Современные проблемы и подходы к переработке плодово-ягодного сырья и производству ликероводочных изделий. Монография

При двухкратном настаивании с одноразовым ежедневным перемешиванием дробленое сырье загружают в небольшие емкости или бочки, заливают водно-спиртовым раствором и настаивают в зависимости от сырья при ежедневном перемешивании в течение 5–14 суток. По истечении этого времени удаляют настой первого слива. Сырье вновь заливают свежей порцией вводно-спиртового раствора и вторично настаивают в течение 5–10 суток при ежедневном перемешивании. Затем сливают настой второго слива и смешивают его с первым в одной емкости. Отработанное сырье выгружают и направляют на выпарку для извлечения оставшегося в нем спирта. При приготовлении настоев в экстракционной установке продолжительность настаивания сокращается в два-три раза [17, 157].

С настоями извлекается 75–95 % эфирных масел и экстрактивных веществ от содержания их в исходном сырье.

Вследствие различия строения и прочности тканей разных плодов конструкция дробилки и желательная степень измельчения дробленой массы выбираются в зависимости от вида перерабатываемого сырья. Слишком крупное и мелкое дробление не обеспечивает достаточного выхода сока при последующем прессовании. Выход сока из яблок составляет 60–65 %, винограда 70–

Дробленая масса плодов и ягод носит название мезга. Мезга должна немедленно поступать на дальнейшую обработку во избежание нежелательных окислительных процессов.

Для дробления винограда применяют специализированные дробилки – гребнеотделители (ВДГ–10, ВДГ–20), на которых осуществляется раздавливание ягод винограда, отделение гребней и перекачивание мезги на дальнейшую обработку.

Этот метод основан на том, что под действием высокой температуры белки протоплазмы коагулируют и клеточная проницаемость увеличивается. Нагревание обусловливает переход красящих и ароматических веществ из мякоти кожицы в сок. При подогреве инактивируются ферменты.

Обработанные плоды прессуют, а оставшуюся воду используют для бланширования еще двух–трех порций сырья. Такой экстракт добавляют к соку, полученному при прессовании.

Тепловая обработка плодов перед прессованием – простой и эффективный метод повышения сокоотдачи. Однако в ряде случаев сок при нагревании приобретает неприятный (вареный) привкус, а мезга – вязкую консистенцию, затрудняющую последующий процесс прессования.

Замораживание с последующим оттаиванием, как и нагревание, облегчает извлечение сока при последующем прессовании.

При охлаждении растительной ткани клеточная проницаемость равномерно понижается вплоть до достижения точки замерзания. При дальнейшем понижении температуры в клетках и межклеточных пространствах растительной ткани образуются кристаллы льда, рост которых приводит к механическому нарушению целостности клеток и обезвоживанию цитоплазмы, что обусловливает денатурацию ее и отмирание клеток. Благодаря этому достаточно незначительного механического давления для выделения сока.

Выдержка замороженного сырья на выход сока не влияет, поэтому, как только плоды замерзнут, их можно направлять на дальнейшую переработку, то есть размораживание на воздухе длится около суток, а в холодной воде 15–20 мин. Соотношение воды и плодов должно быть не менее 2:1. При малом количестве воды может произойти смерзание плодов в ледяные глыбы, которые оттаивают медленно. Во избежание этого при загрузке плодов в воду нужно их перемешивать.

Одним из способов повышения сокоотдачи из плодов и ягод является обработка мезги ферментными препаратами.

Большинство плодов и ягод содержат пектиновые вещества в тех или иных количествах, которые затрудняют выделение сока и снижают его выход.

Основное влияние на отдачу сока оказывает растворимый пектин, который обладает водоудерживающей способностью и повышает вязкость сока, препятствуя его вытеканию, поэтому при обработке мезги ферментами в целях повышения сока необходимо разрушить растворимый пектин. Протопектин должен быть гидролизован только частично, так чтобы отделить клетки одну от другой и частично разрушить их стенки.

Ферментные препараты изготавливают в виде жидкости или порошка культур плесневых грибов (Aspezdillus avomori, Aspezdillus nider ЭУ–119 и др.), выращивают их на питательных средах, богатых пектином (яблочные выжимки, морковный отвар и др.) поверхностным или глубинным способом [169].

В производстве используют пектолитический ферментный препарат «Пектофоетидин П10Х». Препарат применяют как для обработки мезги в целях повышения выхода, так и для осветления соков.

Механизм действия ферментных препаратов на плодовую мезгу заключается в следующем. Вначале протопектиназа разрушает протопектин, цементирующий отдельные клетки растительной ткани между собой, в результате чего клетки разъединяются и ткань разрыхляется. Кроме того, расщепляется протопектин, инкрустирующий клеточные оболочки, что ослабляет их механическую прочность протоплазменных мембран, которые становятся из-за этого более уязвимыми к механическим повреждениям. Полигалактураназа вызывает распад пектина, снижая вязкость сока. Одновременно в клетку проникает протеолитические ферменты и некоторые вещества неферментного характера, токсически действующие на протоплазму, вызывая коагуляцию белково-липоидных мембран и гибель растительной ткани. В результате этих превращений клеточная проницаемость увеличивается, протоплазменные мембраны разрываются и сокоотдача резко возрастает [169]. За рубежом в производстве плодовых соков применяют ферментные препараты, имеющие торговое название: быстрин, ПЭП–1 (Болгария), панзин (ФРГ), склазе (Япония) и д.р.

Наличие в плодовой ткани электрически заряженных частиц коллоидов и ионов делает растительную клетку чувствительной к действию электрического тока.

На этом свойстве растительной ткани основан способ, разработанный Б.Л. Флауменбаумом и заключающийся в том, что через плоды или мезгу пропускается электрический ток напряжением

Биофизический эффект электроплазмолиза может быть определен по изменению силы проходящего через клетку тока, поскольку прохождению электрического тока через растительную ткань препятствуют цитоплазменные оболочки. Под влиянием тока цитоплазменные оболочки разрушаются, сила проходящего тока увеличивается и достигает максимального значения при полном разрушении цитоплазмы. Изменение силы тока, которое происходит очень быстро, устанавливается с помощью осциллографирования.

Как видно, электрический ток в растительной ткани вызывает передвижение ионов, которым препятствует полупроницаемый слой ротоплазмы. Вследствие этого белковые вещества подвергаются воздействию высокой концентрации ионов, скапливающихся у протоплазмы, и коагулируют.

Обработку плодов электрическим током осуществляют в электроплазмолизах. Этот аппарат представляет собой два горизонтальных цилиндрических валка – электрода, смонтированных на станине. Валки диаметром 200-300мм изготовлены из нержавеющей стали и изолированы от подшипников и станины [83].

Известно, что основной принцип переработки любого растительного сырья – максимальное использование его экстрактивных веществ. С этой целью используют различное оборудование позволяющее максимально извлекать экстрактивные вещества и интенсифицировать процесс экстракции.

В настоящее время предприятия пищевой промышленности используют экстракторы периодического и непрерывного действия

Однако получение спиртованных морсов с использованием перечисленного выше оборудования связано с длительным настаиванием сырья и высокими потерями спирта, требует большого количества емкостей; весьма трудоемки и операции по загрузке сырья в настойные чаны, выгрузке из них отработанного сырья и его прессовании.

Более перспективным согласно исследованиям последних лет [84], например, в технологии экстрагирования пектиновых веществ,

является использование упругих механических колебаний, во многих случаях оно обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью таких широко распространенных способов, как механическое перемешивание.

Интенсификация химико-технологических процессов и повышение эффективности технологического оборудования являются одной из приоритетных задач развития науки и техники; основой повышения качества продукции, увеличения производительности и снижения энергозатрат на проведение химико-технологических процессов служит разработка высокоэффективных технологических аппаратов с оптимальной удельной энергоемкостью и материалоемкостью, высокой степенью воздействия на обрабатываемые вещества [85].

Ультразвук – весьма эффективное средство для воздействия на физико-химические свойства веществ. Мощный ультразвук в зависимости от его параметров и условий воздействия, вызывает в жидких средах ряд специфических эффектов – кавитацию, интенсивные микро- и макропотоки, приводящие к быстрому и качественному перемешиванию компонентов среды, образованию стойких эмульсий, экстрагированию растворимых компонентов и т.д. Эти эффекты используются для интенсификации процессов производства в пищевой промышленности и создания новых технологий.

Под влиянием ультразвука происходит кавитация (быстрая смена давления и разряжения), клетки растительной ткани разрываются и выход сока увеличивается. Этот метод обработки виноградной мезги перед прессованием дополнительно повышает выход сока на 8–9 %. Однако плоды, отличающиеся низкой сокоотдачей, плохо поддаются этому воздействию [85, 86].

Нужный эффект ультразвуковой обработки такого сырья может быть достигнут только в жидкой среде, если плоды или мезга залиты соком, предварительно извлеченным из этих плодов, что усложняет процесс.

Исследования, проведенные в Одесском технологическом институте пищевой промышленности, показали, что под действием ионизирующих излучений происходит физиологическое повреждение клеток, разрушается протопектин клеточных оболочек, повышается проницаемость клеток и они легче отдают сок.

К аппаратам, реализующим метод дискретного, многофакторного энергетического воздействия на химико­технологические процессы, относят пульсационные аппараты роторного типа, принцип работы которых основан на нестационарности потоков вещества, энергии и импульса. Интенсификация химико-технологических процессов в ПАРТ обусловлена многофакторным воздействием на обрабатываемую жидкую гетерогенную среду, заключающуюся в пульсациях давления и скорости потока жидкости, развитой турбулентности, интенсивной кавитации, пульсациях давления в локальных объемах жидкости при пульсациях и схлопывании кавитационных пузырьков, жестком кумулятивном воздействии, высоких сдвиговых и срезывающих усилиях, активации жидкости [94].

Наиболее часто акустические колебания используют для интенсификации химико-технологических процессов. В гидромеханических процессах акустические колебания интенсифицируют такие процессы, как отстаивание, флотация, осаждение, диспергирование, эмульгирование, перемешивание, пеногашение, дегазация; в тепловых процессах – нагревание, охлаждение, выпаривание, испарение, горение; в массообменных процессах – кристаллизация, сушка, растворение, набухание, абсорбция, адсорбция, экстракция, выщелачивание. В механических процессах – экструдирование, литье, формование, диспергирование.

Интенсифицирующее действие акустических колебаний обусловлено, в первую очередь, эффектами второго порядка (нелинейными эффектами): кавитация, пульсации газовых пузырьков, акустические течения, поверхностные эффекты, радиационное давление, пондеромоторные силы [85, 86].

Одним из перспективных типов гидродинамических излучателей являются пульсационные аппараты роторного типа, которые содержат ротор и статор с каналами. При вращении ротора его каналы периодически совпадают с каналами статора. В результате этого в обрабатываемой жидкости генерируются импульсы давления и разрежения, возникает кавитация, мелкомасштабные пульсации, гидравлические удары, развитая турбулентность [86].

Принцип работы аппарата заключается в следующем. Обрабатываемая жидкость подается под давлением или самотеком через входной патрубок в полость ротора, проходит через каналы ротора, каналы статора, рабочую камеру и выходит из аппарата через