Koncentracja żywności i napojów
Zagęszczanie żywności oznacza usunięcie części rozpuszczalnika z płynnej żywności w celu usprawnienia jej produkcji, konserwacji i transportu. Można je podzielić na zagęszczanie przez parowanie i zamrażanie.
Koncentracja parowania
Parowanie opiera się na różnicach w lotności substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Gdy lotność substancji rozpuszczonej w roztworze jest niewielka, a rozpuszczalnik wykazuje wyraźną lotność, rozpuszczalnik jest odparowywany poprzez ogrzewanie w celu zagęszczenia roztworu. Roztwór spożywczy przeznaczony do zagęszczenia umieszcza się w parowniku i ogrzewa zewnętrznym źródłem ciepła. Wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalnik (woda) w roztworze zamienia się w parę, ponieważ temperatura wrzenia wody jest stosunkowo niska i łatwo ją odparować.
Podczas procesu parowania opary rozpuszczalnika ulatniają się w sposób ciągły, podczas gdy substancje rozpuszczone (takie jak cukier, białko, minerały, witaminy, pigmenty i inne składniki nielotne lub trudnolotne) pozostają w roztworze ze względu na wyższą temperaturę wrzenia i niższą lotność. Odparowane opary rozpuszczalnika są następnie zbierane i schładzane w skraplaczu, aby ponownie przekształcić je w ciecz. Proces ten pozwala odzyskać część energii i zmniejszyć jej zużycie. Skroploną wodę można poddać recyklingowi lub odprowadzić.
Pierwotny roztwór jest zagęszczany do mniejszej objętości po odparowaniu i skropleniu w miarę wzrostu stężenia substancji rozpuszczonej. Skoncentrowany roztwór spożywczy może być wykorzystany do dalszego przetwarzania, takiego jak dalsze suszenie, produkcja cukierków, dżemów, soków lub jako półprodukt do produkcji żywności.
Wielostopniowe lub wielostopniowe systemy odparowywania i zagęszczania są często stosowane w praktycznej produkcji przemysłowej. Zgodnie z potrzebami konkretnych procesów produkcyjnych, zagęszczanie żywności musi być precyzyjnie mierzone w czasie rzeczywistym, aby zapewnić stabilną jakość produktu i zwiększyć wydajność zagęszczania. KontaktLonnmeter, dostawcy mierników stężenia online, aby uzyskać więcej informacjimiernik stężenia onlinerozwiązania.
Główne cechy parowania i koncentracji
Temperatura i czas podgrzewania powinny być poważnie brane pod uwagę w procesie odparowywania żywności i napojów. „Niska temperatura i krótki czas” mają na celu przede wszystkim zapewnienie jak najwyższej jakości żywności, natomiast „wysoka temperatura i krótki czas” mają na celu przede wszystkim poprawę wydajności produkcji.
Nadmierne ogrzewanie powoduje degradację, zwęglanie i zbrylanie białek, cukrów i pektyn. Materiał poddany obróbce, mający bezpośredni kontakt z powierzchnią wymiany ciepła, jest podatny na osadzanie się kamienia w najwyższej temperaturze, w porównaniu z temperaturą otoczenia. Utworzenie się kamienia ma poważny wpływ na wydajność wymiany ciepła, a nawet stwarza problemy bezpieczeństwa. Skutecznym sposobem rozwiązania problemu osadzania się kamienia jest zwiększenie prędkości przepływu cieczy. Doświadczenie pokazuje, że zwiększenie prędkości przepływu cieczy może znacznie ograniczyć powstawanie kamienia. Ponadto, aby zapobiec potencjalnemu osadzaniu się kamienia, można zastosować elektromagnetyczne i chemiczne metody zapobiegania osadzaniu się kamienia.
Lepkość
Wiele produktów spożywczych zawiera bogate w białko, cukier, pektynę i inne składniki o wysokiej lepkości. Podczas procesu odparowywania lepkość roztworu rośnie wraz ze stężeniem, a płynność maleje, co znacznie utrudnia przewodzenie ciepła. Dlatego do odparowywania produktów o dużej lepkości zazwyczaj stosuje się cyrkulację lub mieszanie wymuszone siłą zewnętrzną.
Pienistość
Produkty spożywcze o wyższej zawartości białka mają wyższe napięcie powierzchniowe. Podczas parowania i wrzenia powstaje coraz bardziej stabilna piana, która łatwo powoduje przedostawanie się cieczy do skraplacza wraz z parą, co prowadzi do jej utraty. Tworzenie się piany jest związane z napięciem międzyfazowym. Napięcie międzyfazowe występuje między parą wodną, przegrzaną cieczą i zawiesiną, a ciała stałe odgrywają kluczową rolę w tworzeniu się piany. Ogólnie rzecz biorąc, do kontrolowania powstawania piany można stosować surfaktanty, a do jej eliminacji można również zastosować różne urządzenia mechaniczne.
Żrący
Niektóre kwaśne produkty spożywcze, takie jak soki warzywne i owocowe, są podatne na korozję parownika podczas odparowywania i zagęszczania. W przypadku żywności, nawet łagodna korozja często powoduje zanieczyszczenie, które uniemożliwia jej zagęszczenie. Dlatego parownik używany do zagęszczania kwaśnych produktów spożywczych musi być wykonany z materiałów odpornych na korozję i przewodzących ciepło, a jego konstrukcja powinna być łatwa do wymiany. Na przykład, do zagęszczania roztworu kwasu cytrynowego można zastosować nieprzepuszczalne grafitowe rury grzewcze lub kwasoodporne emaliowane parowniki warstwowe.
Składniki lotne. Wiele płynnych produktów spożywczych zawiera składniki aromatyczne i smakowe, które są bardziej lotne niż woda. Podczas parowania płynu, składniki te ulatniają się wraz z parą, co wpływa na jakość skoncentrowanego produktu. Chociaż zagęszczanie w niskiej temperaturze może zmniejszyć utratę składników smakowych, skuteczniejszą metodą jest podjęcie działań regeneracyjnych, a następnie dodanie ich do produktu po odzyskaniu.
Zamrożenie koncentracji
Ciekły surowiec spożywczy (taki jak soki, produkty mleczne lub inne roztwory zawierające dużą ilość wody) jest schładzany w niskiej temperaturze. Gdy temperatura spadnie poniżej punktu zamarzania, cząsteczki wody w roztworze wytrącą się w postaci kryształków lodu. Dzieje się tak, ponieważ woda osiąga równowagę ciecz-ciało stałe w określonej temperaturze i ciśnieniu. Poniżej tej temperatury najpierw zamarza nadmiar wolnej wody, podczas gdy substancje rozpuszczone (takie jak cukry, kwasy organiczne, pigmenty, aromaty itp.) nie zamarzają łatwo w wodzie ze względu na różną rozpuszczalność, ale pozostają w niezamrożonym koncentracie.
Separacja kryształków lodu
Utworzone kryształki lodu są oddzielane od koncentratu poprzez wirowanie, filtrację lub inne metody fizyczne. Proces ten nie obejmuje odparowywania substancji rozpuszczonych, co skutecznie zapobiega degradacji składników wrażliwych na ciepło i utracie aromatu. Koncentrat po oddzieleniu kryształków lodu to zamrożony produkt zagęszczony, który charakteryzuje się znacznie wyższym stężeniem substancji rozpuszczonych niż roztwór wyjściowy, zachowując jednocześnie w największym stopniu pierwotny kolor, smak, wartości odżywcze i aromat produktu.
Kontrolowanie warunków zamarzania
Podczas procesu zagęszczania przez zamrażanie, czynniki takie jak szybkość zamrażania, temperatura i czas zamrażania muszą być precyzyjnie kontrolowane, aby zoptymalizować wielkość kryształków lodu, ich morfologię i separację od koncentratu, zapewniając tym samym jakość produktu końcowego. Technologia zagęszczania przez zamrażanie jest szczególnie odpowiednia dla żywności i napojów wrażliwych na ciepło, takich jak świeże soki owocowe i warzywne, produkty biologiczne, produkty farmaceutyczne i wysokiej jakości przyprawy. Pozwala ona zmaksymalizować naturalną jakość surowców, a także charakteryzuje się oszczędnością energii i wysoką wydajnością. Metoda ta ma jednak również pewne ograniczenia. Na przykład, proces zagęszczania nie może być skutecznie sterylizowany i może wymagać dodatkowej obróbki sterylizacyjnej. Ponadto, w przypadku niektórych roztworów o wysokiej lepkości lub zawierających specjalne składniki, trudność w oddzieleniu kryształków lodu od koncentratu może wzrosnąć, co skutkuje obniżeniem wydajności zagęszczania i wzrostem kosztów.
Czas publikacji: 13 lutego 2025 r.
