15.6. Характеристика процесів виробництва соку

Віджимання соків. Найпоширенішим способом віджимання соків є пресування, при якому одночасно відбувається фільтруван­ня. Найчастіше використовують пакетні гідравлічні преси періоди­чної дії з горизонтально чи вертикально розміщеними пакетами (рис. 26). В Україні використовують також імпортні преси. Так, на пакпресі РОК-200 (Польща) обробляють яблучну мезгу. Він склада­ється з каруселі з трьома платформами, гідравлічної системи та со-козбірника. На одній з трьох платформ формують пакети, для чого кладуть дренажну решітку, а на неї — фільтрувальну тканину (сер­ветку), на яку накладають стільки мезги, щоб шар, що пресується, становив 3 — 4 см. Краї салфетки загортають, потім кладуть дрена­жну решітку і на неї знову кладуть серветку з мезгою. Загальна кі­лькість таких шарів визначається відстанню від нижньої платфор­ми до пресуючої головки преса, що становитиме в цілому пакет. Пі­сля формування пакетів карусель повертається на 120° і пакет по­дається до пресуючого пристрою, а відпресований пакет у цей час подається на розвантажувальну платформу. Пресування здійсню­ється гідравлічною системою, яка розвиває тиск 16 МПа. Сік з під­дона преса збігає у сокозбірник, а суха мезга видаляється шнековим чи стрічковим конвеєром. Вихід соку 65 — 70 %.

Горизонтальні корзинові преси швейцарської фірми «Бухер» з пресуючим поршнем складаються з суцільного циліндра (корзини), закритого з обох боків дисками, один з яких приводиться в дію гід­равлічною системою. Всередині корзини між дисками є дренажна система у вигляді жолобчастих гумових тросів, обтягнутих фільтрувальною тканиною. Мезга подається всередину корзини і заповнює простір між дисками, а потім рухомий диск рухається всередину, створюючи тиск на мезгу. Сік проходить крізь фільтрувальну тка­нину і по жолобках троса витікає з преса. Вижимки видаляються шнеком, що розміщений під пресом. Після першого періоду пресу­вання рухомий диск висувається з корзини, а троси, випрямляю­чись, розпушують вижимку. Кожна партія вижимки пресується 4-5 разів.

У поточних лініях для переробки плодів та ягід використовують преси безперервної дії, а для стікання соку — шнековий апарат, причому треба щоб стікання соку відбувалося з мінімальною аераці­єю та максимальною чистотою. Для стікання соку використовують також барабанні та ротаційні стрічкові апарати.

При виробництві виноматеріалу використовують поршнево-шнекові (ВСН-20) та шнекові (ВССШ-20) преси. Приймальний бун­кер преса ВСН-20 має вертикальні подвійні перегородки, похилий перфорований циліндр із шнеками та замкові плити. Потрапляючи в бункер з перегородками, мезга розділяється на шари, що сприяє витіканню сусла. Потім мезга надходить з бункера на шнеки і ними переміщується по циліндру, нижня частина якого перфорована, внаслідок чого сусло стікає в піддон, а мезга (без соку) притискаєть­ся до замкової плити, виділяючи сік. Величину стискання регулю­ють замковою плитою, яка відкривається під тиском мезги, що ви­даляється. В апараті ВССШ-20 послідовно встановлено два шнеки, що дає змогу одержувати дві фракції соку. Недоліками обох моди­фікацій пресів є те, що сік має велику кількість домішок, які важко відокремлюються.

Кращий сокоматеріал одержують на стрічкових пресах, що скла­даються з рухомих стрічок, відстань між якими поступово зменшу­ється. Вони бувають з вертикально (прес фірми «Вільмес») та гори­зонтально (ПГ-2 або прес-шнек, ФРН) розміщеними стрічками.

Вихід соку залежить не тільки від марки преса, а й від ступеня подрібненості сировини та від способів підготовки матеріалу.

Очищення соків. Існують такі способи очищення соків: відстою­вання, центрифугування, фільтрація, флотація. Очищення соку від­стоюванням, або седиментацією, потребує багато часу. Найпоши­ренішим способом очищення соку є центрифугування, яке буває кількох видів: 1) осаджувальне (камерне, тонкошарове сепаруван­ня) та надцентрифугування; 2) відцентрове. Сепаратори за призна­ченням та ознаками поділяють на кілька груп: 1) за технологічною ознакою — класифікатори (освітлювачі), пурифікатори (очищувачі) та концентратори; 2) за типом барабана — тарілкові та багатокаме­рні з циліндричним ротором.

За способом устаткування сепаратори бувають відкритого, напів­закритого та закритого типу. В консервній промисловості викорис­товують переважно два останніх типи сепараторів для обмеження доступу кисню до сокоматеріалів. Сепаратор Г9-КОВ належить до напівзакритого типу з періодичним вивантаженням осаду.

Процес фільтрації ґрунтується на затриманні твердих части­нок пористою перегородкою. Фільтрацію можна проводити при двох режимах: з постійною швидкістю та з постійним тиском (використо­вується на виробництві). Тиск створюється насосом. Для проціджу­вання свіжовіджатого соку використовують апарат КС-12, який має сито із нержавіючої сталі. Освітлені соки одержують на камерних та рамних фільтрпресах. Рамний фільтрпрес складається з плит та рам, між якими стискується сокоматеріал, який насосом подається у рамний простір. Використовується для переробки сокоматеріалу з великою кількістю твердих частинок. Камерні фільтрпреси склада­ються з фільтрувальних плит, до яких притискаються картонні фі­льтри, крізь які фільтрується сокоматеріал, попередньо очищений відстоюванням чи центрифугуванням (картон марки Т виготовля­ють із суміші сульфітної целюлози з хризатиловим азбестом у ви­гляді листів розміром 800 х 800 та 610 х 820 мм).

Для фільтрації сиропів і заливок використовують фільтр-діаго-наль, капронову чи шовкову тканину, а на деяких підприємствах — намивні фільтри, зокрема барабанний вакуум-фільтр. В останньому є барабан, який на 1/3 занурений у матеріал, що фільтрується. Ба­рабан фільтра складається з двох циліндрів — внутрішнього суці­льного та зовнішнього перфорованого. Порожнина між циліндрами розділена на сегменти, які зовні накриті двома фільтрувальними полотнами (зовні — з великими отворами, всередині — з малими). Сокоматеріал засмоктується насосом через барабан з фільтрами. Крім того, на фільтр наносять протягом 1 год суспензію кізельгуру (фільтрувального матеріалу) перед початком роботи. Фільтр з кізель-гуром працює 15 год при частоті обертів барабана 20 хв1, товщині шару 8 см та шару, який щоразу зрізують разом з осадженими час­тинками 0,2 мм. Промислові барабанні вакуум-фільтри випускають з поверхнею фільтрації 5, 10, 20 та 40 м2. Щоб соки були прозорими, застосовують ультрафільтрацію крізь ацетцелюлозні мембрани або мінеральні фільтри. Діаметр пор у фільтрувальнихих елементів 200 — 800 мкм. Фільтрація здійснюється під тиском 500 — 600 кПа.

Для одержання прозорих готових соків при центрифугуванні, фільтрації, осадженні їх оклеюють желатиною чи мінеральними речовинами. Найчастіше використовують бентоніт — порошок світ­ло-сірого кольору, 80 % якого становить колоїдна фракція. Бентоніт має здатність набухати, завдяки чому адсорбційна поверхня його збільшується. Так, 1 г бентоніту після набухання вбирає 40 г води.

Катіони бентоніту адсорбують білкові та пектинові речовини, фер­менти, прості і складні білки (якщо рН соку нижче рН білка), завис­лі частинки соку, що мають заряд. Обробка бентонітом включає три процеси — адсорбцію, коагуляцію та седиментацію. Адсорбція від­бувається миттєво, особливо при перемішуванні, а коагуляція — тоді, коли бентоніт знаходиться в колоїдному стані.

Перед використанням розмелений на колоїдних машинах бенто­ніт заливають чотирикратною кількістю води. Суміш нагрівають до 70 — 75 °С і залишають на добу для набухання, потім перемішують і готують 5—10 %-ну суспензію, яку проціджують крізь металеву сіт­ку з отворами 3 мм. На освітлення яблучного та виноградного соко-матеріалів (сусла) витрачають 0,5 — 1 г/л бентоніту.

Оклеювання желатином, рибним клеєм, агар-агаром, яєчним біл­ком ґрунтується на нейтралізації введеними позитивно заряджени­ми білковими частинками від'ємно заряджених завислих (суспендо­ваних) частинок соку. Крім того, відбувається хімічна взаємодія за участю дубильної кислоти. Утворена при адсорбції сполука на своїй поверхні адсорбує інші високомолекулярні колоїди, в тому числі барвники та дубильні речовини, а також важкорозчинні сполуки, що викликають утворення каламуті, наприклад солі кальцію та за­ліза. Желатин може зв'язуватись також з високомолекулярним пек­тином при його додаванні в сік разом з ферментним препаратом при наступній витримці соку. Желатин додають у сік у вигляді 1 %-го водного розчину. Перед остаточним визначенням необхідної конце­нтрації роблять дослідне (пробне) оклеювання. Найкраще викорис­товувати желатин марки А, який одержують кислотним гідролізом. Процес освітлення найкраще відбувається при температурі соку 10 — 15 °С. При оклеюванні соку желатином на 1 т витрачається 100 г таніну та 200 г желатину.

Сік з недозрілих яблук, в якому міститься до 2 % крохмалю, осві­тлюється погано. Тому застосовують ферментний гідроліз амілоза­ми, що активно діють при рН = 4,5 — 5 у нагрітому до 58,6 °С соці, в якому крохмаль клейстеризується. Кінець гідролізу крохмалю вста­новлюють дією 0,1 н. розчину йоду (зникнення синьо-фіолетового забарвлення).

Обробка пектолітичними ферментами здійснюється періодичним додаванням 5 — 10 %-го розчину при наповненні резервуара соком. При температурі 20 °С процес освітлення закінчується за 3 — 4 год, а при температурі 50 - 55 °С — за 1 год.

Яблучний сік освітлюють комбінованою обробкою ферменту і розчину желатину. З цією метою 1 %-й розчин желатину наливають у сік через 30 — 40 хв після додавання ферментного препарату і ре­тельно перемішують. Після витримування сік центрифугують та фільтрують.

З метою організації безперервного виробництва соку використо­вують теплообмінник, змішувач, резервуари та центрифуги. Освіт­лення проводять за 20 — 30 хв швидким підігріванням до темпера­тури 75 - 80 °С, за якої денатурують білки з наступним охолоджен­ням до 20 — 40 °С. Це здійснюється в двох послідовних теплообмін­никах. Денатуровані (скоагульовані) частинки потім відокремлюють центр ифугув анням.

Під час зберігання навіть в освітлених соках може утворюватися каламуть внаслідок збільшення частинок колоїдного ступеня дис­персності. Основною причиною його вважається окислювальна дія розчиненого в соці кисню на його хімічні компоненти — дубильні, пектинові, білкові, барвники. Крім того, можлива окислювальна післядія, тобто під час подрібнення сік окислюється, утворюючи пе-роксиди, які пізніше окислюють інші компоненти. Тривалість збері­гання, в процесі якого соки мутніють, ще не визначена, оскільки це залежить від багатьох факторів (якості сировини, технологічного процесу).

Деаерація соків проводиться в установці, що складається з при­ймального бачка, обладнаного поплавком та клапаном деаератора, всередині якого знаходиться циліндр з перфорованих листків. Сік розбризкується форсункою, а створений у циліндрі вакуум сприяє видаленню кисню. Процес відбувається при температурі до 35 °С і вакуумі 93 - 97 кПа.

Концентрування рідких та пюреподібних продуктів відбуваєть­ся за допомогою випарювання, виморожування або зворотним осмо­сом.

Концентрування випарюванням — це видалення води при кипінні продукту. В процесі випарювання змінюється фізико-хімічний склад продукту: збільшуються щільність та в'язкість, від­буваються коагуляція білків, гідроліз складних сполук, реакції ме-ланоїдиноутворення та карамелізації, тобто властивості продукту весь час змінюються. Тому вибір режиму випарювання важливий в технологічному процесі концентрування продуктів.

При випарюванні треба повністю зберегти цінні компоненти продукту та його органолептичні показники, що досягається низь­кими температурами кипіння та скороченням процесу. Для нагрі­вання маси найчастіше використовують пару під низьким тиском, яку подають під вакуумом у випарний апарат (одно- чи багатокор­пусної установки). Установка складається із збірника, насоса, яким подається сік у підігрівач, а з нього у випарний апарат (див. рис. 24, 25). Пара подається в простір підігрівача і випарного апарата. Вто­ринна пара (від кипіння соку) разом з повітрям спрямовується спо­чатку в краплевловлювач, а потім у конденсатор, де конденсується, а повітря відкачується вакуум-насосом. Згущений до певної концен­трації розчин відкачується у збірник готового продукту. В багатоко­рпусних випарних установках для обігрівання другого та наступних корпусів використовують вторинну (сокову) пару. Передача теплоти здійснюється внаслідок різниці між температурою пари і темпера­турою кипіння розчину. Зниження температури кипіння досягаєть­ся завдяки зниженню тиску в кожному наступному апараті порів­няно з попереднім.

У деяких установках застосовується зустрічний взаємний рух розчину, який упарюється, і пари. Розчин надходить в останній корпус і в концентрованому вигляді виходить з першого. Із корпу­са в корпус сік перекачується насосами. Якість концентрату за хі­мічними показниками характеризується вмістом у ньому 5-гідро-оксиметилфурфуролу (5-ОМФ). В натуральному, доброї якості соці 5-ОМФ немає. Максимально допустима кількість 5-ОМФ — 5 мг/л.

Для концентрування термолабільних ягідних та цитрусових со­ків розроблено низькотемпературний випарний апарат з двома ви-парювачами (фірма «Єдінство», Югославія). Випарювання та кон­денсація досягаються за допомогою циркулюючого аміаку в рідкому та газоподібному стані. Безперервного та високоякісного випарю­вання, особливо цитрусових соків, можна добитись у пластинчастих випарних апаратах. На випарному радіально-проточному апараті з нерухомим пакетом та з пакетом, що обертається, можна досягти 85 % концентрації сухих речовин.

Концентрування ароматичних речовин здійснюють відразу після процесу пресування відгонкою ароматичних речовин та подальшою абсорбцією, екстрагуванням чи перегонкою. Ці операції відбувають­ся в одній установці. У деяких соків (яблучний, томатний) при на­гріванні органолептичні показники не змінюються, а в інших (ягід­ні, цитрусові, ананасовий), навпаки, значно змінюються колір, смак, аромат.

Соки — багатокомпонентні системи. При випаровуванні разом з парою виділяються ароматичні речовини, що збіднює продукт, тому ці речовини вловлюють. Установки працюють або під тиском, або під вакуумом. Технологічний процес починається з надходження соку у випарювач, потім у сепаратор, де продукт розділяється на дві фракції: пароподібну та рідку. Остання подається на іншу установ­ку для концентрування, а пара з ароматичними речовинами надхо­дить у ректифікаційну колонку, де конденсуються пара та аромати­чні речовини. Останні утворюють продукт — флегму, одна частина якої ще раз повертається у ректифікаційну колонку, а друга з пев­ною концентрацією ароматичних речовин відбирається як готовий продукт та охолоджується до 0 — 5 °С.

При пресуванні цілих мандаринів у соку міститься близько 0,1 % ефірної олії, яка надає йому гіркого смаку і робить непридатним для споживання. Однак повне видалення цієї олії небажане. Тому надлишок ефірної олії вловлюють за такою схемою: сік перекачуєть­ся у кожухотрубний підігрівач, де він нагрівається до 60 - 80 °С, а далі насосом під тиском 0,5 МПа подається в інжектор, де за допо­могою вібраційних коливань частинки м'якоті соку гомогенізуються. Потім маса надходить у сепаратор, в якому відбуваються самовипа-ровування та виділення водяної пари й ефірних масел. Одночасно сік аерується, а вторинна пара, яка складається із суміші водяної пари з парою ефірних масел та повітря, надходить у конденсатор, що має систему водяного охолодження. З нього конденсат ароматич­них речовин надходить у збірник, після чого його фільтрують та звільняють від води натрію сульфатом із розрахунку 5 г на 1 л ефір­них масел.

Концентрування виморожуванням ґрунтується на перетво­ренні води у кристалічний стан з подальшим відокремленням крис­талів від концентрованого розчину, в якому містяться ароматичні речовини, завдяки низькій температурі їх замерзання. Максималь­на концентрація сухих речовин залежить від температури замер­зання. Найменші втрати бувають при концентруванні соку до 40 — 55 % вмісту сухих речовин. В установках для виморожування вико­ристовується принцип побічного непрямого контакту. Вони склада­ються з кристалізаторів, системи відокремлення концентрату від кристалів і тепловоду. Концентрат відокремлюється від кристалів на центрифугах, пресах або у промивних колонках. Процес виморо­жування буває періодичним або безперервним. Його застосовують переважно у виробництві апельсинового соку у зв'язку з термочут-ливістю останнього.

Концентрування зворотним осмосом здійснюється за допо­могою селективних мембран, які пропускають тільки воду та низь­комолекулярні сполуки (молекулярна маса до 500). Якщо мембрана пропускає молекули більшого розміру, то процес називається ульт­рафільтрацією. Осмотичний тиск соків високий, тому зворотний осмос проводять ще при вищому тиску. Так, якщо осмотичний тиск плодових соків із вмістом сухих речовин 10 — 12 % становить 1,4 — 1,6 МПа, то яблучного концентрату із вмістом 40 % сухих речовин — 9 МПа. Пектинові речовини не тільки підвищують осмотичний тиск, а й обмежують розділювальну здатність мембран, тому соки перед концентруванням обов'язково освітлюють. Цим способом рекоменду­ється концентрувати також соки, в яких вміст сухих речовин не пе­ревищує 25 % (табл. 42 - 44).

Таблиця 43. Хімічний склад продуктів переробки та свіжих цитрусових плодів