|
С целью сокращения объемов
хранения плодовых и овощных жидких полуфабрикатов, а также для получения
готового консервированного продукта на предприятиях используется процесс
концентрирования, сущность которого заключается в повышении концентрации
растворенных веществ за счет удаления воды путем выпаривания, вымораживания,
ультрафильтрации (обратного осмоса).
Повышение содержания Сахаров и кислот угнетающе действует
на жизнедеятельность микроорганизмов.
Процесс концентрирования является одним из основных при производстве
концентрированных плодовых соков, томатной пасты, варенья, повидла и т.
п.
Выпаривание
Удаление влаги из продукта при кипении (выпаривании) —
наиболее широко распространенный способ концентрирования.
Пищевые продукты, подвергаемые концентрированию,
представляют собой сложную систему, в которой кроме истинных растворов в воде
Сахаров, органических кислот, минеральных солей и других веществ содержатся
взвешенные частицы различной степени дисперсности.
Выпаривание воды сопровождается сложными
физико-химическими изменениями. В процессе выпаривания увеличиваются
плотность продукта и его вязкость. Под действием тепла происходит коагуляция
белков, некоторый гидролиз сложных органических соединений, а также реакции
соединения — меланоидинообразова- ния, карамелизации и ряд других.
Таким образом, при концентрировании непрерывно изменяются
основные свойства продукта. Поэтому подбор режимов и условий концентрирования
является важнейшей работой в создании технологического процесса и устройств
для концентрирования пищевых продуктов.
Важнейший способ удаления воды из пищевых продуктов при
концентрировании — дистилляция.
Выпаривание проводят при таком режиме, при котором можно
наиболее полно сохранить ценные компоненты продукта и свойственные ему цвет,
вкус и запах. Это можно достигнуть при низких температурах кипения и
кратковременном пребывании продукта в выпарных аппаратах.
Для нагревания массы до температуры кипения можно
применять любой теплоноситель, но в пищевой промышленности, как правило,
используют водяной пар, который называют греющим или первичным в отличие от
вторичного (сокового) пара, образующегося при выпаривании растворов.
Процесс можно проводить при атмосферном давлении или под
вакуумом.
При выпаривании при атмосферном давлении вторичный пар
обычно отводят в атмосферу. Этот способ является наиболее простым, но
малоэкономичным, ухудшающим качество продукта за счет высокой температуры
нагрева.
При выпаривании под вакуумом точка кипения раствора
снижается, и это позволяет использовать для обогрева выпарных аппаратов пар
низкого давления. Достоинством вакуум-аппаратов являются уменьшение потерь
тепла в окружающую среду и увеличение полезной разности между температурами
греющего пара я кипящего раствора.
Выпаривание может осуществляться в одном выпарном аппарате
(однокорпусная установка) либо в нескольких последовательно установленных
аппаратах (многокорпусная установка).
Однокорпусная установка применяется для выпаривания
относительно небольшого количества жидкости, когда экономия теплоты не имеет
большого значения.
Исходный раствор из сборника 1 подается насосом 2 в
подогреватель 5, где он нагревается до кипения. Отсюда раствор направляется в
выпарной аппарат 4 для выпаривания.
Греющий пар подается в межтрубное пространство
подогревателя и выпарного аппарата. Образующийся вторичный пар вместе с
воздухом направляется через каплеуловитель 5 в барометрический конденсатор 6,
где при смешивании с водой пар конденсируется, а воздух из верхней части
конденсатора через ловушку 7 откачивается вакуум-насосом.
Конденсат вместе с водой в виде так называемой
барометрической воды отводится из корпуса конденсатора 6 самотеком через
барометрическую трубу 8 и барометрический затвор 9.
Сгущенный до нужной концентрации раствор откачивается в сборник
готового продукта.
Многокорпусная выпарная установка ( 38) состоит из
нескольких однокорпусных выпарных аппаратов, соединенных последовательно. В
этих установках для обогрева второго и последующего корпусов используется
вторичный (соковый) пар. Передача тепла осуществляется за счет разности между
температурой греющего пара и температурой кипения раствора. Пониженная
температура кипения достигается снижением давления в каждом последующем
аппарате по сравнению с предыдущим.
В прямоточной выпарной установке благодаря перепаду
давлений раствор из предыдущего корпуса в последующий переходит самотеком
параллельно протекающему пару. При переходе из предыдущего корпуса в
следующий раствор оказывается перегретым вследствие того, что попадает в
пространство с более низкой температурой и меньшим давлением. В результате
самоиспарения удаляется некоторое количество воды.
Соковый пар из последнего корпуса поступает в
барометрический конденсатор.
В противоточной установке ( 39) применено встречное
взаимное движение упариваемого раствора и греющего пара. Раствор поступает в
последний корпус и в концентрированном виде выходит из первого в случае
нумерации корпусов по пару.
Поскольку давление в корпусах по мере передвижения
продукта увеличивается, он передается из корпуса в корпус насосами.
В данной схеме концентрированный продукт находится при
более высокой температуре, чем исходный продукт. Это обеспечивает снижение
вязкости продукта, что облегчает его перекачку и предупреждает образование
нагара на поверхностях нагрева.
Выпарные аппараты, используемые для концентрирования
соков, должны обеспечивать быстрое проведение процесса выпаривания без
заметного ухудшения цвета, вкуса и химического состава. Они должны быть
экономичны, т. е. обладать высокой испарительной способностью при
относительно невысоком расходе греющего пара, обеспечивать непрерывную работу
и удобство обслуживания.
Регулирование процесса выпаривания должно проводиться
автоматически. Для сгущения соков наиболее подходящими являются пленочные
выпарные аппараты непрерывного действия.
В ВНР разработан трехкорпусный выпарной аппарат типа ЛБ-6
( 40), работающий по принципу падающей пленки. Сок перед поступлением в
корпус / проходит последовательно через теплообменник и подогреватель, где
нагревается выходящим соком и вторичным паром из корпусов II и ///. В корпусе
/ сок нагревается до 80 °С острым насыщенным паром и влага частично
испаряется. Сок и водяные пары стекают одновременно вниз по трубам испарителя
в сепаратор, где происходит разделение пара и частично сконцентрированного
сока. Вторичный пар из сепаратора корпуса / используется для обогрева
корпусов II и III.
Частично сконцентрированный сок из корпуса I поступает в
корпус //, где испарение происходит при температуре 60—65 °С. Концентрат из
корпуса II проходит через подогреватель, в котором вторичными парами из
корпуса / нагревается за несколько секунд до 70 °С и переходит в корпус 77/.
Концентрирование сока в этом корпусе до 72% сухих веществ осуществляется при
40—50 °С,
Вторичные пары из корпусов II и III поступают в
барометрический конденсатор. Продолжительность пребывания сока в установке
примерно 8 мин.
Качество концентрата по химическим показателям
характеризуется содержанием в нем 5-гидрооксиметилфурфурола (5-ОМФ). Этот
показатель выбирается потому, что между ухудшением качества продукта под
влиянием температуры и количественным содержанием в соке 5-ОМФ существует
прямая зависимость.
В натуральном, хорошего качества соке 5-ОМФ не содержится.
В связи с этим наличие 5-ОМФ можно считать показателем, характеризующим
работу выпарных установок.
Экспериментально установлено предельно допустимое значение
5-ОМФ, равное 5 мг/л. Превышение этого предела свидетельствует о
неудовлетворительном ведении процесса выпаривания.
При правильном ведении процесса концентрирования на
установке JIB-6 содержание 5-ОМФ в концентрате колеблется от 0,7 до 4,5 мг/л,
т. е. значительно ниже допустимого предела.
Для концентрирования термолабильных ягодных и цитрусовых
соков фирмой «Единство» (СФРЮ) разработан низкотемпературный выпарной аппарат
с двумя испарителями типа NTI ( 41).
Испарение и конденсация достигаются при помощи
циркулирующего аммиака или другого холодильного агента в жидком и
газообразном состоянии.
Сжатые пары аммиака через газоохладитель поступают в
испаритель, где конденсируются, отдавая тепло на испарение продукта. Жидкий
аммиак стекает в резервуар, а оттуда в аммиачный испаритель. Испаритель
одновременно действует как конденсатор. Когда пар из продукта конденсируется
и свою скрытую теплоту испарения отдает жидкому аммиаку, тот испаряется. Пары
аммиака засасываются компрессором. Частично сконденсированный сок из испарителя
первого корпуса через сепаратор поступает в испаритель второго корпуса. В
межтрубное пространство этого испарителя подаются соковые пары из сепаратора
первого корпуса. Здесь осуществляется окончательное концентрирование сока до
50— 70%. Продукт перекачивается циркуляционными насосами.
В установке поддерживается вакуум в пределах 90—92 кПа.
Низкая температура выпаривания в сочетании с быстрым прохождением сока через
аппарат обеспечивает получение продукта высокого качества как по
органолептическим, так и по физико-химическим показателям (табл. 7).
Цвет сока, определенный по оптической плотности, при
концентрировании изменяется незначительно, что свидетельствует о
благоприятных условиях выпаривания.
Другую возможность относительно щадящего и непрерывного
выпаривания в тонком слое представляют пластинчатые выпарные аппараты.
Выпарной аппарат ( 42) состоит из набора пластин,
смонтированных на общей раме, как и у пластинчатых теплообменников. Сок
подается в левую часть 1 выпарного аппарата и проходит через половину
пластины 2 для продукта, которая нагревается паровой пластиной 3. Частично
сконцентрированный продукт и пар поступают в сепаратор 5, где продукт
разделяется и насосом 4 перекачивается в правую сторону пластины 6 для
продукта. Конечный концентрат попадает в сборник 7, откуда он перекачивается
насосом 8. Пар из обеих половин пластины через сепаратор поступает в
конденсатор.
Установки такого типа выпускаются английской фирмой APV.
Очень хорошие результаты можно получить, применяя эту установку для
концентрирования цитрусовых соков, включая грейп- фрутовый.
Другой конструкцией, принцип работы которой аналогичен
принципу пластинчатого выпарного аппарата, является выпарной
радиально-проточный аппарат с неподвижным пакетом конусных тарелок ( 43) и с
вращающимся пакетом ( 44).
Между коническими тарелками, расположенными одна в другой
с некоторым зазором, попеременно проходят пар и сок. Сок с образовавшимся
паром от центра течет по зазору к периферии, разделяясь при этом на две фазы:
жидкую (концентрат) и паровую. Использование вращающегося пакета позволяет за
счет центробежной силы сократить продолжительность пребывания продукта до
долей секунд. Этим же достигается толщина выпариваемого слоя жидкости не
более ОД мм.
Такая выпарная установка позволяет концентрировать плодово-ягодные
и овощные соки при минимальной тепловой нагрузке в одном цикле до высокого
содержания сухих веществ (до 85%).
Выбор подходящей выпарной установки определяется видом
обрабатываемого продукта. Кроме того, необходимо учитывать следующие аспекты:
требуемая производительность по продукту и по испаренной влаге; степень
концентрации, содержание сухих веществ в исходном продукте ;
теплочувствительность продукта, возможная температура и продолжительность
обработки; реологические свойства продукта, тенденция к пригора- нию; расходы
на установку и эксплуатацию в зависимости от испарительной способности
греющей поверхности.
В зависимости от специфических свойств продукта и
технологических критериев (продолжительность обработки и пределы вязкости)
можно приблизительно определить тип выпариваемого аппарата (табл.8).
При возможности выбора одной из нескольких типов выпарных
установок наряду с таким фактором, как качество сока, необходимо учитывать и
чисто экономические — потребность в паре, воде, габаритные размеры установки
и т. д.
|