Производство кваса и безалкогольных напитков (стр. 17 )

Для извлечения сока используют прессы периодического (пакетные, корзиночные) и непрерывного действия (ленточные, шнековые). В них мезга подвергается действию давления 0,5-2,5 МПа, в результате чего сок вытекает, фильтруясь через салфетки (пакетные прессы, рисунок 10), в которые укладывается мезга, или ситчатый корпус (шнековые прессы).

Рисунок 10 - Гидравлический пак-пресс

1 – пульт управления; 2 – салфетка с мезгой; 3 – дренажная решетка; 4 – станина; 5 – поддон; 6 – рама

Разновидностью прессования является использование прессово-экстракционного метода. Метод заключается в следующем. После отжима сока из мезги на прессе к выжимкам добавляют воду в количестве 1:0,5-1:1, перемешивают и извлекают сок на барабанном вакуум-фильтре или путем вторичного прессования. Полученный сок разбавлен, содержит меньше сухих веществ и его используют для приготовления сахарного сиропа или уваривают. Выход сока повышается на 10-12 %.

Центрифугирование. Для извлечения сока применяют специальные центрифуги-деканторы. Метод основан на разделении твердой и жидкой фракций мезги под действием центробежной силы. В центрифугах возможно промывание выжимок водой. Используется также центрифужно-прессовый способ. Сначала на центрифуге извлекается в течение 4-5 мин около 75 % сока от максимально возможного, затем выжимки прессуют и отделяют еще 25 % сока. Качество сока лучше, но метод трудоемкий.

Диффузионный способ. Заключается в экстрагировании водой экстрактивных веществ из плодово-ягодной мезги. При этом в сок переходят растворимые вещества (сахара, органические кислоты), а нерастворимые вещества (белки, нерастворимые в воде пектиновые и красящие вещества) практически не переходят в сок и остаются в отходах, поэтому сок не обладает натуральным вкусом. Содержание растворимых веществ в таком соке ниже за счет разбавления растворителем.

Несмотря на эти недостатки, диффузионный способ широко используется для получения соков. Для извлечения сока используют одно или двухшнековые экстракторы непрерывного действия.

Процесс экстрагирования растительного сырья сложный и многофакторный. В процессе экстрагирования преобладают диффузионные процессы, основанные на выравнивании концентраций между растворителем (водой) и раствором веществ, содержащихся в клетке.

Чем меньше вязкость растворителя и выше температура, тем молекулы более подвижны и выше коэффициент диффузии. Однако при высокой температуре сок приобретает вареный вкус, теряются ароматические вещества.

Скорость диффузии увеличивается также при увеличении площади контакта растворенного вещества с растворителем. Поэтому для увеличения площади контакта плоды измельчают. Для увеличения градиента концентрации диффузию проводят методом противотока.

Для получения сока этим методом используют диффузионные батареи или непрерывно действующие экстракторы. Диффузионная батарея, состоит из 8-10 аппаратов-диффузоров, соединенных между собой. Диффузоры заполняют мезгой и подают чистую воду с температурой 40-50 0С в первый из них, где происходит экстрагирование. Количество воды и мезги обычно берется в соотношении 1:1. Затем вода с соком поступает во второй, третий и так до восьмого. После истощения мезги в первом аппарате, его разгружают и заполняют свежей мезгой, после чего этот аппарат становится последним, в него поступает сок из восьмого диффузора. Таким же образом последовательно разгружаются все диффузоры, загружаются свежей мезгой и цикл повторяется. Сок получается разбавленный, с содержанием сухих веществ на 2-3 % меньше, чем в мезге. Его обычно используют для получения плодово-ягодных экстрактов путем упаривания.

Продолжительность процесса составляет несколько часов. Этим способом можно извлечь до 95 % сухих веществ сырья.

Лучших результатов добиваются при применении непрерывно действующих экстракторов. Наибольшее распространение в соковой промышленности для извлечения яблочного сока получил двухшнековый экстрактор фирмы ДДС (Дания).

Осветление сока предусматривает освобождение сока от взвесей и большей части коллоидных веществ.

Свежеотжатый сок содержит в различных количествах крупные и мелкие взвеси, а также коллоидно-растворимые вещества (пектин, белки, дубильные вещества) и истинно растворимые вещества (сахара и молекулярные соединения).

Осветление соков преследует 3 основные цели:

– предварительное осветление для облегчения последующего фильтрования;

– стабилизация сока от веществ потенциальных мутеобразователей;

– в некоторых случаях улучшение органолептических свойств.

Крупные взвеси состоят из остатков плодовой мякоти и кожицы, каменистых клеток, целых и дробленных семян и т. д. Эти частицы непрочно связаны с жидкой фазой, быстро оседают и легко удаляются механическими методами. Крупные взвешенные частицы ухудшают внешний вид сока, затрудняют его дальнейшую обработку, поэтому их удаляют при производстве всех видов соков без мякоти.

Коллоидно-растворимые вещества длительное время могут находиться во взвешенном состоянии и обусловливают мутность сока. Для получения прозрачного (осветленного) сока необходимо разрушить коллоидную систему сока и удалить не стойко растворимые коллоиды с диаметром частиц более 10 –4 мм.

Стойкие коллоиды, если они стабилизированы во взвешенном состоянии, не вызывают в обычных условиях помутнение сока, однако, при хранении возможно их взаимодействие между собой, образование крупных частиц, которые вызывают помутнение сока и образование осадка.

Стабильность коллоидной системы сока обусловливается их свойствами:

1. Высокая дисперсность коллоидных частиц с диаметром 10 –4 – 10 –6 мм. Чем меньше частицы, тем интенсивнее броуновское движение, которое препятствует их слипанию и оседанию. При слипании частиц образуются крупные агрегаты, они выпадают в осадок, сок мутнеет.

2. Коллоидные частицы имеют электрический заряд. При наличии одноименного заряда частицы отталкиваются друг от друга. Электрический заряд обусловлен наличием ионов, которые адсорбированы на поверхности коллоидной частицы. Вокруг частицы в жидкой фазе расположены ионы с противоположным зарядом. Сумма зарядов равна нулю. Потеря заряда приводит к исчезновению сил взаимного отталкивания, начинают преобладать силы взаимного притяжения, частицы укрупняются и оседают под действием собственной силы тяжести.

3. На поверхности частиц находится гидратная оболочка. Она препятствует соединению частиц.

Все эти свойства коллоидной системы использованы при разработке методов осветления соков.

Различают способы осветления соков:

-  физические (процеживание, отстаивание, сепарирование);

-  биохимические (разрушение коллоидов при обработке ферментами);

-  физико-химические – разрушение коллоидной системы соков путем добавления реагентов или путем термического воздействия;

-  комбинированные.

Физические способы. Не приводят к изменению химического состава и коллоидной системы.

Процеживание. Для удаления грубых примесей сок процеживают через плотную ткань, специальные мелкоячеистые сита из нержавеющей стали с диаметром отверстий 0,7-0,8 мм. Эти способы применяют на небольших предприятиях. При поточном производстве используют щеточные ситовые фильтры.

Отстаивание. Используется только для осаждения крупных частиц. Частицы оседают под действием собственной силы тяжести. На частицу диаметром d действуют сила тяжести G, подъемная сила А, сопротивление среды R и ускорение свободного падения. Сила тяжести частицы определяется уравнением:

G = (pd3/6)*gч*g

Подъемная сила среды описывается уравнением:

А = (pd3/6)*gс*g

где: gч и gс – плотность частицы и плотность сока, соответственно, кг/м3.

Движущая сила, под действием которой частица осаждается, описывается уравнением:

Р = G – А = (pd3/6)*g*(gч -gс)

Оседающая частица сначала движется с ускорением, но, когда сила сопротивления среды R будет равна движущей силе осаждения частицы Р, она начинает равномерно оседать. При этих условиях скорость частицы будет постоянной. Такая скорость называется скоростью осаждения. При ламинарном движении, когда R≤2, скорость осаждения частицы (в м/с) можно определить по формуле Стокса:

n = (2/9)*r2*(gч -gс)*1/h*g

где: r – радиус шарообразной частицы, м;

h - динамический коэффициент вязкости среды, Па*с.

Уравнение Стокса показывает равномерность осаждения взвесей в плодово-ягодных соках. Чем меньше размер частицы и больше вязкость среды, тем медленнее происходит ее осаждение. Поэтому методом отстаивания можно добиться удаления из сока только крупных частиц.

Сепарирование. Основано на отделении взвесей под действием центробежной силы, развивающейся внутри вращающегося барабана, во много раз превышающей силу тяжести. Отношение развиваемой центробежной силы к ускорению свободного падения называют фактором разделения Z.

где: rm – средний радиус барабана, м;

n – частота вращения барабана, мин-1;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

w - угловая скорость вращения, м/с.

Из формулы видно, что изменение частоты вращения барабана в наибольшей степени влияет на величину фактора разделения. Центробежная сила, которая действует на взвеси, также зависит от частоты вращения барабана центрифуги.

С = 3/4pr3*(gч - gс)*w*R

где: r – радиус частицы, м;

gч, gс – плотность частицы и плотность сока, соответственно, кг/м3;

w - угловая скорость вращения барабана центрифуги, м/с;

R – расстояние частицы от оси вращения, м.

Из приведенных формул следует, что эффект разделения тем выше, чем больше размер частиц и разность плотностей сока и взвесей, чем больше частота вращения барабана. Так как величина частиц взвесей мала и их плотность незначительно отличается от плотности сока, то при конструкции сепараторов для соковой промышленности особое внимание обращают на частоту вращения барабана. В современных сепараторах частота вращения составляет 6500-7000 мин-1.