Статьи

Инфракрасная сушка

Сушка является распространенной производственной операцией. Сотни вариантов технических подходов, используемых при сушке твердых частиц, паст, листов, растворов или смесей (эмульсий и суспензий), поражают своим разнообразием.

Одним из популярных, но еще мало распространенных способов подвода тепла к высушиваемому материалу является инфракрасное (ИК) излучение. Хотя этот тип теплопередачи в прошлом был задействован случайно, сопровождая другие типы теплопередачи во время обезвоживания, теперь инфракрасные сушилки предназначены для использования лучистого тепла в качестве основного источника.

В настоящее время наиболее распространенными промышленными применениями инфракрасной сушки являются обезвоживание пленок и полотен с покрытием и корректировка профилей влажности при сушке бумаги и картона. Сообщения об инфракрасной сушке, применяемой к другим продуктам, таким как продукты питания, древесина или песок, стали появляться в литературе только с 2000 года. Европейцы изучили ИК-сушку зерна, муки, овощей, макаронных изделий, мяса, рыбы и др., и показали, что ИК-сушка может быть определенной долей успеха применена к пищевым продуктам. Имеются современные промышленные применения сушки сельскохозяйственной продукции с помощью инфракрасного излучения.

Многие сушилки могут быть модифицированы для установки ИК-нагревателей. Действительно, комбинированные конвективные и ИК-осушители оказались привлекательными. Кроме того, ИК-нагрев можно эффективно сочетать с вакуумным режимом для удаления испаряемой влаги, как например это сделано в сушильном столе вакуумно-импульсном для сушки растительных экстрактов.  

ИК-нагрев можно применять как в сушилках непрерывного так и периодического действия.

Теория инфракрасной сушки

Для передачи электромагнитного излучения не требуется среда для его распространения. Спектр длин волн излучения зависит от природы и температуры источника тепла. Диапазон длин волн теплового излучения составляет 0,1-100 мкм в пределах спектра. ИК-излучение относится к этой категории и условно классифицируется как ближнее ИК (0,75–3,00 мкм), среднее ИК (3,00–25 мкм) и дальнее ИК (25–100 мкм).

Тепловое излучение, падающее на тело, может быть поглощено, и его энергия может быть преобразована в теплоту, отраженную от поверхности или переданную через материал. Материалы можно классифицировать на основе их пропускаемости в зависимости от физического состояния тела, на которое падает излучение. Тело, не пропускающее через себя излучение, называется непрозрачным. Примерами таковых является большинство твердых тел. С другой стороны, жидкости и некоторые твердые вещества, такие как каменная соль или стекло, обладают определенной способностью пропускания, поэтому они прозрачны для излучения.

Отражение может быть регулярным (также называемым зеркальным) или
диффузным, которое зависит от чистоты поверхности материала. В одном случае угол падения излучения равен углу отражения за счет хорошо отполированной поверхности или гладкой поверхности. Когда поверхность имеет шероховатости больше длины волны, излучение диффузно отражается во всех направлениях.

Как правило, твердые тела поглощают все излучение в очень узком слое вблизи поверхности. Идеальное тело, которое поглощает всю падающую энергию, не отражая и не пропуская свет, называется черным телом.

Общее количество излучения, испускаемого телом на единицу площади и времени, называется полной мощностью излучения и зависит от температуры и характеристик поверхности тела. Эта энергия излучается с поверхности во всех направлениях и на всех длинах волн. Черное тело также определяется как тело, излучающее максимальное излучение на единицу площади. Излучательная способность абсолютно черного тела зависит только от его температуры. На самом деле очень немногие тела ведут себя как черные тела, поэтому более реалистичным предположением было бы рассматривать их как серые тела.

Кроме того, следует отметить, что иногда электромагнитное излучение, падающее на тело, может ослабляться внутри тела за счет рассеяния наряду с поглощением. При рассеянии принимается во внимание, что электромагнитное излучение может изменить направление, что может привести к частичной потере или увеличению энергии. Излучательная способность, поглощающая способность, отражательная способность и коэффициент пропускания являются ключевыми свойствами излучения.

Для практических целей требуется только среднее значение коэффициента излучения или поглощения по направлению .

При температурах излучения в диапазоне от 227°С до 620°С общая отражательная способность полированного чистого серебра составляет от 0,98 до 0,968, полированного чистого золота - от 0,982 до 0,965. Для полированного алюминия коэффициент отражения изменяется от 0,961 до 0,943 в диапазоне температур от 223°C до 577°C. Высокая отражательная способность этих материалов является причиной того, что отражатели радиационных ламп изготавливают из тонкого слоя серебра, а полированный алюминий применяют в качестве облицовочного материала внутренних перегородок в аппаратуре для ИК-излучения. Для изготовления оборудования для инфракрасной сушки и при подборе отражателей для ламп-радиаторов требуются светонепроницаемые материалы с высокой отражательной способностью.

Материал, подлежащий сушке с помощью инфракрасного излучения, должен иметь низкую отражательную способность, чтобы свести к минимуму мощность, необходимую для его нагрева. При сушке красок или покрытий обычно лучше использовать материал с высокой поглощающей способностью, но при сушке густых влажных материалов, таких как пищевые продукты, предпочтительнее использовать материал с высокой пропускающей способностью, чтобы избежать чрезвычайно интенсивного нагрева и термического повреждения поверхности. Важно отметить, что если поглощающая способность материала низкая, его пропускающая способность высока, и наоборот. Изменение поглощающей способности или пропускающей способности влажных материалов в зависимости от длины волны трудно оценить без экспериментальных данных. Для многих материалов коэффициент пропускания выше при более низких длинах волн. Пищевые продукты, например, представляют собой сложные смеси различных крупных биохимических молекул и полимеров, неорганических солей и воды, и полосы поглощения каждого из этих компонентов неодинаковы. Как правило, многие влажные материалы имеют минимальную поглощательную способность на тех длинах волн, где вода имеет максимальную прозрачность.

По мере сушки высушиваемый материал претерпевает изменение своих радиационных свойств, увеличивая свою отражательную способность и, следовательно, снижая поглощательную способность при низком содержании воды. Тогда можно соответствующим образом изменить температуру излучателя, чтобы улучшить поглощение излучения во время сушки.

Коэффициент пропускания уменьшается с увеличением толщины слоя, тогда как поглощательная способность увеличивается.

У инфракрасной сушки есть свои преимущества и недостатки. На самом деле ИК-сушка имеет не мало положительных качеств, основным из которых является сокращение времени сушки. Кроме того, ИК-сушка предлагает решение проблем, которые в прошлом казались неразрешимыми, например, связанных с переносом летучих органических соединений из красок на основе растворителей с отходящим горячим воздухом в обычных конвективных сушилках.

Преимущества инфракрасной сушки

Можно выделить следующие преимущества инфракрасной сушки пищевых продуктов:

• универсальность ИК-нагрева;
• простота необходимого оборудования;
• экономия энергии;
• высокая эффективность преобразования электрической энергии в тепловую для электрических инфракрасных излучателей;
• излучение проникает непосредственно в продукт, не нагревая окружающую среду.
• равномерный нагрев продукта;
• простота программирования и управления циклом нагрева для различных продуктов, а также адаптация к изменяющимся условиям;
• выравнивание профилей влажности в продукте и низкая порча продукта;
• простота управления;
• ик-источники недороги по сравнению с диэлектрическими и микроволновыми источниками; имеют длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы;
• направленные характеристики, позволяющие сушить выбранные части крупных предметов;
• занимает мало места и легко адаптируется к ранее установленным обычным осушителям;
• дешевая технология.

Недостатки инфракрасной сушки

• масштабирование нагревателей не всегда просто;
• инфракрасные сушилки – это поверхностные сушилки. Тем не менее, предпринимаются большие усилия для усовершенствования этой технологии, чтобы приспособить ее для сушки толстых материалов;
• испытания оборудования должны проводиться на заводе, чтобы гарантировать успешную разработку;
• при проектировании и эксплуатации необходимо учитывать потенциальную опасность возгорания. 

Применение инфракрасных сушилок

ИК-нагрев широко используется в промышленности для поверхностной сушки или обезвоживания тонких листов, таких как текстиль, бумага, пленки, краски и т. д. В частности, в автомобильной промышленности наиболее успешным является ИК-обжиг для нанесения краски на металл. Еще одним сектором, в котором инфракрасный нагрев играет важную роль, является целлюлозно-бумажная промышленность. Применение инфракрасной энергии для сушки расширилось от более ранних промышленных применений до обработки пищевых продуктов и волокон.

Основное коммерческое применение инфракрасного нагрева в настоящее время заключается в теплопередаче во время воздушной сушки зерна, кусочков овощей, хлопьев рыбы или лапши или для обезвоживания жидких пищевых продуктов в вакуумно-импульсных и сублимационных сушилках.

Одним из применений, где длинноволновый ИК-нагрев наиболее эффективен, является обезвоживание пищевых продуктов. Однако уже давно известно, что инфракрасное излучение в основном является поверхностным осушителем, подходящим для сушки краски, бумаги и тонких слоев растворов, и, таким образом, одним из основных недостатков применения к фруктам и овощам заключается в том, что их размер не должен превышать 5 мм, чтобы они были достаточно сухими. ИК-обработка однородна только в случае плоских и тонких материалов; следовательно, для пищевых материалов толщиной в несколько миллиметров дифференциальное поглощение белками, жирами, углеводами и водой влияет на равномерность сушки. Еще один момент, который следует учитывать при сушке термочувствительных материалов, заключается в том, что если параметры ИК-излучения не оптимизированы должным образом, их поверхность может перегреться, что приведет к ухудшению качества. Поэтому бережный нагрев возможен только при проведении процесса сушки при более низкой температуре, то есть для сушки в вакууме или сублимационной сушки. Методы сушки, работающие под вакуумом, имеют трудности с передачей тепла из-за отсутствия молекул для осуществления конвекции или плохого контакта для проведения которые легко преодолеваются с помощью инфракрасного нагрева.

Японская пищевая промышленность использует этот тип нагрева для сушки морских водорослей, соуса карри, моркови, тыквы и других продуктов. Другими важными применениями инфракрасного нагрева в пищевой промышленности являются приготовление соевых бобов, злаков, какао-бобов и орехов, приготовление риса, бекона и ячменных зерен, тушения мяса и жарки, стерилизации и пастеризации.  ИК-сушка в сочетании с конвекцией или вакуумом становится популярной. Кроме того, сочетание лучистого нагрева в вакууме является технически правильным процессом для сушки пастообразных продуктов, и тонко нарезанных мяса, овощей и фруктов. 

Выход эфирного масла из растительного сырья

Извлечение эфирных масел из их растительных источников может осуществляться с помощью различных как старых, так и новых процессов, таких как перегонка с водяным паром, гидродиффузия, мацерация, механическое (холодное) прессование, экстракция растворителем и сверхкритическая флюидная экстракция. Необработанные эфирные масла, полученные любым из этих методов, могут потребовать дальнейшей очистки или обработки либо с помощью подходящей комбинации вышеперечисленных процессов, либо путем повторной дистилляции, фракционирования, хроматографии, кристаллизации, химической обработки и т. д., в зависимости от природы сырья.

Выход экстрактов при различных способах экстракции

Выход натуральных экстрактов (эфирных масел) из эфирно-масличного сырья при экстракции различными способами можно посмотреть в Таблице 1.  

Таблица 1 - Выход экстракта (эфирного масла, конкрета) из растительных источников натуральных ароматизаторов

Эффективность экстракции

Выход растительных экстрактов при экстракции органическим или сверхкритическим СО2 всегда будет выше выхода экстрактов, полученных методом паровой дистилляции, так как в дистиллятах остутствуют нелетучие вещества.

Сравнение экстракции, например, петролейного эфира и бензола, со сверхкритическим CO2 показывает, что СКФ-СО2 дает более высокое качество экстрактов за счет селективного обогащения их ключевыми компонентами, чем любой другой растворитель. Но, надо учитывать, что сверхкритический углекислый газ обычно используется для производства жирных, не растворимых в воде экстрактов. Для производства водорастворимых экстрактов применяется линия водно-этанольной экстракции.

СО2 экстракция

Большинство недостатков, встречающихся в традиционных процессах извлечения эфирных масел можно обойти за счет использования сверхкритического СО2 в качестве экстрагента.

Преимущества СО2-экстракции

К преимуществам этого относительно нового метода относятся:

• Отсутствие остаточных токсичных растворителей и значительно уменьшенное количество пестицидов;
• Отсутствие потери верхних и нижних нот;
• Отсутствие термической деградации из-за рабочей температуры, близкой к температуре окружающей среды, и инертной среды CO2;
• Идеально подходит для термолабильных, чувствительных к теплу ароматических компонентов;
• Экономия энергии при регенерации растворителя;
• Увеличенный срок хранения благодаря совместной экстракции антиоксидантов и удалению растворенного кислорода;
• Высокая чистота и индивидуальные характеристики продукта благодаря простому управлению селективностью разделения;
• Полностью натуральный, светлый, прозрачный и блестящий экстракт;
• Негорючий растворитель, не опасный для окружающей среды;
• Безопасный процесс;
• Широкий спектр физических свойств может быть получен с одним растворителе за счет небольших вариаций параметров процесса, таких как давление и температура, или азеотропообразователя, что делает его гибким, универсальным и многоцелевым растворителем;­
• Более быстрая экстракция и высокий выход экстрактов;
• Отличные характеристики смешивания экстрактов.

Из всех доступных для экстракции летучих растворителей сверхкритический диоксид углерода (СК СО2) придает экстрактам наиболее естественный запах и вкус, наиболее близкий к исходному материалу. Некоторые ароматизаторы требуют использования углеводородного или хлорсодержащего растворителя, чтобы сначала экстрагировать сырье, а затем очистить полученный экстракт с помощью SC CO2. Однако эта практика не очень хороша из-за потери верхних нот и термической деградации, хотя стоимость экстракционного оборудования может быть в некоторой степени снижена. Масла, экстрагированные CO2, как правило, более концентрированы, чем масла, полученные паровой дистилляцией или обычной экстракцией растворителем из того же исходного материала. Это связано с присутсвием более низких уровней монотерпеновых углеводородов, поскольку не образуются дополнительные монотерпены, как при перегонке с водяным паром. Эти терпены имеют тенденцию разбавлять активные ароматические компоненты и не вносят существенного вклада в профиль запаха. Сорастворители имеют увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Этанол является наиболее приемлемыми «естественным» анестетиком для пищевых экстрактов, хотя другие органические растворители показывают, что первый метод не имеет большого экономического преимущества перед вторым. Энтрейнеры имеют то преимущество, что увеличивают полярность SC CO2, и их можно добавлять в поток CO2 перед входом в экстракционное оборудование. Экстракты содержат некоторые следы насыщенных и ненасыщенных липидов, которые не влияют на вкус, однако они могут улучшить растворимость и, следовательно, свойства смешивания некоторых продуктов. При составлении ароматов эти триглицериды могут даже выступать в качестве природного фиксатора.

Вкус и аромат СО2 экстрактов

Вкус и аромат сверхкритических СО2-экстрактов значительно отличаются от их обычных эквивалентов. Их следует рассматривать как новые продукты, а не как прямую замену традиционным экстрактам. Они уже хорошо зарекомендовали себя как коммерческие продукты и производятся в США, Европе, Японии, Китае и Австралии, Росиии.

Иногда покупатели установок сверхкритической СО2-экстракции опасаются по поводу высоких капитальных затрат на экстракционное оборудование высокого давления, которые добавляются к высокой стоимости технологии. Тем не менее, затраты на энергию в этом процессе ниже, чем затраты на паровую дистилляцию и экстракцию растворителем, что более чем компенсирует высокие капитальные затраты, связанные с процессом экстракции СКФ-CO2. Оборудование для сверхкртитической СО2 экстракции может стоить на 50% дороже, чем оборудование для субкритической или жидкой экстракции CO2. Опять же, более высокие затраты на оборудование для экстракции СКФ-CO2 часто компенсируются более полной экстракцией и возможностью фракционирования экстракта на ряд продуктов. Для достижения желаемых свойств аромата, вкуса, цвета и срока годности необходимо тщательно выбирать источники сырья, параметры экстракции и фракционирования, а также сорастворитель. Из примерно 350 000 различных видов, которые были идентифицированы, около 5% (т.е. 17 500) являются ароматическими растениями, и что около 300 различных видов растений используются для производства эфирных масел для пищевых продуктов и ароматизаторов. Ежегодное мировое производство летучих масел оценивается в сумму более 1 миллиарда долларов.

Из нескольких методов производства эфирных масел в целом выходы при СО2 экстракции и этанолом выше, чем при дистилляции с водяным паром. Эти различия в основном связаны с тем, что экстракты содержат нелетучие остатки. Другие способы дают еще более низкие урожаи. Субкритическая экстракция CO2 дает выходы, близкие к выходу паровой дистилляции, в то время как выходы СКФ-CO2-экстракции более или менее совпадают с выходами селективных органических растворителей. Субкритические CO2-экстракты превосходят экстракты, полученные путем перегонки с водяным паром, поскольку первые наиболее близки к естественному запаху растительного сырья. Соэкстракты со сверхкритическим CO2 содержат определенные липидные антиоксиданты с относительно более высокой молекулярной массой, которые увеличивают срок годности экстрактов.

Около 80% годового производства и использования парфюмерно-ароматических материалов приходится на духи, а остальные ароматизаторы для пищевых, стоматологических и фармацевтических продуктов. Но только 20% отдушек и ароматизаторов натуральные. Благодаря постоянному развитию технологии сверхкритической экстракции и огромному запасу растительных компонентов, производство высококачественных натуральных ароматизаторов ежегодно растет.  

Использование лекарственных растений

Лекарственные растения являются неотъемлемым компонентом медицины. Лекарственные растения с незапамятных времен использовались практически во всех культурах в качестве источника лекарственных веществ. Широкое использование лечебных трав и лечебных препаратов, описанных в древних текстах, таких как Веды и Библия, и полученных из широко используемых традиционных трав и лекарственных растений, связано с появлением натуральных продуктов с лечебными свойствами. Традиционная медицина и лекарственные растения в большинстве стран широко используются для поддержания хорошего здоровья. Кроме растительные лекарственные средства стали более популярными при лечении легких недомоганий, а также из-за растущих затрат на поддержание личного здоровья.

Спрос на лекарственные растения

Рыночный и общественный спрос на лекарственные средства растительного происхождения настолько велик, что существует большой риск того, что сегодня многим лекарственным растениям грозит либо исчезновение, либо утрата генетического разнообразия. По определению ВОЗ, здоровье – это состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не просто отсутствие болезней или физических дефектов. Медицина в ряде стран, основанная на местных традициях и верованиях, по-прежнему является фундаментом здравоохранения. Практика традиционной медицины широко распространена в Китае, Индии, Японии, Пакистане, Шри-Ланке, Таиланде и России. В Китае около 40% всего лекарственного потребления приходится на народные лекарственные средства. А в Японии растительные лекарственные препараты пользуются большим спросом, чем обычные фармацевтические продукты. Непрекращающиеся этноботанические исследования ведут к открытию новых фитофармацевтических препаратов и других фитопродуктов. Эта тенденция сделала их коммерциализацию необходимостью. Поэтому во всем мире были созданы отрасли, основанные на лекарственных и ароматических растениях, с целью производства так называемых экологически чистых продуктов для удовлетворения растущего спроса.

Развитие фитотерапии

Разработка рецептур лекарственных средств растительного происхождения включает ботаническую идентификацию растительного лекарственного средства, процедуры культивирования и послеуборочной обработки, процедуры экстракции, стандартизацию экстрактов и фармацевтических составов. Это означает, что фитотерапия находится в руках специалистов из разных областей. Развитие производства фитотерапевтических средств или лекарств из растений требует сотрудничества большой группы садоводов, ботаников, экологов, таксономистов, фитохимиков, фармацевтов, фармакологов, производителей оборудования для экстракции, специалистов в области фармацевтики, специалистов по маркетингу и дистрибуции и т. д.

Если вы хотите заняться производством экстрактов из лекарственного растительного сырья, то мы поможем пройти этот путь легко и приятно. Наша компания разрабатывает и изготавливает технологическое оборудование, оказывает услуги монтажа и пусконаладочных работ, а также консультационные и инжиниринговые услуги в области переработки растительного и животного сырья «под ключ».

Продукты переработки кожуры и семен граната

Гранат (Punica granatum L.) — хорошо известный фрукт, обладающий прекрасным вкусом и полезными для здоровья свойствами. Плоды граната, побочные продукты его переработки, в том числе экстракты граната обладают профилактической и ослабляющей активностью в отношении многих хронических и опасных для здоровья/жизни заболеваний, таких как, атеросклероз, сердечно-сосудистые заболевания и диабет 2-го типа, а также гепатопротекторным и антигиперлипидемическим действием. Нутрицевтические свойства и биологически активные компоненты граната обнаружены не только в съедобной части плодов граната, но и в несъедобных побочных продуктах, включая кожуру, семена, кору, почки, цветы и листья. Эллагитанниновые пуникалагины являются основными ингредиентами фенольных соединений в кожуре шелухе граната. Пуникалагин является потенциальным антиоксидантом, и его мощная биологическая активность может быть объяснена его способностью гидролизоваться в эллаговую кислоту и защищать липиды от окислительного повреждения. 

Экстракт граната

Кожура и семена граната, побочные продукты производства гранатового сока и концентратов, обладают широким спектром фармацевтических и нутрицевтических свойств. Кожура граната включает различные фенольные антиоксиданты. Из кожуры и семян граната получают ценные экстракты. 

Экстракт граната:

• борется против атеросклероза, опухолей, окислителей, ингибирования старения и отбеливания кожи;
• устраняет симптомы, вызванные высоким уровнем сахара в крови и гипертонией;
• обладает антиоксидантными, коагулянтными и седативными свойствами;
• помогает снизить кровяное давление, ингибировать вирусы и многие виды микроорганизмов;
• оказывает противоопухолевое действие на опухоли прямой кишки и толстой кишки, карциномы пищевода, рака печени, рака легких и рака языка и кожи.

По сравнению с мякотью несъедобная кожура граната содержит в три раза больше общего количества полифенолов, включая конденсированные дубильные вещества, катехины, галлокатехины и продельфинидины.  Недавние исследования продемонстрировали антиканцерогенную активность экстрактов граната в ряде раковых клеток человека. Всесторонний анализ известных мишеней и механизмов наряду с критической оценкой полифенолов граната показал, что полифенолы граната используются в качестве будущих противораковых средств. Гранат вызывает антипролиферативные, антиинвазивные и антиметастатические эффекты. Более того, самые убедительные доказательства его противоопухолевой активности получены в исследованиях рака предстательной железы.

Кожура граната дает экстракты с повышенным содержанием фенолов, что важно для использования в фармацевтической промышленности, а порошок кожуры граната можно использовать в качестве БАДов для здоровья и химиопрофилактических пищевых добавок. Между тем, порошок кожуры граната использовался в качестве пищевого консерванта и для инновационного производства продуктов питания в пищевой промышленности.

Оборудование для переработки кожуры и семян граната

Для того, чтобы кожура граната сохранила все свои полезные свойства и не теряла их на протяжении всего срока хранения, используют консервацию кожуры обезвоживанием в холодных атмосферных сушилках. Из высушенной таким способом кожуры граната добывают высококачественные экстракты, применяя линии производства густых и сухих экстрактов, а также сверхкритических СО2-экстрактов. Низкие температуры технологической обработки позволяют получать продукты с высокой биологической активностью.

Переработка яблочного жмыха

Яблочный жмых – это твердый остаток (25-30% от общего количества переработанных фруктов), полученный после извлечения сока из яблок.

Яблочные выжимки являются важным источником полифенолов и пектина. Во всем мире производится несколько миллионов тонн яблочного жмыха. Все части яблок содержат многочисленные фитохимические вещества, в том числе натуральные антиоксиданты, а также простые сахара, пектин и клетчатку.

Пектин

Производство пектина считается наиболее перспективным использованием яблочного жмыха, как экономически, так и экологически. Яблочный пектин характеризуется превосходными желирующими свойствами. Слегка коричневый оттенок яблочного пектина из-за ферментативного потемнения может привести к ограничению его использования в очень светлых пищевых продуктах. Отбеливание яблочных жмыхов щелочной перекисью приводит к потере полифенольных соединений и разложению пектина. Яблочный жом можно также использовать в качестве корма для животных или как удобрение для почвы. 

В яблочных пищевых волокнах содержится более высокий процент растворимой клетчатки, что обуславливает доступность полимерного пектина. Пектин обладает такими свойствами, как желирование и загущение, и может использоваться в качестве добавки-стабилизатора в пищевых продуктах. Кроме того, пектин является укрепляющим здоровье полимером и, как сообщается, эффективно снижает уровень холестерина и отсрочивает проблемы с желудком. Яблочный жмых имеет более высокое содержание общих пищевых волокон (74%) и другие функциональные свойства, такие как плотность, способность удерживать воду и масло, способность к набуханию. Большую часть (примерно 95%) генерируемой биомассы составляют ткани кожуры или мякоти, которые состоят из полисахаридов клеточных стенок (например, пектина, целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и камеди) и фенольных соединений, связанных с кожурой, то есть дигидрохалконов, флавонолов, флаванолов. и фенольных кислот. Кожура яблок содержит значительное количество кальция и магния и более высокие уровни цинка, железа, меди и марганца. Традиционное производство яблочного сока (прямой отжим яблочной мякоти или отжим после ферментации мякоти) приводит к получению сока с низким содержанием фенолов и только с 3%-10% антиоксидантной активности фруктов, из которых они были произведены. Ввиду того факта, что большая часть полифенолов остается в яблочном жмыхе, коммерческое использование этого отхода довольно перспективно. Для сохранения нативной структуры фитохимических компонентов в процессе длительного хранения рекомедуется косервирование яблочного жмыха обезвоживанием в холодных атмосферных сушилках. 

Другие направления использования яблочного жмыха

Яблочные выжимки считаются ценной биомассой для экстракции/производства таких продуктов, как органические кислоты, корма, обогащенные белком, ароматические соединения, ферменты, натуральные антиоксиданты и пищевые волокна. Яблочный жмых содержит 4%-5% семян, которые могут использоваться для экстракции масла методом сверхкритической СО2-экстракции. В составе жирных кислот масла яблочных косточек обнаружены высокие концентрации олеиновой (46,50 %) и линолевой кислот.

Сверхкритический флюид в экстракции

Когда газ сжимается до достаточно высокого давления, он становится жидким. Если, с другой стороны, газ нагрет выше определенной температуры, никакое сжатие горячего газа не заставит его стать жидкостью. Эта температура называется критической температурой, а соответствующее давление пара называется критическим давлением. Эти значения температуры и давления определяют критическую точку, уникальную для данного вещества. Состояние вещества называется сверхкритическим флюидом (СКФ), когда и температура, и давление превышают значения критической точки. Эта «жидкость» теперь приобретает многие свойства, как газа, так и жидкости. Это область, где максимальная растворяющая способность и самые большие изменения свойств растворителя могут быть достигнуты при небольших изменениях температуры и давления.

Свойства

Сверхкритический флюид обладает очень привлекательными экстракционными характеристиками благодаря хорошей диффузионной способности, вязкости, поверхностному натяжению и другим физическим свойствам. Его диффузионная способность на один-два порядка выше, чем у других жидкостей, что способствует быстрому массопереносу и более быстрому завершению экстракции по сравнению с обычными жидкостями.­

Его низкая вязкость и поверхностное натяжение позволяют ему легко проникать в растительный материал, из которого необходимо извлечь активный компонент. Газоподобные характеристики СКФ обеспечивают идеальные условия для извлечения растворенных веществ, обеспечивая высокую степень извлечения за короткий период времени. Однако он также обладает превосходными растворяющими свойствами жидкого растворителя. Он также может избирательно извлекать целевые соединения из сложной смеси. Иногда целевое соединение представляет собой интересующий активный ингредиент. В других случаях это может быть нежелательный компонент, который необходимо удалить из конечного продукта. Сильная зависимость растворимости некоторых растворенных веществ в сверхкритическом флюидном растворителе от давления и температуры (или плотности) является наиболее важным явлением, используемым в сверхкритической флюидной экстракции. Многие из тех качеств, которые делают сверхкритические флюидные растворители идеальными для экстракции, также делают их хорошими кандидатами для использования в качестве превосходной среды для химических реакций, обеспечивающих повышенную скорость реакции и предпочтительную селективность преобразования. После завершения такой реакции жидкий растворитель сбрасывают для осаждения продукта реакции.

Углекислый газ (СО2)

На сегодняшний день популярным в Европе растворителем для экстракции натуральных продуктов для пищевых продуктов и лекарств является углекислый газ (СО2). Это инертный, недорогой, легкодоступный растворитель без запаха и вкуса, безвредный для окружающей среды. Кроме того, при экстракции с помощью СО2 в экстракте не остается остатков растворителя, так как в условиях окружающей среды он представляет собой газ. Кроме того, его критическая температура, близкая к температуре окружающей среды (31,1°C), делает его идеально подходящим для термолабильных натуральных продуктов. Из-за низкой скрытой теплоты парообразования для системы разделения экстрактов требуется мало энергии, что позволяет получить экстракты с наиболее естественным запахом и натуральным вкусом. Кроме того, энергия, необходимая для достижения сверхкритического (СК) состояния СО2, часто меньше энергии, связанной с перегонкой обычного органического растворителя.

Извлекаемые вещества

В целом, экстрагируемость соединений сверхкритическим СО2 зависит от наличия в этих соединениях отдельных функциональных групп, их молекулярной массы и полярности. Например, углеводороды и другие органические соединения относительно низкой полярности, например сложные эфиры, простые эфиры, альдегиды, кетоны, лактоны и эпоксиды, извлекаются в СК СО2 при более низком давлении в диапазоне от 75 до 100 бар, тогда как умеренно полярные вещества, такие как производные бензола с одной карбоксильной и двумя гидроксильными группами, умеренно растворимы. Высокополярные соединения, такие как соединения с одной карбоксильной и тремя и более гидроксильными группами, малорастворимы. Для экстракции определенного класса продуктов в СКФ CO2 часто вводят сорастворитель или азеотроп, чтобы повысить его полярность и, следовательно, его растворяющую способность: этанол, этилацетат и т.д.

Производство пюре из ягод, овощей и фруктов

Пюре — это пищевой продукт, который производится путем протирания различных видов плодов и ягод в однородную, пюреобразную массу после удаления семян, косточек и плодоножек. Целью переработки овощей, ягод и фруктов в пюре является их превращение в густую жидкую концентрированную форму с сохранением вкуса, цвета, аромата и пищевой ценности.

Обычно пюре готовят в основном из свежих фруктов и ягод, но иногда и из овощей, пророщенного зерна и т.д.

Область применения пюре

Фруктовые и ягодные пюре имеют широкое применение в производстве напитков.

Некоторые примеры применения пюре в пищевой промышленности в качестве ингредиента для производства:

• жидких продуктов питания: коктейлей, смузи, джемов, пасты и других;
• тортов и украшения блюд.
• мороженого, йогурта и других молочных продуктов;
• соусов;
• детского питания;
• наполнителей;
• хлебобулочных и кондитерских изделий.

Пюре считается идеальной альтернативой некоторым плодам и ягодам, которые захотелось съесть уже не в сезон сбора урожая. Пюре спасает от этой проблемы, создавая несезонные овощи, ягоды и фрукты, доступные для употребления в пищу круглый год.

Для изготовления концентрата используется специальная технологическая линия производства пюре, характеристики которой можно посмотреть в каталоге товаров.

Польза пюре для здоровья

Пюре – прекрасная альтернатива промышленным, вредным для здоровья кондитерским изделиям. Фруктовое пюре помогает снизить большое количество калорий в ежедневном рационе любителей сладкого. Мало того, его также можно использовать в качестве замены растительного масла или сливочного масла при подаче с некоторыми хлебобулочными изделиями. Пюре также помогает сделать пищу более вкусной без вреда для здоровья.

Хотя калорийность фруктового пюре может быть выше, чем у свежих фруктов того же типа, качество питательных веществ, витаминов и минералов такое же.

Фруктовое пюре похоже на свежие плоды: помогает получать большое количество антиоксидантов для организма, помогает дольше оставаться молодым, укрепляет иммунную систему и ограничивает повреждение клеток организма.

Ассортимент популярного пюре

Вот краткое изложение нескольких самых популярных видов пюре, которые любят использовать многие потребители:

Черничное пюре

Черничное пюре любят почти все в мире. Оно обладает уникальным вкусом и чрезвычайно высокой питательной ценностью, поэтому это блюдо всегда любимо многими. Пюре из черники содержит много витамина С.

Клубничное пюре

Клубника доступна не в любое время года, и клубничное пюре является отличной альтернативой свежей ягоде. Как и обычные фруктовые пюре, клубничные пюре изготавливаются из спелой клубники. Он по-прежнему сохраняет ценность и вкус клубники, но имеет более длительный срок хранения, чем свежие ягоды.

Клубничное пюре довольно часто встречается и используется в отварах, используется в качестве заменителя свежевыжатого сока и используется для создания фруктовых вкусов в технологии выпечки. Клубничное пюре — привычный ингредиент для приготовления напитков или тортов.

Гранатовое пюре

Гранат считается очень любимым фруктом, а гранатовое пюре любят еще больше из-за способа приготовления, а также оригинального вкуса и удобства использования, которое оно привносит в нашу жизнь.

Гранатовое пюре содержит в три раза больше антиоксидантов, чем красное вино и зеленый чай. Помогает эффективно улучшить иммунитет. Для любителей гранатового сока гранатовое пюре — очень эффективное решение для экономии времени на приготовление.

Персиковое пюре

Как и другие фруктовые пюре, персиковое пюре создается для замены свежих фруктов с преимуществом длительного хранения при сохранении цвета и вкуса. Продукты с ингредиентами из персикового пюре в настоящее время получают множество положительных отзывов от потребителей, и большинство из них — подростки.

Малиновое пюре

Большинство малиновых соков производится из малинового пюре. Малиновый сок имеет великолепные цвет и вкус благодаря малиновому пюре, из которого он сделан.

Малиновое пюре часто подают к вкусным бутербродам.

Арбузное пюре

Арбузное пюре — идеальный выбор, когда хочется выпить стакан арбузного сока или арбузный коктейль посреди жаркого дня. Использование арбузного пюре помогает сократить время приготовления, когда мало свободного времени. Это также отличное решение, если хочется наслаждаться вкусом свежего арбуза круглый год, не используя при этом несезонный арбуз с множеством консервантов, стимуляторов роста, вредных для здоровья.

Арбузное пюре также можно использовать для приготовления мороженого, мусса или начинки для тортов и при этом сохранить свежий, сладкий вкус арбуза.

Яблочное пюре

Яблоко — это фрукт с разнообразными питательными компонентами: клетчаткой, микроэлементами, витаминами и антиоксидантами. Вкус тоже отличный. Но жаль, что яблоки есть не круглый год. А яблочное пюре – это решение для всех любителей яблок и яблочного вкуса. Используя яблочное пюре, можно наслаждаться теми же вкусом, ароматом и преимуществами, которые дают нам свежие яблоки.  Яблочное пюре очень вкусный и популярный продукт.

Асептическое пюре

Асептический производственный процесс используется для сохранения напитков и продуктов питания путем термической обработки с последующим быстрым охлаждением и упаковкой в стерильных условиях. С помощью асептической обработки уничтожаются вредные микробы, что делает фруктовые пюре менее скоропортящимися и более безопасными для употребления.

Пюре в продуктах питания

Компании-производители продуктов питания получают выгоду от использования лучших пищевых ингредиентов и материалов для создания своей продукции. Сегодня производители полагаются на концентраты пюре, чтобы уменьшить количество искусственных добавок и отдать предпочтение натуральному подходу, чтобы сохранить уникальность своего бренда на рынке.

Многие компании пищевой промышленности используют фруктовые, овощные и ягодные пюре в качестве пищевых ингредиентов, поскольку они являются естественными усилителями цвета, текстуры и вкуса, которые придают пищевым продуктам интенсивный фруктовый натуральный вкус. Они также работают как натуральные подсластители с хорошей питательной ценностью.

Сушка пюре

Наиболее сохранной формой пюре считается сухая порошковая форма. Для производства порошка пюре используются вакуумно-импульсные сушилки.

Преимущества концентратов пюре

Одними из самых универсальных продуктов являются концентраты пюре.

Пюреобразные концентраты получают выпаривания воды под вакуумом. В этих условиях процесса концентрирование происходит при низких температурах, поэтому полученный концентрат пюре имеет высокое качество.

Концентраты пюре следует использовать всякий раз, когда необходимо разработать продукты с высоким содержанием плодово-ягодного сырья. Ваши клиенты могут использовать концентрат пюре для увеличения содержания плодово-ягодного сырья в рецептурах без концентрирования в варочном котле. Таким образом, рецептуры могут быть сбалансированы без процессов упаривания на производственной площадке клиента. Результатом является более короткое время обработки, а также преимущества в качестве конечного продукта. Концентрат пюре является строго стандартизированным продуктом. С помощью него ваши клиенты могут персонализировать свои рецептуры, также добавляя дополнительные ингредиенты, такие как ягоды, кусочки фруктов, сахар и подсластители, стабилизаторы, ароматизаторы или даже другие функциональные ингредиенты. Это дает максимальную гибкость для создания уникальных продуктов.

Пюре используются на различных пищевых предприятиях. Они популярны в таких сегментах, как молочные продукты, кондитерские изделия, напитки, выпечка и детское питание.

Пюре безопасно

Пюре — очевидный выбор для производителей продуктов питания, которые уделяют первостепенное внимание безопасности потребителей. Процесс стерилизации пюре устраняет риск заражения пищевыми бактериями, которые могут вызвать заболевания у потребителей и нанести вред общественному мнению.

Сохранность витаминов

Процесс мгновенного нагрева при стерилизации позволяет сохранить питательные вещества и  витамины.

Превосходный вкус

Поскольку пюре на 100% состоит из натурального сырья и не содержит консервантов, напитки, приготовленные из него, имеют более выраженный вкус.

Удобное хранение

Стерилизованные, асептически упакованные пюре не требуют добавок и консервантов, чтобы оставаться свежими. Не нужно замораживать или охлаждать пюре, можно просто хранить его при комнатной температуре.

Доставка

Концентраты пюре снижают расходы на доставку, поскольку не требуется рефрижератор, а это означает, что затраты на доставку минимальны.

Экстракция растительного сырья

Экстракция растительного сырья – это извлечение белков, жиров, углеводов и других ценных компонентов (биологически активные вещества, ароматизаторы, красители и т.д.) из всех или отдельных морфологических частей растений с помощью сил давления или растворителя.

Экстракция широко используются в пищевой промышленности для производства соков, вина, сахара и растительного масла. Этот метод также часто применяется при извлечения различных целевых соединений, таких как красители, антиоксиданты, эфирные масла и ароматизаторы, из растительного сырья. Экстракция горячей водой и органическими растворителями — давно зарекомендовавшие себя процессы, обладающие превосходной эффективностью при применении в оптимальных условиях. Эти виды экстракции можно проводить одновременно, но чаще они дополняют друг друга и технологически сочетаются (например, экстракция сахара горячей водой из сахарной свеклы сочетается с последующим прессованием мезги; прессование семян масличных культур сочетается с последующей экстракцией масла растворителем из жмыха; прессование яблок или винограда можно сочетать с последующей экстракцией биологически активных веществ (БАВ) из мезги растворителем). Выход экстрагированных соединений может быть очень высоким в оптимальных условиях. К сожалению, качество растворов и экстрагированных продуктов (например, чистота, мутность, цвет, вкус текстура и питательные вещества) может ухудшиться в ходе обработки сырья, необходимой для увеличения выхода (измельчение, нагревание, добавление химикатов/ферментов). Кроме того, значительное количество отходов часто образуется при очистке экстракционных растворов, когда происходят нежелательные потери растворителей и других добавок.

Метод экстракции

В последние десятилетия наблюдается растущий интерес к альтернативным пищевым технологиям, позволяющим нетермическое или мягкое термическое сохранение пищевых продуктов. Несколько новых технологий являются заметными и представляют большой интерес для пищевой промышленности, в частности, импульсные электрические поля, мощный ультразвук, микроволны, импульсный свет, омический нагрев, облучение, радиочастотный нагрев, обработка высоким давлением, электрические разряды высокого напряжения, вакуумно-импульсная экстракция.

Эти виды обработки эффективны для улучшения экстракции растворенных веществ (скорость и полнота извлечения). Например, активное использование ведущими производителями экстрактов технологии вакуумно-импульсной экстракции уже привело к замене процессов экстракции горячей водой или органическими растворителями на холодную или мягкую термическую экстракцию, водную экстракцию или водно-этанольную экстракцию. Более того, альтернативные физические методы оказались менее инвазивными методами обработки растительной пищи, что позволяет избежать многих нежелательных изменений в продуктах, пигментах, витаминах и ароматизаторах, типичных для других методов экстракции, включая термические, химические и ферментативные методы. Все эти новые технологии остаются в значительной степени на исследовательской арене, в то время как другие находятся на грани коммерциализации или в активной фазе применения (например, вакуумно-импульсная экстракция).

Вакуумно-импульсная экстракция

Вакуумно-импульсная экстракция – это передовая технология быстрой и полной жидкостной экстракции, применяемая российскими переработчиками лекарственного сырья и ягод для получения пищевых, косметических и фармацевтических экстрактов.

Вакуумно-импульсная экстракция обычно применяется в процессах водно-спиртового извлечения сухих веществ, в том числе биологически активных, ароматических и красящих веществ, из листьев, цветков, коры, корней, корневищ, луковиц, клубней, клубнелуковиц, плодов, семян, почек лекарственных растений.

Движущей силой вакуумно-импульсного процесса экстракции является резкое изменение давления (импульс) в условиях глубокого вакуума в экстракторе, в котором находится экстрагируемое сырье, погруженное в растворитель.

В настоящее время вакуумно-импульсная экстракции является самой популярной технологией производства густых и сухих экстрактов на предприятиях Алтайского края и Кемеровской области.

Импульсная экстракция с помощью электрического поля

Обработка импульсным электрическим полем — это метод, при котором сырье помещают между двумя электродами в камеру периодической или непрерывной обработки и подвергают воздействию импульсного напряжения (обычно 15–80 кВ/см с несколькими импульсами по 1–5 мс для уничтожения микроорганизмов и 0,1-5 кВ/см с импульсами 50-1000 мс для электропорации растительных клеток и нетермической экстракции из твердых пищевых продуктов). Для генерации таких коротких импульсов используются различные схемы формирования импульсов, основными компонентами которых являются источник питания на выбранном напряжении, одна или несколько конденсаторных батарей, катушки индуктивности и/или резисторы

Экстракция с омическим нагревом

Обработка омическим нагревом представляет собой метод, при котором сырье помещают между двумя электродами в камеру периодической или непрерывной обработки и подвергают воздействию постоянного, переменного или импульсного напряжения (обычно 20–80 В см-1) для нагревания пищевого продукта и убивают любые микроорганизмы. Генераторы омического нагрева, в которых используются электрические поля переменного тока и высокой частоты, позволяют уменьшить электролиз и загрязнение продукта по сравнению с конструкциями постоянного тока.

Основным принципом ОН является рассеивание электрической энергии в виде тепла, что приводит к генерации внутренней энергии.

Обработка OH в настоящее время коммерциализирована для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов.

Экстракция с помощью высоковольтных электрических разрядов

Экстракция с помощью высоковольтных электрических разрядов - это метод, при котором твердые частицы помещаются в диэлектрическую жидкость (обычно водопроводную воду) внутри камеры, содержащей высоковольтный игольчатый электрод и заземленный электрод с покрытием, и подвергаются воздействию импульсных ударных волн (обычно 40-60 кВ/см, 2-5 мс) для пробоя жидкости и фрагментации частиц.

Механизмы этого метода очень сложны и еще недостаточно изучены. Явление основано на электрическом пробое воды. В этом явлении участвуют и ускоряют пузырьки воздуха, которые уже присутствуют в воде или образовались в результате локального нагрева.

Эту технологию пробовали использовать для ускорения экстракции растворенных веществ из соевых бобов, картофеля, листьев чая, торфа и укропа, а также из других пищевых материалов.

Применение технологии теоретически может улучшить водную экстракцию масла из семян масличных культур, виноградных выжимок. В настоящее время технология не является коммерчески используемой и находится на этапе изучения.

Ультразвуковая экстракция в пищевой промышленности

В настоящее время хорошо известно, что мощный ультразвук с частотами от 20 кГц до 1 МГц оказывает существенное влияние на скорость различных физических и химических процессов. Очистка и растворение являются его более развитыми приложениями, и существует большое количество ультразвуковых ванн для использования в химических лабораториях. Воздействие ультразвуковых волн на твердые образцы иногда используется для извлечения ароматов из растительного сырья или металлических примесей из почв. Дегазация и отгонка широко используются для анализа вкуса, а также в исследованиях окружающей среды и полимеров. Другие интересные применения ультразвука включают гомогенизацию, эмульгирование, просеивание, фильтрацию и кристаллизацию.

Наиболее интересным эффектом операционных блоков на основе ультразвука является сокращение времени обработки и повышение качества продукции. Все эти эффекты объясняются акустической кавитацией: при облучении жидкости ультразвуком образуются микропузырьки, которые чрезвычайно быстро растут и колеблются и в конечном итоге мощно схлопываются (если акустическое давление достаточно велико). Когда размер этих пузырьков достигает критической точки, они схлопываются во время цикла сжатия и высвобождают большое количество энергии. Температура и давление в момент коллапса оцениваются в 5000 К и 5000 атмосфер. Это создает горячие точки, способные резко ускорить химическую реакцию в среде. Ультразвуковая экстракция оправдывает себя при использовании в лабораторных масштабах, когда объем экстракционного сосуда немногим больше объема рабочего органа УЗ-излучателя.

Промышленный процесс ультразвуковой экстракции малопроизводительный, энергозатратный и потому имеет сомнительную эффективность. Также ультразвуковые экстракты должны тщательно изучаться на безопасность, так как этот метод экстракции является агрессивным и может приводить к образованию вредных соединений.

Экстракция с помощью микроволн

Микроволны — это электромагнитные волны с частотным диапазоном от 100 МГц до 3 ГГц, которые содержат компоненты электрического и магнитного поля и, таким образом, представляют собой распространяющуюся электромагнитную энергию. Эта энергия действует как неионизирующее излучение, которое вызывает молекулярное движение ионов и вращение диполей, но не влияет на молекулярную структуру. Когда диэлектрические материалы, содержащие либо постоянные, либо индуцированные диполи, помещаются в поле СВЧ, вращение диполей в переменном поле производит тепло. Точнее, приложенное поле СВЧ заставляет молекулы в среднем тратить немного больше времени, ориентируясь в направлении электрического поля, а не в других направлениях. Когда электрическое поле снимается, тепловое возбуждение возвращает молекулы в неупорядоченное состояние за время релаксации, и выделяется тепловая энергия. Таким образом, СВЧ нагрев возникает в результате рассеяния электромагнитных волн в облучаемой среде. Величина рассеиваемой в среде мощности зависит от комплексной диэлектрической проницаемости материала и локальной усредненной по времени напряженности электрического поля.

При обычном нагреве тепло передается от нагревающей среды внутрь образца, тогда как при СВЧ-нагреве тепло рассеивается объемно внутри облучаемой среды, и, таким образом, происходит передача тепла от образца к более холодной среде. Это вызывает существенную разницу между обычным и микроволновым нагревом. При обычном нагреве теплопередача зависит от теплопроводности, от разницы температур в образце. В результате повышение температуры часто происходит довольно медленно. Напротив, эффект объемного нагрева при СВЧ-нагреве позволяет получить гораздо более быстрое повышение температуры в зависимости от мощности СВЧ и коэффициента диэлектрических потерь облучаемого материала.

В настоящее время возможно использование широкого спектра сосудов и приборов при работе с микроволнами в зависимости от целевого назначения и извлекаемых аналитов. Существуют микроволновые реакторы, разработанные специально для экстракции растворителем в лаборатории (от 0,1 до 1 л). В промышленных масштабах экстракция с микроволновым нагревом не получила широкого распространения.  

Методы концентрирования

Концентрирование сока – это процесс удаления определенной части воды из фруктовых, ягодных, овощных и травяных соков. Концентрирование сока в основном осуществляется в следующих целях:

• снижение активности воды сока;
• минимизация затрат на упаковку;
• оптимизация хранения, транспортировки и обращения;
• стабилизация сока.

Методы концентрирования фруктовых соков требуют тщательного выбора и глубокого понимания соответствующих теорий или рациональности. Неправильный выбор условий процесса концентрирования может оказать неблагоприятное воздействие на органолептические и питательные свойства конечного продукта и/или привести к увеличению производственных затрат. Применяется широкий спектр методов концентрирования фруктовых соков, часто основанных на термическом испарении (выпаривании), сублимационной или вакуумно-импульсной сушке, мембранной фильтрации/дистилляции, прямом/обратном осмосе. Выбор способа концентрирования зависит исключительно от природы и состояния сока и степени концентрирования.

Выпарной котел

Это самые простые и самые старые типы испарителей, но они до сих пор часто используются для концентрирования соков, соусов, джемов и кондитерских изделий из-за их легкой установки,­  масштабируемости, технического обслуживания и меньших капитальных затрат. Эти испарители представляют собой полусферические корпуса (чаны, часто изготавливаемые из нержавеющей стали), которые нагреваются за счет пара или перегретой воды. Во время работы потоки пара движутся вокруг сосуда через пространство между внешней и внутренней чашами при несколько более высоком давлении, передавая тепло упариваемому соку. Температура фруктового сока повышается за счет теплопроводности, и вода испаряется. Концентрированные соки сбрасываются через выходное отверстие на дне чана; в противном случае его можно периодически наклонять для подачи концентрированного продукта в технологический поток. Несмотря на то, что с ними очень легко обращаться, такие испарители подходят только для выпаривания термически стабильных продуктов.­

Вакуум-выпарной аппарат

Концентрация сока кипячением в вакууме для испарения определенной части природной воды является единственным методом, пригодным для промышленного производства концентратов фруктовых соков. Выпарные аппараты с мешалкой подходят для концентрирования фруктового сока или пюре для приготовления концентрата или пасты. Эти испарители часто изготавливаются в виде цилиндра с верхней и нижней полусферическими крышками из нержавеющей стали. Такие выпарные аппараты также комплектуются якорными и лопастными мешалками. В качестве теплоносителя используется пар или горячая воды, которые находятся в паровой рубашке нижнего кожуха. Пары воды, удаляемые из продукта, конденсируются в конденсаторе. Закрытые выпарные аппараты работают под вакуумом, поэтому вода из сока испаряется в диапазоне температур около 40-70°C. Как и открытые чанные выпарные аппараты, они имеют сравнительно небольшую производительность, но отлично подходят для малых и средних современных технологичных производств пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

Закрытый выпарной аппарат с мешалкой, работающий под вакуумом, поставляется в составе линии для производства водно-спиртовых экстрактов из лекарственного и плодово-ягодного сырья.

Выпарная установка

Вакуумно-выпарная установка (выпарная станция) – это оборудование для термического удаления части воды из фруктовых соков в условиях вакуума при температурах, ниже температуры кипения воды при атмосферном давлении.

Выпаривание можно проводить порциями или непрерывно для получения требуемых концентрированных жидкостей, поддающихся перекачиванию.­

В однокорпусных термических испарителях теплоносителем обычно является пар или водяной пар, поэтому для испарения 1 кг/ч воды потребуется 1 кг/ч свежего пара. С другой стороны, многоступенчатые выпарные установки (испарители) используют соковые пары с предыдущей стадии в качестве теплоносителя для выпаривания воды из сока при более низкой температуре. (Эта архитектура зарубежом известна как «эффект»). Таким образом, «многоступенчатые» испарители были разработаны для эффективного использования тепловой энергии. В многокорпусном испарителе сок обрабатывается в несколько этапов, каждый из которых проходит при более низком давлении, чем предыдущий, или занимает большую площадь поверхности. Поскольку температура кипения воды уменьшается с уменьшением давления или скорость испарения увеличивается с увеличением площади поверхности, пары, выкипевшие на одной ступени, можно использовать для испарения на следующей.­­

В целом разница температур на каждый следующий «эффект» уменьшается. Следовательно, поверхности испарения подбираются и давления в отдельных «эффектах»­ регулируются для достижения требуемой скорости испарения. Поскольку фруктовые соки содержат деликатные питательные вещества, такие как термолабильные витамины и флавоноиды, испарители должны быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечить желаемое испарение воды за счет минимальной термической обработки сока. Кипячение сока в условиях вакуума достигается при гораздо более низкой температуре, чем при нормальных атмосферных условиях.­

Рекомпрессия пара

Испарители на основе термической рекомпрессии пара являются энергоэффективными. Они откачивают пары первого «эффекта» (термокомпрессии) для повторного использования для нагревания. Эти испарители редко используются для концентрирования фруктового сока и в основном применяются для опреснения воды. Основным преимуществом парокомпрессионных испарителей является то, что они работают с более высокой экономией пара, т.е. двухступенчатый испаритель будет потреблять на 33% меньше пара, чем обычный испаритель. На практике лишь небольшая часть паров из испарителя сжимается в термокомпрессоре, а остальные конденсируются в следующем корпусе или конденсаторе. Термокомпрессор обычно применяется в однокорпусном испарителе или во время первого такта двух- или трехкорпусного испарителя для снижения расхода энергии. По сравнению с механической рекомпрессией испарители с термической рекомпрессией более применимы к жидкостям с низким повышением температуры кипения и низкими и умеренными перепадами температур в теплообменнике для минимизации степени сжатия.

Выпарной аппарат с восходящей или падающей пленкой

В пластинчатых испарителях с поднимающейся или падающей пленкой тонкие пленки фруктового сока поднимаются или спускаются по пластинами, что позволяет процессу испарения происходить быстрее при более низких температурах. Эти типы  испарителей в основном используются там, где выпариваемый фруктовый сок не может выдерживать длительное воздействие повышенных температур. Последняя форма этих испарителей состоит из трубчатого теплообменника с латерально или концентрически расположенным центробежным сепаратором. Во время работы сок подается на верхнюю часть нагревательных трубок и непрерывно распределяется тонкими пленками, падая вниз. Пленки, падающие вниз, быстро испаряются и, наконец, отделяются в центробежном каплеуловителе на дне. Следует следить за тем, чтобы все трубки были равномерно сбрызнуты соком, иначе на тонкой пленке образуются сгустки и пятна (пригары). Этот тип выпарного аппарата используется для переработки сока, где требуется малое время пребывания и температура ниже 90°C.­

Есть несколько модификаций пленочных испарителей. Например, пластинчатые испарители обеспечивают более высокую скорость испарения при более коротком времени пребывания и широко используются для термочувствительных продуктов. Скребковые испарители часто используются для концентрирования высоковязких продуктов, таких как томатное пюре.

Криоконцентрирование (криоконцентрация)

Концентрирование фруктового сока — это способ уменьшить объем сока, чтобы избежать затрат на транспортировку и хранение. Считается, что криоконцентрация является эффективным способом обезвоживания биологических материалов без нарушения их целостности. Этот метод включает удаление чистой воды в виде кристаллов льда при температуре ниже нуля и особенно подходит для концентрирования или разделения термочувствительных биологических соединений, таких как витамины, белки, антоцианы и другие полифенолы, ликопин и ароматические соединения.

Одноступенчатая установка концентрирования состоит из кристаллизатора и промывной колонны. Кристаллизатор представляет собой большой сосуд с поверхностными теплообменниками, часто заключенными в капсулу с охлаждающими змеевиками или циркулирующим хладагентом. Внешние стенки охлаждаются циркулирующим хладагентом для образования льда и роста кристаллов, происходящих внутри кристаллизатора. Обеспечивая достаточное время пребывания, кристаллы льда растут до оптимальных размеров для эффективного разделения. В промывной колонне концентрированная жидкость эффективно отделяется от кристаллов льда. Слой спрессованных кристаллов льда промывают растворяющимся льдом для удаления всех следов концентрированной жидкости. Криоконцентрация гарантирует, что в концентрате останутся все исходные характеристики исходного сырья. В отличие от термического испарения, криоконцентрация практически не влияет на вкус, аромат, цвет или питательные вещества сокосодержащих продуктов. Кроме того, уровень концентрации, который может быть достигнут при замораживании, выше, чем при обратном осмосе, но ниже, чем при кипячении в вакууме. Однако из-за очень высоких капитальных затрат, сложного контроля роста кристаллов льда в течение длительного времени (ограничение производительности), большого потребления энергии из-за безостановочного вращения скребковых лезвий и потерь твердых частиц из-за того, что сок «цепляется» за кристаллы льда, популярность криоконцентрирования мала. Этот метод обычно применяется для ценных соков или экстрактов.

Установка мембранной фильтрации

Продолжающийся в настоящее время энергетический кризис во всем мире побудил промышленников и ученых-пищевиков пересмотреть методы обезвоживания и придумать энергоэффективную технологию концентрирования, известную как технология мембранной фильтрации. Она вызывает относительно меньшую потерю питательных свойств, особенно витаминов и фитонутриентов.

Одной из многообещающих альтернатив мембранной технологии является обратный осмос, но он не может удовлетворить концентрации, обычно превышающую 25—30° по шкале Брикса. Вторым недостатком является малый срок службы мембран. Мембраны приходится часто подвергать мойке от загрязнений продуктом, из-за чего они быстро выходят из строя. Третий, самый существенный недостаток – высокая стоимость мембранных элементов.

Установка мембранной дистилляции

Мембранная дистилляция — это недавно внедренный процесс, в котором используется микропористая гидрофобная мембрана для разделения двух водных растворов, поддерживаемых при разных температурах. В этом методе поток чистой воды движется из раствора с более высокой температурой в раствор с более низкой температурой. Ключевой особенностью этого потока является то, что он протекает при атмосферном давлении и продолжается при температурах, значительно более низких, чем точки кипения обоих растворов. Мембраны обычно состоят из политетрафторэтилена, поливинилдифторида и полипропилена. Тонкие мембраны с большей пористостью, выполненные в виде спиральной намотки или полого волокна, обеспечивают более высокую скорость потока. Поскольку мембранная дистилляция происходит при обычном давлении и температуре, значительно более низких, чем при обычном выпаривании, эта методология может быть эффективно применена для концентрированных соков, чувствительных к высокой температуре и высокому осмотическому давлению. Концентрация фруктового сока, рабочая температура, скорость потока и вязкость сока влияют на поток пермеата. Использование мембран с открытой волокнистой структурой обеспечивает относительно хорошее удержание летучих ароматизаторов в сравнении с мембранами с дискретными порами.­

Концентрирование прямым осмосом

Концентрация прямым осмосом является еще одним популярным дополнением к мембранному процессу, который работает при низкой температуре и давлении и способен сохранять первоначальный вкус и органолептические характеристики фруктовых соков. При концентрировании прямым осомосом градиент осмотического давления устанавливается между фруктовым соком и раствором осмотического агента, поддерживаемого через полупроницаемую мембрану, поэтому вода перетекает из сока в гигроскопичный, нетоксичный, инертный осмотический агент (раствор высокого осмотического давления), не влияющий на вкус, цвет, или запах сока. Как правило, твердые вещества с меньшей молекулярной массой, когда они присутствуют в более высоких концентрациях, обеспечивают более высокое осмотическое давление. В этом контексте в качестве осмотических агентов часто используются хлорид натрия, тростниковая патока, кукурузный сироп, сахароза или глицерин. На практике растворы осмотических агентов должны обеспечивать осмотическое давление выше, чем концентрированный фруктовый сок. Например, кукурузный сироп на основе фруктозы/глюкозы (примерно 74° по шкале Брикса) часто используется в качестве осмотического агента для быстрого турбулентного потока без слишком большого перепада давления и поляризации концентрации, а также с относительно более длинной зоной контакта с мембраной без загрязнения.­

Повышение температуры сырья ускоряет трансмембранный поток. Технология эффективно применялся для концентрирования ананасового сока до 60°Brix при комнатной температуре.­

Концентрация обратным осмосом

Явление естественного течения растворителя из раствора с низкой концентрацией растворенного вещества в раствор с высокой концентрацией через полупроницаемую мембрану, препятствующую прохождению растворенных веществ, но позволяющую растворителю проходить сквозь нее, называется осмосом. Когда давление, действующее на раствор с высоким значением Брикса, превышает осмотическое давление, растворитель движется в обратном направлении через полупроницаемую мембрану. Точно так же, когда давление, приложенное к соку значительно превышает осмотическое давление, вода, содержащаяся в соке, движется в противоположном направлении через полупроницаемую мембрану. Удаление воды из сока приводит к концентрированию сока. С механистической точки зрения для переноса растворенных веществ и воды через мембрану обратного осмоса приняты две теории, т. е. теория преимущественной сорбции и диффузии раствора. Согласно первой теории растворенное вещество и растворитель проходят через мембрану путем диффузии, тогда как вторая теория предполагает, что растворенное вещество и растворитель сначала адсорбируются на поверхности мембраны, прежде чем пройти через мембрану. В целом, по мере удаления воды и отторжения растворенного вещества и накопления его на поверхности мембран поток воды падает из-за увеличения осмотического давления сырья и концентрационного поляризационного воздействия. Они считаются основными факторами, вызывающими ухудшение потока. Эти препятствия могут быть устранены путем изменения рабочих условий, таких как давление подачи, концентрация, температура, скорость поперечного потока, а также путем создания турбулентности, обратной промывки/промывки и импульсного потока.­­

Примеры концентрирования

Фруктовые соки, такие как яблочный и виноградный, жидкие по своей природе, и их можно концентрировать в пять-семь раз. Приблизительно из 100 кг сока прямого отжима можно получить 15–20 кг концентрированного сока. Фруктовые соки, содержащие больше пектиновых соединений и клетчатки, по своей природе вязкие, и их можно концентрировать только в два-три раза.

Яблочный сок очень чувствителен к теплу, поэтому для концентрирования сока в основном используются методы многоступенчатого выпаривания или криоконцентрации с системами извлечения эссенции. В многокорпусном испарителе яблочный сок с 10—12 °Bx выпаривают до 20—25 °Bx при температуре около 90°С и извлекают аромат методом фракционной перегонки. Концентрат с 25 °Bx далее упаривают до 40—45 °Bx, повышая температуру до 100°С. На третьем этапе концентрат с 45 °Bx доводят до 45°C и упаривают до 50—60 °Bx при пониженном давлении. Наконец, концентрат дополнительно упаривают до 70—71° по шкале Брикса, поддерживая сок при температуре 45°С. Конечный продукт охлаждают до 5°C и стандартизируют до 70° Bx перед окончательной упаковкой.­