины. Для условий центрифугирования такой связью является зависимость между разделяе- мостью смеси т и разделяющим фактором центрифуги и сепаратора Ф.

Комплексом факторов, определяющих разделяемость среды, являются характер распределения частиц по размеру, преобладающий размер частиц, плотность и вязкость дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Первая задача. Для определенного виноградного сусла с известной сахаристостью и для требуемого предела сепарации необходимо определить производительность различных сепараторов. На рисунке решение этой задачи показано построением I.

Вторая задача. По заданной производительности сепараторов необходимо определить предел сепарации частиц для различных сепараторов. Решение задачи показано построением II.

Третья задача. Для заданного предела сепарации частиц необходимо определить производительность определенного сепаратора при обработке сусел различной сахаристости. Решение задачи — построение III.

Использование зависимости т — Ф дает возможность обеспечить полный технологический расчет сепараторов с учетом физических свойств обрабатываемого материала и конструктивных особенностей машины.

При технологическом расчете сепаратора определяется продолжительность пребывания сепарируемой жидкости в роторе Урасч/Q, которая должна быть больше или равна времени, необходимого для выделения всех минимальных по своему эквивалентному (по скорости осаждения) размеру частиц, подлежащих удалению из продукта.

Фактор разделения сам по себе не дает представления об эффекте разделения, так как большое значение при этом имеют продолжительность пребывания и характер перемещения сока в сепараторе. Поэтому эта величина служит для классификации центрифугальных осветлителей.

При значениях Fr до 3500 эти машины называются центрифугами, свыше 3500 — суперцентрифугами, к которым относятся и сепараторы.

Исходя из содержания твердых частиц и их размера, лучше всего для осветления плодово-ягодных соков применять саморазгружающиеся тарельчатые сепараторы (при содержании твердых частиц в соке меньше 12%).

При обработке сокоматериалов с большим содержанием взвешенных частиц (до 25—30%) используются центрифуги-деканте- ры. Они представляют собой горизонтально расположенные шнеко- вые центрифуги с конусным барабаном и предназначены для непрерывного центрифугирования жидкостей.

Сепараторы по их назначению и признакам можно разделить аа несколько групп.

По технологическому признаку они делятся на кларификаторы (осветлители), пурификаторы (очистители) и концентраторы.

По типу барабана сепараторы делятся на тарелочные и многокамерные с цилиндрическим ротором.

Выгрузка твердой фракции производится периодически (вручную или автоматически) и непрерывно через сопла.

Различают сепараторы открытого типа, полузакрытые и герметические в зависимости от доступа воздуха к обрабатываемому продукту.

В консервной промышленности возможно применение сепараторов только полузакрытого или герметического типа.

Отечественный сепаратор Г9-КОВ предназначен для осветления сокоматериалов ( 34). Это сепаратор полузакрытого типа с периодической выгрузкой осадка.

Процесс фильтрации основан на задержании твердых частиц

пористой перегородкой. Этот метод весьма универсален, так как может быть использован для разделения неоднородных смесей, начиная с самых грубых, кончая тонкими мутями.

Фильтрацию можно проводить при двух режимах: с постоянной скоростью и при постоянном давлении. В первом случае для сохранения постоянной производительности по осветленному продукту необходимо постепенно увеличивать напор (давление) жидкости перед фильтром. Иногда на практике весьма затруднительно проводить процесс в таком режиме, и поэтому больше применяется второй режим фильтрации — при постоянном давлении, создаваемом насосом.

В зависимости от способа действия аппараты, в которых осуществляется фильтрация, делятся на периодические и непрерывные.

 В технологических расчетах процесса фильтрации центральное место занимает определение скорости этого процесса, которая зависит от многих факторов: физико-механических свойств разделяемой системы, режима фильтрации, типа фильтра, характера образующегося осадка, характеристик фильтрующей перегородки и т. п.

Простейшим способом фильтрации является процеживание све- жеотжатого сока через сито из нержавеющей стали с отверстиями ячеек 1 мм или через полотно. Для этих целей используется отделитель грубых примесей КС-12.

Осветленные соки получают на камерных или рамных фильтр- прессах.

Рамный фильтр-пресс состоит из чередующихся плит и рам. Между ними зажимается фильтрующий материал. Сокоматериал насосом подается в рамное пространство и под давлением проходит через фильтрующий материал. В большинстве случаев в рамных фильтр-прессах в качестве фильтра используется ткань типа бельтинг. В процессе фильтрации на ткани откладывается слой осадка, который, в свою очередь, является фильтрующим материалом. Рамные фильтры используются для фильтрации соков с большим содержанием взвешенных частиц.

Камерные фильтр-прессы состоят из фильтровальных плит, снабженных двумя выступающими полыми ребордами. Реборды расположены по одну сторону плит, поверхность которых имеет канавки для отвода фильтрата в сборные каналы. Между плитами зажимается фильтрующий материал, обычно фильтр-картон. Эти прессы используются для очистки уже предварительно обработанного сока, прошедшего отстаивание или центрифугирование.

Сок, подаваемый насосом, по каналу, образованному ребордами одного ряда, поступает в канавки плит, проходит через фильтрующий материал и попадает в канавки смежных плит, оттуда отводится через канал реборд противоположного ряда.

В качестве фильтрующего материала используют фильтр-картон марки Т. Этот материал изготавливается из смеси сульфитной целлюлозы с хризатиловым асбестом в виде листов размером 400X800 и 610X820 мм.

Для фильтрации сиропов и заливок используются фильтр-диагональ, капроновая и шелковая ткани.

На некоторых предприятиях используются намывные фильтры. Фильтром такого типа является барабанный вакуум-фильтр. Он состоит из барабана, который установлен при помощи полых цапф в подшипниках над ванной с соком так, что примерно на 35% поверхность барабана погружена в фильтруемую суспензию. Для предотвращения осаждения твердых частиц в ванне установлена качающаяся мешалка. Барабан фильтра состоит из двух цилиндров: внутреннего сплошного и наружного перфорированного. Полость между цилиндрами разделена на сегменты — ячейки. При помощи всасывающей трубы отдельные части на поверхности барабана связаны с центральной сборной трубой для осветленного сока. Снаружи ячейки накрыты двумя фильтрующими полотнами: одно с крупными отверстиями (опорное), другое с мелкими.

Вращение барабана регулируется бесступенчато. Схема работы вакуум-фильтра показана на  35.

Для намывания фильтрующего слоя в ванну с мешалкой загружают водную суспензию кизельгура. После тщательного перемешивания суспензии включают вакуум-установку и пускают барабан. При вращении кизельгур наслаивается на наружную поверхность барабана. Вода, проходя через ячейки барабана, по центральной трубе отводится из фильтра через сепаратор и возвраща

ется в ванну. Кизельгур наносится на поверхность барабана слоем 6—8 см. Наслаивание продолжается около 1 ч. Создаваемый вакуум удерживает слой кизельгура на поверхности фильтра.

При основном периоде фильтрации в ванну, из которой предварительно смыта вода, наливается сок. Остатки густого кизельгура в ванне вместе с соком пропускаются через фильтр. Под действием вакуума сок проходит через барабан фильтра и по центральной трубе отводится в резервуары для хранения. Вакуум поддерживается в течение всего времени вращения барабана. При выходе барабана из ванны остатки сока в слое кизельгура отсасываются вакуумом в систему сокопроводов. Перед новым погружением барабана в сок верхняя часть слоя кизельгура срезается горизонт тальным ножом. В зависимости от содержания взвесей в соке толщина срезаемого слоя регулируется в пределах 0,1—0,3 мм. Произ^ водительность фильтра и степень очистки сока регулируются частотой вращения барабана и глубиной его погружения в ванну с соком.

Продолжительность цикла работы фильтра на одной зарядке составляет примерно 15 ч при частоте вращения барабана 20 мин~*, толщине наносимого слоя кизельгура 8 см и срезаемого слоя 0,2 мм.

Промышленные барабанные вакуум-фильтры выпускаются с поверхностью фильтрации 5, 10, 20 и 40 м2.

Для получения кристально прозрачных соков применяют ультрафильтрацию через ацетатцеллюлозные мембраны или минеральные фильтры. Диаметр пор этих фильтрующих элементов 200— 800 мкм. Фильтрация осуществляется при давлении 500—600 кПа. Применяются установки плоско-параллельного типа или с трубчатыми элементами. Процесс фильтрации с ними называется тангенциальной ультрафильтрацией.

i Для получения стабильной прозрачности готовых соков соко- материалы при центрифугировании, фильтрации, осаждении и прочих процессах очистки подвергают оклеиванию.

Первоначально под оклейкой подразумевалось осветление сока путем добавления в сокоматериалы различных животных клеев — рыбьего клея, желатина. Впоследствии стало применяться оклеивание бентонитом, танином, кремниевой кислотой и т. д. Наибольшее распространение получил бентонит. Это порошок светло-серого цвета, содержащий более 80% коллоидной фракции, состоящей из гидрата алюминиевой соли кремниевой кислоты, который является природным минералом.

Бентонит имеет способность к набуханию. Это облегчает реакции обмена между катионами и средой и увеличивает их абсорбционную способность. При набухании 1 г бентонита поглощает около 10 г воды.

Бентониты обладают большой адсорбционной способностью по отношению к белкам и некоторым другим азотистым соединениям, а также к красящим веществам. Адсорбция белка основана на том, что частицы бентонита в соке заряжены отрицательно, а белковые вещества — в большинстве случаев положительно. Однако белки соков разнообразны и могут обладать различными изоэлектриче- скими точками. Отсюда следует, что если рИ сока выше рН изо- электрической точки белка, то белок в этом растворе будет заряжен отрицательно, если же рН сока ниже рН изоэлектрической точки белка — положительно. Таким образом, иногда белок сока может быть отрицательно заряжен, а следовательно, адсорбция его на бентоните, также заряженном отрицательно, не может произойти полностью.

Так как бентониты адсорбируют простые белки (протеины), то естественно, что и сложные белки (протеиды), к которым относятся и ферменты, также адсорбируются бентонитами. Практически установлено, что виноградное сусло, обработанное бентонитом, теряет оксидазы и почти не поглощает кислород.

Обработка сока бентонитом заключает в себе три процесса: адсорбцию, коагуляцию и седиментацию, т. е. оседание коагулянта. Адсорбция происходит мгновенно, как только адсорбент входит в соприкосновение с адсорбтивом (взвешенными частицами). При этом большую роль играет перемешивание. Коагуляция наблюдается в том случае, когда применяется бентонит в коллоидном состоянии.

Свойства бентонитов заметно различаются в зависимости от их происхождения и способа предварительной обработки. Именно этим обстоятельством можно объяснить наблюдающиеся иногда противоречия в результатах применения бентонитов.

Бентонит, размолотый на коллоидных мельницах, заливают четырехкратным количеством воды. Смесь нагревают острым паром до 70—75 °С и оставляют на сутки для набухания. Через сутки массу вторично перемешивают и готовят из нее 5—10%-ную суспензию на соке. После процеживания через металлическую сетку с отверстиями 3 мм суспензия готова к употреблению.

Для осветления яблочного и виноградного сусла расход бентонита составляет 0,5—1 г/л.

Оклеивание желатином, как и другими белковыми веществами (рыбий клей, агар-агар, яичный белок), основано на том, что введение в сок положительно заряженных частиц белковых веществ приводит к нейтрализации отрицательно заряженных многих взвешенных частиц сока. В результате образуется новый коллоид, который выпадает в осадок.

Согласно другой точке зрения при оклеивайии происходит химическое взаимодействие. Желатин рассматривается как поливалентное основание, поэтому все его валентности не могут быть одновременно замещены дубильной кислотой, являющейся основной частью дубильных веществ. Однако механизм оклеивания не может быть объяснен только с химической или адсорбционной точки зрения. Он гораздо сложнее и включает одновременно химические и адсорбционные явления.

Образующееся при взаимодействии белка с танином соединение адсорбирует на своей поверхности другие высокомолекулярные коллоиды, в том числе дубильные и красящие вещества, а также труднорастворимые соединения, которые вызывают образование мути, например некоторые соли Са, Fe и др.

Установлено, что желатин может связываться не только с поли- фенольными веществами, но и с высокомолекулярными пектиновыми веществами. Это происходит в том случае, когда его добавляют в неосветленный сок вместе с ферментным препаратом с последующей выдержкой.

Желатин добавляют в сок в виде водного раствора. Ввиду несложности его приготовления раствор предварительно не заготовляют. Листовой, или зернистый желатин, замоченный для набухания в воде, растворяют в теплом соке. В СССР используют в основном 1 % -ный раствор желатина.

Количество вносимого раствора определяется лабораторией по результатам пробного оклеивания, так как при недостатке оклеивающих веществ осветление пройдет не полностью, а при избытке желатин может образовать стойкую коллоидную систему, ухудшающую органолептические показатели сока.

Для обработки соков наиболее пригоден желатин типа А, получаемый кислотным гидролизом. Желатин типа В, получаемый щелочным гидролизом, менее пригоден для этой цели.

Наилучшее осветление проходит при обработке сока желатином при температуре 15—20 °С.

Обычно при оклейке желатином на 1 т сока расходуется около 100 г танина и 200 г желатина.

Ферментативное осветление соков происходит под действием пектолитических, а также амилолитических и протеолитических ферментных препаратов.

Осветление сока из яблок раннего периода созревания, в которых содержится до 2% крахмала, очень затруднено.

Для удаления крахмала, как и для расщепления пектина, используют ферментативный гидролиз. Для этого применяют амилазы, быстро и активно действующие при низких значениях рН. Крахмал быстро и полно расщепляется амилазой только в том случае, если предварительно он был клейстеризован и растворен. Это осуществляется нагревом. Яблочный крахмал клейстеризуется при температуре 58—60 °С. Количество вносимой амилазы зависит от ее активности, содержания крахмала в соке, величины рН, температуры и продоляштельности осветления. Дозировка фермента определяется опытным путем.

Окончание реакции гидролиза крахмала устанавливают следующим образом. В пробирку наливают 5 мл сока и 1 мл 0,1 н. раствора йода. Сине-фиолетовое окрашивание показывает, что крахмал не полностью гидролизован. Обработка ферментами должна быть продолжена.

Обработка пектолитическими ферментами преимущественно осуществляется периодическим способом. Он заключается в том, что к определенному количеству сока добавляют необходимое количество пектолитического ферментного препарата (0,03—0,2%) в виде 5—10%-ного раствора. Суспензию ферментного препарата рекомендуется вносить малыми порциями одновременно с заполнением резервуара соком.

В большинстве случаев осветление заканчивается при температуре 20 °С в течение 3—4 ч, а при 50—55 °С — 1—2 ч.

Для лучшего осветления яблочного сока рекомендуется проводить комбинированную обработку сока ферментами и раствором желатина. Заранее приготовленный 1%-ный раствор желатина вносят в сок через 30—40 мин после добавления ферментного препарата и тщательно перемешивают. После выдержки сок центрифугируют и фильтруют.

Во ВНИИКОПе разработана непрерывнодействующая установка для обработки соков ферментным препаратом и желатином ( 36).

Сокоматериал из приемного сборника насосом через теплообменник подается к смесителю. Ферментный препарат синхронно работающим насосом также подается к смесителю. После смесителя сок с препаратом направляется в нижнюю часть резервуара для выдерживания. Вместимость резервуара рассчитана таким образом, чтобы продолжительность пребывания сокоматериала в нем была 30—40 мин. Обработанный сокоматериал из верхней части резервуара откачивается насосом через смеситель, в котором осуществляется непрерывное смешивание с раствором желатина. После смешивания вся смесь выдерживается в непрерывном потоке в резервуаре в течение 1—2 ч. Обработанный таким образом сокоматериал направляется на центрифугирование. Из нижней части резервуара периодически или непрерывно сливаются гуще- вые осадки.

Обработка ферментными препаратами осуществляется как отдельно каждым из них, так и смесью в определенной пропорции.

Осветление мгновенным подогревом основано на свертывании белковых веществ при нагревании. Подогрев должен быстро сменяться охлаждением. Этот процесс осуществляется в двух последовательно установленных теплообменниках. В первом сок нагревается до температуры 75—80 °С, выдерживается при этой температуре в течение 20—30 с, затем во втором теплообменнике охлаждается до 20—40 °С. Скоагулированные белковые вещества удаляются центрифугированием. Допускается отстаивание сока в течение 1—2 ч с последующим декантированием — сливанием прозрачного сока с осадка. При этом получаются так называемые неосвет- ленные соки. В этих соках допускается некоторая опалесценция.

При производстве осветленных соков кроме очистки применяется любой из вышеописанных методов осветления как в отдельности, так и в комбинации друг с другом. В этом случае к внешнему виду предъявляется требование о кристальной прозрачности. Необходимо учесть то, что некоторые кристально прозрачные соки в процессе хранения могут начать опалесцировать. В последующем тонкая муть может дать осадок. Это происходит вследствие укрупнения частиц коллоидной степени дисперсности. Процесс, протекающий при хранении таких соков, довольно сложен и подробно рассматривается в курсе коллоидной химии в разделе агрегатив- ной устойчивости коллоидных систем.

Основной причиной этого явления считается окислительное воздействие растворенного в соке кислорода на химические компоненты сока (дубильные и красящие вещества, белки, пектин и пр.). Кроме этого, возможно окислительное последействие, когда первоначально кислород воздуха при дроблении, очистке и т. д. связывается с химическими веществами сока, образуя перекиси, которые в последующем даже при отсутствии контакта со свободным кислородом приводят к окислению других компонентов.

Продолжительность хранения, в течение которого прозрачные соки могут помутнеть, весьма неопределенна. Она зависит от технологического процесса производства сокоматериалов, их состава, температурных режимов хранения и пр.

Деаэрация соков

Очень важно предупреждать обогащение сокоматериалов кислородом воздуха, так как он разрушает аскорбиновую кислоту, окисляет полифенольные вещества, снижая биологическую ценность различных соков, ухудшая их качество. Поэтому необходимо использовать оборудование, обеспечивающее быструю переработку сырья, должное хранение сокоматериалов в среде инертного газа (например, СО2 или азота). Перед закладкой сока на хранение желательно проводить деаэрацию.

В деаэрационной установке сок из приемного бачка, оборудованного поплавком и клапаном, подается в деаэратор, представляющий собой вертикальный цилиндр, внутри которого находится цилиндр из перфорированных листов. Сок подается сбоку в верхней части цилиндра и разбрызгивается форсункой вверх. Все металлические части изготавливаются из нержавеющей стали.

За счет разбивания потока сока на мелкие капли и создания внутри цилиндра вакуума происходит интенсивное удаление кислорода из сока. Стекающий вниз сок откачивается насосом на последующую операцию, например тепловую обработку.

Вакуум внутри цилиндра составляет 700—730 мм рт. ст. (остаточное давление около 8 кПа). Температура сока при вакуумиро- вании должна быть не более 35 °С.

Для осуществления этого процесса используют деаэратор-пастеризатор типа APV, а также отечественные аппараты ДПУ.