Специализация «Продукты питания и напитки»
Концентрирование пищевых продуктов означает удаление части растворителя из жидких пищевых продуктов для улучшения их производства, хранения и транспортировки. Этот метод можно разделить на концентрирование путем испарения и концентрирование путем замораживания.
Концентрация испарения
Испарение основано на различиях в летучести растворенного вещества и растворителя. Когда летучесть растворенного вещества в растворе невелика, а растворитель обладает выраженной летучестью, растворитель испаряется путем нагревания для концентрирования раствора. Концентрируемый пищевой раствор помещают в испаритель и нагревают внешним источником тепла. По мере повышения температуры растворитель (вода) в растворе превращается в пар, поскольку температура кипения воды относительно низка, и она легко испаряется.
В процессе испарения пары растворителя непрерывно испаряются, в то время как растворенное вещество (например, сахар, белок, минералы, витамины, пигменты и другие нелетучие или труднолетучие компоненты) остается в растворе благодаря более высокой температуре кипения и меньшей летучести. Испарившиеся пары растворителя затем собираются и охлаждаются с помощью конденсатора, чтобы снова превратиться в жидкость. Этот процесс позволяет рекуперировать часть энергии и снизить энергопотребление. Сконденсированную воду можно повторно использовать или сбрасывать.
Исходный раствор после испарения и конденсации концентрируется в меньший объем по мере увеличения концентрации растворенного вещества. Концентрированный пищевой раствор может быть использован для последующей обработки, например, для дальнейшей сушки, производства конфет, джемов, соков или в качестве промежуточного сырья для производства продуктов питания.
В практическом промышленном производстве часто используются многоступенчатые или многоэффектные системы испарения и концентрирования. В зависимости от потребностей конкретных производственных процессов, концентрация пищевых продуктов должна точно измеряться в режиме реального времени для обеспечения стабильного качества продукции и повышения эффективности концентрирования. Контактная информацияДлинный метр, онлайн-поставщик измерителей концентрации, для получения дополнительной информациионлайн-концентраторрешения.
Основные характеристики испарения и концентрации
При выпаривании пищевых продуктов и напитков следует серьезно учитывать температуру и время нагрева. Принцип «низкая температура и короткое время» в основном направлен на обеспечение максимально возможного качества продукта, в то время как принцип «высокая температура и короткое время» в основном направлен на повышение эффективности производства.
Чрезмерный нагрев приводит к деградации, затвердеванию и слеживанию белков, сахаров и пектина. Обрабатываемый материал, непосредственно контактирующий с поверхностью теплообмена, склонен к образованию накипи при самых высоких температурах по сравнению с температурой окружающего материала. После образования накипи это серьезно сказывается на эффективности теплопередачи и даже может создавать проблемы с безопасностью. Эффективной мерой решения проблемы образования накипи является увеличение скорости потока жидкости. Опыт показывает, что увеличение скорости потока жидкости может значительно снизить образование накипи. Кроме того, для предотвращения потенциального образования накипи можно использовать электромагнитные и химические методы предотвращения образования накипи.
Вязкость
Многие продукты содержат большое количество белка, сахара, пектина и других ингредиентов с высокой вязкостью. В процессе выпаривания вязкость раствора увеличивается с концентрацией, а текучесть уменьшается, что значительно затрудняет теплопроводность. Поэтому для выпаривания вязких продуктов обычно используются методы циркуляции или перемешивания, осуществляемые с помощью внешней силы.
Способность к пенообразованию
Пищевые продукты с большим содержанием белка обладают более высоким поверхностным натяжением. При испарении и кипении образуется все больше устойчивых пен, которые легко приводят к попаданию жидкости в конденсатор вместе с паром, вызывая ее испарение. Образование пены связано с поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение возникает между паром, перегретой жидкостью и взвешенными твердыми частицами, причем твердые частицы играют ключевую роль в образовании пены. Как правило, для контроля образования пены можно использовать поверхностно-активные вещества, а для ее удаления — различные механические устройства.
Коррозионная активность
Некоторые кислые продукты, такие как овощные и фруктовые соки, подвержены коррозии испарителя в процессе выпаривания и концентрирования. Даже незначительная коррозия в пищевых продуктах часто приводит к загрязнению, делающему продукт непригодным для употребления. Поэтому испаритель, используемый для кислых продуктов, должен быть изготовлен из коррозионностойких и теплопроводящих материалов, а его конструкция должна обеспечивать возможность замены. Например, для концентрирования раствора лимонной кислоты можно использовать непроницаемые графитовые нагревательные трубки или кислотостойкие эмалированные многослойные испарители.
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, влияя на качество концентрированного продукта. Хотя низкотемпературное концентрирование может уменьшить потерю вкусовых компонентов, более совершенным методом является принятие мер по их регенерации с последующим добавлением в продукт после регенерации.
Концентрация заморозки
Жидкое пищевое сырье (например, сок, молочные продукты или другие растворы, содержащие большое количество воды) охлаждается в условиях низкой температуры. Когда температура опускается ниже точки замерзания, молекулы воды в растворе выпадают в осадок в виде кристаллов льда. Это происходит потому, что вода достигает равновесия твердое тело-жидкость при определенной температуре и давлении. Ниже этой температуры избыток свободной воды замерзает первым, в то время как растворенные вещества (такие как сахара, органические кислоты, пигменты, ароматизаторы и т. д.) из-за разной растворимости нелегко замерзают вместе с водой, а остаются в незамерзшем концентрате.
Разделение кристаллов льда
Образовавшиеся кристаллы льда отделяются от концентрата центрифугированием, фильтрацией или другими физическими методами. Этот процесс не предполагает испарения растворенных веществ, поэтому он эффективно предотвращает деградацию термочувствительных ингредиентов и потерю аромата. Концентрат после отделения кристаллов льда представляет собой замороженный концентрированный продукт, который имеет значительно более высокую концентрацию растворенных веществ, чем исходный раствор, при этом максимально сохраняя первоначальный цвет, вкус, пищевую ценность и аромат продукта.
Контроль условий замораживания
В процессе криогенной концентрации необходимо точно контролировать такие факторы, как скорость замораживания, температура и время замораживания, чтобы оптимизировать размер кристаллов льда, их морфологию и отделение от концентрата, обеспечивая тем самым качество конечного продукта. Технология криогенной концентрации особенно подходит для термочувствительных продуктов питания и напитков, таких как свежие фруктовые и овощные соки, биологически активные продукты, фармацевтические препараты и высококачественные приправы. Она позволяет максимально сохранить природное качество сырья и обладает энергосберегающими и высокоэффективными характеристиками. Однако этот метод также имеет определенные ограничения. Например, процесс концентрации не может быть эффективно стерилизован и может потребовать дополнительной стерилизации. Кроме того, для некоторых растворов с высокой вязкостью или содержащих специальные ингредиенты сложность отделения кристаллов льда от концентрата может возрасти, что приведет к снижению эффективности концентрации и увеличению затрат.
Дата публикации: 13 февраля 2025 г.
