Гомогенизаторы

Используемые в промышленности гомогенизаторы подразделяются на плунжерные, центробежные и ультразвуковые.

Наибольшее распространение получили плунжерные гомогенизаторы, основными частями которых являются насос и гомогенизирующая головка. Насос чаще всего применяется плунжерный, который может создать наибольшее давление, с несколькими плунжерами. Гомогенизирующая головка, осуществляющая непосредственно тонкое измельчение продукта при заданном давлении, состоит из одной или двух одинаковых ступеней, каждая из которых имеет корпус и клапанное устройство, состоящее из седла клапана и гомогенизирующего клапана.

Клапан связан со штоком, на выступ которого давит пружина. Сила сжатия пружины регулируется путем навинчивания накидной гайки со штурвалом, которая вместе с пружиной, штоком и стаканом образует нажимное устройство.

Жидкость, нагнетаемая плунжером под тарелку клапана, давит на тарелку и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление, создаваемое пружиной. При этом между клапаном и седлом образуется щель высотой от 0,05 до 2,5 мм, через которую жидкость проходит с большой скоростью и при этом частицы мякоти измельчаются.

Для гомогенизации жидких и пюреобразных фруктовых и овощных продуктов применяется роторно-пульсационный гомогенизатор. Аппарат имеет сварной корпус, в котором размещены подшипниковый узел, вал, четыре неподвижных диска (статоры) и три подвижных (роторы), закрепленных на валу. Продукт, размеры частиц которого не должны превышать 700 мкм, подается в аппарат под давлением 0,1 МПа через патрубок, расположенный под верхним статором. Для предотвращения попадания твердых частиц вместе с продуктом в рабочий орган аппарата служит фильтр со сменным сетчатым фильтрующим элементом. Продукт проходит через фильтр и поступает в корпус аппарата, где продвигается по каналам, образованным отверстиями в дисках статоров и роторов. При вращении роторов происходит многократное перекрытие каналов, при этом продукт подвергается пульсирующему давлению. Одновременно с этим продукт, проходя через тонкие щели между роторами и статорами, в условиях высоких напряжений сдвига и больших усилий среза, подвергается дополнительной гомогенизации и диспергированию, что обеспечивает высокую эффективность работы гомогенизатора.

Свободный слив продукта из гомогенизатора осуществляется через патрубок, расположенный над верхним статором. Расход воздуха на охлаждение корпуса аппарата регулируется вентилем, установленным в верхней части аппарата.

Многоступенчатый ультразвуковой гомогенизатор роторного типа позволяет измельчать частицы мякоти до размера 20-30 мкм.

Плунжерный гомогенизатор с вращающимся клапаном позволяет проводить эффективную гомогенизацию при более низком давлении (8-15 МПа).

Применяются гомогенизаторы повышенного давления, что позволяет измельчать продукты в них до размера нескольких микрон. В таких гомогенизаторах продукт измельчается не только за счет прохождения через узкую щель под давлением, но и в результате возникающих явлений кавитации. Продукт, подлежащий гомогенизации, поступает при малой скорости и при невысоком давлении в область клапана. Когда продукт достигает области регулируемого зазора между клапаном и седлом, скорость его быстро увеличивается примерно до 300 м/с, а давление уменьшается до соответствующего давлению испарения при образовавшейся температуре. При этом в продукте появляются пузырьки пара. Когда продукт минует зазор гомогенизирующего клапана, скорость его движения снижается, а давление возрастает до величины, достаточной для того, чтобы пузырьки пара лопнули, т. е. возникает процесс кавитации. Выделение энергии и турбулентность, сопровождающие кавитацию, обеспечивают сдвиг и дробление частиц. Далее гомогенизируемый продукт приходит в столкновение с ударным кольцом, что способствует дальнейшему измельчению его.

Находят применение также и новые, более эффективные способы измельчения растительного сырья, которые в перспективе позволят уже на первой стадии измельчения добиваться тонкой дисперсности сырьевой массы без применения гомогенизации.

Например, был разработан способ тонкого измельчения плодов при помощи смены давления диоксида углерода, при котором сырье загружают в напорный резервуар, в котором создают повышенное давление. Благодаря повышенному давлению диоксид углерода проникает в плодовую ткань. Затем давление мгновенно снимают, при этом газ выходит из тканей и «взрывает» их изнутри, образуя тонкоизмельченную массу. Измельченную массу собирают в резервуаре и затем пропускают через сито для отделения грубых частиц. Измельчение в данном случае проходит без нагревания сырья и без контакта с кислородом воздуха. Отдельные компоненты сырья высвобождаются естественным путем из клеток ткани и одновременно консервируются диоксидом углерода. При этом благодаря бактериостатическому действию диоксида углерода снижается количество микроорганизмов в измельченном продукте, что облегчает его дальнейшую обработку. При одновременном расщеплении разных компонентов растительной ткани обеспечиваются получение тонкого однородного продукта хорошего качества и высокий выход его. Разрушение содержимого клеток изнутри позволяет повысить активность измельченных материалов и их хорошее смешивание с вносимыми добавками.

Центрифуги

Разработана технология производства натуральных соков с мякотью с использованием непрерывнодействующих фильтрующих центрифуг.

При получении соков с мякотью из косточковых плодов сырье моют в унифицированной моечной машине, инспектируют на роликовом транспортере, ополаскивают под душем и элеватором подают в протирочную машину с диаметром отверстий сит 5-7 мм. При удалении косточек частота вращения вала протирочной машины снижается до 350 мин^-1. В линии также предусмотрена возможность удаления косточек на косточковыбивной машине и установлен агрегат для паровой очистки с моечной машиной.

Очищенную от косточек массу перекачивают винтовым насосом в дисковую дробилку, куда во избежание потемнения плодов подают острый пар и добавляют к дробленой массе 50%-ный раствор аскорбиновой кислоты в количестве 0,03 %.

Дробленая масса самотеком поступает в шнековый шпаритель, где в течение 20-30 с нагревается до 90-95 °С и передается в центрифугу. Шнековый шпаритель одновременно служит и питателем центрифуги, обеспечивая равномерную подачу продукта, что имеет большое значение для правильной работы центрифуги.

Основной частью центрифуги является конический ротор, в стенках которого имеются сквозные щели. К внутренней поверхности ротора прилегает сито с отверстиями диаметром 0,06-0,09 мм.

Внутри ротора соосно с ним вращается шнек, который непрерывно удаляет из него выжимки. Шнек и ротор вращаются в одном направлении, но с разной частотой, которая у шнека на 0,7 с^-1 меньше, чем у ротора. Зазор между шнеком и ротором может быть от 0,4 до 0,7 мм. Витки шнека расположены на коническом корпусе.

Дробленую массу подают в центрифугу сверху через загрузочный штуцер на витки шнека, где она приобретает круговое вращение. Под действием центробежной силы масса отбрасывается на сито, пройдя через отверстия в конусе шнека. Сок и мелкие частицы мякоти проходят сквозь сито, а выжимки задерживаются ситом и непрерывно передвигаются витками шнека к нижнему более широкому концу сита. Диаметр ротора постепенно увеличивается книзу и соответственно растет центробежная сила, что способствует извлечению остатков сока. Выжимки по достижении нижнего края ротора выбрасываются из машины.

Сок с мелкими частицами мякоти, пройдя сквозь сито, попадает на коническое днище ротора и стекает через выгрузочный штуцер в сборник.

Подвод пара в рубашку вокруг загрузочной трубы и через окна шнека облегчает выделение сока и удаление воздуха.

Благодаря поступлению в центрифугу пара температура мезги и сока, выходящих из центрифуги, составляет 90-95°С, что обеспечивает инактивирование ферментов и низкую бактериальную обсемененность продукта.

Выходящий из центрифуги сок с мякотью перекачивают в закрытый сборник. Выжимки собирают и используют для получения вторичных продуктов.

При получении натуральных соков с мякотью из айвы и яблок плоды после мойки мелко измельчают в дробилках с гребенчатым диском или других типов на частицы размером 1-6 мм, нагревают в шнековом шпарителе до 90-95 °С в течение 16-30 с и извлекают сок в центрифуге. Дальнейшую обработку сока осуществляют так же, как и соков из косточковых плодов.

Комплексные линии

Производство нектаров осуществляют на специализированных линиях.

Одним из примеров таких линий может служить линия для переработки косточковых и семечковых плодов, ягод и томатов. Во время работы линии плоды инспектируют, затем моют в двух установленных последовательно моечных машинах, после чего вторично инспектируют на роликовом транспортере, где они дополнительно ополаскиваются под душем. После мойки косточковые плоды подают в косточковыбивные машины валкового типа, в них один валок стальной, другой покрыт резиной или полимерным материалом. Расстояние между валками регулируется в зависимости от величины перерабатываемых плодов. На валках плоды раздавливаются и из них удаляются косточки. Очищенная от косточек масса падает в шнековый подогреватель, в котором за 3 мин нагревается примерно до 95 °С и поступает в винтовой насос, который подает ее в протирочную машину или экстрактор. В линии установлены две протирочные машины: первая имеет сито с диаметром отверстий 0,8-1,2 мм, вторая - с диаметром отверстий сит 0,4-0,6 мм.

Пюре, полученное на протирочных машинах или в экстракторе, перекачивается винтовым насосом в резервуары с механическими мешалками. Здесь к пюре добавляют необходимые по рецептуре компоненты (сахарный сироп, кислоту и др.). В смеси контролируют содержание сухих веществ, после чего ее направляют в деаэратор. Деаэрированный продукт гомогенизируют в плунжерном гомогенизаторе при давлении 15-20 МПа.

Стерилизацию проводят в пластинчатом пастеризаторе при 125 °С. После стерилизации нектар передают на фасование в бутылки. Последние после заполнения укупоривают и подают в непрерывнодействующий секционный душевой охладитель. В первой секции охладителя бутылки с соком охлаждаются до 90 °С за 3-10 мин. Весь процесс охлаждения заканчивается примерно за 20 мин по достижении продуктом температуры 30-40 °С.

Следующий тип комплексных линий для производства нектаров включает с свой состав две группы машин - основные и вспомогательные. Основные машины смонтированы в поточную линию и предназначены для производства фруктовых нектаров и томатного сока. Вспомогательные машины установлены отдельно и используются при переработке отдельных видов плодов.

Плоды загружают в моечную машину с воздушным компрессором (при переработке семечковых плодов устанавливают две моечные машины - барабанную и с воздушным компрессором), затем ополаскивают под душем и инспектируют на ленточном сортировочном транспортере, откуда элеватором подают в дробилку.

Дробленая масса загружается в шнековый подогреватель. Вишни перед подачей в подогреватель очищают от плодоножек на машине. Семечковые плоды перед загрузкой в подогреватель дробят. Косточковые плоды загружают в подогреватель без дробления.

В подогревателе плодовая масса нагревается до 85-90 °С паром, подаваемым в паровую рубашку и непосредственно внутрь подогревателя. Горячая плодовая масса из подогревателя попадает в протирочную машину, на которой установлены сита с диаметром отверстий 5 мм. Машина служит для удаления косточек из косточковых плодов и грубого измельчения семечковых плодов. Грубоизмельченная масса перекачивается во вторую протирочную машину с диаметром отверстий сит 0,4 мм, где осуществляется тонкое измельчение.

Сироп готовят в двустенном паровом котле. Сироп и плодовую массу в отмеренных по объему количествах загружают в смесители, где они перемешиваются мешалкой до получения однородной массы.

Полученная масса поступает в сепаратор, где из нее удаляются крупные частицы мякоти, затем резервируется в сборнике, откуда подается в гомогенизатор дискового типа.

Сок, выходящий из гомогенизатора, если его температура ниже 60 °С, подогревают в трубчатом подогревателе до этой температуры, затем подвергают деаэрации в деаэраторе распылительного типа. В деаэраторе поддерживается разрежение 35-41 кПа. После деаэрации сок нагревается в трубчатом подогревателе и резервируется в сборнике, откуда передается на фасование и пастеризацию.

Фасование сока в бутылки осуществляется на станции, в состав которой входят машина для мойки бутылок, автомат для наполнения и укупорки, пастеризатор непрерывного действия, четырехрядный ленточный транспортер для транспортирования наполненных бутылок, световой экран и ленточный транспортер.

Комплексная линия для производства нектаров, отличная от описанных выше, предназначена для получения нектаров гомогенной консистенции благодаря использованию эффективных измельчающих устройств - мельниц с перфорированными и корундовыми дисками. В состав линии входят машины, осуществляющие измельчение плодов, смешивание измельченной массы с сиропом и гомогенизацию смеси.

Перед подачей на линию плоды очищают от косточек, плодоножек и других несъедобных частей. Подготовленные плоды поступают в мельницу с перфорированными дисками. Мельница оснащена режущим элементом с шестью лезвиями, который быстро вращается над перфорированными дисками.

Здесь плоды предварительно грубо измельчаются, степень измельчения регулируется путем подбора дисков с разной перфорацией. Измельченные плоды насосом подаются в смесительный сборник, куда загружаются сироп и другие компоненты сока по рецептуре. Смесь размешивается механической мешалкой и поступает в мельницу с корундовыми дисками, которая обеспечивает измельчение частиц мякоти до размера 5 мкм.

Основной частью мельницы являются два корундовых диска, имеющие волнообразную поверхность. Диски расположены горизонтально, нижний вращается с частотой 3000 мин-¹, верхний - неподвижный. Продукт попадает в пространство между дисками и под влиянием возникающих при вращении диска сил завихрения, кавитации и удара измельчается, перемешивается и гомогенизируется. Степень измельчения мякоти зависит от зернистости дисков: чем ниже зернистость, тем выше степень измельчения.

Гомогенизированный продукт переходит из корундовой мельницы в деаэратор, а оттуда поступает на фасование.

Кроме описанных выше, существует также линия, предназначена для получения нектара из пюреобразного полуфабриката. В линию входит оборудование для непрерывного приготовления сиропа с автоматическим регулированием концентрации его на стадии смешивания сахара с водой. После растворения сахара сироп нагревается в пластинчатом теплообменнике до 85-90 °С, фильтруется и резервируется в буферном сборнике. Фруктовый пюреобразный полуфабрикат смешивают с необходимыми добавками (кислота, ароматические вещества и др.) в двух смесителях, что обеспечивает непрерывность процесса. Подготовленная смесь полуфабриката с добавками и сироп перекачиваются отдельными насосами в дозатор, а затем точно в заданном соотношении в смеситель, обеспечивающий их эффективное перемешивание. Полученный нектар перекачивают в деаэратор, где из него удаляется воздух, а затем гомогенизируют в плунжерном гомогенизаторе. Из гомогенизатора нектар поступает в пластинчатый теплообменник, где нагревается до 110-120 °С. Температура пастеризации регулируется автоматически. После нагревания нектар охлаждают до 90 °С и с такой температурой разливают в бутылки.