Диффузионный способ
Для извлечения фруктовых соков могут быть использованы различные методы — диффузионный, прессование, центрифугирование.
Диффузионный способ получения сока известен давно, однако в соковой промышленности до последнего времени находил ограниченное применение. Сущность способа заключается в выщелачивании водой экстрактивных веществ из плодовой мезги. При этом в сок переходят сахара, органические кислоты и другие растворимые вещества, а большинство коллоидов (белки, часть пектиновых и красящих веществ и др.) практически не переходят в диффузионный сок, поэтому состав диффузионного сока значительно отличается от состава клеточного сока, получаемого прессованием.
Несмотря на эти недостатки в последнее время диффузионный способ получил некоторое развитие благодаря экономичности и возможности механизации и автоматизации процесса. Диффузионный способ дает возможность извлекать сок, не только из свежей плодовой мезги, но и из выжимок.
В Венгрии проведены промышленные опыты по производству яблочного сока диффузионным способом с использованием диффузионной батареи. Установлено, что этим способом экстрагируется 90 — 94% сухих веществ, содержащихся в сырье, если используется питьевая вода с жесткостью не более 7,1-8,9 мг-экв/л (20 — 25° нем). При диффузии в течение часа при температуре 60-65° С получается яблочный сок с небольшим ухудшением цвета по сравнению с отпрессованным соком и привкусом «вареного» и воска. Привкус, воска, который свойствен кожуре яблок, некоторые специалисты считают приятным.
Во Франции способом диффузии получают сок из яблочных выжимок на непрерывно действующей промышленной установке. Этот сок используют для производства сидра и кальвадоса.
В некоторых странах с 1973 г. сок из яблок получают в полностью автоматизированном диффузионном аппарате ДДС (Дания) производительностью 32 т/ч. По конструкции аппарат представляет собой модифицированную модель диффузионного аппарата, работающего в сахарной промышленности. Измельченные плоды подаются транспортером с автоматическими весами к загрузочному отверстию в нижней части аппарата. Отсюда плодовая масса продвигается вверх с помощью сдвоенного шнека, а противотоком к ней проходит горячая вода, подаваемая сверху аппарата. Количество подаваемой воды регулируется автоматически по массе. Выжимки выгружаются черпаковым колесом и передаются в непрерывно действующий пресс. Отжатая из выжимок жидкость возвращается в диффузор. Диффузионный сок стекает из нижнего конца аппарата на сито, установленное на сборнике. Обогрев аппарата производится изнутри водой, снаружи паром. Экстрагирование осуществляется при температуре от 40 до 65° С при средней продолжительности процесса 1 ч.
Для диффузии используется питьевая вода, расход которой составляет 0,6-0,8 т на 1 т яблок. Выход сока по экстрактивным веществам достигает в среднем 92%. Лучшие результаты получены при диффузии яблок, измельченных на кусочки волнистой формы толщиной 2-4 мм.
Сравнение химического состава яблочного сока, полученного прессованием и диффузией (по данным фирмы «Унипектин ЛГ», Швейцария) показало, что в диффузионных соках содержится меньше сухих и экстрактивных веществ (табл. 25). Сок из ВЫЖИМОК содержит еще много сахара, что делает целесообразным его утилизацию.
Источник
Общие процессы производства соков
Этот способ получения соков известен давно. В нашей стране еще в тридцатые годы 20 в. этим способом получали соки из замороженных клюквы и брусники; в ограниченных масштабах он использовался и в других странах. Сущность способа заключается в выщелачивании водой экстрактивных веществ из плодовой мезги. При этом в сок переходят сахара, органические кислоты и другие растворимые вещества, а большинство коллоидов (белки, часть пектиновых нерастворимых в воде, красящих и других веществ) практически не переходят в диффузионный сок, поэтому состав диффузионного сока отличается от состава клеточного сока, получаемого прессованием.
Содержание растворимых сухих веществ в диффузионном соке всегда ниже, чем в соке, полученном прессованием, благодаря наличию растворителя в диффузионном соке. К тому же растворитель беспрепятственно смешивается с экстрактивными веществами тех клеток, стенки и цитоплазменные мембраны которых разрушены при подготовке мезги. При экстрагировании нагретым растворителем часть клеточных стенок дополнительно повреждается под действием тепла, однако полного повреждения стенок всех клеток все же не достигается. Не происходит и полного выравнивания концентраций между мезгой и экстракционной водой, так как этот процесс со снижением разности концентраций значительно замедляется.
Несмотря на эти недостатки, экстракционный метод получения соков в последние годы получает широкое распространение в связи с тем, что обеспечивает более высокий выход сухих веществ из плодов, чем при прессовании, и поточное производство с небольшой затратой рабочей силы.
Диффузионный способ нашел применение при производстве концентрированных соков как полуфабрикатов для производства напитков и других изделий. Особенно успешно диффузионный способ применяется для извлечения остатков сока из выжимок.
На консервных заводах проведены испытания шнеково-лопастного экстрактора для извлечения из яблочных и виноградных выжимок остатков сока путем экстрагирования горячей водой. Разработанный совхозом-училищем экстрактор представляет собой четырехсекционный аппарат, каждая секция которого состоит из двух камер: экстракционной и прессующей. Выжимки проходят последовательно через все секции, подвергаясь четырехкратному комбинированному экстрагированию. Такое экстрагирование с промежуточным прессованием выжимок и отделением экстракта в каждой секции позволяет получить диффузионный сок с небольшим содержанием взвесей.
Получение диффузионного сока из яблок связано с определенными трудностями, так как яблочная мезга характеризуется слабой механической прочностью и склонностью к слеживанию, что препятствует прохождению экстракционной жидкости и снижает величину эффективной поверхности массообмена. Поэтому для диффузии яблочной мезги целесообразно применять оборудование, в котором учтены эти свойства яблочной мезги. С этой целью исследовалась возможность применения экстракционной батареи, ленточного и шнековых экстракторов.
Была проверена возможность использования ленточного экстрактора производительностью 4,3 т/ч яблок. Экстракцию проводили при температуре 60 °С. Выход сока составил 87%. Недостатком ленточного экстрактора является то, что в нем не обеспечивается достаточный контакт мезги с экстракционной жидкостью, твердая фаза мезги скапливается с одной стороны ленты и движение диффузионной жидкости затрудняется.
Хорошие результаты получены при применении шнекового экстрактора с двумя шнеками, которые смонтированы параллельно один другому, так что витки шнеков частично заходят один в другой. Это препятствует скоплению мезги в витках шнека и обеспечивает хороший контакт мезги с экстракционной жидкостью.
Получение яблочного сока на двухшнековом экстракторе осуществляют по следующей схеме. Измельченные яблоки подают транспортером с автоматическими весами к загрузочному отверстию в нижней части аппарата. Отсюда плодовая масса продвигается вверх сдвоенным шнеком, а противотоком к ней проходит горячая вода, подаваемая в верхнюю часть аппарата. Количество подаваемой воды регулируется автоматически по массе: соотношение воды и мезги зависит от состояния плодов. Выжимки выгружаются черпаковым колесом и передаются в непрерывнодействующий пресс для отжатия остатков диффузионной воды. Отжатая жидкость возвращается в диффузор и смешивается с подаваемой чистой водой.
Диффузионный сок стекает из нижнего конца аппарата на сито, установленное на сборнике. Аппарат обогревается через наружную паровую рубашку.
Экстрагирование осуществляют при температуре от 40 до 65 °С при средней продолжительности процесса 1 ч.
Для диффузии используют питьевую воду, расход которой составляет от 0,6 до 0,8 т на 1 т яблок. Выход сока по экстрактивным веществам достигает в среднем 92 %.
В целях предотвращения слеживания кусочков яблок в процессе диффузии яблоки перед подачей в диффузор измельчают на специальной резке на кусочки волнистой формы размером 2-4 мм.
Для получения выхода экстрактивных веществ свыше 90 % необходимо проводить экстракцию при температуре 60 °С в течение примерно 2 ч при соотношении массы измельченных яблок и воды 1:1,2. Повышение температуры экстракции до 75°С позволило сократить продолжительность экстрагирования до 60 мин.
Выход экстрактивных веществ может быть значительно повышен путем периодического изменения направления движения шнека. Скопившаяся яблочная масса разрыхляется при этом, что способствует лучшему прохождению жидкости между частицами.
Благодаря изменению направления вращения шнека можно применять диффузоры с одним шнеком, что значительно удешевляет и упрощает их конструкцию.
Другой способ интенсификации массообмена в одношнековых экстракторах основан на обеспечении пульсирующего движения массы. Для этого применяют плунжерный или мембранный пульсатор, который сообщает частицам мезги поступательно-возвратное движение по винтовой линии. При этом увеличивается производительность экстрактора, снижается расход воды и достигается более высокая концентрация сухих растворимых веществ в диффузионном соке.
Для успешной диффузии растворимых веществ из растительной ткани необходимо повысить проницаемость клеточных мембран. Если при прессовании применяют механическую энергию, то в диффузионном процессе основное значение приобретает денатурация мембран в результате тепловой обработки.
При измельчении яблок на кусочки размером 3 мм температура денатурации лежит в пределах 60-65°С при продолжительности воздействия 10 мин. Повышение температуры сокращает продолжительность экстракции, но одновременно вызывает ухудшение структуры дробленой массы. При температурах свыше 80 °С масса разваривается, что нарушает технологический процесс. К тому же качество диффузионного сока значительно ухудшается ввиду высокой степени экстрагирования полифенолов и других веществ, отрицательно влияющих на вкус и приводящих к потере ароматических веществ.
Наиболее эффективным способом, позволяющим извлечь максимальное количество растворимых экстрактивных веществ и получить сок хорошего качества, является комбинированный, включающий отжим мезги на прессах и последующее экстрагирование выжимок.
На практике применяют два способа экстракции яблочных выжимок: экстракция вне прессов в экстракторах и экстракция непосредственно в прессе после окончания прессования. Последний способ заключается в следующем: 70-80 % общего количества сока с содержанием 13% сухих веществ получают прессованием, затем выжимки в этом же прессе экстрагируют холодной или горячей водой и получают диффузионный сок с содержанием 7 % сухих веществ. Общий выход экстрактивных веществ составляет при этом около 92 %.
Недостатком метода является значительное (на 67-70 %) снижение производительности прессов. Более рационально проводить экстракцию выжимок вне прессов.
В этом случае экстракция выжимок проходит легче, чем экстракция свежей мезги, так как в них большая часть клеточных мембран уже разрушена при прессовании. Нагревание выжимок состоит в интенсификации процесса диффузии, а не в денатурации клеточных мембран. Поэтому температура экстракции выжимок меньше влияет на выход экстрактивных веществ, чем это наблюдается при экстракции мезги.
Для экстракции выжимок вне прессов чаще всего применяют ленточные и шнековые экстракторы. В ленточном экстракторе выжимки после отжима сока транспортируются в виде слоя соответствующей толщины ленточным транспортером и экстрагируются потоком воды, поступающей противотоком. Выход экстрактивных веществ составляет около 93 %. Продолжительность пребывания выжимок в экстракторе может регулироваться в пределах 1,2-6 ч. При содержании в исходном соке 12 % сухих веществ экстракционный сок содержит 8,2 % сухих веществ.
Недостатком ленточного транспортера является возможное скопление твердой части выжимок на нем.
В некоторых странах внедрена технология, включающая отжим 60 % сока из яблок на прессе и экстракцию выжимок с извлечением свыше 90 % сухих веществ. После экстракции выжимки отжимают на шнековом прессе для извлечения остатков диффузионного сока. Отжатые выжимки сушат и затем используют для производства пектина. Диффузионный сок передают в производство вина.
Сравнение химического состава яблочного сока, полученного прессованием и дуффузией, показало, что в диффузионных соках содержится меньше сухих веществ и сахара, чем в прессованном соке. Сок из выжимок содержит еще много экстрактивных веществ и сахара, что свидетельствует о целесообразности его использования для получения вторичных продуктов.
Диффузионные соки содержат больше ароматических веществ, чем соки, полученные прессованием, однако при применении растворителя высокой температуры возможно появление «вареного» тона.
Некоторое ухудшение вкуса возможно также при скоплении в диффузоре семечек яблок, длительное экстрагирование которых может привести к образованию бензальдегида.
На качество диффузионного сока может оказать влияние также жесткость воды. При использовании воды высокой жесткости или высоком содержании минеральных веществ в воде эти вещества переходят в сок, повышают содержание золы и ухудшают его вкус. Поэтому для экстрагирования должна применяться очищенная умягченная вода. Для снижения расхода воды необходимо в системе диффузии применять рециркуляцию. При правильно организованном процессе диффузия более экономична, чем прессование.
Существует противоточный непрерывнодействующий экстрактор для получения диффузионного сока из цитрусовых плодов. Экстрактор состоит из наклонного, заключенного в кожух желоба, в котором вращается шнек, приводимый в движение гидравлической системой. Шнек имеет направление движения прямое — вперед и обратное; продолжительность каждого движения устанавливается в зависимости от сырья и регулируется автоматически. Обратное движение шнека позволяет разрыхлять мезгу и задерживать ее в экстракторе.
Мезга загружается в нижнюю часть экстрактора и движется вверх к разгрузочному концу. Нагретая вода подается из сопел струями, орошающими мезгу, что способствует лучшему контакту растворителя с плодовой массой.
Перед загрузкой в экстрактор цитрусовые плоды моют и подают в машину для извлечения масла из кожуры, затем промывают струями воды под высоким давлением и режут на мелкие ломтики. Экстрактор снаружи обогревается горячей водой, которая подается в греющую рубашку.
Мезга продвигается к верхнему концу экстрактора и выгружается в обезвоживающий аппарат, где жидкая фаза отделяется от мезги. Выжимки затем собирают в бункере и отправляют на производство пектина, а жидкость процеживают на вибросите и возвращают обратно в диффузор для орошения мезги.
Производителями оборудования были предложены новые способы для получения сока из яблок с использованием центрифуги-декантера, который может применяться и для переработки хранившихся яблок с рыхлой тканью. По этому способу яблоки гидравлическим транспортером подаются в бункер вертикального элеватора, который загружает их в бункер над дробилкой. При подъеме яблоки промываются чистой водой. Из бункера яблоки попадают в дробилку, где достаточно тонко измельчаются. Дробленая масса мезгонасосом загружается в первый декантер, где отжимается примерно 60-70 % сока. Сок отводится в сборник, а выжимки, выходящие из декантера, смешиваются с водой в соотношении 1:0,7 и поступают в уравнительный резервуар, из которого перекачиваются во второй декантер. Во втором декантере получают еще 10-15% сока (по сухим веществам). Общий выход сока составляет 80-88 %, в среднем 82 %.
В соке первого отжима содержится 10-15 % сухих растворимых веществ, второго — 8-9 %; содержание взвесей в соке из свежих яблок составляет 0,6-1,6%), из хранившихся — 9 %.
После отжима на декантере сок деаэрируют для удаления воздуха, затем обрабатывают обычными методами.
Процесс извлечения сока непрерывный продолжительностью около 60 с, поэтому сок не окисляется, цвет его светлый. Благодаря сочетанию во втором декантере процессов диффузии и отжима потери экстрактивных веществ с выжимками незначительны.
Источник
