Концентрация продуктов питания и напитков
Концентрирование пищевых продуктов подразумевает удаление части растворителя из жидких пищевых продуктов для улучшения качества производства, хранения и транспортировки. Его можно разделить на концентрирование выпариванием и концентрирование замораживанием.
Концентрация испарения
Процесс испарения основан на разнице в летучести растворенного вещества и растворителя. Если летучесть растворенного вещества в растворе мала, а летучесть растворителя очевидна, растворитель испаряется при нагревании для концентрирования раствора. Концентрируемый пищевой раствор помещается в испаритель и нагревается внешним источником тепла. По мере повышения температуры растворитель (вода) в растворе переходит в пар, поскольку температура кипения воды относительно низкая и она легко испаряется.
В процессе испарения пары растворителя непрерывно улетучиваются, а растворенное вещество (например, сахар, белок, минералы, витамины, пигменты и другие нелетучие или труднолетучие компоненты) остаётся в оставшемся растворе благодаря своей более высокой температуре кипения и меньшей летучести. Испарившиеся пары растворителя затем собираются и охлаждаются в конденсаторе, чтобы снова превратиться в жидкость. Этот процесс позволяет рекуперировать часть энергии и снизить её потребление. Сконденсированная вода может быть использована повторно или сброшена.
Исходный раствор концентрируется до меньшего объёма после испарения и конденсации по мере увеличения концентрации растворенного вещества. Концентрированный пищевой раствор может быть использован для дальнейшей переработки, например, для сушки, производства конфет, джемов, соков или в качестве промежуточного сырья для производства продуктов питания.
Многоступенчатые или многоэффектные системы испарения и концентрирования часто используются в промышленном производстве. В соответствии с требованиями конкретных производственных процессов, для обеспечения стабильного качества продукта и повышения эффективности концентрирования необходимо точно измерять концентрацию пищевых продуктов в режиме реального времени. Связаться с намиЛоннметр, поставщик онлайн-измерителей концентрации, для получения дополнительной информациионлайн-измеритель концентрациирешения.
Основные характеристики испарения и концентрирования
При выпаривании продуктов питания и напитков следует тщательно учитывать температуру и время нагрева. «Низкая температура и короткое время» предназначены главным образом для обеспечения максимального качества продуктов питания, а «высокая температура и короткое время» — для повышения эффективности производства.
Чрезмерный нагрев приводит к деградации, обугливанию и слеживанию белков, сахаров и пектина. Обрабатываемый материал, контактирующий с поверхностью теплопередачи, подвержен образованию накипи при самой высокой температуре по сравнению с окружающей температурой материала. Образование накипи серьёзно влияет на эффективность теплопередачи и даже создаёт проблемы безопасности. Эффективным способом решения проблемы накипеобразования является увеличение скорости жидкости. Опыт показывает, что увеличение скорости жидкости может значительно снизить образование накипи. Кроме того, для предотвращения потенциального образования накипи можно использовать электромагнитные и химические методы борьбы с накипью.
Вязкость
Многие пищевые продукты богаты белком, сахаром, пектином и другими компонентами с высокой вязкостью. В процессе выпаривания вязкость раствора увеличивается с ростом концентрации, а текучесть снижается, что значительно затрудняет теплопроводность. Поэтому для выпаривания вязких продуктов обычно применяют методы циркуляции или перемешивания, создаваемые внешней силой.
Пенообразуемость
Пищевые продукты с высоким содержанием белка обладают более высоким поверхностным натяжением. При испарении и кипении образуется всё более устойчивая пена, которая легко приводит к попаданию жидкости в конденсатор вместе с паром, что приводит к её потере. Пенообразование связано с межфазным натяжением. Межфазное натяжение возникает между паром, перегретой жидкостью и взвешенными твердыми частицами, которые играют ключевую роль в образовании пены. Как правило, для контроля пенообразования можно использовать поверхностно-активные вещества, а для устранения пены – различные механические устройства.
Коррозионная активность
Некоторые кислые продукты, такие как овощные и фруктовые соки, подвержены коррозии испарителя во время испарения и концентрирования. Даже незначительная коррозия пищевых продуктов часто приводит к загрязнению, делающему продукт непригодным к использованию. Поэтому испаритель, используемый для кислых продуктов, должен быть изготовлен из коррозионно-стойких и теплопроводящих материалов, а его конструкция должна быть легко заменяемой. Например, для концентрирования раствора лимонной кислоты можно использовать непроницаемые графитовые нагревательные трубки или кислотостойкие эмалированные испарители типа «сэндвич».
Летучие компоненты. Многие жидкие пищевые продукты содержат ароматические и вкусовые компоненты, которые более летучи, чем вода. При испарении жидкости эти компоненты улетучиваются вместе с паром, что влияет на качество концентрированного продукта. Хотя низкотемпературное концентрирование может снизить потери вкусовых компонентов, более совершенным методом является проведение мероприятий по их восстановлению и последующее добавление их в продукт.
Концентрация замораживания
Жидкое пищевое сырье (например, сок, молочные продукты или другие растворы, содержащие большое количество воды) охлаждается при низкой температуре. При понижении температуры ниже точки замерзания молекулы воды в растворе выпадают в осадок в виде кристаллов льда. Это происходит, поскольку вода достигает равновесия «твёрдое тело – жидкость» при определённой температуре и давлении. Ниже этой температуры избыток свободной воды замерзает первым, в то время как растворённые вещества (такие как сахара, органические кислоты, пигменты, ароматизаторы и т. д.) не могут легко замерзнуть вместе с водой из-за разной растворимости, оставаясь в незамороженном концентрате.
Разделение кристаллов льда
Образовавшиеся кристаллы льда отделяются от концентрата центрифугированием, фильтрацией или другими физическими методами. Этот процесс не предполагает испарения растворенных веществ, что позволяет эффективно предотвратить деградацию термочувствительных ингредиентов и потерю аромата. Концентрат после отделения кристаллов льда представляет собой замороженный продукт концентрирования, имеющий значительно более высокую концентрацию растворенных веществ, чем исходный раствор, при этом в максимальной степени сохраняя исходный цвет, вкус, пищевую ценность и аромат продукта.
Контроль условий замерзания
В процессе концентрирования замораживанием такие факторы, как скорость замораживания, температура замораживания и время, должны точно контролироваться для оптимизации размера кристаллов льда, морфологии и отделения от концентрата для обеспечения качества конечного продукта. Технология концентрирования замораживанием особенно подходит для термочувствительных продуктов питания и напитков, таких как свежие фруктовые и овощные соки, биологические продукты, фармацевтические препараты и высококачественные приправы. Она позволяет максимально сохранить натуральное качество сырья и обладает характеристиками энергосбережения и высокой эффективности. Однако этот метод также имеет определенные ограничения. Например, процесс концентрирования невозможно эффективно стерилизовать, и может потребоваться дополнительная стерилизационная обработка. Кроме того, для некоторых растворов с высокой вязкостью или содержащих специальные ингредиенты может возрасти сложность отделения кристаллов льда от концентрата, что приводит к снижению эффективности концентрирования и увеличению затрат.
Время публикации: 13 февраля 2025 г.
