Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 135 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

выходной патрубок. При вращении ротора его каналы периодически совпадают с каналами статора. Выходя из канала статора, жидкость собирается в рабочей камере и продвигается к выходному патрубку. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается, и в результате этого в канал статора распространяется импульс давления. Скорость жидкости в канале статора является переменной величиной. При распространении в канале статора импульса избыточного давления вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного («отрицательного») давления, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из радиального зазора между ротором и статором. Объем жидкости, вошедший в канал, стремится к выходу из канала, и инерционные силы создают растягивающие напряжения жидкости, что вызывает кавитацию. Кавитационные пузырьки растут при воздействии импульса пониженного давления и схлопываются или пульсируют при увеличении давления в канале статора. Часть кавитационных пузырьков выносится в рабочую камеру.

В связи с тем что скорость потока жидкости в канале статора велика и имеет флуктуации, поток является турбулентным. При вращении ротора в зазоре между ротором и статором возникают большие сдвиговые напряжения. Рабочие поверхности ротора и статора воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта, создавая высокие срезывающие и сдвиговые усилия.

Пульсации давления и скорости потока жидкости, интенсивная кавитация, развитая турбулентность, ударные волны и кумулятивные струйки от схлопывания кавитационных пузырьков, высокие сдвиговые и срезывающие напряжения – это факторы воздействия на жидкую гетерогенную среду.

Экстрагирование в системе «твердое тело – жидкость» в РПА включает следующие стадии:

1) подвод экстрагента (растворителя) к поверхности раздела твердой и жидкой фаз;

2) перенос экстрагента к целевому компоненту, находящемуся в твердом материале;

3) взаимодействие растворителя в результате протекания

химической реакции или физического растворения с извлекаемым компонентом;

4) перенос извлеченного компонента к границе раздела твердой и жидкой фаз;

5) отвод целевого компонента в ядро потока растворителя. Под экстрагированием в системах твердое тело – жидкость понимают процессы селективного извлечения растворителем одного или нескольких компонентов из твердого тела [11].

На механизм переноса веществ в порах влияет гидродинамический режим перемешивания жидкой фазы и соотношение размеров пор и молекул жидкости. Если размеры молекул жидкости значительно меньше пор, то вещество переносится по механизму конвективной диффузии, если размеры молекул жидкости близки к размерам пор – молекулярной диффузией.

На процесс экстрагирования влияет также размер частиц. Целесообразно проводить процесс с мелкими частицами, предварительно измельчив материал.

При экстрагировании в системе твердое тело – жидкость процесс может описываться следующими режимами:

1) внутридиффузионным, так как скорость извлечения лимитируется диффузией сквозь пористый материал частицы. Внутридиффузионный режим является наиболее интенсивным режимом извлечения. Он достигается при определении скорости движения жидкости относительно частицы.

2) внешнедиффузионным, так как скорость процесса лимитируется здесь внешней диффузией – отводом вещества от поверхности пористого тела. Интенсификация процесса за счет создания больших скоростей обтекания пористых тел жидкостью имеет в этом случае большие перспективы [11].

Интенсификацию массообменных процессов в РПА следует отнести к комбинированным способам. Развитие поверхности контакта фаз происходит за счет разрушения твердых частиц с образованием новых поверхностей. Макротурбулентные пульсации скорости потока жидкости при импульсном вводе в канал статора и микропульсации кавитационных пузырьков с образованием кумулятивных струек способствуют развитию больших градиентов скоростей жидкости относительно твердых частиц. Звукокапиллярный эффект позволяет жидкости проникать в поры и капилляры твердого

тела на большую глубину. Все эти факторы воздействия способствуют постоянному обновлению поверхности фазового контакта за счет воздействия высокоскоростных микропотоков жидкости, которые образуются при пульсациях кавитационных пузырьков и воздействиях кумулятивных струй. Возможен не только подвод новых порций жидкости, но и срыв диффузионного слоя с поверхности частицы.

Растворение твердых частиц в жидкости при обработке в РПА происходит одновременно с процессом диспергирования при механическом контакте частиц с рабочими поверхностями ротора и статора. Процесс разрушения предшествует основной стадии растворения, так как механический контакт и дробление частиц происходит на острых кромках выхода из канала ротора и входа в канал статора. После раскалывания в прерывателе на две части часть частицы, которая оказалась в канале статора, подвергается интенсивному многофакторному воздействию, включающему в себя турбулентные пульсации скорости потока жидкости при импульсном вводе в канал статора, ударные сферические волны при пульсациях и кумулятивные струи при схлопывании кавитационных полостей. Часть частицы, которая осталась в канале ротора подвергается механическому воздействию при следующем совмещении канала ротора, с каналом статора, если ее размер в радиальном направлении больше величины зазора и длины пути, который может пройти частица при открытии канала статора. Таким образом, основными факторами, интенсифицирующими процесс растворения твердых частиц в жидкости, являются импульсное и пульсационное воздействие [11, 86].

Импульсное воздействие потока жидкости аналогично воздействию высокоскоростного турбулентного потока в канале переменного сечения и конфигурации. Хаотические турбулентные флуктуации скорости слоев жидкости создают большие сдвиговые усилия на поверхности твердой частицы, что способствует уменьшению величины диффузионного слоя, усиливает его подвижность, обеспечивает приток свежей жидкости к поверхности твердой частицы. Механизм растворения твердой частицы в импульсном потоке практически не отличается от механизма растворения твердой частицы в сильно развитом турбулентном потоке.

Пульсационное воздействие на твердую частицу в жидкости при пульсациях близлежащих кавитационных пузырьков заключается в создании высокоскоростных потоков жидкости у поверхности

частицы. Кавитационные пузырьки должны находиться в непосредственной близости от твердой частицы, так как при пульсациях пузырька ударная волна быстро затухает при распространении в жидкости. Хотя затухание давления в ударной волне прямо пропорционально расстоянию от его поверхности, энергия волны падает по квадратичной зависимости, и уже на расстоянии от поверхности пузырька, превышающем R

, волна

max

гасится волнами от других пузырьков и затухает. Высокоскоростные потоки жидкости создают большие сдвиговые напряжения на поверхности частицы и также уменьшают величину диффузионного слоя [11].

Кавитационные пузырьки, находящиеся вблизи поверхности твердой частицы, схлопываются с образованием кумулятивной струйки. Кумулятивная струйка ориентирована в направлении поверхности твердой частицы. Размеры твердых частиц при растворении в РПА могут составлять 0,1–5 мм. Радиус кавитационного пузырька при расширении находится в интервале 0,1–0,5 мм. Таким образом, максимальный радиус пузырька меньше или соизмерим с размерами твердых частиц, находящихся в жидкости. Диаметр кумулятивной струйки примерно в 10 раз меньше максимального радиуса пузырька. Необходимо учесть, что скорость кумулятивной струи достигает сотни метров в секунду и ее действие подобно действию твердого тела.

На поверхности твердого тела всегда есть мелкие газовые или паровые пузырьки, концентрирующиеся в микродефектах поверхности частицы. При воздействии импульсного разрежения в жидкости пузырек расширяется, а при повышении давления в жидкости пузырек схлопывается с образованием кумулятивной струйки, проникающей в твердое тело. «Осколки» схлопнувшегося пузырька служат зародышами для возникновения кавитационных пузырьков [11, 132].

Интенсификация процесса растворения твердой частицы при кумулятивном воздействии достигается как за счет увеличения площади поверхности частицы, так и за счет уменьшения толщины диффузионного слоя на поверхности частицы. Наибольшее воздействие на диффузионный слой будет осуществляться при касательном к поверхности или наклонном действии кумулятивной струйки.

Таким образом, анализ литературных данных показывает, что

под действием акустических колебаний наблюдается значительная

интенсификация процессов экстрагирования и диффузионного проникновения растворов в нерастворимые материалы. Правильно организованное дезинтегрирование растительного сырья, характеризующееся равномерным распределением частиц по размеру, определяет эффективность процесса экстрагирования ценных биологически активных компонентов и в сочетании с активной циркуляцией экстрагента обеспечивает высокое количественное извлечение конечных продуктов и улучшение их качества.

1.5. Причины помутнений и способы стабилизации ликероводочных изделий

Рядом авторов [158, 161] показано, что одной из актуальных проблем в ликероводочном производстве является невысокая стойкость ликероводочных изделий при хранении.

Факторы, вызывающие помутнение ликероводочных

изделий.

В зависимости от причин, вызывающих помутнения напитков, факторы подразделяются на биологические, химические, биохимические и физико-химические. Полуфабрикаты и готовые ликероводочные изделия подвержены в основном химическим и физико-химическим помутнениям, которые, в свою очередь, подразделяются на кристаллические, коллоидные (обратимые и необратимые). Чаще других помутнениям подвержены продукты, в состав которых входят спиртованные соки и морсы. Эти продукты представляют собой сложную коллоидную систему, равновесие в которой при определенных условиях может нарушаться, что влечет появление мути и в дальнейшем – осадка. Помутнения, которые чаще всего возникают в этих изделиях, классифицируются как обратимые коллоидные помутнения. Обратимые коллоидные помутнения возникают из-за хранения соков и готовых изделий при пониженной температуре. Причиной помутнений такого характера являются высокомолекулярные вещества (белки, полисахариды, фенольные вещества) или их комплексы [22].

Причиной необратимых коллоидных помутнений являются, с одной стороны, влияние аэрации, приводящей к окислительным преобразованиям одних компонентов напитка, с другой стороны,

действие повышенных температур, обусловливающих коагуляцию и осаждение других компонентов. Гавриш, Савченко [30] исследовали химический состав и физико-химические свойства напитков, приготовленных на рябиновом морсе, установили, что в процессе хранения практически не изменяются крепость, рН, вязкость, очень незначительно снижается титруемая кислотность; однако заметно снижается содержание дубильных, пектиновых и азотистых веществ, а также железа. Аналогичные результаты были получены и в работах других исследователей.

С.А. Трусовой [158] были изучены составы осадков, выпадающих в ликероводочных изделиях, и отмечено, что в спиртованных морсах кураги, рябины, клюквы осадки состоят главным образом из пектиновых, азотистых и дубильных веществ.

При исследовании причин помутнения сотрудниками ВНИИПБТ выявлена зависимость этого явления от природы веществ, входящих в состав продукта. Многие вещества влияют на взаимную растворимость, реагируют друг с другом, например белки и таниды, пектины и соли жесткости воды, образуя нерастворимые соединения. С понижением содержания сахара и спирта в продуктах уменьшается стойкость их против помутнения, поэтому по сравнению с кремами, ликерами, наливками и пуншами чаще мутнеют настойки сладкие и полусладкие, а также десертные напитки; настойки горькие пониженной крепости мутнеют быстрее, чем настойки горькие крепкие [20-22].

Я.Д. Фаерштерн [161] в своей работе, изучая процесс хранения ликероводочных изделий, исследовал изменение активной концентрации водородных ионов рН и окислительновосстановительного потенциала Еh и пришел к выводу, что рН в большинстве изделий не изменился, в то время как Eh повысился на 10–35 мв. Это свидетельствует об окислительных процессах, происходящих за счет кислорода воздуха, находящегося как в самих изделиях, так и над ними в свободном пространстве бутылок. Окислению подвержены дубильные, красящие и азотистые вещества

[61].

Ликероводочные продукты мутнеют обычно при температуре ниже 15 °С. Помутнения по характеру можно разделить на три основные группы: опалесцирующие; мутные, не образующие осадка;

образующие осадок (слой жидкости над осадком в бутылке может быть прозрачным, опалесцирующим или мутным).

Помутнение становится заметным лишь при хранении напитка в течение некоторого времени. После розлива свежеприготовленные изделия при переворачивании бутылки вверх дном и просмотре перед световым экраном прозрачны, блестят и искрятся. По мере удлинения срока хранения признаки приближающегося помутнения продукта проявляются в образовании едва заметного осадка. При осторожном переворачивании бутылки с продуктом осадок собирается в последней капле, падающей со дна. Мутная капля, стекая в прозрачный напиток, образует небольшое расходящееся облачко, которое оставляет за собой тянущийся вниз и постепенно теряющийся дымчатый след. При легком взбалтывании облачко исчезает.

В процессе дальнейшего хранения продукта количество находящихся в нем во взвешенном состоянии тонкодисперсных частиц осадка постепенно увеличивается и распространяется по всему объему, что приводит к опалесценции продукта. Укрупнение и уплотнение взвешенных частиц вызывает образование налета или осадка на дне и на стенках бутылки.

Во время взбалтывания осадок обычно распадается на мельчайшие частицы, которые равномерно распределяются в продукте. Только в отдельных случаях при отстаивании продукта в течение месяца при температуре не ниже 18 °С осадок опять выпадает на дно бутылки, и жидкость над ним осветляется. Чаще же эти частицы еще долго остаются во взвешенном состоянии, и чтобы их удалить, продукт обрабатывают специальным осветлителем, а затем отфильтровывают.

Структура и внешний вид образующейся взвеси зависят от физико-химических веществ, входящих в состав продукта. Для напитков, которые приготовляют на ароматных спиртах или настоях, полученных переработкой эфиромасличного сырья, характерна опалесценция. Продукты, приготовляемые на плодово-ягодных спиртованных соках и морсах, кажутся более прозрачными, так как осадок располагается на дне бутылки, и лишь очень незначительное количество частиц находится во взвешенном состоянии.

Более всего подвержены помутнению во время длительного хранения и транспортировки, особенно при низких температурах, настойки полусладкие (Рябиновая, Вишневая); настойки сладкие

(Нежинская рябина, Рябиновая на коньяке, Облепиховая,

Абрикосовая, Брусничная, Яблочная, Клюквенная, Лесная, Боярская), а также изделия однотипные с перечисленными [156]. Отмечено также, что в процессе длительного хранения как прозрачных, так и помутневших настоек существенных изменений в их физикохимических и органолептических показателях не обнаружено.

Ликероводочные продукты, характеризующиеся высоким содержанием спирта, сахара, практически не подвержены помутнениям биологического характера. Однако наличие солей органических кислот, эфирных масел, фенольных, пектиновых и белковых веществ, красителей и колера создают предпосылки к помутнениям физико-химического характера. Чаще других помутнениям подвержены продукты, в состав которых входят спиртованные плодово-ягодные соки и морсы. Эти продукты представляют собой сложную коллоидную систему, равновесие в которой при определенных условиях может нарушаться, что влечет за собой появление мути и в дальнейшем – осадка.

Технологические приемы приготовления полуфабрикатов и изделий, предусмотренные регламентом, обеспечивают стабильность изделий в течение 2–8 месяцев [23, 24]. Гарантийный срок хранения готовых изделий три месяца, но в действительности не исключены случаи помутнения отдельных напитков в течение гарантийного срока хранения.

В случае коллоидных помутнений источником последних являются полифенолы, белковые вещества, полисахариды и металлы. Между белками и конденсированными полифенолами, в частности катехинами и лейкоантоцианами, возникают водородные связи, которые приводят к образованию танно-белковых комплексов, подверженных действию температур: при охлаждении они укрупняются, а при нагревании снова переходят в растворимое состояние [169]. Наибольшей реакционной способностью обладают полифенольные компоненты – таннины, которые в основном представлены конденсированными формами лейкоантоцианов и в меньшей степени катехинов. Соответствующие мономеры не обладают способностью связываться с белками. По мнению С.В. Дурмишидзе [54], это обусловлено тем, что энергия водородных связей мономеров недостаточна для удержания молекулы в комплексе с протеинами. Однако способностью образовывать танно-белковые комплексы обладают таннины с молекулярной массой от 1000 до 3000. Дальнейшая полимеризация приводит к укрупнению молекулы до

такого объема, что она теряет способность связываться с белками, становится неустойчивой в растворе и выпадает в осадок.

Полимеризация фенольных соединений а, следовательно, и связанные с этим коллоидные помутнения напитков, может проходить как без доступа воздуха – по механизму кислотного катализа, так и в условиях аэрации – по механизму окислительной поликонденсации. Лейкоцианы больше подвержены кислотно-каталитическим преобразованиям, причем их полимеризация идет интенсивнее, чем полимеризация катехинов [46].

Авторы А.Е. Даскалов, Г.В. Курганова, [44] считают, что важным источником коллоидных помутнений напитков являются белковые вещества. Этот вид помутнений возникает при аэрации и при повышенных температурах. Присутствующие в напитке конденсированные таннины образуют с белковыми веществами таннобелковые комплексы; ионы тяжелых металлов присоединяются к полифенольным компонентам, создавая труднорастворимые металлотанно-белковые комплексы. После осаждения комплексов ионы металлов частично расщепляются, и процесс повторяется. При повышенных температурах процесс интенсифицируется [161]. В процессе спиртования сока гидролиз белковых веществ не происходит, следовательно, в них белковые вещества должны находиться в высокомолекулярном состоянии, способствующем образованию танно-белковых комплексов, а также выведению белков из состояния химического равновесия. Склонность напитков к белковым помутнениям зависит от многочисленных факторов – высокое содержание белка, таннина, ионов тяжелых металлов и т.д. Перечисленные факторы могут проявляться как в спиртованных соках, так и в морсах [143].

Сотрудниками ВНИИПБТ [22] установлено, что гидроокиси тяжелых металлов, особенно олова, могут вызывать белковые помутнения при непосредственном взаимодействии их гидроксильных групп с карбоксильными группами белков. Связанный таким образом металл, в отличие от хелатной связи с таннинами, обратно в раствор не переходит.

Причиной помутнения ликероводочных продуктов могут служить ионы кальция, железа, магния, меди. Эти ионы могут реагировать с органическими кислотами, дубильными веществами, терпенами и другими соединениями [21, 22]. По данным О.

Кислухиной [71], в основе коллоидных помутнений лежит образование комплексов нейтральных полисахаридов, белков, полифенолов и ионов поливалентных металлов. Металлы участвуют в образовании комплексов белков и дубильных веществ, катализируют окисление дубильных веществ, предшествующее их полимеризации. Существенный вклад в скрепление коллоидных частиц вносит образование водородных связей между гидроксильными группами полифенолов и кислородными атомами карбонильных групп белков:

..............

...

CH R

C NH CH

...

Основной путь укрупнения коллоидных частиц – через окислительную полимеризацию полифенолов в присутствии растворенного кислорода. Таким образом, для предотвращения коллоидных помутнений необходимо гидролизовать полимеры, входящие в состав коллоидных частиц [71].

Одной из причин ухудшения органолептических свойств спиртованных соков в процессе длительного хранения является процесс меланоидинообразования [55, 120]. В процессе длительного хранения плодово-ягодных соков или тепловой обработки соков и вин в результате меланоидиновых реакций происходит накопление комплекса продуктов, которые определяют органолептические характеристики. В зависимости от этапа превращения исходных веществ в плодово-ягодных соках или от количества и качества накапливаемых продуктов наблюдается появление несвойственных сокам органолептических оттенков, что отрицательно сказывается на их качестве.

Ингибиторами реакции меланоидинообразования являются вещества, реагирующие с карбонильными соединениями, такие как цианиды, димедон, гидроксиламин, бисульфит. К.И. Скрипником [149] установлено, что ингибирующее действие на процессы меланоидинообразования и окисления дубильных и красящих веществ в спиртованных соках при длительном хранении оказывает аскорбиновая кислота.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 135 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]