Производство кваса и безалкогольных напитков (стр. 21 )

Количество испаренной воды для выделения ароматических веществ зависит от вида сока и составляет в среднем 20…30 %.

После улавливания ароматических веществ деароматизированный сок подают на осветление и фильтрацию, а затем на упаривание в тонкопленочные, трубчатые или пластинчатые вакуум-выпарные установки. Такие установки выпускаются фирмами «Бухер» (Швейцария), «Манзини» (Италия).

Соки, как правило, концентрируют до содержания сухих веществ 70 %. Фасуют в металлическую тару или полимерную с полиэтиленовыми вкладышами. Хранят при температуре от 0 до 10 0С во избежание изменения цвета и вкуса. Концентрат ароматических веществ хранится отдельно в стеклянной таре, вносится в сок в количестве 2 % перед его использованием.

Способ концентрирования вымораживанием основан на охлаждении сока ниже температуры его замерзания. Часть воды в виде кристаллов льда отделяется от жидкой фазы, в результате чего сухие вещества в ней концентрируются.

Обратный осмос основан на отделении воды из соков через полупроницаемые мембраны, размер пор которых соизмерим с размером молекул воды.

При концентрировании этими методами в соке максимально сохраняются ароматические вещества, витамины, однако, можно получить концентраты только с содержанием сухих веществ 35…50 %. Для более глубокого концентрирования соков необходимо дополнительно проводить выпаривание.

Плодово-ягодные экстракты получают выпариванием диффузионных соков на выкуум-выпарных аппаратах, как правило, без улавливания ароматических веществ. Содержание сухих веществ в экстрактах: в черносмородиновом 44 %, в клюквенном – 54 %, в виноградном 62 %, в остальных – 57 %.

Хранят экстракты так же, как концентрированные соки.

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию и характеристику плодово-ягодного сырья.

2. Охарактеризуйте химический состав плодово-ягодного сырья, роль отдельных компонентов в создании пищевой ценности сырья, а также при получении сока.

3. Назовите особенности строения растительной клетки и клеточных стенок. Какую роль играют основные свойства растительных клеток при производстве соков?

4. Какое значение имеют пектиновые вещества? Какие соединения относятся к пектиновым веществам, каковы их свойства? Какие ферменты необходимы для гидролиза пектина? Каков механизм их действия, какие продукты образуются при гидролизе?

5. Предложите набор пектолитических ферментов для получения обеспектиненных соков. Какие ферментные препараты следует использовать для этой цели?

6. Назовите основные стадии получения натуральных соков, приведите режимы и способы, используемые на каждой стадии.

7. С какой целью в сок добавляется спирт? Как определяется расход спирта для спиртования сока?

8. Какие способы удаления воды применяются при производстве концентрированных соков? Дайте сравнительную оценку этих способов. Охарактеризуйте стадии получения концентрированных соков методом упаривания. Каким образом улавливаются и сгущаются ароматические вещества?

9. Каковы особенности получения плодово-ягодных экстрактов? Назовите показатели качества концентрированных соков и экстрактов.

7. Производство полуфабрикатов для безалкогольных напитков из растительного сырья

7.1. Теоретические основы экстрагирования растительного сырья

Процесс экстрагирования используется в различных отраслях, в том числе в пищевой промышленности.

Экстрагирование растительного сырья имеет ряд особенностей, связанных с составом и характеристиками растительной клетки.

Перенос вещества при экстрагировании осуществляется путем молекулярной и конвективной диффузии. Молекулярная диффузия представляет собой выравнивание концентраций веществ в экстрагируемом сырье и растворителе вследствие хаотического движения частиц вещества.

Основной закон молекулярной диффузии – закон Фика определяет зависимость количества вещества, перешедшего в раствор от площади контакта фаз, градиента концентрации и времени экстрагирования:

М= D*F* (∆С/ n)* τ, где

М – масса, кг; F – площадь поверхности контакта фаз, м2; D – молекулярный коэффициент диффузии, м2/с. Коэффициент диффузии показывает сколько вещества продиффундировало через 1 м2 в единицу времени на расстоянии 1 м при разности концентраций, равной 1; ∆С – разность концентраций вещества в сырье и растворителе, %; n – толщина слоя, через который происходит диффузия, м; t - время, с.

Движущей силой процесса экстрагирования является разность концентраций в растворителе и в основном его объеме, находящемся в контакте с поверхностью твердых частиц. В наиболее общем виде процесс экстрагирования состоит из четырех стадий:

1. Проникновение экстрагента в поры частиц сырья;

2. Растворение вещества;

3.Перенос массы растворимых веществ посредством диффузии из внутренних областей частиц экстрагируемого материала в пограничный слой, прилегающий непосредственно к частице;

4. Перенос экстрагируемых веществ через пограничный слой и распределение его по всему объему раствора.

Наиболее существенными являются две последние стадии процесса, поскольку, главным образом, от них зависит скорость экстрагирования.

Интенсивность переноса вещества в объеме частиц сырья характеризуется коэффициентом диффузии, а от поверхности частиц к омывающей их жидкости - коэффициентом массоотдачи. Коэффициент диффузии зависит от структуры твердого тела, температуры и концентрации сухих веществ и не зависит от гидродинамических условий на поверхности частиц, конструкции аппарата.

На величину коэффициента массоотдачи влияет режим движения и свойства жидкости, форма и размер твердых частиц, конструктивные особенности аппарата.

Факторами, существенно повышающими скорость процесса извлечения сухих веществ, являются все виды воздействия на сырье, ускоряющие массообмен в системе жидкость - твердое тело. К ним относят: увеличение движущей силы процесса, а также скорости каждой стадии; дробление как способ повышения поверхности контакта фаз; обеспечение пористости слоя; создание оптимального соотношения масс экстрагента и твердой фазы; увеличение температуры без отрицательного влияния на состав экстрагируемых компонентов и ухудшения гидродинамического режима в слое; увеличение скорости движения фаз.

Одним из наиболее распространенных способов увеличения движущей силы процесса экстрагирования является механическое перемешивание в слое взаимодействующих фаз, а также с использованием различного вида механических колебаний, псевдоожижения, наложения силовых полей, применения ультра - и инфразвукового излучения и т. п.

Наиболее простым методом экстрагирования является однократное извлечение. Исходное сырье и экстрагент перемешиваются в смесителе, выдерживаются определенное время, обусловленное технологическими показателями, после чего разделяются на экстракт и выжимки. При достаточной продолжительности процесса содержание извлекаемого компонента в конечных продуктах будет приближаться к значениям равновесной концентрации. Одним из недостатков описанного метода является низкая степень извлечения целевого компонента из исходного раствора.

Для получения высокой степени извлечения растворимых веществ применяют метод многократного извлечения с использованием свежего растворителя. При этом образуется несколько экстрактов с различным содержанием целевого компонента.

Метод многократного извлечения с использованием одного объема растворителя применяется для получения высококонцентрированного экстракта с максимальным извлечением целевых компонентов из исходного сырья.

На эффективность извлечения растворимых веществ из сырья влияет вид экстрагента. Правильный подбор экстрагента обеспечивает не только полноту извлечения веществ, но и их устойчивость при дальнейшей переработке. Вода в пищевой промышленности является наиболее распространенным экстрагентом вследствие дешевизны, доступности, фармакологической и относительной химической индифферентности, пожарной безопасности, но ее применение ограничено для извлечения некоторых групп соединений природного сырья. Например, агликоны, гликозиды флавоноидов практически в воде не растворимы, в водные растворы в большей степени переходят полимерные формы флавоноидов. Поэтому часто в качестве экстрагента применяют органические растворители, в частности спирт.

При производстве настоев в той или иной степени используют все способы ускорения процесса экстрагирования.

7.2. Производство настоев и экстрактов из растительного сырья

Для производства безалкогольных напитков готовят настои из различных частей растительного сырья: травы, соцветий, коры, корней, цедры цитрусовых плодов. Используют, как правило, двукратное настаивание водно-спиртовым раствором. Концентрация водно-спиртового раствора зависит от вида сырья.

Для настаивания цедры цитрусовых плодов используют растворы крепостью 75-80 %, для сухого растительного сырья: трав, кореньев – 60-65 %.

Используют периодические и непрерывные способы экстрагирования. Простейшие экстракторы для периодического настаивания представляют собой емкости с ложным перфорированным днищем на расстоянии 20 см от основного дна аппарата (рисунок 13).

Рисунок 13. - Экстрактор

1 – корпус; 2 – предохранительный клапан; 3 – манометр; 4 – патрубок; 5 – загрузочный люк; 6 – барботер для подачи водно-спиртового раствора; 7 – сетка; 8 – баботер для подачи пара; 9 - сетка с диаметром 250 мм; 10 – спескной патрубок; 11 – разгрузочный люк

На ложное ситчатое днище укладывают ткань, загружают измельченное сырье с размером частиц 3-5 мм и заливают экстрагентом. Первое настаивание проводится 10-12 суток при периодическом перемешивании путем циркуляции раствора (перекачиванием «на себя»). Первый настой сливают и заливают свежим водно-спиртовым раствором. Второе настаивание проводят 5-7 суток, настой второго слива соединяют с первым, фильтруют через фильтр-пресс и направляют на хранение.

Для ускорения периодического экстрагирования используют специальные экстракционные установки, в которых процесс проводится в циркуляционном режиме (рисунок 14). В состав установки входят напорный бак для приготовления раствора экстрагента и циркуляции, экстрактор, насос. Сырье загружают в экстрактор, заливают водно-спиртовым раствором и настаивают.