Способ извлечения сока из початков облепихи
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологиям переработки растительного сырья. Способ предусматривает разрушение сокосодержащих структур и отделение твердых компонентов от сока с мякотью, при котором початки загружают в вакуумируемую камеру, разрушение структур ведут в ней действием пара и сока при его бурном кипении, интенсивном изменении давления, непрерывном подводе теплоты, температуре менее 60°С. Пар конденсируют с образованием дистиллята, отделяют концентрат сока, промывают твердые компоненты дистиллятом и промывочную суспензию соединяют с концентратом сока. Изобретение позволит полнее использовать сырье и повысить качество сока.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологиям переработки растительного сырья.
Уровень техники
Известны способы извлечения сока из плодов облепихи. Все они основаны на механическом воздействии на плоды извне и требуют для своей реализации предварительного отделения их от веток и листьев. Механическое воздействие осуществляют дроблением замороженных плодов с последующим их отжимом без значимых нарушений целостности семян (см. Муравьев И.А. Технология лекарств, т. 1, М.: Медицина, 1980. С.221), или пропускают их через “протирочную машину, которую регулируют так, чтобы при протирании ягод мякоть и сок удалялись наиболее полно, но семена не повреждались” (см. патент RU 2144061 С1, 10.01.2000 - прототип).
Общим недостатком указанных способов является то, что в них необходимо предварительно отделить плоды от веток и листьев, что примерно в 10-15 раз снижает производительность труда сборщиков по сравнению со сбором початков.
Этот недостаток устраняет способ, разработанный в Душанбе (см. “Новое в биологии, химии и фармакологии облепихи”; Сборник научных трудов; отв. редактор Пентегова В.А. - Новосибирск, 1991. С.170-178). В душанбинском способе початки “замораживают погружением в жидкий азот с последующим обтряхиванием на вибросите” плодов. Плоды после отделения направляют на отжим сока, в который “переходит лишь небольшое количество мякоти”.
Специфическим недостатком душанбинского способа является ограниченная доступность жидкого азота, который, к тому же, при атмосферном давлении может существовать в жидкой фазе лишь при температуре около минус 195°С, что создает реальную опасность для обслуживающего персонала. Во всех упомянутых способах недостатки проявляются в неполном использовании сырья (сок листьев и коры веток исключается из процесса); в сравнительно большом количестве операций и затрат времени на их выполнение; в относительно невысоком качестве сока (сок быстро “закисает”).
В названной выше монографии И.А.Муравьева на с.222, в рамках описания “технологической схемы комплексной переработки плодов облепихи” Л.О.Шнайдмана с сотрудниками представлен способ получения сока, допускающего достаточно длительное хранение. Помимо того, что этот способ включает в себя операции известных способов, он предусматривает отделение мякоти на “сите-трясучке” и масла в сепараторе, что ослабляет синергетику конечного продукта.
Известно, что с понижением температуры давление насыщающих паров воды понижается, но это понижение не пропорционально изменению температуры. При 0°С и нормальном атмосферном давлении вода обращается в лед. С понижением давления температура замерзания воды смещается в область положительных значений. Объем льда превышает объем воды на 7-8%.
Известно и используется явление перегрева жидкости. Перегретой называют жидкость, в которой создано давление, меньшее давления насыщающих паров, соответствующего температуре жидкости.
Особенность кипения перегретой жидкости состоит в том, что оно носит взрывной характер. Эта особенность объясняется тем, что давление в пузырьке пара задается уравнением:
p=k·n·T, где
р - давление;
k - постоянная Больцмана,
n - концентрация молекул в пузырьке пара,
Т - значение абсолютной температуры.
Между молекулами жидкости действуют силы взаимного притяжения. Между ними действуют и силы “отталкивания”. Природа этих сил и механизм их действия различны. Аналогом сил притяжения можно принять электрические силы, которые с ростом расстояния между молекулами уменьшаются. Молекулы в жидкости находятся в непрерывном движении. Движущаяся молекула при столкновении с другой молекулой или преградой оказывает на нее силовое действие. Чем больше скорость молекулы, тем больше ее действие. Скорость зависит от температуры: выше температура - больше скорость. Когда скорость молекулы жидкости достигает значения, при котором ее силовое действие на преграду превосходит силу притяжения молекул, увеличенную на давление над поверхностью жидкости, молекула жидкости становится молекулой пара. Увеличить давление пара можно увеличением скорости его молекул. Повышение температуры влечет за собой повышение давления и за счет возрастания скорости молекул, и за счет увеличения их концентрации.
Термин “перегрев жидкости”, по всей видимости, возник в процессе наблюдений за кипением воды. В таких опытах иногда наблюдается, что вскипание ее при нормальном атмосферном давлении происходит не при 100°С, а при более высоких температурах. Удается получить не кипящую воду даже при температуре 110°С. Такую воду и назвали “перегретой”. Примерами проявлений “перегрева” являются взрывы паровых и водяных котлов, кавитация и прочие неприятные последствия технического прогресса. Все они сопряжены с увеличением давления пара не за счет повышения температуры жидкости, а за счет увеличения концентрации молекул пара (“искусственный перегрев”), при этом температура жидкости понижается, так как ее покидают наиболее быстрые молекулы. Едва ли не единственным случаем целенаправленного использования искусственного перегрева является изобретение пузырьковой камеры, которая используется для наблюдения и регистрации траекторий микрочастиц в ядерной физике.
Увеличить концентрацию молекул пара искусственным переводом жидкости в перегретое состояние можно снизив давление над нею. Из экспериментов ученых и максвелловского распределения молекул по скоростям известно, что наибольшее число молекул движется с наиболее вероятной скоростью, определяющей температуру жидкости. Резкое снижение давления над жидкостью создает условия для лавинообразного нарастания концентрации этих молекул вне жидкости. При этом в замкнутом пространстве могут развиваться давления, многократно превышающие давление насыщающего пара.
Клетка является основной структурной единицей всех живых организмов. Растительная клетка состоит из клеточной стенки (оболочки), протопласта и вакуолей. Вакуоли заполнены клеточным соком и в зрелой клетке занимают до 70-90% ее объема. Протопласт - живое содержимое клетки. В хромо- и хлоропластах клеток содержатся биологически активные вещества (БАВ).
Клетки - микроскопические объекты. При нагреве клеток до заданной температуры и последующем снижении давления, приводящем их сок к перегреву, клетки разрушаются. Оболочка клетки имеет поры, через которые в нее поступают продукты питания и выводятся продукты ее жизнедеятельности, Часть пара прорывается через поры, расширяясь, охлаждает оболочку и может закупорить льдом поры. Сок, потеряв наиболее быстрые молекулы, если оболочка не разрушена, превращается в лед и тем довершает разрушение клетки. Время релаксации (изменения состояния молекул жидкости из нормального в перегретое) конечно. Оно может достигать трех секунд. Чем больше изменится давление за время релаксации, тем больше молекул перейдет в пар и, соответственно, больше их совокупное давление. Следовательно, интенсивность изменения давления является действующим фактором.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание такого способа извлечения сока из початков облепихи, который позволит уменьшить число операций, затраты времени, труда и средств на их осуществление, полнее использовать сырье, повысить качества сока и расширить номенклатуру пищевых продуктов и способов переработки сырья растительного происхождения.
Указанная задача решается тем, что в известных способах извлечения сока разрушением сокосодержащих структур силовым действием на эти структуры и отделением сока с мякотью в изобретении початки загружают в вакуумируемую камеру, разрушение структур ведут в ней действием пара и сока при его бурном кипении, интенсивном изменении давления, непрерывном подводе теплоты, температуре менее 60°С, пар конденсируют с образованием дистиллята, отделяют концентрат сока, промывают твердые компоненты образовавшимся дистиллятом, а промывочную суспензию соединяют с концентратом сока.
Изменение направления разрушающего действия оставляет полости структур доступными для воздействия кипящему около них соку и воды, завершающей отделение сока от твердых компонентов, чем достигается более полное извлечение БАВ из сокосодержащих структур.
Указанные действия и режим отличают изобретение от известных способов извлечения сока облепихи. Они существенны и являются признаками изобретения.
Способ реализуют следующим образом. Початки облепихи помещают в вакуумируемую камеру с оболочкой, в которой циркулирует горячая вода - теплоноситель, - температура которой на входе может достигать 100°С. Регулировку температуры теплоносителя в оболочке камеры осуществляют изменением объема его подачи.
Камеру герметизируют, включают обогрев, вакуумный насос и интенсивной откачкой вызывают и поддерживают бурное кипение сока. Регулировкой интенсивности откачки и подачи теплоносителя температуру початков в камере выводят на 55°С - режим, и периодически 1-2 раза в час его подводят к 60°С, вслед за чем, сколь возможно резче, на предельное разрежение и снова на 55°С.
При уменьшении количества сырья в камере на 30-40% подачу теплоносителя прекращают, камеру открывают и отделяют сок от твердых компонентов, которые промывают подогретым дистиллятом. Промывочную суспензию соединяют с концентратом сока.
Осуществление изобретения
Способ извлечения сока из початков облепихи осуществлялся на установке, включающей в себя вакуумируемую камеру, омываемую теплоносителем. Камера посредством конденсатора, омываемого холодной водой, соединялась с накопителем дистиллята, подсоединенным к водоструйному насосу с предельным разрежением не хуже 4·103 Па. Температура теплоносителя на входе в оболочку составляла 100°С, температура хладоносителя 10°С.
125 кг початков облепихи при комнатной температуре помещали в камеру. Для улучшения теплообмена и более полного использования объема камеры початки уплотняли до появления сока у их верхнего уровня. Уплотнение, при необходимости, можно совместить с добавлением дистиллята. Установку герметизировали, подавали теплоноситель и включали вакуумный насос. Через 20 минут температура початков в камере достигла 30°С, а давление предельного. Через 30 минут включили подачу хладоносителя, отключили насос, а режим вывели на 55°С. Температура теплоносителя в оболочке камеры составила 75°С. Производительность конденсатора по дистилляту - 10 кг в час.
Периодически, 1-2 раза в час, регулировкой подачи хладоносителя режим выводили на 60°С. Затем возможно резче на 30-35°С и снова возвращали на 55°С. При накоплении 45 кг дистиллята прекращали подачу теплоносителя. Камеру открывали, отделяли концентрат сока от твердых компонентов, которые промывали 50 кг подогретого до 60°С дистиллята. Промывочную суспензию соединяли с концентратом сока.
В результате было получено 38 кг веток, листьев и семян (30,4% от массы початков), 84 кг сока (67,2%) и 3 кг (2,4%) были потеряны преимущественно в форме дистиллята.
Осмотр семян не выявил их деструкции; клетки листьев оказались разрушенными на 40-50%, клетки коры - на 5-10%, в окраске сока проявился зеленоватый оттенок.
Часть сока помещали в стерильную герметичную емкость с прозрачными стенками в темноту и хранили 2 месяца при ходе температур от 20 до 6°С. Признаков отстаивания, газовыделения, изменения вкусовых качеств не выявлено.
Вывод: изобретение позволяет осуществить способ извлечения сока, который уменьшает число операций, затраты времени, труда и средств на их осуществление, полнее использует сырье, повышает качества сока и расширяет номенклатуру пищевых продуктов, и технических средств переработки сырья растительного происхождения.
Способ извлечения сока из початков облепихи путем разрушения сокосодержащих структур с отделением сока с мякотью от твердых компонентов, отличающийся тем, что початки загружают в вакуумируемую камеру, разрушение ведут в ней действием пара и сока при его бурном кипении, интенсивном изменении давления, непрерывном подводе теплоты, температуре менее 60°С, пар конденсируют с образованием дистиллята, отделяют концентрат сока, промывают твердые компоненты дистиллятом, а промывочную суспензию соединяют с концентратом сока.
