Concentratie Voedsel & Dranken
Voedselconcentratie houdt in dat een deel van het oplosmiddel uit vloeibaar voedsel wordt verwijderd voor een betere productie, bewaring en transport. Dit kan worden onderverdeeld in verdampingsconcentratie en vriesconcentratie.
Verdampingsconcentratie
Verdamping werkt op basis van de vluchtigheidsverschillen tussen de opgeloste stof en het oplosmiddel. Wanneer de vluchtigheid van de opgeloste stof in de oplossing laag is en het oplosmiddel een hoge vluchtigheid heeft, wordt het oplosmiddel door verhitting verdampt om de oplossing te concentreren. De te concentreren voedingsoplossing wordt in een verdamper geplaatst en verwarmd door een externe warmtebron. Naarmate de temperatuur stijgt, zal het oplosmiddel (water) in de oplossing in damp veranderen, omdat het kookpunt van water relatief laag is en het gemakkelijk verdampt.
Tijdens het verdampingsproces ontsnapt de oplosmiddeldamp continu, terwijl de opgeloste stof (zoals suiker, eiwitten, mineralen, vitaminen, pigmenten en andere niet-vluchtige of moeilijk te verdampen componenten) in de resterende oplossing achterblijft vanwege het hogere kookpunt en de lagere vluchtigheid. De verdampte oplosmiddeldamp wordt vervolgens opgevangen en in een condensor afgekoeld om deze weer vloeibaar te maken. Dit proces kan energie terugwinnen en het energieverbruik verminderen. Het gecondenseerde water kan worden hergebruikt of afgevoerd.
De oorspronkelijke oplossing wordt na verdamping en condensatie geconcentreerd tot een kleiner volume naarmate de concentratie van de opgeloste stof toeneemt. De geconcentreerde voedingsoplossing kan worden gebruikt voor verdere verwerking, zoals drogen, het maken van snoep, jam, sap, of als tussengrondstof voor de voedselproductie.
In de praktijk van de industriële productie worden vaak meertraps- of meereffectieve verdampings- en concentratiesystemen gebruikt. Afhankelijk van de specifieke behoeften van het productieproces moet de voedselconcentratie nauwkeurig en in realtime worden gemeten om een stabiele productkwaliteit te garanderen en de concentratie-efficiëntie te verbeteren.Lonnmeter, een online leverancier van concentratiemeters, voor meer informatieonline concentratiemeteroplossingen.
Belangrijkste kenmerken van verdamping en concentratie
Bij het indampen van voedsel en dranken moeten de temperatuur en de duur van de verwarming zorgvuldig worden overwogen. "Lage temperatuur en korte tijd" is vooral bedoeld om de voedselkwaliteit zoveel mogelijk te waarborgen, terwijl "hoge temperatuur en korte tijd" vooral gericht is op het verbeteren van de productie-efficiëntie.
Overmatige verhitting veroorzaakt degradatie, verkooling en klontering van eiwitten, suikers en pectine. Het te verwerken materiaal dat direct in contact komt met het warmteoverdrachtsoppervlak is gevoelig voor kalkaanslag, omdat de temperatuur hoger is dan de omgevingstemperatuur. Zodra er kalkaanslag is gevormd, heeft dit een ernstige invloed op de warmteoverdrachtsefficiëntie en kan het zelfs veiligheidsproblemen veroorzaken. Een effectieve maatregel om kalkaanslag te voorkomen is het verhogen van de vloeistofsnelheid. De ervaring leert dat een hogere vloeistofsnelheid de vorming van kalkaanslag aanzienlijk kan verminderen. Daarnaast kunnen elektromagnetische en chemische anti-kalkmethoden worden toegepast om potentiële kalkaanslag te voorkomen.
Viscositeit
Veel voedingsmiddelen bevatten veel eiwitten, suiker, pectine en andere ingrediënten met een hoge viscositeit. Tijdens het verdampingsproces neemt de viscositeit van de oplossing toe met de concentratie, terwijl de vloeibaarheid afneemt. Dit belemmert de warmtegeleiding aanzienlijk. Daarom worden voor de verdamping van viskeuze producten over het algemeen circulatie- of roermaatregelen met externe kracht toegepast.
Schuimvorming
Voedingsmiddelen met een hoger eiwitgehalte hebben een grotere oppervlaktespanning. Bij verdamping en koken ontstaan er steeds meer stabiele schuimen, waardoor de vloeistof gemakkelijk met de stoom in de condensor terechtkomt en er vloeistof verloren gaat. Schuimvorming is gerelateerd aan de grensvlakspanning. Deze grensvlakspanning ontstaat tussen stoom, oververhitte vloeistof en zwevende deeltjes, waarbij de vaste stoffen een cruciale rol spelen in de schuimvorming. Over het algemeen kunnen oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt om schuimvorming te beheersen, en diverse mechanische apparaten kunnen ook worden ingezet om schuim te verwijderen.
Corrosiviteit
Sommige zure voedingsmiddelen, zoals groente- en vruchtensap, zijn tijdens het verdampings- en concentratieproces gevoelig voor corrosie van de verdamper. Zelfs lichte corrosie kan bij voedingsmiddelen vaak leiden tot verontreiniging, waardoor het product ongeschikt wordt. Daarom moet de verdamper die voor zure voedingsmiddelen wordt gebruikt, gemaakt zijn van corrosiebestendige en thermisch geleidende materialen, en moet de constructie eenvoudig te vervangen zijn. Zo kunnen bijvoorbeeld voor de concentratie van citroenzuuroplossingen ondoordringbare grafietverwarmingsbuizen of zuurbestendige geëmailleerde sandwichverdampers worden gebruikt.
Vluchtige bestanddelen Veel vloeibare voedingsmiddelen bevatten aromatische en smaakstoffen die vluchtiger zijn dan water. Wanneer de vloeistof verdampt, ontsnappen deze bestanddelen met de stoom, wat de kwaliteit van het geconcentreerde product beïnvloedt. Hoewel concentratie bij lage temperaturen het verlies van smaakstoffen kan beperken, is een betere methode om eerst herstelmaatregelen te nemen en de herstelde bestanddelen vervolgens aan het product toe te voegen.
Vriesconcentratie
Vloeibare voedingsgrondstoffen (zoals sap, zuivelproducten of andere oplossingen die veel water bevatten) worden gekoeld in een omgeving met lage temperatuur. Wanneer de temperatuur onder het vriespunt daalt, zullen de watermoleculen in de oplossing neerslaan in de vorm van ijskristallen. Dit komt doordat water bij een specifieke temperatuur en druk een evenwicht bereikt tussen vaste stof en vloeistof. Beneden deze temperatuur zal overtollig vrij water als eerste bevriezen, terwijl opgeloste stoffen (zoals suikers, organische zuren, kleurstoffen, aroma's, enz.) door hun verschillende oplosbaarheid niet gemakkelijk samen met water bevriezen en in het onbevroren concentraat blijven.
Scheiding van ijskristallen
De gevormde ijskristallen worden door middel van centrifugeren, filtratie of andere fysische methoden van het concentraat gescheiden. Dit proces omvat geen verdamping van opgeloste stoffen, waardoor degradatie van warmtegevoelige ingrediënten en verlies van aroma effectief wordt voorkomen. Het concentraat na scheiding van de ijskristallen is het bevroren concentraatproduct, dat een aanzienlijk hogere concentratie opgeloste stoffen heeft dan de oorspronkelijke oplossing, terwijl de oorspronkelijke kleur, smaak, voedingswaarde en aroma van het product zoveel mogelijk behouden blijven.
Beheersing van vriesomstandigheden
Tijdens het vriesconcentratieproces moeten factoren zoals vriessnelheid, vriestemperatuur en -tijd nauwkeurig worden gecontroleerd om de grootte, morfologie en scheiding van de ijskristallen van het concentraat te optimaliseren en zo de kwaliteit van het eindproduct te waarborgen. Vriesconcentratietechnologie is bijzonder geschikt voor warmtegevoelige voedingsmiddelen en dranken, zoals verse groente- en fruitsappen, biologische producten, farmaceutische producten en hoogwaardige specerijen. Het maximaliseert de natuurlijke kwaliteit van de grondstoffen en kenmerkt zich door energiebesparing en een hoge efficiëntie. Deze methode kent echter ook enkele beperkingen. Zo kan het concentratieproces niet effectief worden gesteriliseerd en kan een aanvullende sterilisatiebehandeling nodig zijn. Bovendien kan het bij oplossingen met een hoge viscositeit of die speciale ingrediënten bevatten, lastiger zijn om de ijskristallen van het concentraat te scheiden, wat resulteert in een lagere concentratie-efficiëntie en hogere kosten.
Geplaatst op: 13 februari 2025
