Производство кваса и безалкогольных напитков

Работа из раздела: «Производство и технологии»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПРОИЗВОДСТВО КВАСА И БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ

Учебное пособие

Для студентов вузов

Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию

в области производства продуктов питания и пищевой инженерии

для студентов высших учебных заведений по специальности

260204 «Технология бродильных производств и виноделие»

В.А. Помозова

Кемерово 2006

УДК 663.479.1(075)

ББК 36.88я7

П55

Рецензенты:

М.В. Гернет, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой

«Процессы ферментации и промышленный биокатализ»

Московского государственного университета пищевых производств;

Е.П. Зарубина, канд. техн. наук, главный технолог ОАО «Дека»

Помозова В.А.

П55 Производство кваса и безалкогольных напитков: учебное пособие / В.А. Помозова, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - 2-е изд. стереотип. - Кемерово, 2006. - 148 с.: ил.

ISBN 5-89289-334-0

Включает основное содержание технологии производства кваса и безалкогольных напитков. Рассмотрены характеристики сырья, технологические режимы получения полуфабрикатов и готовой продукции, пути повышения стойкости напитков, вопросы мойки дезинфекции на пивобезалкогольных предприятиях. Приведены научные принципы и технологические особенности производства напитков лечебно-профилактического назначения

Рекомендовано для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие». Представляет интерес для специалистов пивобезалкогольной отрасли.

ВВЕДЕНИЕ

Производство безалкогольных напитков и кваса - быстро развивающаяся отрасль бродильной промышленности. Безалкогольные напитки в широком ассортименте производятся как на специализированных предприятиях, так и в безалкогольных цехах пивобезалкогольных заводов.

Напитки человек потребляет в течение всей своей жизни, отдавая предпочтение тому или иному из них в зависимости от своего вкуса, от отношения к своему здоровью, от национальной традиции, от современной моды.

К безалкогольным напиткам в широком смысле слова можно отнести питьевую и столовую минеральную воду, натуральные плодовые и овощные соки, нектары, сокосодержащие напитки, чай, кофе, молоко, кисломолочные напитки, квасы брожения, напитки на настоях и экстрактах из растительного сырья, напитки специального назначения и другие.

Потребление безалкогольных напитков промышленного производства на душу населения в развитых странах составляет: в ФРГ - 195 л, в США - 164 л, в Бельгии - 130 л. Россия значительно уступает этим странам по уровню потребления (20 л в год на душу населения). Важным фактором роста и спада потребления безалкогольных напитков является благосостояние населения, поскольку безалкогольные напитки являются продуктом, от которого при снижении доходов потребитель отказывается в первую очередь.

В последние годы производство безалкогольных напитков в России развивается достаточно высокими темпами (более 10 % в год). В 2004 г. оно составило более 415 млн. дал. Основной сегмент составляют дешёвые напитки на ароматизаторах и сахарозаменителях. В подотрасли имеются неиспользованные мощности, однако, часть их представляет собой морально и физически устаревшее оборудование и не может быть использовано в современном производстве напитков.

В Западной Европе и в США рост производства безалкогольных напитков составляет 3 % в год, в основном за счёт производства спортивных и энергетических напитков и розлива бутилированной питьевой воды.

Современное безалкогольное производство основано на достижениях техники и технологии, использует полуфабрикаты высокой степени готовности. Инновации в производстве безалкогольных напитков в России сосредоточены в нескольких направлениях: разработка напитков и концентратов для их производства на натуральной основе с использованием соков, настоев из растительного сырья, мёда, вторичных продуктов сыроделия и молочного производства, концентратов квасного сусла, создание обогащенных и функциональных напитков, расширение ассортимента и сырьевой базы квасов брожения.

Безалкогольные напитки являются хорошей основой для введения в них водорастворимых витаминов, минеральных и биологически активных веществ, что ставит их в ряд ценных видов пищевых продуктов.

Конкурентоспособным является только индустриальное высокомеханизированное и автоматизированное производство напитков и полупродуктов для их производства.

Помимо производства, необходима хорошо организованная оптовая и розничная торговля безалкогольными напитками и квасом, соблюдение условий хранения напитков, поскольку при неправильном хранении и транспортировке теряется их качество.

Представленное учебное пособие рекомендовано для изучения соответствующего раздела дисциплины «Технология отрасли» для студентов всех форм обучения. Он включает 14 тем, посвященных изучению основ технологии квасов брожения, безалкогольных напитков промышленного производства и полуфабрикатов для них, розливу минеральных вод, а также вопросы мойки и дезинфекции производственного оборудования.

Автор выражает благодарность к.т.н., доценту кафедры «Технология бродильных производств и виноделие» Воронежской государственной технологической академии Н.С.Маркиной, с которой совместно написано несколько разделов, за помощь и ценные замечания, а также рецензентам: М.В. Гернет и Е.П. Зарубиной.

ПРОИЗВОДСТВО КВАСА

1. Сырье для производства кваса

1.1 Введение. Исторические аспекты развития квасного производства. Современное состояние производства кваса и безалкогольных напитков

Квас называют традиционным национальным напитком у восточных славян. Он известен еще со времен Киевской Руси, более 1000 лет.

В те времена квас был слабоалкогольным напитком. Различали квас твореный и квас неисполненный, т.е. плохо приготовленный, который содержал большое количество сивушных масел и оказывал дурманящее действие.

Квас использовали не только как напиток для утоления жажды. Он служил основой для приготовления многих блюд: окрошек, ботвиний, ухи и др. Вплоть до 18-19 веков простые крестьяне потребляли кваса только в качестве напитка до 5 литров в сутки.

В России существовало множество разновидностей кваса. Основным сырьем для приготовления кваса были ржаной, ячменный, пшеничный сухие солода, пшеничная, гречневая, ячменная мука. Особенностью кустарной технологии кваса было использование различных видов дробленых зернопродуктов в виде муки крупного помола, не пригодной для хлебопечения, буквально отходов, отрубей, остатков закисшего теста. Брожение вели в открытых емкостях, которые заполняли новым суслом, не очищая от старой закваски. Благодаря этому создавалась многолетняя закваска, представлявшая собой смесь микробных культур.

В качестве ароматизирующих добавок в квас добавляли листья мяты, земляники, малины, смородины, хмель, изюм, мед, коренья, травы. Готовили не только хлебный квас, но и яблочный, грушевый, вишневый и другие фруктовые квасы.

Профессия квасника была широко распространена в России. Квасники специализировались на производстве одного из видов кваса. Соответственно их называли: «квасники ячневые», «квасники грушевые», «квасники яблочные». Объемы производства и продаж кваса были достаточно большими по тогдашним меркам, например, в Петербурге в конце XIX века продавалось только бутылочного кваса до 2 тыс. бутылок в сутки.

По свидетельству энциклопедиста Каншина Д.В. «После воды в России наиболее распространенный напиток квас. Мы даже думаем, что его пьют больше, чем воду…».

Д.И. Менделеев любил квас «с его кислотностью и здоровым сытным вкусом», «возрос на квасе» и писал: «Квасными своими вкусами русские жителя когда-нибудь перестанут брезговать и позаботятся достичь до таких способов, которые обеспечивали бы не только разнообразие вкуса, но и питательность, сохраняемость и гигиеническое значение, которые присущи квасу».

Действительно квас имеет хороший сбалансированный химический состав. Питательная ценность кваса обусловлена тем, что он производится из зернового сырья, из которого в сусло переходят растворимые вещества: углеводы, витамины, пищевые волокна, минеральные компоненты. Углеводы сусла сбраживаются дрожжами и молочнокислыми бактериями, в процессе жизнедеятельности которых накапливаются биологически активные соединения: аминокислоты, витамины, летучие ароматические вещества.

Сравнительный химический состав пива и кваса (табл. 1) позволяет заключить, что оба вида напитков содержат примерно одинаковое количество углеводов, минеральных веществ, витаминов В₁, В₂, РР, однако, в квасе меньше спирта, больше органических кислот, благодаря чему квас имеет более выраженное освежающее действие.

Таблица 1 - Сравнительный химический состав пива и кваса

Наименование компонентов	Содержание, %
	В пиве	В квасе
Углеводы	4,8	5,0
Азотистые вещества	0,6	0,2
Органические кислоты	0,1	0,3
Минеральные вещества	0,2	0,2
Спирт	3,5-4	0,5-0,8

Производство кваса к 1986 году в стране составляло более 40 млн. дал в год. За следующие годы объем его производства упал более чем в 13 раз. В XXI веке производство кваса составляет в России (6,3…7,5) млн дал в год. Это связано с изменением структуры потребления напитков в целом за счет увеличения выпуска пива, слабоалкогольных, безалкогольных напитков. Устаревшее примитивное оборудование для производства кваса, сезонность производства, колебания в качестве, недостаток основного сырья - концентрата квасного сусла, привело к тому, что квас стало невыгодно производить.

В последнее время вновь повысился интерес производителей и потребителей к квасу и другим национальным напиткам (сбитню, медовухе). Разработана технология квасов брожения, пастеризованных, разливаемых в бутылки со сроком годности до 2 месяцев, которая ликвидирует сезонность его производства, позволяет более четко регулировать его качество. Кроме того, разлитый в бутылки квас удобен для потребителя. Все вышеизложенное позволяет надеяться на возрождение отечественного квасоварения и повышение значения кваса как традиционного, очень полезного напитка.

1.2 Рожь как основное сырье для квасоварения. Продукты переработки ржи

Рожь является основным сырьем для производства солода, концентрата квасного сусла, кислого кваса. Ее используют в виде

- ржаной муки;

- ржаного ферментированного солода;

- ржаного неферментированного солода.

Рожь - самый российский из всех злаков. Она дает стабильные урожаи даже при неблагоприятных погодных условиях, в том числе в северных регионах России.

Строение зерна ржи аналогично строению зерна ячменя. Отличие в строении и химическом составе зерна ржи заключается в том, что рожь является голозерной культурой, мякинная и семенная оболочки ее удаляются при обмолоте. Этим определяются различия в составе ржи и ячменя и особенности ее переработки Зерна ржи разных сортов имеют окраску желтую, зеленую, коричневую, фиолетовую, что обусловлено присутствием пигментов. Эндосперм бывает мучнистым и полустекловидным. Зерна, имеющие сортовую окраску зеленого цвета, как правило, крупные, у них тонкая оболочка, объём, занимаемый эндоспермом, относительно большой, поэтому сорта ржи с зёрнами зелёного цвета считаются наиболее пригодными для квасоварения.

Средний химический состав зерна ржи, используемой для производства кваса: крахмал 57,7…63,5 %, некрахмальные полисахариды (пентозаны, в-глюкан, фруктозаны) 24…26 %, белок 9…20 %, минеральные вещества 1,5…2,0 %. Для сравнения: в ячмене некрахмальных полисахаридов 14…16 %.

Белки зерна ржи содержат относительно много незаменимых аминокислот - лизина, треонина, фенилаланина, что делает их более ценными в питательном отношении, чем белки зерна пшеницы и ячменя.

При гидролизе некрахмальных полисахаридов ржи в процессе солодоращения накапливается большое количество низкомолекулярных сахаров: пентоз, глюкозы, фруктозы. При сушке солода пентозы наиболее активно, по сравнению с другими сахарами, вступают в реакцию меланоидинообразования, в результате которой накапливаются летучие промежуточные продукты определенного состава: альдоли, кетоны, альдегиды, придающие солоду специфический аромат ржаной корочки хлеба, а также большое количество красящих веществ - меланоидинов. Сусло, полученное из ржаных зернопродуктов очень ароматно, имеет интенсивный цвет.

Именно поэтому рожь является основной зерновой культурой для производства кваса, которую никакой другой злак не может полноценно заменить.

Рожь для производства ржаного солода должна отвечать следующим основным требованиям: влажность, не более 15,5 %; содержание сорной и зерновой примеси, не более 5 %; способность прорастания, не менее 92 %.

Кроме того, содержание белка в ней должно быть не менее 12 % для получения красящих и ароматических веществ в солоде, экстрактивность не менее 70 %.

Ржаная мука. В квасоваренном производстве используется хлебопекарная ржаная мука 95 %-ного обойного помола, т.е. без отбора отрубей, из цельного зерна с выходом муки 95-97 % от массы зерна.

Органолептические показатели:

-цвет - серовато-белый с заметными частицами оболочек зерна;

-запах - свойственный нормальной муке, без запаха плесени, затхлости и других посторонних запахов;

-вкус - свойственный нормальной муке, без кисловатого, горьковатого и других посторонних привкусов;

-минеральные примеси - при разжёвывании муки не должно ощущаться хруста на зубах.

Физико-химические показатели:

-массовая доля влаги не более 15 %,

-массовая доля зольности не более 2 %, но не менее чем на 0,07 % ниже зольности чистого зерна до помола;

-крупность помола - остаток на металлотканом сите № 067 не более

2 %; проход через шёлковое сито № 38 не менее 30 %;

-металлопримеси на 1 кг муки не более 3 мг;

-заражённость муки амбарными вредителями или наличие следов заражения не допускается.

1.3 Особенности производства и характеристика ржаного солода

Ржаной солод используется для получения основного полуфабриката для кваса: концентрата квасного сусла.

Его производят двух видов: ферментированный и неферментированный.

Неферментированный солод получают по технологии, близкой к технологии ячменного солода. Сушат при максимальной температуре 60 ⁰С, чтобы сохранить накопившиеся гидролитические ферменты.

Особенностью технологии ферментированного солода является стадия томления (или ферментации) после проращивания. Свежепроросшее зерно ржи с влажностью 52-55 % укладывают в кучи для самосогревания или подогревают на грядках, при этом за счет интенсивного дыхания температура поднимается до 55-60 ⁰С. Накопившиеся при проращивании ферменты катализируют гидролиз крахмала, белков, некрахмальных полисахаридов с образованием сахаров и аминокислот, из которых при сушке образуются красящие и ароматические вещества.

Требования к сухим ржаным солодам согласно ГОСТ Р 52031-2003 приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Показатели качества ржаных солодов

Показатели	Солод неферментированный	Солод ферментированный
Влажность, % не более	8	8
Экстрактивность, %, не менее	80 (горячим экстрагированием)	85
Продолжительность осахаривания, мин	25	-
Кислотность, не более, см3 1 н р-ра щелочи/100 г	17	35
Цветность, см3 1 М р-ра йода/100 г	5	10-20

1.4 Другие виды сырья для кваса

В производстве концентрата квасного сусла (ККС) используются, кроме ржаного солода и ржаной муки, другие зернопродукты: сухой ячменный солод в качестве источника ферментов, ячменная и кукурузная мука как несоложеное сырье.

Характеристика сухого ячменного солода подробно рассмотрена в литературе по технологии солода и пива.

Кукурузная мука имеет высокую экстрактивность, однако она не считается полноценной заменой ржаной муки, так как не даёт необходимые вкусовые характеристики ККС, получаемому с ее использованием. Кукурузная мука может быть крупного или тонкого помола. Она должна иметь белый или жёлтый цвет, запах, типичный для нормальной муки, без запаха плесени. Влажность кукурузной муки должна быть не более 15 %, содержание золы не более 1,3 % для муки крупного помола и 0,9 % для муки тонкого помола, содержание жира не более 3 % для муки грубого помола и не более 2,5 % для муки тонкого помола.

В качестве источников ферментов в производстве концентрата квасного сусла применяют ферментные препараты микробного происхождения, например, такие отечественные ферментные препараты:

- цитолитические - Целловиридин Г20х, Цитороземин П10х, Ксилоглюканофоетидин П10х. Их применяют для повышения выхода экстракта, снижения вязкости затора и сусла, ускорения фильтрования затора; расход препаратов градации П10х - 0,020…0,025 % к массе сырья, градации Г20х - 100…180 г/т сырья;

- амилолитические - Амилоризин Г10х - для повышения содержания сбраживаемых сахаров в сусле, расход - 200…280 г/т сырья; Амилосубтилин Г10х - для разжижения затора, облегчения и ускорения осахаривания крахмала, расход - 240…280 г/т сырья.

1.5 Производство квасных хлебцев и сухого кваса

Квасные хлебцы и сухой квас являются одним из видов полуфабрикатов для получения квасного сусла на предприятиях небольшой мощности.

Квасные хлебцы получают из смеси ржаной муки 25 %, ржаного солода 64,5 %, ячменного солода 10,5 %.

Стадии получения квасных хлебцев:

- приготовление заторов из ржаной муки и ячменного солода;

- смешивание заторов и расстойка теста;

- смешивание с ржаным солодом и расстойка;

- выпечка квасных хлебцев.

Ржаную муку смешивают в деже (передвижная полусферическая емкость для приготовления теста) с водой при температуре 95-97 ⁰С в соотношении 1:1,5 и выдерживают для клейстеризации крахмала при температуре 70 ⁰С 1 час.

Одновременно затирают дробленый ячменный солод в другой деже, куда набирается вода с температурой 70-72 ⁰С, соотношение солод : вода 1:3. Выдерживают 1,5 часа. Затем содержимое обеих деж объединяют и направляют на расстойку в расстойную камеру при температуре 63-65 ⁰С и относительной влажности воздуха около 100 % на 2 часа. За это время происходит достаточно глубокий гидролиз крахмала, белков. Процесс лучше протекает в жидкой среде, поэтому ржаной солод добавляют только после расстойки в дробленом виде и полученное тесто снова направляют на расстойку на 1 час.

От качества сырья, соблюдения режимов зависит экстрактивность квасных хлебцев. Однако считается, что время гидролиза недостаточно для полного расщепления крахмала и белков, недостаточно ферментативной активности ячменного солода для осахаривания большого количества ржаной муки. Поэтому экстрактивность квасных хлебцев невелика.

Готовое тесто укладывают в формы и выпекают в хлебопекарных печах при различных режимах в зависимости от конструкции печи. В печах современной конструкции выпечку ведут при температуре 160-180 ⁰С 3-3,5 часа. При выпечке происходит декстринизация крахмала, накопление меланоидинов, благодаря чему хлебцы приобретают специфический аромат ржаного хлеба. Однако, для реакции меланоидинообразования необходима температура 105-120 ⁰С, тогда как в центре мякиша температура не превышает 100 ⁰С, поэтому накопление меланоидинов идет в основном в периферийной части хлебцов, что снижает их ароматические свойства.

Готовые хлебцы можно использовать для получения квасного сусла. Однако в связи с тем, что они имеют влажность около 40 %, срок хранения их не превышает 2 суток.

Из квасных хлебцев готовят сухой квас. Хлебцы режут и сушат при начальной температуре 50 ⁰С, поднимая температуру по 10 ⁰С в час до 90 ⁰С за 4 часа, и досушивают еще 8 часов до влажности 8 %. Сухой квас дробят до сухарной муки и фасуют.

Показатели качества сухого кваса согласно ОСТ 365-80: влажность не более 10 %, массовая доля экстракта вытяжки не менее 49 % на сухое вещество, кислотность не более 60 см³ раствора щелочи 1 моль/дм³ на 100 г экстракта вытяжки, цвет не менее 10 см³ 0, 1 моль/дм³ раствора йода на 100 г экстракта вытяжки. Гарантийный срок хранения 1 год.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключаются особенности химического состава кваса?

2. Какие виды полуфабрикатов готовят из ржи для производства кваса?

3. Сформулируйте требования к составу ржи для квасоварения.

4. Чем определяется особенность химического состава ржи? Почему рожь считается наиболее пригодным видом зернового сырья для кваса?

5. Каковы особенности технологии ржаного ферментированного и неферментированного солодов?

6. Назовите требования к ржаным солодам.

7. Назовите стадии производства квасных хлебцев и параметры их проведения.

8. Приведите режимы сушки квасных хлебцев при производстве сухого кваса. Назовите требования к сухому квасу.

квас безалкогольный напиток производство сырье

2. Производство концентрата квасного сусла и концентратов квасов

2.1 Характеристика схем производства концентрата квасного сусла (ККС)

ККС представляет собой продукт, полученный упариванием и термообработкой квасного сусла из ржаного солода, ржаной муки или других зернопродуктов. ККС - наиболее пригодный вид сырья для производства кваса. Преимущества использования ККС:

- производится на специализированных заводах или цехах, благодаря чему имеет относительно стабильный состав;

- имеет длительный срок хранения;

- может транспортироваться на длительные расстояния;

- минимальные потери при его использовании в производстве кваса.

Традиционно ККС производился из ржаных зернопродуктов: ржаного ферментированного и неферментированного солодов и ржаной муки. Однако стремление производителей повысить эффективность производства ККС привело к тому, что в рецептуры стали включать ячменную и кукурузную муку. Все эти виды зернопродуктов разрешены действующим стандартом на ККС.

В настоящее время концентрат квасного сусла выпускается большим количеством предприятий по различным схемам, отличающимся набором сырья, технологией и оборудованием для его производства, а, следовательно, продукт получается с различным составом и характеристиками.

Наиболее распространены 2 схемы производства ККС:

- из свежепроросшего ржаного солода и ржаной муки;

- из смеси сухих зернопродуктов: ржаного и ячменного солода и ржаной муки; допускается замена ржаной муки на кукурузную или ячменную.

Кукурузная мука содержит мало белков и некрахмальных полисахаридов, поэтому концентрат, получаемый с ее использованием, имеет, как правило, недостаточную цветность, пустоватый вкус. Такая замена ржаной муки на кукурузную не может быть полноценной.

В настоящее время наиболее крупными предприятиями по производству ККС являются Ростов-Ярославский завод ЗАО «Русский квас», Костромской крахмало-паточный завод, Киевский завод солодовых экстрактов.

2.2 Особенности затирания зернопродуктов в производстве ККС с использованием различных видов сырья

Стадии производства ККС:

а) подготовка зернопродуктов;

б) затирание зернопродуктов;

в) фильтрование заторов и кипячение сусла;

г) упаривание квасного сусла;

д) термообработка ККС;

е) розлив ККС.

Особенности подготовки и затирания зернопродуктов зависят от набора сырья, используемого при производстве ККС.

Рассмотрим две основные схемы:

1. из свежепроросшего ржаного солода

2. из смеси сухих зернопродуктов

По первой схеме в состав зернопродуктов входят 50 % свежепроросшего ржаного солода и 50 % ржаной муки. Для гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов сырья при затирании добавляют Цитороземин Пх и Амилоризин Пх по 0,5 % к массе сырья, можно использовать другие ферментные препараты с амилолитической и цитолитической активностью.

Солод получают по обычной схеме: замачивают при температуре 18-20 ⁰С до влажности 45 % 24 часа, проращивают 3-4 суток при температуре 14-18 ⁰С, затем зерно передают в камеру томления, где температура поддерживается с помощью калорифера 55-60 ⁰С или температуру повышают путем самосогревания за счет увеличения слоя солода. Томление проводят 3-4 суток, затем солод подают на дробление на молотковой дробилке или волчке и смешивают с водой 1:3-4 в заторном чане.

Ржаная мука не подготовлена к воздействию ферментов, поэтому ее предварительно разваривают. Муку смешивают с водой 1:4, вносят суспензию ферментных препаратов для разжижения, выдерживают паузу при 70 ⁰С 20-30 минут и разваривают 30-40 минут в заторном котле или при избыточном давлении 0,3-0,4 МПа, что соответствует температуре около 130-140 ⁰С.

Разваренную муку передают в заторный чан, охлаждают до температуры 75-80 ⁰С и перекачивают солодовый затор. При перемешивании вносят ферментные препараты и выдерживают паузы:

50-52 ⁰С 40-60 минут, 63 ⁰С 1,5-2 часа, 70 ⁰С 1,5-2 часа, 75 ⁰С 30-40 минут проверяют полноту осахаривания и передают на фильтрование.

По второй схеме в состав зернопродуктов входят 35-42 % ржаного ферментированного или неферментированного солода, 50 % ржаной муки, 8-15 % ячменного солода в качестве источника ферментов. Ржаную муку на 40-50 % можно заменять кукурузной или на 25 % ячменной мукой.

Дробленые зернопродукты смешивают в 3-х разводных чанах при гидромодуле 1:4. К затору из ржаной муки добавляют 10 % от расчетного количества ячменного солода или ферментные препараты, выдерживают для разжижения при температуре 70-72 ⁰С 20-30 минут, а затем разваривают под давлением 0,3-0,35 МПа. Исследованиями киевских ученых показано, что разваривание под давлением можно заменить кипячением при обработке несоложеного затора ферментными препаратами Амилоризином Пх и Цитороземином Пх или другими препаратами, содержащими амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты. В этом случае затор из ржаной или кукурузной муки кипятят в заторном котле 20-30 минут.

Ржаной ферментированный солод затирают отдельно при температуре 15-20 ⁰С. Подготовленный затор из несоложеной части перекачивают в заторный чан с разводкой ржаного ферментированного солода, температура после смешивания должна установиться 80 ⁰С. Аналогично затирают ржаной неферментированный вместе с ячменным солодом и вносят в смесь разваренного несоложеного сырья и ржаного ферментированного солода. В объединенном заторе выдерживают все паузы, описанные для первой схемы.

Технологический режим затирания может корректироваться в зависимости от состава сырья, условий производства, оборудования, установленного на предприятии.

Особенностью затирания в производстве ККС является также более низкая степень гидролиза крахмала, чем в пивоваренном производстве. Рекомендуется осахаривание проводить до желто-бурой окраски затора с йодом для того, чтобы в сусле не содержалось большого количества сахаров, из которых при брожении образуется излишний спирт. При этом в сусле накапливается больше декстринов, которые создают полный, «сытный» вкус в квасе.

2.3 Способы фильтрования заторов

Неполное осахаривание заторов, присутствие в повышенных концентрациях некрахмальных полисахаридов создает высокую вязкость сусла, что вызывает затруднения при фильтровании ржаных заторов.

Поэтому в производстве ККС используют несколько способов фильтрования заторов:

- одноступенчатый на фильтр-прессе;

-двухступенчатый на горизонтальной шнековой центрифуге и сепараторе;

- в фильтрационном аппарате.

По одноступенчатому способу затор разделяют на фильтр-прессе, первое сусло с содержанием сухих веществ 12 - 14 % передают в напорный сборник, если позволяет конструкция фильтра, проводят промывку дробины горячей водой с температурой 76-78 ⁰С.

Квасное сусло кипятят 1,5 часа в сусловарочном котле для коагуляции белков и направляют на упаривание. Белковый отстой отделяют на сепараторе или гидроциклонном аппарате и добавляют к затору при кипячении несоложеной части, так как в нем содержится до 85 % полноценного сусла.

По двухступенчатому способу затор сначала перекачивают в напорный сборник, оснащенный барботером, через который подается сжатый воздух для предупреждения оседания частиц дробины. Первое грубое фильтрование проводится на центрифуге, например, горизонтальной шнековой марки НОГШ-325. Сусло передают на сепаратор для более тонкого осветления. Дробину промывают водой с температурой 76-78 ⁰С и извлекают из нее промывные воды на шнековой центрифуге. При необходимости промывку дробины проводят несколько раз, первая промывная вода проходит сепаратор и присоединяется к суслу, вторая направляется на приготовление следующего затора.

Эти способы обеспечивают достаточно быстрое разделение заторов и осветление, но трудоемки и энергоемки.

Фильтрацию на фильтр-аппаратах проводят по режимам, принятым в пивоваренной промышленности. Поскольку затор очень вязкий, продолжительность фильтрования и промывки дробины около 8 часов. Для ускорения процесса верхнюю часть прозрачного сусла декантируют в сборник осветленного сусла. Можно для снижения вязкости затор фильтровать в кипящем состоянии, но тогда крахмал, перешедший в сусло доосахаривают Амилоризином П10х в дозе 0,01 % к объему при 65 ⁰С в сборнике или в выпарном аппарате.

Для более полного удаления белковых веществ и осветления сусла рекомендуется его кипятить в сусловарочном котле 1-1,5 часа, осадок отделяют в гидроциклонном аппарате в течение 30-40 минут или на сепараторе.

2.4 Упаривание квасного сусла, термообработка и розлив ККС

Упаривание сусла может производиться в трубчатых вакуум-выпарных аппаратах, которые целесообразно соединять в многокорпусную установку (3-4 корпусную). Режим выпаривания по корпусам:

1 - температура 104 ⁰С, концентрация сухих веществ увеличивается с 10 до 20 %;

2 - температура 90 ⁰С, концентрация сухих веществ увеличивается до 45 %;

3 - температура 60±20 ⁰С, концентрация сухих веществ 70-74 %.

Более эффективны ротационные тонкопленчатые испарители марки РП или ИРС, которые могут работать самостоятельно или в сочетании с трубчатыми вакуум-аппаратами. Схема упаривания на ротационном тонкопленочном испарителе приведена на рисунке 1.

Квасное сусло из сборника 1, где подогревается паром, поступает на упаривание через расходомер 2 и ловушку 3. Роторный пленчатый испаритель 4 внутри имеет шарнирные лопатки, вращающиеся на роторе, сусло попадает на лопатки, отбрасывается к внутренней обогреваемой поверхности аппарата и стекает тонкой пленкой. Вакуум в роторном пленочном испарителе создается с помощью вакуум-насоса 9 и барометрического конденсатора 6, в котором отсасываемые пары конденсируются за счет орошения холодной водой. Вода собирается в барометрическом сборнике 7 и насосом 8 возвращается на повторное использование в конденсатор 6.

Упаренное сусло имеет недостаточную цветность, кислотность, не обладает выраженным хлебным ароматом. Поэтому для улучшения органолептических, физико-химических показателей и стерилизации после упаривания проводится термообработка ККС.

Для термообработки ККС выдерживают в реакторе с обогревом при температуре 110-112 ⁰С не более 30 минут (рисунке 2).

Рисунок 1- Схема упаривания квасного сусла на роторно-пленочном испарителе

1 - сборник для сусла; 2 - расходомер; 3 - ловушка; 4 - роторно-пленочный испаритель; 5 - шестеренчатый насос; 6- барометрический конденсатор; 7 - сборник барометрической воды; 8 - насос для воды; 9 - вакуум-насос

С целью экономии тепла концентрат, поступающий на термообработку, в реактор 1 подогревается в теплообменнике 2 за счет теплоты концентрата, выходящего из реактора, благодаря чему выходящий концентрат частично охлаждается. Если обогрев ККС в реакторе ведут через паровую рубашку, концентрация сухих веществ в концентрате перед обработкой 70±2 %, если обогревают острым паром, подаваемым в продукт, то за счет разбавления конденсатом пара содержание сухих веществ в концентрате снижается. В этом случае на термообработку передают концентрат с содержанием сухих веществ 74-76 %.

После термообработки для прекращения реакции меланоидинообразования необходимо быстро за 20-30 минут охладить продукт до температуры 60 ⁰С. Для окончательного охлаждения готовый концентрат шестеренчатым насосом 3 подается в теплообменник 4, в котором ККС охлаждается водой до температуры 40-45 ⁰С.

Охлажденный концентрат направляется в сборник 5, установленный на весах 6, собирается в сборнике для хранения 7. Общий объем сборников должен быть рассчитан не менее чем на 10-ти суточный запас. В зимнее время года предусмотрен подогрев входного патрубка этого сборника.

Рисунок 2 - Схема термообработки и розлива ККС

1 - реактор для термообработки; 2 - теплообменник; 3 - насос; 4 - теплообменник; 5 - промежуточный сборник; 6 - весы; 7 - сборник для хранения ККС; 8 - насос; 9 - бочки для ККС; 10 -бочкомоечная установка; 11 - весы; 12 - электропогрузчик; 13 - автоцистерна

Разливают ККС в бочки, фляги, авто- и железнодорожные цистерны, в мелкую потребительскую тару (бутылки, банки). На розлив ККС подается насосом 8. Разливают в бочки 9 или автоцистерны 13. Бочки предварительно моются и пропариваются на шприце 10. Учет концентрата в бочках ведется с помощью весов 11. Транспортируются автопогрузчиком 12.

2.5 Показатели качества ККС

За счет термообработки возрастает цветность ККС в 1,5-2 раза, кислотность на 20-30 %, вязкость снижается в 1,5 - 2 раза по сравнению с исходным концентратом. Изменения в составе связаны с накоплением меланоидинов, карамелей, с термическим разложением высокомолекулярных соединений, прежде всего гумми-веществ. Установлено, что цветность ККС не должна превышать 15 см³ 1 М раствора йода на 100 г продукта, при большей цветности замедляется процесс сбраживания квасного сусла при производстве кваса.

Качество ККС нормируется требованиями ГОСТ 28538-90. Массовая доля сухих веществ должна быть 70±2 %, кислотность 16-40 см³ раствора NaOH концентрацией 1 моль/дм³ на 100 г концентрата.

Нормируются также органолептические, микробиологические показатели и показатели безопасности. По органолептическим показателям ККС представляет собой вязкую, густую жидкость, темно-коричневого цвета с выраженным ароматом ржаного хлеба, без пригорелых тонов, кисло-сладкого вкуса.

Пищевая ценность ККС определяется углеводами: сбраживаемых сахаров 60-67 %; азотистыми веществами: общий азот 550-750 мг/100 г, в том числе 20-50 % представлены высокомолекулярной фракцией, 11-16 % - среднемолекулярной, 4-60 % - низкомолекулярной; аминный азот 30-35 мг/100 г ККС. В его состав входят 15 свободных аминокислот.

Гарантийный срок хранения не менее 8 месяцев.

2.6 Получение концентратов и экстрактов квасов

Концентраты и экстракты квасов вырабатываются на основе концентрата квасного сусла и предназначены для реализации населению или для производства напитков на зерновом сырье бутылочного розлива путем смешивания с газированной водой.

Выпускается концентрат обогащенного квасного сусла (КОКС) с добавлением сгущенной молочной сыворотки для производства кваса. Сухих веществ в нем 67 %, кислотность 30±10 см³раствора NaOH концентрацией 1 моль/дм³ на 100 г концентрата.

Ассортимент концентратов для производства напитков на зерновом сырье бутылочного розлива и экстрактов квасов достаточно велик. Наиболее распространены:

- концентрат кваса (для реализации населению) с добавлением сахарного сиропа и молочной кислоты;

- концентрат «Русского кваса» с добавлением сахарного сиропа и лимонной кислоты;

- концентрат «Московского кваса» с добавлением сахарного сиропа и молочной кислоты;

- экстракт окрошечного квасного напитка с добавлением сахара, молочной кислоты, поваренной соли, горчицы и эфирного укропного масла; предназначен для реализации населению и предприятиям массового питания;

- экстракт кваса для русской окрошки с добавлением сахарного сиропа, колера.

ЗАО «Русский квас» освоен выпуск концентратов квасного сусла по техническим условиям, предусматривающим производство концентратов из различного набора сырья: «Ржаной» из ржи и ржаного солода, «Ростовский» - из кукурузы и ржи; «Российский - из ржи и ячменя; «Ростов Великий» - из овса и ржи, «Аронап» - с использованием белого солода; «Ярославский» и «Богатырский» - с использованием цикория. Производится также сухое квасное сусло.

Концентраты и экстракты кваса используются для производства квасных напитков, которые получают по технологии безалкогольных напитков.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключаются преимущества использования ККС в качестве сырья для производства кваса?

2. Охарактеризуйте основные схемы производства ККС.

3. Приведите особенности затирания при использовании сухих зернопродуктов и свежепроросшего солода и ржаной муки.

4. Какие особенности состава ржаных заторов определяют выбор способов их фильтрования. Охарактеризуйте известные способы фильтрования заторов. Приведите другие возможные варианты выбора оборудования для фильтрования.

5. Назовите режимы упаривания квасного сусла.

6. Каковы цели термообработки ККС? Охарактеризуйте режимы термообработки, процессы, протекающие на этой стадии и параметры ККС в конце стадии.

7. Какие изменения в составе ККС происходят на стадии термообработки? Каковы особенности розлива ККС?

8. Назовите требования к качеству ККС. Какие факторы влияют на показатели продукта? Какие другие показатели ККС характеризуют пригодность его для производства кваса?

3. Микроорганизмы, используемые в производстве кваса

3.1 Характеристика квасных дрожжей и молочнокислых бактерий

До 20-х годов прошлого столетия сбраживание кваса проводили заквасками, которые представляли собой смесь различных видов дрожжей, кислотообразующих бактерий, приспособленных к жизнедеятельности в квасном сусле. Эти закваски имели непостоянный и неопределенный состав, что не позволяло получать квас, стандартизированный по качеству, сложно было обеспечить большое количество такой закваски для крупного производства.

Использование чистых культур микроорганизмов для производства пива, кваса, вин и других напитков имеет существенные преимущества: можно обеспечить постоянный состав и свойства культуры, ее микробиологическую чистоту, получать необходимые количества микробной культуры путем ее размножения в оптимальных условиях.

В пивоваренное производство чистые культуры дрожжей были внедрены в 80-х годах XIX века Эмилем Христианом Ханзеном на датском пивзаводе Карлсберг. Внедрению чистых культур на других пивзаводах, до того использовавших спонтанные закваски в производстве пива, поспособствовало массовое инфицирование пива посторонней микрофлорой, в то время как на заводе Карлсберг получилось пиво нормального качества.

В отличие от производства вина и пива в производстве кваса необходимы не только чистые культуры дрожжей, но и чистые культуры молочнокислых бактерий. Они были выделены в конце 20-х годов прошлого столетия Л.И. Чеканом из лучших образцов российского кваса кустарного производства. Раса дрожжей, названная М - квасная, была отнесена к виду Saccharomyces minor (по современной классификации следует отнести их к виду Saccharomyces cerevisiae), расы 11 и 13 молочнокислых бактерий были отнесены к виду Betabacterium (по современной классификации - Lactobaсillus fermentum).

Дрожжи М-квасная имеют оптимальные условия для размножения: температура 26-30 ⁰С, рН 4,5 - 5,5. Средний размер клеток 6,3-7,5 х 5-7 мкм. Хорошо сбраживают глюкозу, сахарозу, слабее - мальтозу и раффинозу. В настоящее время для сбраживания кваса предложены также другие расы дрожжей (С-2, 131-К), но у них нет существенного превосходства над расой М квасная. Раса С-2 была селекционирована для производства кваса, в то время как раса 131-К - гибрид, предназначенный для производства пива Бархатное.

Молочнокислые бактерии рас 11 и 13 являются гетероферментативными, то есть при брожении, кроме молочной кислоты, образуют уксусную кислоту, этанол, летучие ароматические соединения. Средние размеры клеток 1,2-2 х 0,5-0,6 мкм. Имеют оптимальную температуру размножения 30 ⁰С, сбраживают также глюкозу, сахарозу, мальтозу.

При совместном культивировании оба вида микроорганизмов находятся в симбиозе: молочнокислые бактерии создают кислотность среды, оптимальную для дрожжей, а дрожжи выделяют в среду аминокислоты, витамины, необходимые бактериям. В то же время, при нерегулируемом размножении дрожжи и молочнокислые бактерии конкурируют за питательные вещества. По мере снижения концентрации сухих веществ и увеличения кислотности лучшие условия создаются для молочнокислых бактерий, слишком высокая кислотность угнетает и дрожжи и МКБ, при этом возможно развитие посторонних микроорганизмов.

Следует отметить, что квасное сусло не полноценная среда для размножения дрожжей и МКБ: для дрожжей мало азота, а для МКБ много углеводов.

Предлагая использовать расу М-квасная, Л.И. Чекан считал, что в сусле должно содержаться как можно меньше сбраживаемых углеводов и усвояемого азота для снижения бродильной активности дрожжей. Однако в этом случае замедляется брожение и создаются благоприятные условия для развития в бродящем квасном сусле посторонней микрофлоры, особенно при использовании открытых бродильных аппаратов.

Чтобы сбалансировать активность дрожжей и молочнокислых бактерий, необходимо вести раздельное размножение чистых культур в оптимальных условиях, контролируя кислотность среды для разводки молочнокислых бактерий и накопление дрожжевых клеток для разводки дрожжей. Вносить чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемое сусло признано целесообразным раздельно, а не в виде смешанной закваски, как предложено технологической инструкцией 1987 г. При этом можно гибко регулировать соотношение дрожжей и молочнокислых бактерий в сбраживаемом сусле в зависимости от их физиологического состояния.

Закономерности совместного развития дрожжей и МКБ в условиях квасоваренного производства мало изучены, основные режимы их размножения определены эмпирически. Необходимо исследовать возможность использования других видов МКБ и дрожжей, подобрать более простые условия их использования, например, в виде сухих культур по опыту виноделия.

В Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности исследована возможность применения других видов молочнокислых бактерий для производства кваса. Показано, что достаточно высокую скорость сбраживания квасного сусла и хорошие органолептические показатели кваса получены при использовании препаратов молочнокислых бактерий: «Бифилакт - Д», Lactobacillus plantarum и ацидофильной палочки.

3.2 Размножение смешанной закваски для сбраживания кваса

Размножение смешанной (или комбинированной) закваски дрожжей и МКБ проводится в 3 стадии:

- лабораторная стадия;

- в отделении чистых культур;

- производственная.

Размножение микроорганизмов в лабораторной стадии проводится в начале производственного сезона квасоварения, а затем регулярно по графику в течение сезона или вне графика при обнаружении инфицирования смешанной (комбинированной) закваски или чрезмерного ослабления бродильной активности чистых культур.

Лабораторная стадия. Чистая культура дрожжей на завод поступает в пробирках на сусле-агаре, а чистая культура МКБ в запаянных пробирках в пивном сусле с дробиной, в которое внесен мел. Дробина создает благоприятный для МКБ rH сусла, а мел нейтрализует образуемые бактериями кислоты. Хранение ЧК дрожжей допускается до 1 месяца без пересевов, ЧК МКБ - не более 10 суток.

В лабораторной стадии в качестве среды используют стерильное квасное сусло с сахаром с содержанием сухих веществ 8 %. Температура культивирования на каждой стадии 30 ⁰С, продолжительность 24 часа.

Размножение дрожжей ведется по схеме:

1) пробирка 10 см³

2) колба 250 см³

3) бутыль 2 дм³.

Молочнокислые бактерии рас 11 и 13 размножают сначала раздельно. Содержимое трёх ампул с чистой культурой каждой расы МКБ переносят в колбы на 250 см³. На 2-й стадии чистые культуры рас 11 и 13 объединяют и далее культивируют совместно.

Общая схема размножения МКБ в лабораторной стадии:

3 ампулы с ЧК расы 11 и 13

1) 2 колбы по 250 см³

2) колба 2 дм³

3) колба 4 дм³.

Полученные культуры дрожжей и МКБ передают в отделение чистых культур.

Стадия размножения в отделении чистых культур может проводиться двумя способами: А и Б. Они отличаются тем, что по способу А чистые культуры дрожжей и МКБ размножают отдельно и смешивают только на производственной стадии, а по способу Б чистые культуры дрожжей и МКБ смешивают и культивируют совместно на последней стадии в отделении ЧК.

Схема размножения ЧК дрожжей и МКБ в отделении чистых культур для производства 10000 дал кваса в сутки

Для разведения чистых культур используют установки Ганзена или Грейнера с двумя бродильными цилиндрами: для ЧК дрожжей и для ЧК МКБ.

Квасное сусло с содержанием сухих веществ 8 % стерилизуют при атомосферном давлении в течение 1 ч, охлаждают до (25…30) ⁰С и передают на размножение чистой культуры микроорганизмов.

По способу А начинают размножение чистых культур с разведения ЧК МКБ. Разводку ЧК МКБ в количестве 4 дм³ засевают в сборник, в котором находится 36 дм³ охлаждённого до 30 ⁰С стерильного квасного сусла с сахаром и размножают 48 часов при температуре 28…30 ⁰С. Затем весь объем разводки МКБ передают в сборник объемом 400 дм³. Учитывая, что размножение дрожжей происходит в течение 24 часов, а МКБ - 48 часов, на этой стадии МКБ выращивают в 2-х сборниках по 400 дм³, работающих со сдвигом во времени 24 часа. Для этого через 24 часа размножения МКБ из 1-го сборника на 400 дм³передают 40 дм³разводки во 2-й сборник на 400 дм³. В первый сборник доливают сусло и продолжают размножение ЧК МКБ еще 24 ч, после чего 360 дм³ ЧК МКБ передают в сборник комбинированной закваски вместе с 18 дм³ разводки ЧК дрожжей. Оставшиеся 40 дм³ разводки ЧК МКБ доливают суслом и проводят следующий цикл культивирования МКБ. Из второго сборника с 400 дм³ разводки ЧК МКБ 360 дм³ разводки передают для размножения комбинированной закваски на следующие сутки. Оставшиеся во втором сборнике 40 дм³ разводки ЧК МКБ доливают квасным суслом до объёма 400 дм³ и проводят следующий цикл размножения. Готовность ЧК МКБ контролируют по нарастанию кислотности разводки, которая должна быть не ниже 6,8…7,0 см³ раствора гидроксида натрия концентрацией 1 М/дм³ на 100 см³ разводки.

Через сутки размножения первой порции разводки ЧК МКБ объёмом 400 дм³ разводку ЧК дрожжей в количестве 2 дм³ передают в сборник, где находится 18 дм³ стерильного сусла, охлаждённого до 30 ⁰С, размножают 24 часа и 18 дм³ разводки ЧК дрожжей передают в производственную стадию в сборник смешанной закваски рабочим объемом 4000 дм³. Оставшиеся 2 дм³ ЧК дрожжей доливают 18 дм³ квасного сусла и проводят следующий цикл размножения ЧК.

По способу Б, аналогично способу А, готовят разводку ЧК дрожжей (20 дм³) и ЧК МКБ (40 дм³), и весь объем чистых культур дрожжей и МКБ передают в сборник предварительно смешанной закваски, в который наливают 540 дм³ стерильного квасного сусла с сахаром. Размножение ведут 24 часа, после чего добавляют разводку дрожжей 20 дм³, которая размножалась 24 часа. Еще через 24 часа совместного размножения 540 дм³ предварительно смешанной закваски направляют в сборник смешанной закваски рабочим объёмом 4000 дм³. К оставшимся 60 дм³ предварительно смешанной закваски доливают квасное сусло до объема 600 дм³ и ведут следующий цикл размножения в течение 48 ч. Такой объемно-доливной процесс размножения закваски можно вести 7 циклов по 48 часов, после чего разводки ЧК дрожжей и МКБ следует заменить на свежие из лаборатории.

Основное условие культивирования предварительно комбинированной закваски - строгий контроль кислотности среды, которая не должна превышать 8 - 9 см³ раствора щелочи концентрацией 1моль/дм³ на 100 см³ среды. При более высокой титруемой кислотности в закваске будут преобладать МКБ, так как жизнедеятельность дрожжей подавляется.

Размножение смешанной закваски проводится в сборнике на 4000 дм³ по разным режимам в зависимости от способа размножения микроорганизмов в отделении чистых культур.

По способу А разводку дрожжей 18 дм³ и МКБ - 360 дм³ вносят в производственное квасное сусло с сахарным сиропом, общий объем среды 4000 дм³, смешанную закваску размножают 6 часов. Затем весь объем передают в аппарат для брожения кваса. Расход комбинированной закваски на брожение составляет 4 % к объему квасного сусла.

По способу Б предварительно комбинированная закваска готовится 48 часов, поэтому допускается вести объемно-доливной процесс непосредственно в сборнике смешанной закваски. Для этого после 6-ти часового размножения закваски на брожение передают 50 % содержимого сборника, что составляет 2 % к объему квасного сусла. В этом случае бродильный аппарат доливают суслом сначала на 50 % объема, через 8-10 часов брожения доливают до полного рабочего объема и ведут брожение до нормативных показателей кваса.

Оставшиеся 50 % смешанной закваски доливают до полного объема и проводят следующий цикл культивирования, по окончании которого на брожение передают все содержимое сборника комбинированной закваски в аппарат для брожения кваса, при этом брожение квасного сусла ведут в полном рабочем объеме.

При культивировании микроорганизмов по способу А требуется большее количество сборников для размножения, однако этот способ более простой, легче контролировать состав закваски, соотношение дрожжей и МКБ. Кроме того, по способу Б требуется через 14 суток заменять культуры дрожжей и МКБ, начиная с лабораторной стадии.

3.3 Использование других видов дрожжей и сухих культур дрожжей и молочнокислых бактерий

Сложный процесс накопления достаточного объёма смешанной (комбинированной) закваски не всегда можно организовать на небольших предприятиях по производству кваса, поэтому там для сбраживания квасного сусла часто используют прессованные хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Их проверяют на отсутствие слизеобразующих бактерий и предварительно разбраживают перед внесением в сусло. Для этого готовят квасное сусло из концентрата квасного сусла с массовой долей сухих веществ 3,0 %, добавляют в него сахарный сироп до массовой доли сухих веществ 8,0 %, кипятят это сусло в закрытой ёмкости в течение 30 мин, охлаждают до 28…30 ⁰С.

Расчётное количество прессованных дрожжей (0,15 кг на 100 дал готового кваса) смешивают с водой в соотношении 2:1. Полученную суспензию подкисляют до рН 2,7…2,9 добавлением молочной кислоты (примерно 40 см³ молочной кислоты концентрацией 40 % на 1 кг прессованных дрожжей) и выдерживают в течение 3 ч для подавления посторонней бактериальной микрофлоры. Затем в подкисленную суспензию добавляют пятикратный объём приготовленного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и проводят разбраживание в течение 2…3 ч. Дрожжи должны активно разбродиться с образованием на поверхности сусла пены, иметь чистый дрожжевой запах. После разбраживания их передают на брожение.

Исследованиями киевских ученых показано, что хорошие результаты при сбраживании квасного сусла показали винные дрожжи шампанских рас: Днепропетровская, Киевская, Штейнберг - 6, пивные дрожжи среднесбраживающих рас 776, 44, а также спиртовые дрожжи рас М спиртовая, К-69, XII, использование которых предложено воронежскими учеными.

В то же время дрожжи не могут считаться полноценной заменой комбинированной закваски, так как не обеспечивают необходимого накопления кислотности, хороших органолептических показателей, поэтому при использовании только дрожжей в рецептуру производства кваса обычно вводят лимонную или молочную кислоты для доведения кислотности кваса до нормы.

Ранее было рекомендовано использовать сушёные культуры квасных дрожжей и МКБ, которые готовили в лаборатории ВНИИПБП. Сушёные дрожжи имели внешний вид короткой вермишели. Их фасовали в пакеты по 100 г. В лаборатории завода готовили 20 дм³ квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше, кипятили его в течение 30 мин, охлаждали до температуры 28…30 ⁰С. В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объёмом 20 дм³вносили 100 г сушёных дрожжей, наливали туда 5 дм³ сусла и оставляли для размножения на 18…24 ч при температуре 26…30 ⁰С. Затем доливали в бутыль ещё 15 дм³ сусла и вновь оставляли на 8…12 ч. Готовую разводку дрожжей в количестве 15 дм³ передавали в чан вместимостью 100 дм³, куда наливали 85 дм³ стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 6 % и оставляли на 18…24 ч до интенсивного брожения. В бутыль с 5 дм³ разводки сушёных дрожжей доливали 15 дм³ стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 12 ч до интенсивного забраживания. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор разводки и долив свежего сусла, повторяли 5…6 раз.

Из чана на 100 дм³ разводку дрожжей передавали в производство в бродильный аппарат объёмом 1000 дал.

Молочнокислые бактерии (МКБ) сушили на пивной дробине, фасовали в пакеты по 100 г. В лаборатории завода готовили 20 дм³ стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % так, как описано выше.

В тщательно вымытую и продезинфицированную бутыль рабочим объёмом 20 дм³вносили 100 г сушёных МКБ, наливали туда 5 дм³ сусла и оставляли для размножения на 24 ч при температуре 26…30 ⁰С. Затем доливали в бутыль ещё 15 дм³ сусла и вновь оставляли на 24 ч. Готовую разводку МКБ в количестве 5…6 дм³ передавали в производство в бродильный аппарат объёмом 1000 дал вместе с разводкой дрожжей.

В бутыль с 5 дм³ разводки сушёных МКБ доливали 15 дм³ стерильного квасного сусла с массовой долей сухих веществ 8 % и оставляли на 24 ч. Операции по доливу разводки суслом в бутыли, включая отбор разводки и долив свежего сусла, повторяли 5…6 раз.

Производство сушёных квасных дрожжей и МКБ было организовано только в небольших объёмах, поэтому они не могли обеспечить потребность всех предприятий отрасли. Из-за трудоёмкости процесса сушки оно было прекращено.

В настоящее время исследуется возможность применения сушёных пивных дрожжей для производства кваса.

Если завод или цех использует для производства кваса жидкие пивные дрожжи, то их расход должен составлять 1,5…2,0 дм³ на 100 дал сусла. Рекомендуется провести предварительное разбраживание дрожжей так же, как прессованных хлебопекарных дрожжей.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте характеристику микроорганизмов, используемых в производстве кваса. Каковы особенности их метаболизма и совместного культивирования?

2. Каким образом хранятся чистые культуры дрожжей и МКБ?

3. Назовите стадии и приведите схемы размножения комбинированной закваски дрожжей и МКБ. Дайте сравнительную оценку способов культивирования микроорганизмов.

4. Каким образом подготавливаются хлебопекарные дрожжи перед внесением в квасное сусло?

5. Какие другие виды дрожжей и МКБ можно использовать для сбраживания кваса?

6. Предложите пути рациональной подготовки культур микроорганизмов для промышленного производства кваса.

7. Как проводят разведение сушёных квасных дрожжей и молочнокислых бактерий в производстве кваса?

4. Приготовление и сбраживание квасного сусла. Производство плодовых квасов и лактоферментированных напитков

4.1 Способы получения квасного сусла

Квасное сусло получают несколькими способами в зависимости от используемого сырья: настойным, рациональным и из концентрата квасного сусла.

Настойным способом получают из квасных хлебцев и сухого кваса. Способ используется, главным образом на небольших предприятиях.

Из измельченных квасные хлебцев или сухого кваса трехкратно экстрагируют сухие вещества горячей водой в настойном чане (рисунок 3).

Рисунок 3 - Настойный чан

1 - вытяжная труба; 2 - крышка; 3 - декантатор; 4 - корпус аппарата; 5 - змеевик; 7 - мешалка

Настойный чан представляет собой цилиндрический аппарат с декантатором для снятия сусла, змеевиком или рубашкой для обогрева и лопастной мешалкой, число оборотов которой не более 40-50 в минуту. Сырье засыпают в настойный чан, заполненный горячей водой при температуре 80…90 ⁰С, из расчета получения первого сусла в количестве 1/3 от заданного объема. После 30-ти минутного перемешивания настаивают 1,5…2 часа. Отстоявшееся первое квасное сусло снимают декантатором, охлаждают в теплообменнике до температуры 25…30 ⁰С и перекачивают в аппарат для брожения. Оставшуюся гущу заливают водой с температурой 60…70 ⁰С в количестве, равном объему первого сусла, перемешивают 20 минут, настаивают 1,5 часа. Второе сусло также охлаждают и соединяют с первым. Для третьего залива берут оставшееся количество воды для доведения объема сусла до расчетного. Смесь гущи и воды перемешивают 20 минут, настаивают 1 час и перекачивают в общий объем сусла.

Содержание сухих веществ в 1-м сусле 1,8-2,0 %, во 2-м - 1,2-1,3 %, в 3-м - 0,5-0,7 %. Концентрация сухих веществ в объединенном сусле должна быть не менее 1,6 % для кваса хлебного и не менее 1,3 % - для кваса для окрошки.

Настойный способ очень трудоемок, длителен: общее время занятости около 8 часов. Кроме того, велики потери сухих веществ - до 15 %, образуется отход - гуща, которую сложно реализовать, так как количество ее небольшое.

Рациональный способ получения квасного сусла предусматривает затирание ржаного солода, предварительно разваренной ржаной муки и ячменного солода с использованием стандартного оборудования варочных цехов пивзаводов. Способ энергоемкий, требует наличия дополнительного оборудования - запарников для разваривания ржаной муки под давлением. в классическом варианте практически не используется.

Однако в настоящее время проводятся исследования и разрабатываются технологические режимы получения квасного сусла из ржаных и ячменных солодов с добавлением ржаной муки по режимам пивоваренного производства.

Из концентрата квасного сусла более прогрессивный способ с минимальными потерями сухих веществ. Сусло для брожения готовят с использованием 70 % концентрата от расчетного количества, оставшиеся 30 % вносятся после сбраживания для ароматизации кваса. Концентрат квасного сусла сначала разбавляют в чане предварительной разводки водой с температурой 30…35 ⁰С в соотношении 1:2..2,5, затем перекачивают в аппарат для брожения, где доводят водой до массовой доли сухих веществ 1,4 -1,6 %. Сюда же вносят сахарный сироп в количестве 25 % от расчетного, чтобы не допустить избыточного накопления спирта при брожении. Для сбраживания в ЦКБА разбавленный ККС пастеризуют. Содержание сухих веществ в сусле не менее 2,5 % для хлебного кваса и 1, 6 - для окрошечного.

Концентрат квасного сусла плохо растворим в холодном квасе, поэтому сусло зачастую получают из всего количества ККС.

4.2 Способы сбраживания квасного сусла и купажирования кваса

Получение кваса проводится в 2 стадии: сбраживание квасного сусла и купажирование кваса.

В зависимости от способов проведения этих стадий, брожение может проводиться в бродильных чанах, бродильно-купажном аппарате или цилиндро-конических бродильных аппаратах.

В бродильном чане, который представляет собой аппарат с охлаждающим змеевиком или рубашкой, проводится брожение кваса. Для купажирования служат купажные аппараты с мешалками.

В бродильном чане готовят сусло, вносят закваску или дрожжи и ведут брожение при температуре 25…30 ⁰С до снижения массовой доли сухих веществ на 1 % и достижения кислотности 2…4 см³ раствора щелочи концентрацией 0,1 моль/дм³ на 100 см³ кваса. Температура регулируется путем охлаждения рассолом. Продолжительность брожения при этих условиях составляет 14…16 часов. Затем квас охлаждают до температуры 6…7 ⁰С для оседания дрожжей и перекачивают его в купажный аппарат. Для отделения дрожжей на сливное отверстие перед заполнением бродильного чана устанавливается сливной стакан.

В купажном аппарате в квас вносят оставшиеся 30 % концентрата квасного сусла и 75 % сахарного сиропа. После перемешивания направляют в мерники, откуда ведется розлив кваса. Закваска повторно не используется, так как молочнокислые бактерии при охлаждении кваса не оседают, а остаются в квасе, нарушается соотношение микроорганизмов. Кроме того, нет возможности хранить закваску или дрожжи, невозможно достаточно тщательно промыть.

Бродильно-купажный аппарат (рисунок 4) предназначен для проведения в нем сбраживания квасного сусла и купажирования кваса.

Рисунок 4- Бродильно-купажный аппарат

1 - корпус аппарата; 2 - охлаждающая рубашка; 3 - камера-дрожжеотделитель

Он представляет собой цилиндрическую емкость 1 с коническим днищем, в котором находится камера-дрожжеотделитель 3, с мешалкой в нижней части аппарата и охлаждающей рубашкой 2 или змеевиком. Камера-дрожжеотделитель служит для оседания дрожжей и отделяется от основного объема кваса задвижкой.

Брожение ведут при тех же параметрах, что и в бродильных чанах. После охлаждения кваса и отделения дрожжей проводят купажирование оставшимся количеством ККС и сахарным сиропом в этом же аппарате. Из него же можно вести розлив путем передавливания диоксидом углерода.

Способ сбраживания квасного сусла в цилиндро-конических бродильных аппаратах (ЦКБА) объемом 45 м³ впервые использован на Киевском ПО «Росинка». Позже способ был внедрен на Бадаевском пивзаводе, где брожение проводили в ЦКБА объемом 100 м³. Применение ЦКБА позволяет существенно повысить производительность квасного отделения.

ККС перед или после разбавления пастеризуют 30..35 мин при температуре 75-80 ⁰С, затем охлаждают до 28-30 ⁰С и перекачивают в ЦКБА через нижний штуцер. Закваску и дрожжи задают во 2-ю порцию разбавленного ККС. Сахарный сироп вносят при перемешивании с помощью насоса. Брожение ведут при периодической циркуляции путем перекачивания «на себя» центробежным насосом через каждые 2 часа по 30 минут для предотвращения оседания дрожжей.

По окончании брожения подключают все охлаждающие рубашки, квас охлаждают до 5…7 ⁰С. Осадок дрожжей, осевших в коническую часть аппарата, сливают, определяя окончание слива визуально через смотровое стекло. После отделения дрожжей квас купажируют, добавляя оставшееся количество ККС и сахарного сиропа при перемешивании насосом. Продолжительность брожения в ЦКБА объемом 50 м³ 10…12 часов, охлаждения 6…8,5 часов, в аппарате на 100 м³ - соответственно 16…18 часов и 8,5…10 часов. Общее время занятости ЦКБА объемом 50 м³ 23,0…33,5 часов, объемом 100 м³ - 50,5…54 часа.

На Киевском ПО «Росинка» для производства кваса смонтирована установка из 4-х ЦКБА, три из них используются для брожения квасного сусла, один - для купажирования (рисунок 5).

Рисунок 5 - Схема установки для производства кваса в ЦКБА

1 - сборник для приготовления квасного сусла; 2 - насос; 3 - теплообменник; 4 - ЦКБА для брожения квасного сусла; 5 - рубашки для охлаждения; 6 - ЦКБА для купажирования кваса; 7 - сборник для дрожжей; 8 - автотермоцистерна для кваса

Купажный ЦКБА дооборудован камерой для отделения дрожжей с задвижкой, мешалкой в верхней части корпуса, к крышке приварен трубопровод, проходящий по всей длине цилиндрической части аппарата.

Приготовление квасного сусла проводится в сборнике 1 с мешалкой, в котором все расчетное количество концентрата квасного сусла разводится до необходимого содержания сухих веществ водой с температурой 30…35 ⁰С. Сусло прокачивают насосом 2 через теплообменник 3 в ЦКБА для брожения 4. Сюда же вносят расчетное количество сахарного сиропа и комбинированной закваски. Перемешивают сусло перекачиванием «на себя». Брожение ведут по режимам, принятым для бродильно-купажного аппарата, продолжительность 12 часов.

Каждый из 3-х ЦКБА для брожения работают автономно, не зависимо друг от друга со сдвигом во времени. По окончании брожения квас охлаждают в теплообменнике 3 и перекачивают в ЦКБА для купажирования 6, куда задают оставшееся количество сахарного сиропа.

Готовый квас вторично охлаждают с помощью рассола, подаваемого в рубашки 5, осевшие дрожжи выводят из аппарата в сборник 7, а квас подают на розлив в цистерны 8.

Применение этой схемы позволило сократить время охлаждения кваса перед купажированием и существенно увеличить производительность отделения, однако, при этом общая продолжительность цикла производства кваса не сокращается.

Розлив кваса производится из мерников или непосредственно из бродильно-купажных аппаратов в изотермоцистерны, бочки, кеги, желательно в изобарических условиях.

Производство кваса на предприятиях организуется только в летний период, фонд рабочего времени квасоваренных цехов - 100 суток.

Розлив квасов брожения в бутылки с последующей пастеризацией позволяет увеличить срок годности до 2 месяцев. Однако для обеспечения стабильности кваса необходимо достаточно полно осадить дрожжи и молочнокислые бактерии, а также провести качественную фильтрацию. Сложность решения этих задач заключается в том, что квас содержит ряд высокомолекулярных соединений (гумми-вещества, гемицеллюлозы, декстрины и др.), которые создают его высокую вязкость. Повышенная вязкость кваса препятствует осаждению взвешенных частиц и микроорганизмов, снижает скорость фильтрации.

Исследованиями, проведенными в МИЦ «Пиво и напитки ХХI век», показано, что на процесс фильтрации влияют большое число факторов, в том числе содержание в нефильтрованном квасе дрожжевых клеток, молочнокислых бактерий, посторонних микроорганизмов, коллоидных веществ; система и параметры фильтрации; вид фильтрующих материалов. Для повышения скорости фильтрования рекомендовано предварительное осаждение микроорганизмов осветлителями (например, препаратом «айсингласс»), сепарирование кваса для удаления основной части взвесей, добавление к кизельгуру при фильтровании через намывной фильтр перлита, силикагеля. Важное значение имеет правильный выбор концентрата квасного сусла, применяемая технология, санитарно-микробиологическое состояние производства.

4.3 Качество квасов брожения

В настоящее время в России показатели качества кваса нормируются техническими условиями. Физико-химические и органолептические показатели наиболее распространенных сортов кваса «Хлебный» и «Квас для окрошки» нормируются ОСТ.

Физико-химические показатели квасов хлебного и для окрошки приведены в табл. 3.

Таблица 3-Физико-химические показатели кваса хлебного и для окрошки

Показатели	Квас хлебный	Квас для окрошки
	На заводе	В торг. сети	На заводе	В торг. сети
Массовая доля сухих веществ, %	5,8…5,4	5,2…4,2	3,2…3,0	2,8…1,6
Массовая доля спирта, %	0,4…0,6	Не более 1,2	0,4…0,5	Не более 1,2
Кислотность, см3 р-ра щелочи концентрацией 1 М/дм3/100 см3 кваса	Не менее 2,0	2,0…4,5	Не менее 2,0	2,0…5,0

По органолептическим показателям квас хлебный должен иметь коричневый цвет, кисло-сладкий вкус, аромат ржаного хлеба. В окрошечном квасе цвет более светлый. Массовая доля диоксида углерода не нормируется и учитывается при дегустации как «резкость». При дегустации кваса оценивается внешний вид, цвет - 7 баллов, вкус, аромат - 12 баллов. Квас отличного качества должен иметь суммарное количество баллов 16…19, хорошего - 14…16, удовлетворительного - 10…13.

4.4 Производство плодового кваса и лактоферментированных напитков на основе растительного сырья

Богатый опыт старинного квасоварения позволил создать квасы на основе разнообразных видов сырья: плодово-ягодного, экстрактов из различных видов зернового и пряно-ароматичного сырья и др.

ВНИИПБиВП разработана рецептура и технология кваса «Яблочный» с использованием вместо ККС яблочного экстракта и экстракта «Виноградный», приготовленного на основе виноградного вакуум-сусла.

Брожение и купажирование проводится по технологии кваса хлебного. В рецептуру кваса «Яблочный» входит яблочная эссенция, поскольку яблочный экстракт содержит недостаточно ароматических веществ. При недостаточном накоплении кислотности допускается добавление в квас «Яблочный» молочной или лимонной кислот.

Готовый квас «Яблочный» содержит сухих веществ не менее 5,2 %, кислотность от 1,3 до 2,2 см³ раствора щелочи концентрацией 1 Моль/дм³ на 100 см³ кваса, объемная доля спирта до 0,5 %.

За рубежом существует технология приготовления овощных лактоферментированных напитков, которые готовят путём молочнокислого брожения капустного, свекольного, томатного и других соков. Применяют различные виды молочнокислых бактерий, бифидобактерии, смешанные культуры молочнокислых бактерий, иногда - спонтанную закваску.

Овощные соки содержат низкие концентрации сахаров, 3,5…6,5 %, однако, такая среда благоприятна для молочнокислых бактерий, которые не нуждаются в высоких концентрациях сахаров. В соках создают условия для подавления посторонней микрофлоры, внося поваренную соль в концентрации до 2,5 % к объёму сока. Вносят закваску и ведут брожение (сквашивание) при температуре 15…20 ⁰С, поскольку при более высокой температуре и концентрации поваренной соли менее 1,7 % может произойти нежелательное маслянокислое, маннитное брожение и даже начаться гниение.

Капустный сок при температуре 16…20 ⁰С бродит на спонтанной закваске около трёх недель. В конце брожения накапливается до 1,5 % молочной кислоты. Спонтанное брожение ведут на соке с добавкой шинкованной капусты, нарезанной полосками шириной 1…2 см.

Считают, что при сбраживании сока спонтанной закваской на первом этапе брожения главную роль играют гетероферментативные бактерии видов Bacterium aerogenes, Lactobacillus brevis и другие. Затем они вытесняются другими видами, в основном гетероферментативными, например, Streptococcus plantarum. До рН сока 5,0 накапливается сначала молочная кислота, затем - уксусная, пропионовая, муравьиная кислоты, а также небольшие количества этилового, пропилового и других спиртов.

От сброженного капустного сока отделяют шинкованную капусту, из неё дополнительно отпрессовывают сброженный сок, присоединяют его к основному объему сока, который фильтруют, деаэрируют, пастеризуют в потоке при температуре 85 ⁰С, охлаждают до температуры 2 ⁰С, повторно фильтруют, ароматизируют пряностями, иногда подслащивают и насыщают диоксидом углерода. Хранят готовый лактоферментированный напиток в асептических условиях в крупных ёмкостях при температуре 2 ⁰С, а затем направляют на розлив.

Если для сбраживания применяют чистые культуры молочнокислых бактерий видов Lactobacillus plantarum, Lact. brevis, Lact. delbruckii и другие, то перед началом брожения сок с измельчённой капустной мезгой нагревают в трубчатом подогревателе с целью стерилизации до температуры 105…110 ⁰С, затем охлаждают до температуры 35…45 ⁰С, вносят разводку чистой культуры молочнокислых бактерий. Сбраживают сок с мезгой 10…24 ч до рН 3,8…4,2. Мезгу отделяют прессованием, а полученный сок обрабатывают так же, как указано выше для сбраживания спонтанной закваской.

В СССР выпускали сок из квашеной капусты без добавок и с добавками пюре из сладкого красного перца и сахара. Для приготовления сока использовали белокочанную капусту средних и поздних сортов, добавляли в сок, содержащий шинкованную капусту, 1,5…2,0 % поваренной соли, 3 % шинкованной моркови и 0,1 % лаврового листа или только поваренную соль.

Спонтанное заквашивание продолжали до накопления 1,5 % молочной кислоты. После окончания брожения сцеживали сок сквозь мешочный фильтр из редкой ткани, чтобы удалить кусочки капусты и взвеси. Выдерживали сок 4…6 ч для осветления, затем декантировали с осадка, сепарировали или фильтровали через капроновое сито № 20, смешивали с остальными компонентами, предусмотренными рецептурой. Нагревали сквашенный сок до температуры 90 ⁰С, разливали в вымытые банки или бутылки ёмкостью 0,5 л, укупоривали тару с соком и пастеризовали при температуре 90 ⁰С в течение 20…30 мин.

На 1000 кг купажированного сока расходовалось 892 кг сока квашеной капусты, 83 кг пюре красного перца и 25 кг сахара. Такой сок содержал 8 % сухих веществ по рефрактометру, 1,6 % кислоты и не менее 3 % сахара.

Оставшуюся после отделения сока шинкованную капусту использовали для приготовления различных видов консервов (солянки и других).

В России ГОСТ Р 52182-2003 «Консервы. Соки, нектары и сокосодержащие напитки овощные и овощефруктовые. Технические условия» предусматривает производство сокосодержащих напитков неосветлённых, подвергнутых молочнокислому брожению, следующих наименований: капустный, морковный, свекольный, капустно-свекольный.

Органолептические показатели овощных напитков, подвергнутых молочнокислому брожению:

Внешний вид иОднородная непрозрачная жидкость. Допускается

консистенциянебольшой осадок, морковного напитка - незначительное расслоение жидкости.

Вкус и запахПриятный, кисловато-сладковатый; капустного и капустно-свекольного напитка - кисловато-солоноватый, напитков с добавлением пряно-ароматического сырья - с ароматом добавленного экстракта. Посторонние привкус и запах не допускаются.

Цвет Свойственный цвету использованных овощей.

Допускаются более тёмные оттенки.

Требования к общим физико-химическим показателям напитков овощных, подвергнутых молочнокислому брожению, неосветлённых, приведены в таблице 4 .

Таблица 4 - Общие физико-химические показатели напитков овощных, подвергнутых молочнокислому брожению, неосветлённых

Наименование напитка	Массовая доля %	рН, не более
	Растворимых сухих веществ, не менее	титруемых кислот в расчёте на молочную кислоту, не менее	мякоти, не более	хлоридов, не более
Капустный	5,0	0,5-0,8	-	0,6	4,0
Морковный	3,0	0,5-0,8	-	0,6	4,0
Свекольный	5,0	0,5-0,8	-	0,6	4,0
Капустно- свекольный	5,0	0,5-0,8	-	0,6	4,0

Осадок в этих напитках не нормируют. Минеральные примеси, примеси растительного и другого происхождения и посторонние примеси не допускаются.

Разработана технологическая инструкция ВНИИКОП на эти напитки, но в открытой печати она не опубликована.

В Кемеровском технологическом институте разработана технология квасов и напитков смешанного спиртового и молочнокислого брожения на основе меда, зернового сырья, с добавлением пряностей, экстрактов из плодово-ягодного и пряноароматического сырья.

4.5 Болезни кваса

Квасы промышленного производства, как правило, содержат значительное количество сахарозы, поэтому являются благоприятной средой для развития многочисленных микроорганизмов.

Известен ряд болезней кваса, как правило, приводящих к его необратимой порче, поэтому в производстве кваса большую роль играют профилактические мероприятия, позволяющие не допустить развитие посторонней микрофлоры.

Ослизнение кваса вызывают слизеобразующие бактерии Leuconostoc mesenteroides и Bacillus mesentericus. В результате их развития квас приобретает плотную консистенцию, высокую вязкость. Резко снижается сладость во вкусе. Такой квас непригоден к употреблению. Главным источником попадания слизеобразующих бактерий в производство кваса является сахар-песок. Его необходимо тщательно контролировать на отсутствие слизеобразующих бактерий, а при приготовлении сахарного сиропа горячим способом кипятить сироп не менее 30 мин. Слизеобразующие бактерии не выдерживают высокой кислотности среды, поэтому при обнаружении признаков ослизнения необходимо повысить кислотность сброженного сусла и кваса до верхнего предела, допускаемого технологией кваса. Все трубопроводы и технологическое оборудование, в котором находился ослизнённый квас, необходимо продезинфицировать. Иногда приходится прибегать к замене трубопроводов, так как не удаётся обеспечить полного подавления в них слизеобразующих бактерий.

Уксуснокислое скисание кваса вызывают уксуснокислые бактерии. В результате их развития подавляются квасные дрожжи и молочнокислые бактерии, резко нарастает кислотность кваса, но она резкая и неприятная из-за специфического вкуса уксусной кислоты. Снижается массовая доля этилового спирта в квасе, так как уксуснокислые бактерии превращают этиловый спирт в уксусную кислоту. Уменьшается стойкость кваса при хранении. На поверхности «больного» кваса может появиться тонкая плёнка.

Источником попадания в квас уксуснокислых бактерий являются плохо вымытые аппараты, шланги, трубопроводы, воздух производственного помещения, поэтому для предотвращения уксуснокислого скисания необходимо поддерживать хорошее санитарное состояние производства.

Уксуснокислое скисание может наблюдаться в смешанной закваске. В этом случае закваска не может быть использована в производстве кваса и должна быть заменена новой закваской, приготовленной, начиная с лабораторных стадий разведения чистых культур дрожжей и МКБ.

Характерным признаком развития уксуснокислых бактерий является появление в производственных помещениях плодовой мушки. Мушка может переносить уксуснокислые бактерии в открытые аппараты с суслом или квасом. Закрытые аппараты защищают квас от контакта с мушками.

Уксуснокислые бактерии являются аэробами, для их нормальной жизнедеятельности требуется кислород, поэтому предпочтительно в производстве кваса пользоваться аппаратами закрытого, а не открытого типа.

Уксуснокислые бактерии не образуют спор или защитных коллоидов, поэтому они очень нестойки к дезинфектантам, что облегчает борьбу с инфекцией.

Порча кваса, вызываемая гнилостными термобактериями. Оптимальной температурой для развития гнилостных термобактерий является 30…37 ⁰С, но они хорошо растут и при более низких температурах, а погибают лишь при температуре 90 ⁰С. Источником попадания термобактерий в производство кваса являются зерно злаков, мука.

Квасное сусло и квас, поражённые термобактериями, приобретают гнилостный запах, сусло прокисает до засева смешанной закваской за счёт образования кислот, нетипичных для кваса. Такой квас непригоден к употреблению.

Мерами по предотвращению порчи кваса гнилостными термобактериями являются дезинфекция оборудования, трубопроводов, помещений, пастеризации раствора ККС, идущего на приготовление сусла, засев сусла дрожжами или смешанной закваской сразу после приготовления сусла (дрожжи, сбраживающие сусло, ослабляют жизнеспособность гнилостных термобактерий).

Порча кваса, вызываемая попаданием диких дрожжей. Источником диких дрожжей являются воздух, зерно, солод, плоды, ягоды, хлебопекарные дрожжи низкого качества.

Дикие дрожжи являются аэробами, могут образовать плёнку на поверхности кваса, не образуют спор. В анаэробных условиях гибнут. Дикие дрожжи не вызывают спиртового брожения, усваивают этиловый спирт и органические кислоты, разлагая их до воды и СО₂ и тем самым ухудшая вкус кваса и делая его непригодным для реализации.

Меры по предотвращению попадания диких дрожжей в производство кваса - это поддержание хорошего санитарного состояния производства, тщательный контроль за отсутствием диких дрожжей в прессованных дрожжах и смешанной закваске, применение закрытого технологического оборудования, обеспечивающего анаэробные условия при брожении. В смешанной закваске и прессованных дрожжах при микроскопировании не должно обнаруживаться более 0,5 % диких дрожжей.

Поражение плесневыми грибами. Источниками попадания плесневых грибов в производство кваса являются: зерно, солод, квасные хлебцы, концентрат квасного сусла, воздух производственных помещений, плохо вымытое оборудование, шланги, бочки с остатками сусла и кваса.

Плесневые грибы в результате своего развития придают суслу и квасу плесневелые запах и привкус, делая квас непригодным к реализации. Некоторые плесневые грибы выделяют токсины.

Чаще всего встречаются в производстве кваса плесневые грибы родов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus.

Плесневые грибы для своего развития нуждаются в кислороде, высокой влажности, наличии питательных веществ, в первую очередь, углеводов и аминокислот. Не выдерживают анаэробных условий. Вегетативные формы плесневых грибов не выдерживают термообработки, а споровые формы устойчивы к ней.

Для предупреждения развития плесневых грибов в производстве кваса надо регулярно дезинфицировать, очищать, белить и красить производственные помещения, пользуясь краской и побелкой, в которую добавлены фунгициды. Необходима регулярная чистка, мойка и дезинфекция оборудования и трудопроводов. Помещения должны хорошо вентилироваться чистым, желательно обеспложенным, воздухом. Не допускается присутствие зерновой пыли, плесневелых квасных хлебцев, плесневелого концентрата квасного сусла. Рекомендуется пастеризовать раствор ККС, идущий на приготовление сусла. Готовить сусло, проводить брожение и купажирование следует в закрытом оборудовании.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте способы получения квасного сусла. Приведите режимы, дайте их сравнительную оценку.

2. Приведите режимы сбраживания квасного сусла с использованием различных видов оборудования. Дайте их сравнительную оценку, назовите достоинства и недостатки известных способов.

3. Приведите возможные пути расширения ассортимента квасов и квасных напитков.

4. На основе анализа литературных данных предложите рецептуры квасов, обогащенных различными продуктами переработки плодов, ягод, другого растительного сырья, биологически активными добавками.

5. Расскажите о болезнях кваса и мерах по их предотвращению.

ПРОИЗВОДСТВО БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ

5. Сырье для производства безалкогольных напитков

5.1 Классификация и характеристика безалкогольных напитков

Классификация напитков в соответствии с ГОСТ 28188-89 проводится по нескольким признакам: по внешнему виду, особенностям используемого сырья и технологии, по степени насыщения диоксидом углерода и способу обработки.

Вид напитков:

- жидкие - прозрачные (без посторонних включений, допускается легкая опалесценция) и замутненные (без включений, не свойственных продукту);

- концентраты напитков в потребительской таре (сухие или пастообразные смеси для напитков).

Группы напитков (в зависимости от используемого сырья, технологии производства и назначения):

- сокосодержащие напитки;

- напитки на пряно-ароматическом сырье;

- напитки на ароматизаторах (эссенциях и ароматных спиртах);

- напитки на зерновом сырье;

- напитки брожения;

- напитки специального назначения;

- искусственно-минерализованные воды.

Типы напитков (по степени насыщения диоксидом углерода):

- сильногазированные (массовая доля СО₂ более 0,4 %);

- среднегазированные (массовая доля СО₂ более 0,3 % до 0,4 % включительно);

- слабогазированные (массовая доля СО₂ более 0,2 % до 0,3 включительно);

- негазированные.

Способ обработки:

- непастеризованные;

- пастеризованные;

- напитки с применением консервантов;

- напитки без применения консервантов;

- напитки холодного розлива;

- напитки горячего розлива.

В соответствии с классификацией напитков по группам нормируются признаки, по которым напиток относят к той или иной группе.

К напиткам сокосодержащим относят безалкогольные напитки, в состав которых входит до 50 % соков, в том числе:

- напитки нектарного типа, содержащие соки от 25 до 50 % включительно;

- соковые - напитки с содержанием сока от 6 до 24,9 % включительно;

- фруктовые - напитки с содержанием сока от 3 до 5,9 % включительно;

- лимонады - напитки с содержанием сока до 2,9 %;

- морсы - безалкогольные напитки, полученные в промышленных условиях путем смешивания плодово-ягодного сока или смеси плодово-ягодных соков, или одноименных экстрактов со вкусоароматическими компонентами (углеводсодержащими добавками, органическими кислотами, натуральными красителями, ароматизаторами), имеющие объем плодово-ягодных соков в напитке не менее 10 %, из которых сока, одноименного с наименованием напитка не менее половины.

К напиткам на пряно-ароматическом сырье относят безалкогольные напитки, содержащие экстракты, концентрированные основы или концентраты, полученные с использованием пряно-ароматического растительного сырья.

Напитки на ароматизаторах производят с применением ароматических веществ или композиций (эссенций, эфирных масел, эмульсий, основ и др.).

К напиткам брожения и квасам относят безалкогольные напитки, полученные путем незавершенного спиртового или спиртового и молочнокислого брожения сусла из зернового, овощного или плодово-ягодного сырья.

Квас - напиток, содержащий не более 1,5 % об. спирта, приготовленный путем незавершенного спиртового и молочнокислого брожения экстрактов (соков) из зернового, овощного, плодово-ягодного и другого растительного сырья и натуральных сахаросодержащих продуктов с последующим возможным добавлением натуральных или идентичных натуральным пищевкусовых добавок. В этом случае на этикетке декларируется «квас» с фантазийным названием.

Напиток на зерновом сырье - безалкогольный напиток, приготовленный на основе зернового сырья и продуктов его переработки с использованием пищевых вкусо-ароматических добавок, красителей и других компонентов. К этой группе относят квасные напитки, полученные путем купажирования экстрактов из зернового сырья с натуральными или искусственными пищевкусовыми добавками, с водой, с добавлением консервантов. На этикетке не допускается включение слова «квас», а указывается «квасной напиток» с фантазийным названием.

Напитки специального назначения - безалкогольные напитки, предназначенные для определенных категорий потребителей (витаминизированные, низкокалорийные, тонизирующие, для спортсменов, для больных сахарным диабетом, для детского питания, для горячих цехов и др.). В низкокалорийных напитках должно быть не более 5 % углеводов, а в напитках для больных сахарным диабетом сахар должен быть полностью заменен на сахарозаменители и подсластители.

Искусственно минерализованные воды - питьевая вода с добавлением неорганических солей.

Основные пути повышения качества и расширения ассортимента - создание новых видов напитков на основе натурального сырья, специального назначения: детские, энергетические (для спортсменов), витаминизированные, обогащенные биологически активными веществами растительного и животного происхождения.

5.2 Сахар и сахарозаменители

Сахар используется в производстве напитков для придания им сладкого вкуса, создания консистенции, усиления бактериостатических свойств. Сахар обладает высокой энергетической ценностью, кроме того, его не рекомендуется употреблять при некоторых заболеваниях, связанных с нарушением обмена веществ. Поэтому в последнее время все более широко сахар заменяют различными веществами, имеющими сладкий вкус: сахарозаменители и подсластители. Заменителями сахара принято называть вещества, обладающие степенью сладости, близкой к сладости сахара (глюкоза, фруктоза и др.). Интенсивные подсластители имеют сладость в десятки и сотни раз, превышающую сладость сахара.

Все вещества, обладающие сладким вкусом, можно разделить на несколько групп по химическому строению:

1. Углеводы

К ним относятся

полисахариды и смеси - инвертный сироп, глюкозно-фруктозный сироп, патоки;

дисахариды - сахароза, мальтоза, лактоза;

моносахариды - глюкоза, фруктоза, галактоза.

2. Полиолы

К ним относят сладкие спирты - сорбит, ксилит, маннит, мальтит, лактит

3. Подсластители

Подсластители делятся на натуральные и синтетические.

Сахар создает сладкий вкус, полноту вкуса, консистенцию напитков и является одним из основных видов сырья.

Используют сахар-песок, сахар-рафинад и жидкий сахар.

Сахар-песок содержит сахарозы 99,75 % на сухое вещество, влажность - 0,14 %. При температуре более 160 ⁰С плавится, более 180 ⁰С теряет воду и превращается в карамели.

Упаковывают в тканевые мешки, мешки с полиэтиленовым вкладышем, трехслойные бумажные мешки. Хранят в мешках на стеллажах или поддонах в сухих помещениях с относительной влажностью не более 70 %, при температуре не выше 40 ⁰С. В штабеля сахар-песок, упакованный в тканевые мешки, укладывают не более 46 рядов, в тканевые мешки с полиэтиленовыми вкладышами - не более 24 рядов, в транспортных пакетах - не выше 4 м; в картонных ящиках - не более 2 м. Запрещается хранить сахар с другими материалами, так как он впитывает посторонние запахи.

Для снижения трудоемкости при транспортировании и разгрузки сахара можно его перевозить в специальных автоцистернах, оборудованных устройствами для пневматической разгрузки по типу транспортирования муки. Для хранения в этом случае предусматривают специальные бункера.

Сахар-рафинад - дополнительно очищенный сахар-песок в виде кусков (литой или прессованный) или кристаллов (рафинированный сахар-песок). Сахарозы 99,9 % на сухое вещество, влажность 0,1-0,4 %. Для придания белого цвета его иногда подкрашивают ультрамарином, который при нагревании может образовывать сероводород или другие продукты распада, дающие осадки. Фасуют и хранят аналогично сахару-песку.

В прозрачных напитках с сахаром может образовываться белый хлопьевидный осадок, который образуется за счет осаждения сапонинов, иногда присутствующих в сахаре. Сапонины переходят в сахар из сахарной свеклы, они обладают пенообразующими свойствами, растворимы в щелочной и нейтральной среде, но теряют растворимость в кислой среде. Для образования заметного осадка в напитке и провоцирования образования пены при розливе достаточно 0,001 % сапонинов. Поэтому перед использованием сахар следует проверить на наличие сапонинов путем подкисления сахарного раствора.

Жидкий сахар - раствор сахара-песка в воде. Выпускают высшим, 1-м и 2-м сортом. Высший и 1-й сорт используют в производстве безалкогольных напитков. Высший сорт - очищен от механических примесей и обесцвечен адсорбентами, 1-й - очищен фильтрующими порошками.

Сухих веществ в нем не менее 64 %, сахарозы 99,8 % (высший сорт), 99,55 % (1 сорт).

Транспортируют жидкий сахар в автоцистернах, хранят в закрытых металлических емкостях при температуре не более 18 ⁰С, поверхность рекомендуется облучать ультрафиолетовыми бактерицидными лампами. Срок хранения 4 суток, но при соблюдении стерильных условий хранения может храниться до 120 суток. Использование жидкого сахара экономично, исключаются погрузочно-разгрузочные операции, исключается стадия приготовления сахарного сиропа. Однако радиус доставки его с экономической точки зрения должен быть не более 80 км.

Сладкие спирты - ксилит и сорбит используются в напитках для диабетиков.

Сорбит - шестиатомный спирт, по внешнему виду - твердые серовато-белые плиты, вкус сладкий, без запаха. Хорошо растворим в воде, калорийность немного меньше сахара, коэффициент сладости Ксл.=0,6.

Ксилит - пятиатомный спирт, по внешнему виду - белый кристаллический порошок, вкус сладкий, без запаха, Ксл.=0,85.

Транспортируют ксилит и сорбит в бумажных мешках с полиэтиленовыми вкладышами массой по 25 кг. Хранят в сухих помещениях с относительной влажностью не более 75 %.

Ксилит и сорбит в настоящее время используют редко, так как они обладают слабительным действием и небольшим коэффициентом сладости. Они практически вытеснены синтетическими подсластителями.

Для замены сахара можно использовать глюкозно-фруктозный сироп (ГФС). Его получают из кукурузного крахмала путем гидролиза ферментными препаратами, содержащими б-амилазу и глюкоамилазу, при этом накапливается глюкоза. Гидролизат фильтруют, очищают, уваривают и изомеризуют часть глюкозы во фруктозу с помощью фермента глюкозоизомеразы. Полученный сироп дополнительно очищают и уваривают. По внешнему виду ГФС - сиропообразная жидкость светло-желтого цвета, без постороннего запаха. Сухих веществ в нем не менее 70 %, массовая доля фруктозы не менее 42 %.

Транспортируют в цистернах или бочках, хранят при температуре 25-32 ⁰С, чтобы не выпали кристаллы (хотя это допускается) и для более легкого перекачивания. Срок хранения 6 месяцев.

Подсластители в настоящее время применяются широко в разных областях пищевой промышленности.

Ряд натуральных подсластителей выделяют из различных частей растений.

Тауматин - самое сладкое вещество из обнаруженных в природе. Его получают из плодов африканского кустарника катемфе (Thaomatococcus danielli). Сладость его при сравнении с сахарозой 2,5 - 3,5 тыс. единиц. Это соединение нескольких белков. Имеет выраженный лакричный привкус.

Монелин - тоже имеет белковую природу, обнаружен в ягодах африканского винограда. Слаще сахара в 1500-3000 раз.

Дигидрохалконы выделены из кожуры цитрусовых плодов. К ним относится неогесперидин, который получают из нарингина - горького вещества кожуры цитрусовых. Другое его название - цитроза. Коэффициент сладости 1800-2000 ед. Обладает ментоло-лакричным привкусом.

Глиццеризин получают из корня солодки. Имеет сладость 50-100 ед. Как недостаток отмечается специфическое послевкусие.

Стевиозид - из листьев растения стевия (Stevia rebaudiana).

Все они используются редко, за исключением стевиозида. Cтевиозид представляет собой белый кристаллический гигроскопичный порошок, легко растворимый в воде. Выпускают его также в виде сиропа. Имеет легкий лакричный привкус, но в смесях он практически нейтрализуется. Сладость его от 100 до 300 ед.

Синтетические подсластители применяют чаще, с каждым годом возрастает объем их производства и потребления для производства различных продуктов.

Требования к ним:

- физиологическая безвредность;

- отсутствие цвета и запаха;

- качество сладости подобное сахарозе;

- хорошая растворимость;

- стабильность при технологической обработке.

Сахарин - один из первых синтетических подсластителей. Синтезирован в США в начале 19 века. Представляет собой имид орто-сульфобензойной кислоты. В воде плохо растворим, используют натриевую (торговое название кристаллоза) и калиевую соли. Слаще сахара в 300-500 раз, но дает горькое, вяжущее, металлическое послевкусие. Имеет низкую стоимость, поэтому широко используется в разных странах, но, главным образом, в смеси с другими подсластителями.

Ацесульфам калия (торговое название сунетт), относится к группе оксатиацинондиоксидов. Сладость 200 ед., термо- и кислотоустойчив. Ощущение сладости наступает быстро, исчезает медленно, поэтому его используют в смеси с другими подсластителями, например, аспартамом.

Цикламаты - соли цикламовой кислоты. Хорошо растворимы в воде, устойчивы при нагревании до 260 ⁰С. Сладость 30 ед. Нет окончательных данных о безвредности для человека.

Аспартам - дипептид, представляет собой метиловый эфир аспарагиновой кислоты и фенилаланина, поэтому нельзя его использовать больным с фенилетонурией (нарушения метаболизма фенилаланина). Аспартам - самый широко используемый подсластитель, продается под торговыми названиями нутрасвит, сладекс.

В воде слабо растворим, лучше в кислой среде. Сладость 200 ед. Основной недостаток - низкая стабильность. При оптимальном для хранения рН 4,2 период полураспада от 20 до 260 суток. Фасуют в полиэтиленовые пакеты от 0,5 до 25 кг. По степени воздействия на организм относят к веществам 4 класса опасности, пожаро- и взрывоопасен. Гарантийный срок хранения 12 месяцев.

На его основе синтезированы новые подсластители: алитам, супераспартам (сладость до 5,5 тыс. ед.).

Сукралоза - трихлоргалактосахароза. Сладость ее 600 ед. Устойчива при нагревании и действии кислот.

Более перспективны смеси подсластителей, в которых учитывается особенность восприятия отдельных сахарозаменителей, синергический эффект, цена. Например, сладость аспартама «запаздывает» по сравнению с сахаром, а ацесульфама - опережает. Их смесь дает оптимальное ощущение, кроме того, обладает синергическим эффектом, то есть сладость усиливается по сравнению с индивидуальными веществами, благодаря чему можно сократить их дозу (0,5 г/дм³ - доза аспартама и ацесульфама, а в смеси - по 0,16 г/дм³).

Такие смеси готовят из 2 - 4 различных подсластителей, а также с сахаром. Смеси подсластителей выпускаются различными фирмами под разными названиями: «Сладин», «Алкослад» - 2-х, 3-х, 4-х, и 5-ти компонентные (торговая марка подсластителей фирмы «Союзснаб»); «Аспасвит-СТС Флора», «Аспасвит-СТС» на основе стевиозида; «Аспасвит ТС100» и «Аспасвит ТС200», влючающие как базовый компонент сукралозу (компания «Аспасвит») и др.

Нормы внесения подсластителей регламентируются СанПиН 2.3.2-1293-03 «Гигиенические регламенты применения подсластителей», в соответствии с которыми в безалкогольных напитках нормируется их концентрация, мг/дм³, не более: аспартама - 600; ацесульфама К - 350; аспартам-ацесульфам-соль - 350; цикламат - 250; сахарин -100; сукралоза - 300; неогесперидин - 30.

5.3.Кислоты

Кислоты - второй по значимости компонент напитков.

Используют в производстве различных видов напитков лимонную, молочную, уксусную, фосфорную, виннокаменную, аскорбиновую кислоты.

Функции кислот в напитках:

-придание кислого вкуса;

- усиление жаждоутоляющего действия;

- смягчение сладости;

- консервирующее действие.

Лимонная кислота добавляется в большинство наименований напитков.

Получают ее биохимическим путем сбраживанием сахаров некоторыми видами плесневых грибов. Лимонная кислота выпускается высшим и 1-м сортом, представляет собой белые или бесцветные кристаллы. Массовая доля лимонной кислоты должна быть не менее 99,5 % (в пересчете на моногидрат); влажность 9,05 %.Упаковывают в ящики из гофрированного картона насыпью, в мешки массой от 10 до 40 кг.

Молочную кислоту используют в производстве напитков на зерновом сырье. Получают молочнокислым брожением сахаров. Выпускают трех сортов - высшего, 1 и 2-го в виде 40 %-ного раствора и в виде 70 %-ного концентрата. В кислоте 40 %-ной массовая доля прямо титруемой молочной кислоты 37,5 % для высшего и 1-го сорта, 37,5 % - для 2-го сорта.

Уксусная кислота используется редко, для отдельных наименований напитков (например, «Любительский» с томатным соком), а также для консервирования хрена.

Получают путем уксуснокислого брожения, или сухой возгонкой древесины (так называемая, лесохимическая уксусная кислота). Она представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость. Выпускают в виде 70, 80 и 98 %-ной эссенции. Фасуют в бутыли от 20 до 40 дм³, в консервные баллоны вместимостью 10 дм³, в химические бутыли с притертой пробкой, которые помещают в ивовые корзины или деревянные решетчатые ящики.

Виннокаменная и dl-винная кислоты используются в производстве сухих смесей для напитков, так как мало гигроскопичны. Первую получают из отходов виноделия (винного камня), вторую - синтетическим путем. В виннокаменная выпускается двух марок - А и Б. Массовая доля винной кислоты нормируется не менее 99,0 %. Фасуют в бумажные непропитанные трех- четырехслойные мешки, льно-джуто-кенафные мешки, ящики из гофрированного картона, фанерноштампованные бочки массой по 10 кг. Синтетическую dl-винную кислоту фасуют в полиэтиленовые мешки и стеклянные банки. Полиэтиленовые мешки вкладывают в джутовые мешки, а банки - в гофрированные короба. Гарантийный срок хранения - 1 год.

dl-винная кислота по степени воздействия относится к 4 классу опасности, пожароопасна.

Ортофосфорная - дешевая, агрессивная кислота, с резким кислым вкусом. Ею можно заменять лимонную на 50 %. Ортофосфорная кислота для безалкогольных напитков используется марки А - пищевая. Представляет собой бесцветный, сиропообразный раствор. Выпускают ее в виде 73 %-ного раствора. Упаковывают в стеклянные бутыли вместимостью 20 дм³, а также в специальные железнодорожные цистерны. Хранят в стальных футерованных закрытых емкостях, в бутылях, канистрах. Гарантийный срок хранения 6 месяцев. Используют в частности, при производстве напитков с кофеином (типа «Кола»), напитка «Фанта», в котором ее резкий вкус маскируется интенсивным ароматизатором. Допустимая норма внесения фосфорной кислоты 700 мг/дм³ напитка.

Аскорбиновая кислота используется для витаминизации напитков, она обладает также антиоксидантными свойствами. Получают ее химическим путем из глюкозы. Так как очень гигроскопична, ее хранят в двойных пакетах из полиэтиленовой пленки, уложенных в жестяные банки. В банки помещают кусочки силикагеля в бязевых мешочках и закатывают. Аскорбиновая кислота представляет собой белый, однородный, кристаллический порошок. Массовая доля аскорбиновой кислоты не менее 99,0 %.Гарантийный срок хранения 3 года при температуре не выше 20 ⁰С и относительной влажности воздуха не более 69 %.

В производстве напитков также можно использовать яблочную, янтарную, адипиновую, фумаровую кислоты. Их получают синтетическим путем из малеинового альдегида. Однако они используются редко, в частности для сухих смесей напитков. Плохо растворимы в воде, почти все (за исключением яблочной) имеют регламентируемый уровень применения. В последнее время в напитки рекомендуется добавлять смеси кислот, например, яблочной и фумаровой. Их смесь обладает более интенсивным, длительно ощущаемым кислым вкусом, они стабилизируют цвет и усиливают аромат напитка.

При замене лимонной кислоты другими кислотами их расход рассчитывают, исходя из того, что 1 г безводной лимонной кислоты соответствует (в пересчете на 100 %-ные) 1,17 г виннокаменной или dl-винной; 1,4 г молочной, 0,766 г ортофосфорной; 1,047 г яблочной.

5.4 Красители

В производстве напитков используют натуральные и синтетические красители.

К натуральным красителям относят колер, препараты в-каротина, кармин (кошениль), энокраситель (из выжимок винограда), красители из свеклы, ягод бузины, вишни, черной смородины, черноплодной рябины и других темноокрашенных плодов и ряд других. Плодово-ягодные красители производятся с содержанием сухих веществ 35-68 %, а свекольный в виде порошка с влажностью 8 %. Плодово-ягодные красители обладают индикаторными свойствами, то есть в кислой среде красные, в щелочной - грязно-синие, наиболее стабильны при рН 3,5. Красную окраску придают антоцианы плодов и ягод, кармин - краситель животного происхождения из насекомых кошенили, бетаин - пигмент красной свеклы.

Природные красители желтого цвета - каротиноиды, которые получают экстрагированием моркови, томатов, календулы, шафрана, а также микробиологическим путем. Каротиноиды не только придают напиткам окраску, но являются провитамином А, обладают антиоксидантными свойствами.

Все оттенки желтого-коричневого цвета напиткам придает колер, который относят к карамельным красителям, представляющим собой гетерополимерные коллоидные пигменты сложного состава. Колер производится в виде густой сиропообразной жидкости или порошка темно-коричневого цвета.

Выпускаются 4 типа промышленных карамельных красителей: I -сахарный колер простой; II - сахарный колер, полученный по «щелочно-сульфитной» технологии; III - сахарный колер, полученный по «аммиачной» технологии; IV - сахарный колер, полученный по «аммиачно-сульфитной» технологии. Три последних типа колера с повышенной цветностью выпускают с использованием пищевых кислот, щелочей или солей для ускорения карамелизации. Сахарный колер простой представляет собой вязкую темно-коричневую массу с содержанием сухих веществ 70 %, может храниться в широком диапазоне температур от 0 до 30 ⁰С до 12 месяцев. Сульфитно-аммиачный колер содержит 55 % сухих веществ и не более 0,1 % сернистого ангидрида, срок его хранения 6 месяцев. Предельно допустимое суточное потребление сульфитно-аммиачного колера 100 мг/кг массы тела.

Колер, производимый в условиях безалкогольного производства, концентрацией 70 % можно хранить в некорродирующих сборниках до 12 месяцев.

Из синтетических красителей чаще используют индигокармин - паста или порошок синего цвета, тартразин - желто-оранжевый порошок. Их смесь вносят в напитки для создания зеленой окраски.

Разрешено также большое количество красителей, выпускаемых разными фирмами: кармуазин (азорубин), желтый «солнечный закат», патентованный синий, понсо 4R и другие. По химической природе их делят на 5 классов: азокрасители ( тартразин, кармуазин, пунцовый 4R); триарилметановые ( синий патентованный, зеленый S); ксантановые (эритроризин), хинолиновые (желтый хинолиновый), индиговые (индигокармин). Они имеют большую стабильность в напитках, чем природные красители, однако степень их обесцвечивания зависит от состава напитков, способа хранения. Быстрое обесцвечивание происходит на свету, в присутствии окислителей или восстановителей. Например, индигокармин в напитках с использованием инвертированного сахарного сиропа обесцвечивается полностью за 2-3 дня, в напитках на сахарном сиропе сохраняет окраску более месяца. Более стабилен индигокармин в напитках, приготовленных на очищенной воде, не содержащей хлора и солей жесткости.

Смеси синтетических красителей позволяют получать практически любой оттенок. Они входят в состав концентратов безалкогольных напитков, поставляемых зарубежными фирмами.

5.5.Ароматические вещества

Ароматические вещества в зависимости от способа производства подразделяют на несколько групп:

- настои, экстракты, эссенции из натурального растительного сырья;

- эссенции из смеси синтетических веществ или из смеси натуральных и синтетических компонентов;

- вкусо-ароматические смеси (ароматизаторы, эмульсии) с красителями и без красителей;

- вкусо-ароматические основы для специальных напитков (например, энергетических);

- ароматические композиции.

Натуральные эссенции получают методом дистилляции или экстракции из природного ароматического сырья (по типу ароматных спиртов для ликероводочной промышленности). Наибольшее распространение получили лимонная, мандариновая, апельсиновая эссенции.

Настои получают путем экстрагирования водно-спиртовым раствором натурального сырья. Получают настои из цедры цитрусовых плодов, мяты, кофе, эстрагона (тархуна) и другого пряно-ароматического сырья. В цитрусовых настоях массовая доля спирта 65 %. При их разбавлении водой возможно легкое помутнение за счет выпадения терпенов, не растворимых в воде, но оно должно исчезать при фильтровании. Срок хранения 8 месяцев.

В кофейном настое содержание спирта 42 %, в мятном - 81 %, в эстрагоновом - не менее 60,6 %. Хранят их в стеклянных бутылях объемом 10 или 20 дм³ до 6 месяцев.

К натуральным ароматическим веществам также относятся эфирные масла: розовое, мятное, цитрусовые, лавровое, полынное, гвоздичное. В напиток «Байкал» входит изоборнилацетат - жидкость с запахом хвои, синтетическое вещество, идентичное натуральному, содержащемуся в хвое. В некоторые напитки, например, «Тархун» добавляют ванилин.

Вкусо-ароматические смеси (ароматизаторы) без красителей. Около 70 наименований их выпускает С.-Петербургский «Комбинат химико-пищевой ароматики», а также в большом ассортименте поставляются зарубежными фирмами, например фирмой «Делер» (около 40 наименований).

Ароматизаторы получают смешиванием натуральных эфирных масел, растительных экстрактов, вкусовых добавок, идентичных аромату различных плодов и растений. Они представляют собой прозрачные бесцветные или слабоокрашенные жидкости с интенсивным ароматом, характерным для конкретного наименования (вишня, маракуйя, апельсин, банан, сливочный, пунш, ром и др.). Расфасовываются в полиэтиленовые канистры от 8 до 20 кг, Расход от 0,05 до 20 кг/100 дал напитка.

Ароматизаторы с красителями производятся также С.-Петербургским «Комбинатом химико-пищевой ароматики», всего около 20 наименований, зарубежными фирмами. Окрашены в соответствующие наименованию цвета (земляника, клюква, вишня, холодный чай и др.). Расфасовываются в металлические или полиэтиленовые канистры от 9 до 60 кг. Расход от 0,8 до 2,6 кг/100 дал напитков.

Ароматические эмульсии содержат натуральные ароматические компоненты, красители, кислоты, замутнители. Фасуются также в металлические или полиэтиленовые канистры от 10 до 60 кг. Расход от 1,3 до 1,6 кг/100 дал.

Ароматические смеси (основы) для энергетических напитков содержат от 3 до 20 % натуральных соков, ароматические компоненты, красители, кислоты. Например, фирма «Делер» выпускает до 20 наименований основ: аморе-кола, кофе-кола, лесные ягоды, малина, гуарана с кофеином и др.

Фасуются в металлические или полиэтиленовые канистры от 10 до 60 кг.

Ароматические композиции содержат различные ароматические вещества, кислоты, красители. Предназначены для получения традиционных отечественных напитков: Крем-сода, Дюшес, Лимонад, Пчелка, Саяны.

По зарубежной классификации различают также: натуральные ароматизаторы (эссенции, эмульсии, экстракты, дистилляты), полученные из природного сырья; ароматизаторы, идентичные натуральным (по химическому составу идентичны натуральным, но содержат в смеси хотя бы один компонент, полученный методом химического синтеза), искусственные ароматизаторы (получены методом химического синтеза, химически не идентичны натуральным ароматизаторам, содержат хотя бы одно вещество, не существующее в природе).

Ароматизаторы и ароматические эмульсии поставляются на отечественный рынок различными зарубежными компаниями: «Делер», «UTS group», «Flavoring», «Wild», «Milesto» и др.

Ароматизаторы, основы, эмульсии, композиции полностью готовы для получения из них напитков, содержат все необходимые компоненты, за исключением сахара или подсластителя.

5.6 Загустители, эмульгаторы и другие виды добавок

В производстве ароматических эмульсий, как правило, используют одновременно загустители, эмульгаторы и стабилизаторы.

В качестве загустителей используют различные натуральные и синтетические вещества: желатин, пектин, камеди, альгинаты, агар-агар, модифицированные крахмалы, производные целлюлозы (КМЦ, МЦ) и др. Основные их свойства - способность в низких концентрациях создавать стабильные коллоидные системы, представляющие непрозрачные растворы.

Эмульгаторы имеют липидную природу, образуют в растворе однородные дисперсии из двух несмешивающихся жидкостей, например липид и вода. Для создания эмульсий используют, в частности, натуральные эфирные масла или смесь эфирных и растительных масел. Функциями эмульгаторов обладают также некоторые вещества, относящиеся к загустителям: пектин, камеди, производные целлюлозы.

Наиболее часто используют в качестве эмульгаторов для безалкогольных эмульсий эфиры глицерина и смоляных кислот, пропиленгликольальгинат, эфиры сахарозы и жирных кислот, ацетатизобутират сахарозы.

Стабилизаторы стабилизируют системы из несмешивающихся жидкостей. Принцип их действия аналогичен действию эмульгаторов. По своему поведению стабилизаторы занимают промежуточное положение между загустителями и эмульгаторами, выполняют подобные функции. Например, стабилизирующим действием обладают эфиры и производные целлюлозы (КМЦ, метилцеллюлоза), поливинилпирролидон.

В качестве сырья для производства искусственно-минерализованных вод используют соли: бикарбонат натрия, поваренную соль, хлорид кальция и магния.

Для получения функциональных напитков как биологически активные добавки применяют индивидуальные витаминные препараты, комплексы витаминов (премиксы) различные препараты природного происхождения: настои родиолы розовой, левзеи, биомассы женьшеня, биопрепараты из морских водорослей (зостерин, настой ламинарии), пчелиное маточное молочко, экстракт пыльцы и другие. Они повышают иммунитет, обладают сорбционным действием к тяжелым металлам, радионуклидам, оказывают общеукрепляющее воздействие на организм.

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию безалкогольных напитков. Для примера дайте классификацию напитков «Тархун», «Крем-сода», квас «Московский».

2. Назовите вещества, обладающие сладким вкусом, которые применяются в производстве безалкогольных напитков.

3. В каком виде используется сахар? Как он транспортируется и хранится?

4. Назовите наиболее распространенные сахарозаменители и подсластители? Дайте их характеристику. Каким образом определяется доза сахарозаменителя при замене им сахара в рецептуре напитка?

5. Охарактеризуйте кислоты и красители, используемые при получении напитков.

6. Приведите основные виды ароматических веществ для напитков. Назовите основных производителей и поставщиков ароматизаторов. Приведите примеры напитков, в которых используются те или иные ароматизаторы.

7. С какой целью используются загустители, эмульгаторы, стабилизаторы в производстве напитков. Приведите примеры напитков, в состав которых входят названные виды сырья.

8. Какие биологически активные вещества используются для обогащения напитков? На основе анализа литературных данных предложите возможные виды добавок, с помощью которых можно обогащать напитки, придавая им лечебные и профилактические свойства.

6. Плодово-ягодные полуфабрикаты для безалкогольных напитков

6.1 Плоды и ягоды, используемые для производства полуфабрикатов. Химический состав, строение, роль отдельных веществ

Большое разнообразие вкусовых характеристик напитков определяется разнообразием полуфабрикатов, используемых для их производства. Для получения полуфабрикатов могут быть использованы практически все виды растительного сырья, съедобных плодов, ягод, существующих в природе.

В зависимости от строения, состава и технологических особенностей переработки плодово-ягодного сырья его условно делят на группы:

- семечковые;

- косточковые;

- ягоды;

- орехи;

- субтропические плоды;

- тропические плоды.

К семечковым плодам относятся яблоки, груши, айва, ирга, рябина. Характерной особенностью этих плодов является наличие в середине пятизвездной камеры с семенами и жесткой кожицы.

Косточковые плоды снаружи имеют кожицу разной толщины, внутри - косточка с ядром. К ним относят вишню, сливу, персики, абрикосы и др.

Ягоды - сочный многосемянный плод, семена погружены в мякоть. Это виноград, малина, брусника, голубика, клубника и другие.

К субтропическим плодам относятся цитрусовые, гранаты, хурма, инжир. К тропическим - ананасы, бананы, манго.

Химический состав плодов и ягод разнообразен, зависит от вида, сорта, условий произрастания.

В свежих плодах и ягодах содержится от 70 до 90 % воды. Основной компонент сухих веществ - сахара. Их содержание от 2 до 15 %. В семечковых плодах преобладают фруктоза и сахароза, в косточковых и цитрусовых - сахароза и глюкоза. В ягодах глюкоза и фруктоза примерно поровну, сахарозы почти нет.

Органические кислоты наряду с сахарами определяют вкус плодов. Общее количество органических кислот (в пересчете на преобладающую кислоту) от 0,2 % (груши) до 6 % (лимоны).

Яблочная кислота преобладает в семечковых и большинстве косточковых плодов, в ягодах и цитрусовых - лимонная кислота, в винограде - D-винная. Терпкость многих плодов создается хинной кислотой. Некоторые органические кислоты даже в небольших концентрациях придают плодам и ягодам специфические свойства. Например, салициловая кислота в малине, землянике определяет потогонные свойства этих ягод, бензойная кислота в клюкве, бруснике, обладая бактерицидными свойствами, препятствует их порче и забраживанию.

Азотистые соединения имеют второстепенное значение, так как присутствуют в плодах и ягодах в незначительных концентрациях: от 0,2 до 1 %. Они представлены белками, аминокислотами, пептидами. Особое место занимают ферменты, из которых наиболее важны гидролитические и окислительно-восстановительные. В свежем плодово-ягодном сырье присутствуют пектолитические ферменты, благодаря действию которых плоды и ягоды размягчаются при созревании. Полифенолоксидазы окисляют полифенольные вещества, с этим связано потемнение сырья после его измельчения.

Полифенольные соединения играют большую роль в производстве плодово-ягодных напитков. Они участвуют в технологических процессах, влияют на стойкость и вкусовые характеристики продукта. Полифенольные вещества также придают окраску плодам и ягодам. Именно они формируют все оттенки синего и красного цвета. Известно более 1000 природных фенольных соединений, большая часть которых присутствует в плодово-ягодном сырье. Для целого ряда полифенольных веществ, содержащихся в плодах и ягодах, характерна Р-витаминная активность, их называют биофлаваноидами. Считается, что наибольшей Р-витаминной активностью обладают катехины, флавоны, лейкоантоцианы, флавонолы (рутин). Антоцианы, рутин обладают антиоксидантными свойствами.

Полимерные полифенольные вещества, иначе называемые дубильными - высокомолекулярные соединения, обладающие вяжущим вкусом.

По содержанию Р-витаминных веществ рябину можно поставить на одно из первых мест. В отдельных сортах рябины, например в рябине Невежинской, содержание полифенолов достигает 2700 мг/100 г. Рябина черноплодная (арония) является промышленным источником получения препаратов витамина Р. В северных районах произрастания в аронии накапливается до 4200 мг/100 г Р-активных веществ. При нарушении целостности плодов сок аронии быстро темнеет, в нем образуется бурый осадок, что связано с конденсацией катехинов во флобафены под действием полифенолоксидазы. Поэтому продукты переработки аронии, в которых полифенолоксидаза инактивируется при термической обработке, сохраняют витамин Р практически полностью.

Черная смородина имеет большую ценность как Р-витаминное сырье благодаря сочетанию высокого уровня аскорбиновой кислоты и Р-витаминных веществ. Общее содержание Р-активных веществ 800…1200 мг/100 г, до 500…700 мг/100 г - катехинов и антоцианов.

Пигменты - другая группа красящих веществ плодов и ягод, кроме полифенолов. Наиболее важное значение имеют каротиноиды. Они представлены, в основном, в-каротином и другими желто-оранжевыми пигментами (каротиноидами) - б-, г-каротином, ликопином, ксантофиллом, криптоксантином и другими соединениями, обладающими А-витаминной активностью. Они присутствуют во всех желто-оранжевых плодах и ягодах.

К числу плодов и ягод, богатых каротиноидами можно отнести шиповник, боярышник, рябину, облепиху.

В зависимости от вида и района произрастания колеблется как качественный состав, так и количество каротиноидов.

Рябина дикорастущая содержит каротиноидов 6…15 мг/100 г, культурные сорта в меньших концентрациях - в среднем 3…6 мг/100 г. Каротиноиды рябины обыкновенной на 50…75 % состоят из в-каротина, кроме того, присутствуют б-каротин, криптоксантин и др.

Каротиноиды облепихи изучены более подробно, чем в других плодах. В алтайских сортах облепихи содержание каротина до 10,9 мг/100 г, в Литовских - до 13 мг/100 г, в облепихе Кавказского региона он практически отсутствует. Общее содержание каротиноидов в облепихе может достигать 40 мг/100 г, а каротина - 10…12 мг/100 г.

Витамины плодов и ягод являются одной из групп биологически активных веществ. В плодах и ягодах присутствуют каротиноиды, витамин С, витамин Р (биофлаваноиды).

Особый интерес представляет аскорбиновая кислота (витамин С), которая имеет важное физиологическое значение как для животных организмов, так и для самих растений.

К наиболее богатым источникам аскорбиновой кислоты относятся шиповник, облепиха, черная смородина, в них содержание витамина С достигает 200-300 мг/100 г.

О количественном и качественном составе биофлаваноидов (витамина Р) данные приведены выше. Витаминов группы В содержится очень мало.

Минеральные вещества входят в состав многих ферментов, гормонов и обуславливают их активность. В плодах и ягодах минеральные вещества находятся в легкодоступной форме. Кроме того, в плодах и ягодах присутствуют некоторые элементы, редко встречающиеся в других продуктах.

Общее количество минеральных веществ (зола) колеблется в зависимости от районов произрастания, почвенного состава 0,5 - 3 % (на абсолютно сухое вещество), больше всего калия (200…460 мг/100 г), натрия, фосфора.

Из микроэлементов в золе плодов и ягод обнаружены: никель, кобальт, молибден, барий, титан, ванадий, цирконий, хром, медь, марганец и др.

Ароматические вещества появляются, в основном после созревания плодов. Они являются сложными смесями различных веществ, присутствуют в небольших концентрациях. К ним относятся углеводороды (терпены), альдегиды, спирты, эфиры, кетоны и др. Особенно много их содержится в цедре цитрусовых плодов в виде эфирных масел.

Полисахариды входят в состав клеточных стенок плодов и ягод и формируют их структуру, обуславливают жесткость и прочность растительных клеток.

В состав плодов и ягод входят крахмал, гемицеллюлозы, целлюлоза, пектиновые вещества. Крахмал присутствует в заметных количествах в семечковых плодах, например, в яблоках до 1 %.

Важную роль в характеристике пищевой ценности и в технологии играют пектиновые вещества, в среднем их количество составляет от 0,3 до 3 %.

Для оценки роли полисахаридов в формировании свойств сырья, их влияния на технологические свойства плодов и ягод рассмотрим строение растительных клеток (рисунок 6).

Рисунок 6 - Строение растительной клетки

1 - оболочка; 2 - срединная пластинка; 3 - ЦПМ; 4 - цитоплазма; 6 - вакуоль; 7 - ядро; 8 - ядрышко; 9 - ядерная мембрана; 10 - митохондрии; 11 - рибосомы; 12 - пластиды; 13 - плазмодесмы (тонкие нити для сообщения между клетками); 14 - эндоплазматическая сеть; 15 - аппарат Гольджи

Общие элементы строения клеток характерны для всех живых организмов, однако, растительная клетка имеет ряд особенностей.

Основное отличительное свойство - наличие жестких клеточных стенок (рисунок 7). Основу их составляют волокна целлюлозы (микрофибриллы), погруженные в белково-полисахаридный матрикс (наполнитель). Матрикс состоит из связанных между собой белков, гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Вторая отличительная особенность - наличие канальцев, связывающих клетки между собой таким образом, что растение становится единой целостной системой.

Третья особенность растительных клеток - наличие внутри клетки крупных вакуолей, содержащих клеточный сок, которые занимают большую часть объема клетки: от 50 до 95 %.

Вакуоли заполняют внутриклеточное пространство и прижимают цитоплазму к клеточной стенке, благодаря чему улучшается обмен веществ со средой. Кроме того, они содержат основную часть растворимых веществ.

Каким образом свойства растительных клеток влияют на процесс извлечения соков? Для выхода сока необходимо разрушить клетки.

На практике это достигается дроблением сырья. При этом разрушается часть клеток, но поскольку они связаны друг с другом, постепенно отмирают и другие клетки, увеличивается проницаемость цитоплазматических мембран, облегчается отделение сока.

Рисунок 7- Схема строения клеточной стенки

Чем больше разрушено цитоплазматических мембран, тем больше будет выход сока.

Для увеличения проницаемости клеточных стенок можно разрушить составляющие их вещества - белки или некрахмальные полисахариды. Оказалось, что легче всего воздействовать на пектиновые вещества, кроме того, они составляют большую часть клеточной стенки, являются одним из составных компонентов срединных пластин, а также входят в состав клеточного сока. Они увеличивают вязкость сока, обладают влагоудерживающими свойствами, вследствие чего препятствуют вытеканию сока.

Пектиновые вещества (ПВ) представляют собой гликаногалактуронаны, основную цепь которых образуют производные полигалактуроновой кислоты (ПГК).

Мономером ПГК являются остатки -D-галактуроновой кислоты, связанные 1--4-связями (рис. 6). Основная цепь ПГК имеет точки разветвления, в которых 1,2 -связями присоединяются звенья L-рамнозы, кроме того, в состав боковых цепей могут входить нейтральные полисахариды, образованные D-ксилозой, L-арабинозой, D-галактозой и др.

Карбоксильные группы ПГК в разной степени этерифицированы остатками метилового спирта.

Полигалактуронан (иначе - уронидная составляющая) образует кислую полисахаридную фракцию, сахаридный комплекс - нейтральную.

ПВ разных растительных продуктов имеют различное строение, молекулярную массу, свойства.

К пектиновым веществам относят:

Протопектин, который представляет собой полигалактуроновую кислоту, соединенную с другими веществами, например, пентозанами (арабаном, галактаном), крахмалом, целлюлозой и др. Протопектин нерастворим в воде, входит в состав первичных клеточных стенок, определяет жесткую структуру плодовой ткани. По мере созревания плодов протопектин под действием протопектиназы переходит в растворимый пектин, благодаря этому плодовая ткань размягчается. Протопектин до настоящего времени мало изучен, так как не выделен в нативном виде.

Растворимый пектин (пектин) - наиболее изученная группа пектиновых веществ. Он представляет собой полимер, состоящий из остатков d-галактуроновой кислоты, соединенных связями б-1,4. Основная цепь полигалактуроновой кислоты соединена через эфирные связи с остатками метилового спирта (рисунок 8).

Рисунок 8 - Структурный элемент метоксилированной полигалактуроновой кислоты

В пектин кроме d-галактуроновой кислоты входят нейтральные углеводы: рамноза, арабиноза, галактоза и др. Пектин растворим в воде, образует коллоидные растворы с высокой вязкостью, способен образовывать желе. Растворимость, вязкость, желирующие свойства пектина зависят от его молекулярной массы и степени метоксилирования (доля карбоксильных групп, соединенных с остатками метанола). Высокометоксилированный пектин, со степенью метоксилирования более 70 % хорошо растворим в воде, обладает лучшими желирующими свойствами. Низкометоксилированный пектин, со степенью метоксилирования менее 50 % плохо растворим и слабо желирует.

Пектиновая и пектовая кислоты. Пектиновая кислота - частично деметоксилированный пектин, плохо растворима в воде. Пектовая кислота (полигалактуроновая кислота) полностью деметоксилированный пектин, в воде практически не растворим.

Пектовая и пектиновая кислоты могут присутствовать также в виде солей.

Для гидролиза пектиновых веществ используют пектолитические ферменты.

В комплекс пектолитических ферментов входят:

протопектиназы - гидролитические ферменты, отщепляющие арабан или галактан от метоксилированной полигалактуроновой кислоты;

трансэлиминазы (пектат- и пектинлиазы), разрушающие пектиновые вещества негидролитическим путем;

полигалактуроназы, гидролизующие -1,4-D-галактуронидные связи в пектине и других полигалактуронидах;

пектинэстеразы, катализирующие гидролиз сложноэфирных связей между метиловым спиртом и карбоксильной группой галактуроновой кислоты.

Протопектиназы гидролизуют протопектин, считается, что этот процесс способствует размягчению плодовой ткани при созревании плодов. Однако существование протопектиназы как самостоятельного фермента некоторыми исследователями ставится под сомнение.

Полигалактуроназы относятся к гидролитическим ферментам. Они отличаются по виду субстрата, на который они действуют, и механизму действия.

Эндо-полиметилгалактуроназа (эндо-ПМГ) гидролизует связи б-1,4 в пектине неупорядоченно, образуя олигоурониды разной молекулярной массы, при этом быстро снижается вязкость пектиновых растворов. Аналогично действует эндополигалактуроназа (эндо-ПГ), гидролизуя молекулу пектовой кислоты.

Экзо-полиметилгалактуроназа (экзо-ПМГ) и экзо-полигалактуроназа (экзо-ПГ) действуют соответственно на пектин и пектовую кислоту, гидролизуя концевые связи б-1,4, отщепляя по молекуле галактуроновой кислоты.

Трансэлиминазы, к которым относят эндо-пектатлиазы (эндо-ПЕТЭ), экзо-пектатлиазы (экз-ПЕТЭ), эндопектинлиазы (эндо-ПТЭ) и экзопектинлиазы (экзо-ПТЭ), принадлежат к классу лиаз.

Первые два фермента разрушают пектовые кислоты, пектинлиазы расщепляют пектин соответственно по эндо- или экзо-типу с образованием продуктов, содержащих двойные связи.

Пектинэстеразы гидролизуют эфирные связи в пектине по схеме:

пектин + nН₂О=метанол + пектиновая кислота.

Действуют с нередуцирующего конца молекул по соседству с неэтерифицированным остатком.

Общая схема гидролиза пектиновых веществ приведена на рисунке 9.

Для гидролиза пектиновых веществ используют промышленные ферментные препараты, полученные при культивировании микроорганизмов, в основном плесневых грибов. Наиболее широко в качестве продуцентов ферментных препаратов применяют плесневые грибы рода Aspergillus : Asp. oryzae, Asp.foetidus, Asp. niger и другие.

Для обработки плодов лучше использовать очищенные ферментные препараты: Пектоаваморин П10х, Пектофоетидин П10х, Пектонигрин П10х.

Все ферментные препараты содержат комплекс ферментов, поэтому при выборе необходимого препарата в каждом конкретном случае нужно исходить из целей применения ферментативной обработки.

В зависимости от этого все ферментные препараты можно разделить на 3 основные группы:

препараты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход сока в результате воздействия на мезгу;

препараты, мацерирующие (разрушающие до отдельных клеток) плодовую ткань для получения гомогенизированных соков с мякотью;

Рисунок 9 - Схема гидролиза пектиновых веществ

препараты, обеспечивающие полный гидролиз пектиновых веществ и белков, предназначенные для получения осветленных обеспектиненных соков, которые используются для безалкогольных напитков. В такие препараты кроме пектолитических ферментов должны входить протеолитические ферменты, гидролизующие белки.

Ферменты, входящие в состав ферментных препаратов, в зависимости от их роли в технологическом процессе могут осуществлять основное действие, либо усиливать действие основной группы ферментов, либо оказывать нежелательное действие на сырье. Требования к ферментным препаратам в зависимости от целей их использования приведены в табл.5-6.

Оптимальные условия для действия большинства пектолитических ферментных препаратов рН 3,5-4,0; температура 35-45 ^оС.

Таким образом, плоды и ягоды являются ценным видом сырья для безалкогольных напитков, однако, переработку их лучше проводить на специализированных консервных заводах. Предприятия безалкогольной промышленности используют, как правило, полуфабрикаты, полученные из плодово-ягодного сырья, которые могут длительно храниться и транспортироваться на большие расстояния.

Таблица 5 - Требования к ферментному составу препаратов для повышения выхода плодово-ягодных соков

Группа ферментов	Сырье
	Яблоки, айва, груши, сливы, лимоны	Клубника, земляника, кизил, черника, ежевика, красные сорта слив, смородина
Ферменты, обуславливающие эффективность действия препаратов	Пектинэстераза, эндополигалактуроназа	Пектинэстераза, эндополигалактуроназа, пектинтрансэлиминаза
Ферменты, содержание которых желательно, но не обязательно	Протеаза, целлюлаза, экзополигалактуроназа, гемицеллюлаза	Протеаза, целлюлаза, экзополигалактуроназа, гемицеллюлаза
Ферменты, содержание которых нежелательно, но они допустимы в незначительных количествах	Пектинтрансэлиминаза, аскорбинатоксидаза, ферменты, разрушающие антоцианы	Пероксидаза, полифенолоксидаза, каталаза
Ферменты, наличие которых в препаратах недопустимо	Пероксидаза, каталаза полифенолоксидаза	Ферменты, разрушающие антоцианы, аскорбинатоксидаза

Таблица 6 - Требования к ферментному составу препаратов, предназначенных для увеличения выхода и осветления соков с полным гидролизом пектиновых и белковых веществ

Группа ферментов	Сырье
	Яблоки, айва, груши, сливы, лимоны	Клубника, земляника, кизил, черника, ежевика, красные сорта слив, ткемали, терн смородина
Ферменты, обуславливающие эффективность действия препаратов	Пектинэстераза, эндо- и экзополигалактуроназы, протеиназа	Пектинэстераза, эндо- и экзополигалактуроназы, протеиназа, пектинтрансэлиминаза
Ферменты, содержание которых желательно, но не обязательно	Протеаза, целлюлаза, гемицеллюлаза	Целлюлаза, гемицеллюлаза
Ферменты, содержание которых нежелательно, но они допустимы в незначительных количествах	Аскорбинатоксидаза, ферменты, разрушающие антоцианы	Пероксидаза, полифенолоксидаза, каталаза, протеиназа
Ферменты, наличие которых в препаратах недопустимо	Пероксидаза, каталаза полифенолоксидаза, пектинтрансэлиминаза	Ферменты, разрушающие антоцианы, аскорбинатоксидаза

6.2 Получение натуральных и спиртованных соков

Для производства соков используют свежее плодово-ягодное сырье, которое перерабатывается в период его сбора. Сырье должно быть без признаков порчи, не пораженное вредителями, в стадии технической зрелости.

Плоды и ягоды, поступающие на предприятия, хранятся на сырьевой площадке, расположенной на открытом воздухе под навесом, ограниченное время: от 6 часов (облепиха, малина, клубника) до 48 часов (яблоки, груша, рябина, шиповник). В охлаждаемых камерах при температуре 1-3 ⁰С до нескольких суток.

Производство натурального сока включает несколько стадий:

1. Мойка сырья

2. Инспекция

3. Дробление

4. Обработка мезги

5. Извлечение сока

6. Осветление сока

7. Фильтрование сока

Мойка сырья производится в моечных машинах разной конструкции в зависимости от вида сырья: барабанного, вентиляторного типа или с душевыми устройствами.

Для инспекции вымытые плоды и ягоды поступают на инспекционные транспортеры, на которых проводят вручную отбор некондиционного сырья, сорной примеси.

Дробление Для облегчения извлечения сока сырье предварительно необходимо измельчить - разрушить цитоплазменные оболочки. Полученная дробленая масса называется мезгой. Выход сока будет зависеть от степени измельчения сырья, количества пектиновых веществ, состояния коллоидной системы мезги и других факторов. Поэтому каждый вид сырья имеет свои особенности дробления. Теоретически, для эффективного извлечения сока необходимо плоды измельчить как можно тоньше. Однако на практике слишком мелкое дробление приводит к закупориванию канальцев, забивает поры фильтрующих материалов и плохо в последующем прессуется и осветляется. При крупном дроблении из кусочков не удается отжать весь сок, поэтому мезга должна быть рыхлой и однородной, с определенным размером частиц. При дроблении следует стремиться к тому, чтобы количество раздробленных клеток мякоти составляло не менее 75 %.

Процент раздробленных клеток или степень повреждения плодовой ткани определяется методом Флауменбаума по разности кислотности мезги до и после выщелачивания ее в течение 3-4 мин холодной водой. Процент раздробленных клеток определяется по формуле:

Х = [(А - В): А] х 100

где А и В - кислотность мезги до и после выщелачивания, %

Плоды чаще всего измельчают на универсальных ножевых, дисковых или терочно-ножевых дробилках.

Яблоки дробят на размеры частиц 2-10 мм в зависимости от плотности тканей плодов и применяемого прессового оборудования. Чем плотнее ткань яблок, тем мельче могут быть частицы мезги. Яблоки с плотной тканью измельчают на частицы размером 2-5 мм, яблоки с рыхлой тканью измельчают на частицы размером 6-10 мм.

Косточковые плоды поступают на переработку вместе с плодоножками. Их измельчают на вальцевых дробилках с вальцами из нержавеющей стали или универсальных дробилках КДП-4М. При обработке плодов следует следить за тем, чтобы количество дробленых косточек в мезге было не более 15 %. Это придает лучший привкус сока. Однако следует иметь в виду, что ядро косточек содержит гликозид амигдалин, который в процессе дальнейшей переработки и хранении сока может гидролизоваться с образованием ядовитой синильной кислоты. Сливы при вальцевании не должны терять целостность, а должны только сплющиваться.

Смородину, крыжовник, клюкву, чернику, рябину, малину, клубнику и другие ягоды измельчают на вальцевых или дисковых дробилках с вальцами из нержавеющей стали. Зрелые малину, землянику и чернику можно не дробить.

Виноград дробят с гребнями или без них. Дробление с гребнями впоследствии облегчает выход сока при прессовании, так как гребни являются материалом, образующим каналы, по которым стекает сок. Но в тоже время гребни содержат вещества, которые могут при прессовании переходить в сок и ухудшать его вкусовые качества. Отделяют гребни на гребнеотделителях. Гребнеотделитель представляет собой цилиндр, по оси его проходит вращающийся вал с лопастями, которые сбивают ягоды с гребней, продвигают гребни вперед и выгружают их. Ягоды и образующийся сок-самотек собираются в находящийся под цилиндром желоб и удаляются шнеком.

После дробления от мезги отделяют самый ценный сок-самотек на стекателях.

Механическое измельчение не всегда достаточно эффективно. Это связано с тем, что из-за малого размера клеток невозможно механически повредить каждую клетку. Кроме этого, цитоплазма клеток очень устойчива к механическому воздействию. Это относится к сливам, черной смородине, абрикосам. Поэтому измельчение дополняют другими методами обработки.

Обработка мезги. Для повышения выхода сока мезгу обрабатывают различными способами, направленными на увеличение проницаемости цитоплазматических мембран клеток. Для повышения выхода сока применяют различные способы обработки мезги до прессования: тепловая обработка, замораживание, обработка ионизирующими излучениями, ферментными препаратами, электрическим током. С технологической точки зрения очень важно правильно выбрать оптимальный способ обработки.

Тепловая обработка. Этот метод наиболее эффективен для плодов с низкой сокоотдачей (слив, черной смородины, рябины, крыжовника малины). Нагревание до высоких температур вызывает коагуляцию белков цитоплазматических мембран. В результате этого увеличивается их клеточная проницаемость, а впоследствии при отжиме и выход сока. Нагревание не только повышает сокоотдачу, но и инактивирует ферменты, снижает вязкость, способствует переходу красящих веществ из кожицы и мякоти плодов в сок.

Нагреванию подвергают либо целые плоды и ягоды, либо измельченную массу. Тепловую обработку проводят водой или паром при температуре 60-80 ⁰С в течение 10-20 мин в зависимости от вида сырья, а затем прессуют в горячем виде. Перед нагреванием к целым плодам добавляют 10-20 % воды. В одном и том же объеме воды возможно нагревание 3-4 партий плодов. Эту воду добавляют к отжатому из плодов соку в количестве не более 10 %. После обработки плоды и ягоды должны сохранять целостность, не допускается разваривания. При несоблюдении режима нагревания (чрезмерное нагревание) возможен переход полифенолов в сок, что ухудшает его вкус. Кроме того, происходит гидролиз протопектина и повышается содержание растворимого пектина, это затрудняет прессование и фильтрацию сока.

Нагревание проводят в двустенных котлах эмалированных или из нержавеющей стали, а также в ваннах и чанах, изготовленных из некорродирующих материалов со змеевиками. Возможна тепловая обработка в аппаратах непрерывного действия: трубчатых подогревателях, ковшовом бланширователе. Обработку паром проводят в ленточном шпарителе.

Замораживание. При медленном замораживании сырья образующиеся кристаллы льда разрывают клетки и при последующем размораживании сок легко отделяется. Метод применяют при обработке ягод. Например, бруснику, клюкву, облепиху сначала замораживают, затем частично оттаявшие ягоды нагревают до температуры 30-35 ⁰С. Продолжительность выдержки замороженного сырья не влияет на выход сока. Поэтому, как только ягоды замерзнут, их можно перерабатывать.

Замораживать можно при любой отрицательной температуре. Чем ниже температура, тем быстрее происходит процесс замораживания. Размораживание на воздухе продолжается около суток. При замораживании происходят некоторые химические изменения в плодах: инверсия сахарозы, за счет вымораживания влаги повышается концентрация кислот и минеральных веществ, снижается содержание полифенолов. Ферменты при замораживании не инактивируются, поэтому при медленном размораживании в разрушенных клетках проявляют свою активность, вызывая окисление дубильных веществ, это влечет за собой потемнение сока и ухудшение его качества. Поэтому замороженные плоды желательно измельчать и прессовать, не допуская полного оттаивания.

Специально для увеличения выхода сока замораживание не применяют. Его используют для хранения ягод (клюквы, брусники). В этом случае замораживание не только способствует сохранению сырья, но увеличению выхода сока.

Обработка ионизирующими излучениями. Действие ионизирующих излучений повышает клеточную проницаемость и выход сока. Под влиянием ионизирующих излучений происходит распад протопектина и пектина срединных пластинок. В результате этого увеличивается количество растворимого пектина, что вызывает размягчение тканей. Наиболее эффективными являются дозы облучения 400-600 рад. Более высокие дозы вызывают значительное размягчение тканей, ухудшение качества, разрушение витаминов и красящих веществ. Этот способ не нашел широкого применения в промышленности, так он требует специального оборудования и условий.

Обработка ферментными препаратами.

За рубежом используют различные режимы обработки мезги: от выдержки при комнатной температуре в течение 6-36 ч (холодная ферментация) до выдержки при температуре до 50 ⁰С в течение 30-150 мин (горячая ферментация). Для инактивации ферментного препарата мезгу по окончании обработки нагревают до температуры 80-85 ⁰С.

В отечественной промышленности чаще всего для обработки мезги используют ферментные препараты пектолитического действия. Обработку ферментными препаратами обычно проводят при температуре 40-45 ⁰С в течение 0,5-1 часа, дозы препаратов 0,02-0,03 % к массе сырья.

Доза ферментного препарата рассчитывается в зависимости от его активности. Чем больше содержание пектиновых веществ в сырье, тем выше доза вносимого препарата. Добавление ферментного препарата в количестве более 0,03 % не допускается.

Ферментные препараты вносят в мезгу в виде суспензии, которая готовится следующим образом. Рассчитанное количество ферментного препарата смачивают небольшим количеством теплой воды (температурой 35-40 ^оС), заливают 10-кратным количеством осветленного сока, подогретого до температуры 45-50 ^оС и тщательно перемешивают для получения однородной суспензии. Суспензию готовят непосредственно перед внесением в сок. Наиболее широко применяют ферментные препараты для обработки мезги айвы, алычи, брусники, клюквы, крыжовника, рябины, яблок, черной смородины, слив, абрикосов, шиповника и других плодов.

Существуют особенности обработки мезги отдельных плодов.

Семечковые плоды после дробления нагревают в шнековом подогревателе или мезгоподогревателе до 40-45 ⁰С и перекачивают в ферментатор из некорродирующих материалов. Ферментатор имеет медленно вращающуюся мешалку (скорость 10-15 мин^-1). Такая скорость необходима для того, чтобы избежать измельчения частиц мезги и обогащения сока взвесями. В поток мезги добавляют подготовленную суспензию ферментного препарата, перемешивают 2-3 мин и выдерживают 1-2 ч. Яблочная мезга может также обрабатываться при комнатной температуре (холодная ферментация), но для этого требуется длительное время обработки (4-6 ч). При использовании горячей ферментации (температура 50 ⁰С) активность ферментов повышается и продолжительность обработки сокращается до 0,5-1 ч.

При обработке косточковых плодов в мезгу добавляют 10-15 % воды от ее массы и нагревают в течение 10-15 мин до температуры 80-85 ⁰С для инактивации окислительных ферментов полифенолоксидазы и пероксидазы, охлаждают до 40-45 ⁰С, добавляют необходимое количество ферментного препарата и выдерживают 3-6 ч при этой же температуре.

Обработку ягод проводят как семечковых плодов, но продолжительность обработки увеличивается до 4-6 ч.

При обработке ферментными препаратами выход сока повышается на 10-15 %.

Мезгу до ферментации нельзя долго выдерживать, особенно это условие должно соблюдаться для сырья, содержащего повышенное количество полифенолов и пектиновых веществ. В результате выдержки может произойти реакция их соединения, это приведет к затруднению процесса прессования даже и при обработке ферментными препаратами (например, черная смородина). Плохое прессование может наблюдаться также и при неправильно рассчитанной дозе препарата. Полифенолы сырья могут образовывать комплексы с ферментами и блокировать их действие.

Главным недостатком способа ферментативной обработки является длительное воздействие на мезгу, в результате чего возможно микробиологическое загрязнение продукта, повышение содержание метанола в 3-10 раз по сравнению с соком, полученным обычным способом (например, для яблочной мезги с 30-100 мг/дм³ до 300-400 мг/дм³ после обработки).

В последние годы разработаны новые виды ферментных препаратов, обладающих «разжижающим» действием. Они состоят из смеси пектинметилэстеразы и целлюлазы. Их рекомендуется использовать для разжижения мезги. Под действием целлюлазы происходит гидролиз клеточных стенок. Благодаря гидролизу пектиновых веществ, полисахаридов происходит увеличение растворимых сухих веществ. Одновременно за счет накопления галактуроновй кислоты происходит понижение рН. Применение разжижающих ферментов позволяет повысить выход сока до 95 %.

Обработка электрическим током (электроплазмолиз). Электроплазмолиз с целью повышения выхода сока может применяться как к плодам, трудно отделяющим сок, так и к легко прессующимся. Под влиянием электрического тока большой силы (25-70 А) происходит разрушение белково-липидных мембран, увеличивается клеточная проницаемость и выход сока. Разные виды плодов и ягод обладают неодинаковой токоустойчивостью. Семечковые плоды более устойчивы к воздействию электрического тока, чем косточковые. По степени снижения токоустойчивости плоды можно расположить в следующей последовательности: яблоки, сливы, вишни, виноград, ягоды. Наиболее эффективна электрообработка красной смородины, крыжовника, черноплодной рябины.

Обработка плодов электрическим током проводится в электроплазмолизаторах. Они устанавливаются в технологическую линию после дробилок. Применяют электроплазмолизаторы А9-КЭ2-Д - валкового типа, «Плазмолиз М» - диэлектрическая труба с встроенными вдоль нее кольцевыми электродами и др.

Иногда для улучшения дренажных свойств (рыхлости) мезги добавляют различные инертные материалы: древесную стружку, рисовую лузгу и др.

Извлечение сока проводят разными методами. Для извлечения сока используют следующие способы: прессование, центрифугирование, экстрагирование или диффузию, а также комбинацию этих способов. Основные требования, которые предъявляются ко всем способам - максимальный выход сока с минимальным содержанием взвесей; сохранение натуральных свойств свежих плодов; быстрота и непрерывность процесса, минимальные затраты.

Прессование. Большое разнообразие видов сырья, условий предварительной обработки, конструкций прессов приводит к сложностям при расчетах и выборе режима прессования. Можно говорить только о каких-то закономерностях этого процесса.

Основные факторы, влияющие на процесс прессования - давление, структура мезги, степень измельчения, предварительное извлечение сока-самотека, высота слоя мезги.

Давление. Это основной параметр, влияющий на процесс извлечения сока. Для описания этого процесса можно использовать формулу Пуазейля:

где - Р - давление, МПа;

R - радиус капиллярных каналов в мезге, м;

-продолжительности прессования, с;

- вязкости сока, МПа/с;

L - длина капилляра, м

Выход (В) сока находится в прямой зависимости от величины давления (Р), радиуса капиллярных каналов в мезге (R) и продолжительности прессования () и в обратной зависимости от вязкости сока () и длины капилляра (L).

Повышение давления способствует увеличению выхода сока, но до определенного предела. Оптимальная величина давления колеблется от 0,5 до 2 МПа. Повышение давления от 2 до 5 МПа дает те же результаты, выход сока остается на прежнем уровне. Но при высоком давлении нарушается губчатая структура мезги, в сок переходит много мелких взвесей, он становится мутным. Также имеет значение и характер повышения давления. При быстром росте давления сок не успевает вытекать, запрессовывается в мезгу и выход понижается. Низкий выход сока дает и медленное повышение давления. Лучшие результаты достигаются при ступенчатом повышении давления. В этом случае мезгу выдерживают при определенном давлении несколько минут, а затем ступенчато увеличивают. Длительность выдержки давления также не играет заметной роли. При хорошей подготовке мезги достаточно давление 0,5 МПа, а при плохой подготовке следует давление повышать медленно и требуется большая величина - до 1 МПа.

Теоретические исследования и практика извлечения сока показали, что наибольшее сопротивление выходу сока оказывает цитоплазменная оболочка растительных клеток. Если большинство биомембран уцелели после дробления и обработки мезги, то невозможно добиться высокого выхода сока. Основная функция пресса заключается не в раздавливании клеток, а в придании уже выделившемуся соку достаточной скорости вытекания по капиллярам в мезге. Хотя считается, что дополнительно при прессовании разрушается 10-25 % клеток.

Структура мезги, степени измельчения. На выход сока влияет структура мезги. Хорошо подготовленную мезгу можно сравнить с губкой. Скелет ее образован твердыми, не деформированными клеточными стенками, а каналы заполнены клеточным соком. При сдавливании такой «губки» скелет деформируется и клеточный сок выталкивается. После снятия давления «скелет губки» должен восстанавливать свою структуру. Если же мезгу подвергли мелкому измельчению или разварили, то «скелет» нарушается, и сок может вытекать только по крайним зонам. Такую мезгу нужно прессовать очень медленно.

Предварительное извлечение сока-самотека. После измельчения плодов некоторое количество сока, различное для разных видов плодов, вытекает самотеком: у винограда до 45-60 %; у яблок 10-40 %. Отделение сока-самотека перед прессованием улучшает структуру мезги, укрепляет «скелет» прессуемого слоя и облегчает дренаж. Это, в конечном счете, способствует более полному вытеканию оставшегося сока.

Высота слоя мезги. При высоком слое мезги увеличивается зона прессования и продолжительность вытекания сока. При уменьшении высоты слоя с 12 до 5 см выход сока увеличивается на 4-8 %. Поэтому прессования необходимо вести в тонком слое.

Учитывая влияние вышеперечисленных факторов, выведена формула для определения выхода сока:

В = 0,95* (₁ + ₂) * К* I

где: В - выход сока, %;

I- содержание сока в плодах (сочность), %;

₁ - доля мембран, поврежденных до прессования, %;

₂ - доля мембран, поврежденных при прессовании, %;

К - коэффициент, характеризующий консистенцию мезги.

При анализе этой формулы можно определить основные и второстепенные факторы. По содержанию сока плоды и ягоды мало отличаются. Сочность косточковых плодов составляет 80-82 %, семечковых и ягод 90-92 %. Значительное влияние оказывает доля мембран, поврежденных до прессования. Этот показатель колеблется от 0 до 1. Величина ₂ изменяется от 0,1 до 0,2, т.е. конструкция пресса не оказывает существенного влияния на выход сока. Для мезги легко прессуемых плодов (яблоки, виноград, вишня) консистенция не имеет большого значения (К= 0,9-1,0) а для слив очень важна, так как К = 0 - 0,8.

Таким образом, высокий выход сока зависит в первую очередь от правильно проведенной предварительной обработки сырья.

Для извлечения сока используют прессы периодического (пакетные, корзиночные) и непрерывного действия (ленточные, шнековые). В них мезга подвергается действию давления 0,5-2,5 МПа, в результате чего сок вытекает, фильтруясь через салфетки (пакетные прессы, рисунок 10), в которые укладывается мезга, или ситчатый корпус (шнековые прессы).

Рисунок 10 - Гидравлический пак-пресс

1 - пульт управления; 2 - салфетка с мезгой; 3 - дренажная решетка; 4 - станина; 5 - поддон; 6 - рама

Разновидностью прессования является использование прессово-экстракционного метода. Метод заключается в следующем. После отжима сока из мезги на прессе к выжимкам добавляют воду в количестве 1:0,5-1:1, перемешивают и извлекают сок на барабанном вакуум-фильтре или путем вторичного прессования. Полученный сок разбавлен, содержит меньше сухих веществ и его используют для приготовления сахарного сиропа или уваривают. Выход сока повышается на 10-12 %.

Центрифугирование. Для извлечения сока применяют специальные центрифуги-деканторы. Метод основан на разделении твердой и жидкой фракций мезги под действием центробежной силы. В центрифугах возможно промывание выжимок водой. Используется также центрифужно-прессовый способ. Сначала на центрифуге извлекается в течение 4-5 мин около 75 % сока от максимально возможного, затем выжимки прессуют и отделяют еще 25 % сока. Качество сока лучше, но метод трудоемкий.

Диффузионный способ. Заключается в экстрагировании водой экстрактивных веществ из плодово-ягодной мезги. При этом в сок переходят растворимые вещества (сахара, органические кислоты), а нерастворимые вещества (белки, нерастворимые в воде пектиновые и красящие вещества) практически не переходят в сок и остаются в отходах, поэтому сок не обладает натуральным вкусом. Содержание растворимых веществ в таком соке ниже за счет разбавления растворителем.

Несмотря на эти недостатки, диффузионный способ широко используется для получения соков. Для извлечения сока используют одно или двухшнековые экстракторы непрерывного действия.

Процесс экстрагирования растительного сырья сложный и многофакторный. В процессе экстрагирования преобладают диффузионные процессы, основанные на выравнивании концентраций между растворителем (водой) и раствором веществ, содержащихся в клетке.

Чем меньше вязкость растворителя и выше температура, тем молекулы более подвижны и выше коэффициент диффузии. Однако при высокой температуре сок приобретает вареный вкус, теряются ароматические вещества.

Скорость диффузии увеличивается также при увеличении площади контакта растворенного вещества с растворителем. Поэтому для увеличения площади контакта плоды измельчают. Для увеличения градиента концентрации диффузию проводят методом противотока.

Для получения сока этим методом используют диффузионные батареи или непрерывно действующие экстракторы. Диффузионная батарея, состоит из 8-10 аппаратов-диффузоров, соединенных между собой. Диффузоры заполняют мезгой и подают чистую воду с температурой 40-50 ⁰С в первый из них, где происходит экстрагирование. Количество воды и мезги обычно берется в соотношении 1:1. Затем вода с соком поступает во второй, третий и так до восьмого. После истощения мезги в первом аппарате, его разгружают и заполняют свежей мезгой, после чего этот аппарат становится последним, в него поступает сок из восьмого диффузора. Таким же образом последовательно разгружаются все диффузоры, загружаются свежей мезгой и цикл повторяется. Сок получается разбавленный, с содержанием сухих веществ на 2-3 % меньше, чем в мезге. Его обычно используют для получения плодово-ягодных экстрактов путем упаривания.

Продолжительность процесса составляет несколько часов. Этим способом можно извлечь до 95 % сухих веществ сырья.

Лучших результатов добиваются при применении непрерывно действующих экстракторов. Наибольшее распространение в соковой промышленности для извлечения яблочного сока получил двухшнековый экстрактор фирмы ДДС (Дания).

Осветление сока предусматривает освобождение сока от взвесей и большей части коллоидных веществ.

Свежеотжатый сок содержит в различных количествах крупные и мелкие взвеси, а также коллоидно-растворимые вещества (пектин, белки, дубильные вещества) и истинно растворимые вещества (сахара и молекулярные соединения).

Осветление соков преследует 3 основные цели:

- предварительное осветление для облегчения последующего фильтрования;

- стабилизация сока от веществ потенциальных мутеобразователей;

- в некоторых случаях улучшение органолептических свойств.

Крупные взвеси состоят из остатков плодовой мякоти и кожицы, каменистых клеток, целых и дробленных семян и т.д. Эти частицы непрочно связаны с жидкой фазой, быстро оседают и легко удаляются механическими методами. Крупные взвешенные частицы ухудшают внешний вид сока, затрудняют его дальнейшую обработку, поэтому их удаляют при производстве всех видов соков без мякоти.

Коллоидно-растворимые вещества длительное время могут находиться во взвешенном состоянии и обусловливают мутность сока. Для получения прозрачного (осветленного) сока необходимо разрушить коллоидную систему сока и удалить не стойко растворимые коллоиды с диаметром частиц более 10 -⁴ мм.

Стойкие коллоиды, если они стабилизированы во взвешенном состоянии, не вызывают в обычных условиях помутнение сока, однако, при хранении возможно их взаимодействие между собой, образование крупных частиц, которые вызывают помутнение сока и образование осадка.

Стабильность коллоидной системы сока обусловливается их свойствами:

1. Высокая дисперсность коллоидных частиц с диаметром 10 -⁴ - 10 -⁶ мм. Чем меньше частицы, тем интенсивнее броуновское движение, которое препятствует их слипанию и оседанию. При слипании частиц образуются крупные агрегаты, они выпадают в осадок, сок мутнеет.

2. Коллоидные частицы имеют электрический заряд. При наличии одноименного заряда частицы отталкиваются друг от друга. Электрический заряд обусловлен наличием ионов, которые адсорбированы на поверхности коллоидной частицы. Вокруг частицы в жидкой фазе расположены ионы с противоположным зарядом. Сумма зарядов равна нулю. Потеря заряда приводит к исчезновению сил взаимного отталкивания, начинают преобладать силы взаимного притяжения, частицы укрупняются и оседают под действием собственной силы тяжести.

3. На поверхности частиц находится гидратная оболочка. Она препятствует соединению частиц.

Все эти свойства коллоидной системы использованы при разработке методов осветления соков.

Различают способы осветления соков:

- физические (процеживание, отстаивание, сепарирование);

- биохимические (разрушение коллоидов при обработке ферментами);

- физико-химические - разрушение коллоидной системы соков путем добавления реагентов или путем термического воздействия;

- комбинированные.

Физические способы. Не приводят к изменению химического состава и коллоидной системы.

Процеживание. Для удаления грубых примесей сок процеживают через плотную ткань, специальные мелкоячеистые сита из нержавеющей стали с диаметром отверстий 0,7-0,8 мм. Эти способы применяют на небольших предприятиях. При поточном производстве используют щеточные ситовые фильтры.

Отстаивание. Используется только для осаждения крупных частиц. Частицы оседают под действием собственной силы тяжести. На частицу диаметром d действуют сила тяжести G, подъемная сила А, сопротивление среды R и ускорение свободного падения. Сила тяжести частицы определяется уравнением:

G = (d³/6)*_ч*g

Подъемная сила среды описывается уравнением:

А = (d³/6)*_с*g

где: _чи _с - плотность частицы и плотность сока, соответственно, кг/м³.

Движущая сила, под действием которой частица осаждается, описывается уравнением:

Р = G - А = (d³/6)*g*(_ч -_с)

Оседающая частица сначала движется с ускорением, но, когда сила сопротивления среды R будет равна движущей силе осаждения частицы Р, она начинает равномерно оседать. При этих условиях скорость частицы будет постоянной. Такая скорость называется скоростью осаждения. При ламинарном движении, когда R?2, скорость осаждения частицы (в м/с) можно определить по формуле Стокса:

= (2/9)*r²*(_ч -_с)*1/*g

где: r - радиус шарообразной частицы, м;

- динамический коэффициент вязкости среды, Па*с.

Уравнение Стокса показывает равномерность осаждения взвесей в плодово-ягодных соках. Чем меньше размер частицы и больше вязкость среды, тем медленнее происходит ее осаждение. Поэтому методом отстаивания можно добиться удаления из сока только крупных частиц.

Сепарирование. Основано на отделении взвесей под действием центробежной силы, развивающейся внутри вращающегося барабана, во много раз превышающей силу тяжести. Отношение развиваемой центробежной силы к ускорению свободного падения называют фактором разделения Z.

где: r_m_-средний радиус барабана, м;

n - частота вращения барабана, мин^-1;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

- угловая скорость вращения, м/с.

Из формулы видно, что изменение частоты вращения барабана в наибольшей степени влияет на величину фактора разделения. Центробежная сила, которая действует на взвеси, также зависит от частоты вращения барабана центрифуги.

С = 3/4r³*(_ч - _с)**R

где: r - радиус частицы, м;

_ч, _с - плотность частицы и плотность сока, соответственно, кг/м³;

- угловая скорость вращения барабана центрифуги, м/с;

R - расстояние частицы от оси вращения, м.

Из приведенных формул следует, что эффект разделения тем выше, чем больше размер частиц и разность плотностей сока и взвесей, чем больше частота вращения барабана. Так как величина частиц взвесей мала и их плотность незначительно отличается от плотности сока, то при конструкции сепараторов для соковой промышленности особое внимание обращают на частоту вращения барабана. В современных сепараторах частота вращения составляет 6500-7000 мин^-1.

В зависимости от конструкции сепараторы могут быть:

осветляющие (для разделения жидкой и твердой фазы);

разделяющие (для разделения смеси жидкостей на два компонента).

Для очистки соков с содержанием взвесей до 10 % применяют осветляющие саморазгружающиеся сепараторы тарельчатого типа. Разделяющие сепараторы используют только при получении масла из кожуры цитрусовых. Наибольшее распространение в соковой промышленности получили сепараторы А1-ВСЗ, ВМС, Г9-КОВ, фирм «Альфа-Лаваль» (Швеция), «Вестфалия» (Германия).

Если взвесей содержится до 1 %, то можно использовать не саморазгружающиеся камерные сепараторы.

При содержании в соке взвешенных частиц от 5 до 40 % рекомендуется использовать новый тип центрифуг - декантеры. Они представляют собой горизонтально расположенные шнековые центрифуги с конусным барабаном, предназначенные для непрерывного осветления жидкостей с высоким содержанием взвесей (рисунок 11).

Рисунок 11 - Декантер фирмы «Альфа-Лаваль»

Сок входит в трубу в центре шнека и попадает в пространство между шнеком и барабаном. Под действием центробежной силы твердые частицы оседают на стенках барабана. Шнек вращается с большей, чем барабан частотой и продвигает осевшие частицы к узкому концу барабана, откуда они удаляются через выходной патрубок. Очищенный сок течет в обратном направлении по виткам шнека. Степень осветления регулируется временем пребывания сока в декантере. Декантеры выпускают фирмы «Альфа-Лаваль», «Вестфалия». Производительность их зависит от вязкости сока, характера разделяемых компонентов, желаемой степени осветления и влажности удаляемых выжимок.

Флотация - один из методов механического осветления. Твердые частицы удаляются в виде пены, которая образуется с помощью пузырьков газа. Пузырьки газа, который пропускают через сок адсорбируются на поверхности взвешенных частиц, поднимают их вверх, образуя на поверхности пену. Электрофлотационная пена содержит большое количество взвешенных частиц и представляет собой рыхлую, почти не текучую массу. Удаление такой пены представляет определенные трудности. Поэтому сначала ее разрушают в пеногасителе, а затем удаляют. Газ получают либо путем электролиза (водород - в электрофлотационном аппарате ЭФА-2) или подводится извне (в виде азота в немецкой флотационной установке «Кларифуг»). Для упрощения процесса азот может быть заменен сжатым воздухом. Это не отражается на качестве осветления. При флотационной обработке необходимо, чтобы сок имел низкую вязкость, например, после ферментативной обработки.

Биохимические способы. Эти способы основаны на разрушении коллоидных веществ, вызывающих мутность сока (пектиновых веществ, крахмала, белков, полифенольных веществ).

Пектиновые вещества обладают водоудерживающей способностью, образуют гидратную оболочку вокруг взвесей, действуют как защитные коллоиды для взвешенных частиц, задерживают их выпадение в осадок и увеличивают вязкость сока. Поэтому разрушение молекулы пектина способствует отделению и оседанию частиц.

Для осветления соков используют пектолитические ферментные препараты. Требования к их составу приведены в табл. 6. Под их действием пектиновая молекула разрушается до растворимых в воде галактуроновых кислот. Для этой цели используют, например, ферментный препарат Пектофоетидин П10Х. Этот препарат содержит кроме пектолитических и протеолитические ферменты. Обработку можно проводить периодическим и непрерывным способом. В отечественной промышленности преобладает периодический способ обработки.

В сок вносят ферментный препарат в количестве 0,02-0,03 % в виде суспензии. Доза вносимого препарата зависит от содержания пектина в соке, рН и температуры. Для достижения необходимого результата следует соблюдать оптимальные условия действия препарата: рН 3,7-4,0; температура обработки 40-50 ⁰С; продолжительность обработки составляет 1 ч при перемешивании. При таких условиях разрушается более 50 % пектина и сок осветляется. Если необходима полная депектинизация, то процесс продолжается более длительное время.

Если мутность сока обусловлена наличием крахмала, то используют амилолитические ферментные препараты. Крахмал содержат соки из летних и недозрелых сортов яблок. При тепловой обработке большая часть крахмала клейстеризуется, переходит в раствор и при розливе и хранении может вызвать помутнение сока за счет образования комплексов с полифенолами. Для обработки таких соков используют амилолитические ферментные препараты, например, Амилоризин П10Х. Условия обработки: температура 50 ⁰С; рН 4,5-5,5.

При наличии в соке пектиновых веществ и крахмала рекомендуется использовать как пектолитические, так и амилолитические ферменты.

Оптимальную дозу вносимого препарата определяют на основании пробного осветления. Сначала определяют наличие в соке пектина (по спиртовой пробе) и крахмала (по иодной пробе). Затем по количеству образовавшегося сгустка или по интенсивности окраски определяют дозу вносимого препарата. Правильность выбранной дозы проверяют пробным осветлением в пробирках.

Недостатком ферментативного метода осветления является периодичность и длительность обработки (1-2 ч). В последние годы появились работы по непрерывным способам обработки соков. С этой целью используются ферменты, зафиксированные на твердых носителях (иммобилизованные). Нерастворимые комплексы «фермент-носитель» стабильны и сохраняют каталитические свойства ферментов. В качестве носителей используют неорганические и органические вещества. Обработку проводят в специальных реакторах.

Физико-химические способы. Используют термическое воздействие на коллоиды и добавление осветляющих реагентов.

Термическое воздействие - мгновенный подогрев-охлаждение. Метод основан на коагуляции белковых веществ при нагревании. Подогрев должен сменяться быстрым охлаждением. При таком чередовании ослабляется водосвязывающая способность белков, они оседают и увлекают за собой другие взвеси, однако, пектин, крахмал и другие коллоиды остаются. Такую обработку используют при получении неосветленных соков. Очень важно нагревание и охлаждение провести мгновенно, чтобы не произошло клейстеризации крахмала, но, в свою очередь, температура нагрева должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить коагуляцию белков.

Нагревание соков проводят до температуры 80-90 ⁰С, а охлаждение до температуры 35-40 ⁰С. Продолжительность обработки должна составлять 10-20 с. Для этой цели используют трехсекционные трубчатые или пластинчатые теплообменники-пастеризаторы. В первой секции входящий сок нагревается паром или горячей водой до заданной температуры. Во второй секции входящий сок нагревается теплотой выходящего горячего сока. В третьей секции происходит охлаждение. Такая обработка сока может проводиться непрерывно. После охлаждения для удаления скоагулировавших коллоидов и осажденных взвешенных частиц сок сепарируют на тарельчатых сепараторах.

Осветление реагентами. Процесс осветления сока при помощи растворов коллоидных веществ называется оклейкой. В качестве оклеивающих веществ используют желатин, бентонит, кизельзоль, танин, поливинилполипирролидон.

Осветление желатином. Желатин получают путем кислотного (желатин А) или щелочного (желатин Б) гидролиза животных продуктов (хрящи, кости, кожа), содержащих коллагены. Показателями качества желатина являются его желирующая способность и вязкость раствора.

Для осветления соков используют желатин А, полученный кислотным гидролизом с низкой вязкостью.

Осветление желатином основано на том, что его молекулы имеют положительный заряд, а многие коллоиды сока, такие как пектин, клетчатка - отрицательный. При внесении коллоидных растворов нейтрализуются электрические заряды мицелл природных коллоидов сока, что вызывает выпадение осадка. Наибольшее влияние желатин оказывает на полифенолы, с ними он образует комплексы путем создания водородных мостиков между фенольными, гидроксильными группами полифенола и пептидными группами в молекуле желатина. При небольших количествах желатина наличие в соке пектина препятствует укрупнению комплексов между полифенолами и желатином, а при больших дозах образуются комплексы пектина с желатином и полифенолами. Это затрудняет процесс осветления. Поэтому перед внесением желатина в сок устанавливают дозу пробным оклеиванием.

Пробную оклейку проводят следующим образом. В 10 пробирок добавляют по 10 см³ сока, затем вносят разные количества 1 %-ного раствора желатина: в первую 0,1 см³; во вторую 0,2 см³; в третью 0,3 см³ и т.д. Пробирки перемешивают и выдерживают 15 мин. Оптимальную дозу желатина устанавливают по пробирке, где осветление прошло быстрее и лучше. При получении одинаково хороших результатов в разных пробирках принимают для осветления минимальную дозу.

Доза желатина составляет от 10 до 200 г/дм³. Используется желатин в виде 1-10 %-ного раствора, который готовят на умягченной воде или соке. Желатин из расчета 0,1-0,2 г на 1 дм³ холодной воды замачивают в течение 24-48 ч в зависимости от его качества. После набухания желатина, воду сливают, заливают горячей водой (температура 55-60 ⁰С) или соком в таком количестве, чтобы получить 5-10 %-ный раствор. Перемешивают до полного растворения желатина. Лучший эффект осветления дает раствор, выдержанный после приготовления в течение 20-30 ч. Перед внесением в сок раствор желатина разбавляют до 1 %-ной концентрации.

На эффект осветления положительно влияет температура. В промышленных условиях оклейку проводят при температуре 10-12 ⁰С в течение 6-10 ч во избежание микробиологического загрязнения.

Коагуляция коллоидов при использовании желатина возможна только при достаточном количестве дубильных веществ, поэтому желатин применяют в сочетании с другими осветляющими веществами, например, танином, кизельзолем, ферментными препаратами.

Осветление танином и желатином. Танин относится к дубильным веществам, легко растворяется в воде. Оптимальные дозы устанавливаются пробным оклеиванием. Количество используемого танина составляет от 5 до 15 г/100 дм³. Добавляют танин в виде 1 %-ного раствора, обязательно перед введением желатина. Оптимальная температура оклейки 10-12 ⁰С.

Осветление кизельзолем. Кизельзоль - водный коллоидный раствор кремниевой кислоты мутно-молочного цвета. Частицы имеют размер от 0,1 до 10 мкм. Получают кизельзоль из жидкого силикатного стекла Na₂SiO₃ подкислением, осаждением из растворов жидкого стекла или гидролизом тетрахлорида кремния SiCl₄ в пламени гремучего газа. От способа приготовления зависят размер зерен, знак заряда, удельная поверхность препарата. Абсорбционные свойства кремниевой кислоты, частицы которой состоят из аморфного диоксида кремния объясняются физическими факторами и химической природой.

Осветление основано на электростатическом притяжении положительно заряженных молекул белка отрицательно заряженной поверхностью адсорбента. Адсорбция также происходит за счет водородной связи между гидроксильными гуппами диоксида кремния -Si-OH с деметоксилированной карбоксильной группой полиуронидов. Используют кизельзоль с размером частиц не более 0,5 мкм в виде 15 %-ного раствора, преимущественно с отрицательным зарядом. Если используют вместе с желатином, то дозу кизельзоля и желатина определяют пробным оклеиванием. Добавляют чаще всего кизельзоль перед внесением желатина, дозировка его в 10-15 раз больше дозировки желатина. Продолжительность осветления 2-3 ч. В нашей стране этот способ используют для осветления виноградного сока. За рубежом используют как вспомогательное средство при осветлении желатином вместо бентонита. При этом осветление желатином проводится при более высокой температуре.

Осветление поливинилполипирролидоном (ПВПП). ПВПП - полимерный материал не растворимый в воде, кислотах и большинстве органических растворителей. Для осветления используется порошок из синтетической смолы с размерами зерен от 1 до 450 мкм. Хорошо адсорбирует полифенолы за счет образования водородных связей, применяется в дозировках от 50 до 200 г/100 дм³. Используется только после предварительного удаления из сока белков и пектинов. Рекомендуется для осветления яблочного сока после ультрафильтрации, которая не обеспечивает полного удаления полифенолов.

Осветление бентонитом. Бентонит - природное минеральное вещество из класса глин вулканического происхождения. Это мелкая крупка с размером частиц не более 10 мм или порошок серовато-желтого цвет без запаха и вкуса. Имеет слоистую структуру, сильно набухает (набухаемость не менее 80 %). Химический состав бентонитов (в %): SiO₂ - 50-65; Al₂O₃ - 15-20; CaO до 3,5; K₂O - 0,5-1,0; Na₂O - 2-3. Активным компонентом является коллоидный гидрат силиката аллюминия Al₂(SiO₃)nH₂O. Способность к набуханию зависит от происхождения и химического состава. Натриевые бентониты имеют более высокую способность к набуханию (более 20 см³ воды на 1 г), чем кальциевые (5-10 см³ воды на 1 г). Натриевые более эффективны, но при использовании образуют больше осадка и часть натрия может переходить в сок. Поэтому для осветления соков применяют только определенные виды бентонитов.

Бентонит способен образовывать тонкие суспензии в жидкости, т.е. почти коллоидные растворы, которые имеют отрицательный заряд. Наряду с адсорбцией белковых веществ, бентониты удаляют дубильные соединения. Это связано с тем, что бентонит - слоистый минерал. Он имеет отрицательный заряд на основной поверхности пластин, а их края заряжены положительно. При взаимодействии с положительно заряженными белками заряды коллоидов нейтрализуются, частицы мути склеиваются, укрупняются и выпадают в осадок.

Перед использованием бентонит измельчают до получения тонкодисперсного порошка. Для стерилизации подвергают термической обработке при температуре 180-190 ⁰С в течение 2 ч. Затем порошок заливают 4-х кратным количеством горячей воды с температурой 70-80 ⁰С, перемешивают, обрабатывают острым паром 2-4 ч и оставляют для набухания на 8-12 ч. После набухания смесь перемешивают и готовят 5-10 %-ную суспензию на соке, который подлежит осветлению. Полученную суспензию фильтруют через сито с диаметром отверстий 2-3 мм. Дозу бентонита устанавливают пробным осветлением. Для виноградного сока расход бентонита должен быть не более 5 г/дм³, для яблочного - 1 г/дм³.

Комбинированные способы - используются в том случае, если в соке содержатся разнообразные соединения: полифенолы, белки, пектиновые вещества, крахмал. Осветляющие вещества, как правило, воздействуют только на один из компонентов сока, поэтому для получения осветленного, прозрачного с блеском сока рекомендуется использовать комбинацию различных способов. Это особенно характерно для обработки яблочного сока.

Осветление ферментными препаратами и желатином. При осветлении соков, богатых пектином, предварительно необходимо провести ферментативное расщепление пектиновых веществ в течение 25-30 мин, затем проводят обработку 1 %-ным раствором желатина в количестве 0,005-0,02 %, выдерживают 2 ч при температуре 18-20 ⁰С. Для каждой осветляемой партии сока дозировку ферментного препарата и желатина устанавливают пробной оклейкой.

Осветление ферментными препаратами, бентонитом и желатином - сок нагревают до температуры 40-45 ⁰С, вносят суспензию ферментного препарата и выдерживают для ферментативного гидролиза 30 мин при перемешивании. Затем температуру понижают до 15-20 ⁰С и добавляют суспензию бентонита в количестве 2 г/т (0,002 %). Перемешивают 15 мин и добавляют 1 %-ный раствор желатина в количестве 0,01-0,02 г/т, перемешивают 15 мин и отстаивают 1-2 ч для осаждения и укрупнения осадка. Возможна и другая вариация - осветление ферментными препаратами, желатином и кизельзолем.

При производстве осветленных соков после стадии осветления соки направляют на фильтрование.

Фильтрование сока

После осветления соки содержат осевшие взвешенные частицы, скоагулированные коллоиды. Для их осаждения сок фильтруют, пропуская через пористый слой, который задерживает взвеси. Различают 3 вида фильтрования: поверхностное, глубокое и адсорбционное.

При поверхностном фильтровании задерживаются взвешенные частицы, которые не проходят через самое узкое поперечное сечение капиллярных каналов фильтрующего слоя. Большая часть взвешенных частиц задерживается на входе сока в фильтрующий слой.

Под глубоким фильтрованием понимают процесс оседания частиц, которые проходят в фильтрующий слой внутри капиллярных каналов и закупоривают проход.

При адсорбционном фильтровании взвешенные частицы задерживаются в капиллярах благодаря электростатическим силам, образующимся при течении жидкости на стенках капилляра, хотя диаметр капилляра больше диаметра частицы.

При осветлении сока возникают все три вида фильтрования. Преобладание того или иного вида зависит от вида фильтрующего материала, толщины слоя, разности давлений, состояния коллоидов, диаметра и количества частиц, температуры жидкости.

В качестве фильтрующих материалов применяют асбест, целлюлозу, перлит, диатомит и их смеси.

Асбест - минерал после специальной очистки, главная его составная часть - силикат магния с тонкими параллельными волокнами.

Целлюлоза - получают из буковой или сосновой древесины.

Перлит - готовится из вулканической породы (силиката алюминия) путем размола с последующим нагреванием. Объем при обработке увеличивается более чем в 20 раз.

Диатомит - остатки панцирей и тел разных форм одноклеточных диатомовых кремниевых водорослей. Степень чистоты, цвет, форма и осветляющий эффект зависят от происхождения и обработки. В зависимости от степени измельчения различают грубую, среднюю и мелкую фракции.

Фильтрующий слой используют в готовом виде или намывают в процессе фильтрования. В готовом виде применяют фильткартон, который представляет собой пластины из сульфитной целлюлозы с добавлением асбеста. Применяют его в пластинчатых фильтрах. Картон марок Т и ТФ применяют для предварительного фильтрования, КФ и КФО для более тонкого фильтрования.

Движущей силой фильтрования является разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки. Под действием этой силы сок и проходит через фильтрующий слой.

На скорость фильтрования соков влияют физико-химические факторы: структура коллоидов и наличие примесей. Особенно заметно влияние молекул пектина и галактоманнана. Они имеют нитеобразную структуру молекул и могут соединяться с помощью ионного мостика в агрегаты. При фильтровании происходит отложение осадка и закупоривание пор фильтрующего слоя. Образующиеся осадки являются сжимаемыми, пористость их при увеличении разности давлений при фильтровании со временем уменьшается, а сопротивление потоку жидкости возрастает. Чаще всего фильтрование ведут при постоянном давлении 0,04-0,16 МПа при перепаде 0,03-0,06 МПа. Если давление выше, то осадок легко сжимается и затрудняется процесс дальнейшего фильтрования.

Для фильтрования используют фильтры различных конструкций: пластинчатые, намывные и барабанные. Наиболее распространено фильтрование на пластинчатом фильтре (фильтр-прессе) «Прогресс», 112 ВФЕ и др. Перед фильтрованием фильтр-пресс последовательно промывают 0,5 %-ным раствором лимонной кислоты, затем водой. Сок поступает на фильтрование под давлением 0,3 МПа. Первые порции мутного сока возвращаются обратно до тех пор, пока не начнет вытекать прозрачный сок. По мере накопления осадка на картоне, скорость фильтрования замедляется. В этом случае фильтрацию прекращают и перезаряжают фильтр. Замену фильтрующих перегородок производят 2-4 раза в смену в зависимости от мутности сока.

Для обеспечения прозрачности сока устанавливают 2 фильтр-пресса, соединенных последовательно или применяют сдвоенные фильтры, состоящие из двух секций (фильтр фирмы «Зейтц»).

В намывных фильтрах фильтрующий слой образуется при намывании вспомогательных фильтрующих материалов - порошков на влагопроницаемый фильтрующий элемент. Фильтрующим материалом в таких фильтрах является фильтрволокно (смесь асбеста с сульфитной кислотой), перлит, кизельгур (диатомит). Фильтры с диатомитом используются чаще всего для предварительного фильтрования. При таком фильтровании взвешенные частицы задерживаются ситами и глубоким фильтрованием, адсорбцией связывается небольшое количество. В зависимости от вида сока используют диатомит разной зернистости: для яблочного - среднезернистый, для окрашенных соков - крупнозернистый.

Перед фильтрованием диатомит намывают на фильтрующий элемент для получения опорного слоя, затем в процессе фильтрования непрерывно добавляют при помощи дозирующего насоса. Расход порошка составляет: для намыва предварительного слоя 0,5-1,0 г/м² фильтрующей поверхности; для дозировки до время фильтрации 0,05-2,0 г/дм³ сока. Используют кизельгур Грузинский марок Р и Ф или Инзенский марок А и Б.

Фильтры с кизельгуром в зависимости от расположения фильтрующих элементов бывают горизонтальные (пластинчатые) или вертикальные в виде камер (камерные).

Для фильтрования с кизельгуром чаще всего используют намывные дисковые фильтры Т1-ФПО-6 или рамные РЗ-ФВД-25, барабанные фильтры фирм «Зейтц» (Германия), «Тайло Падован» (Италия).

В последние годы для фильтрации соков используют мембраны. Различные виды мембранной технологии различаются в зависимости от величины пор применяемых мембран: микрофильтрация и ультрафильтрация.

Микрофильтрация - процесс отделения взвешенных частиц, частей клеток с размером 0,1-20 мкм, от жидкой или газообразной среды путем пропускания через мембраны с размером пор 0,02-0,8 мкм.

Ультрафильтрация - процесс разделения жидкой среды на высоко-, средне- и низкомолекулярные соединения с помощью мембран с размерами пор 0,002-0,2 мкм, которые пропускают низкомолекулярные соединения и задерживают высокомолекулярные.

Мембраны изготавливают из ацетата целлюлозы, синтетических полимеров (полисульфон, поликарбонат, полиакрилаты и др.), керамики и металла.

Ацетатцеллюлозные мембраны менее долговечны и менее химически устойчивы по сравнению с мембранами из синтетических полимеров, менее устойчивы к высоким температурам.

Керамические мембраны имеют высокую химическую, термическую и механическую устойчивость, длительный срок эксплуатации.

Металлические мембраны изготавливают из металлического порошка или тонкого металлического листа, перфорированного лазером.

Мембраны характеризуются пропускной способностью и избирательностью.

Пропускная способность (Q) - количество фильтрата (V), прошедшего за единицу времени (t) через единицу площади рабочей поверхности мембраны (F). Определяется по формуле:

Q = V/Ft

Избирательность (L) - разделяющая способность мембран. Выражается в процентном отношении концентрации вещества в растворе по обе стороны мембраны. Селективность мембран чаще всего определяют по растворам хлорида натрия и сахара.

При ультрафильтрации поток сока подается на фильтрующую перегородку не вертикально (как при обычном фильтровании), а по касательной к поверхности мембраны, поэтому мембраны меньше засоряются и на них образуется меньше осадка. Частицы, не прошедшие через мембрану, непрерывно концентрируются, поэтому они называются концентратом, а прошедший через мембрану сок - фильтратом или пермеатом.

При ультрафильтрации отделяются белки даже в виде коллоидного раствора, полисахариды отделяются в том случае, если размеры их молекул больше размера пор мембраны. Но некоторые олигосахариды могут проходить через ультрафильтрационную мембрану, полимеризоваться в процессе хранения и вызывать помутнение сока. Полифенолы проходят через мембрану, полимеризуются, образуют танины, которые при взаимодействии с белками способствуют появлению мути. При ультрафильтрации полностью удаляются дрожжи, плесневые грибы, бактерии, поэтому сок после такой обработки является стерильным. Ультрафильтрационные мембраны пропускают практически все ценные растворимые компоненты сока: сахара, органические кислоты, минеральные вещества, водорастворимые витамины, поэтому пищевая и биологическая ценность сока не снижается. Однако технология мембранного осветления пока не отработана, так при ультрафильтрации изменяются органолептические показатели из-за удаления основной части коллоидных веществ.

Мембраны монтируют в разные по конструкции фильтровальные устройства (модули). В настоящее время создано 4 основных типа модулей: пластинчатые, трубчатые, рулонные и из полых волокон.

Пластинчатые сконструированы по принципу пластинчатых аппаратов с горизонтальными или вертикальными пластинами. Основной недостаток - трудоемкость замены мембран и высокие потери давления.

Трубчатые сконструированы по принципу трубчатых аппаратов. Это трубы длиной до 5 м с внутренним диаметром 12,5-25,4 мм. С внутренней стороны трубы находится фильтрующая мембрана, через которую протекает сок. Модуль может содержать от 1 до 18 труб. Преимущества: интенсивное движение жидкости, простота конструкции, невысокая степень забивания пор. Недостатки: высокий расход электроэнергии и громоздкость.

Рулонные состоят из мембранных карманов, в которых находятся слои пористого материала. Их навивают в виде рулона диаметром 12 см и длиной 90 см вокруг перфорированной трубы. Полученный рулон помещают в цилиндр. Преимущества: компактны, расходуют мало энергии, легко заменяются. Недостатки: потеря давления.

Из полых волокон состоят из полимерных полых волокон, собранных в пучки, уложенные в цилиндр и закрепленные с обеих сторон пластинами. Внутренний диаметр полых волокон от 0,6 до 2 мм. Фильтрующий слой может быть с внешней и внутренней стороны. Преимущества: компактны. Недостатки: быстро загрязняются волокна и трудно очищаются, не подходят для фильтрования жидкостей с твердыми частицами.

Модули выпускают с различной фильтрующей поверхностью. Они могут иметь одну, две, три и более секций, которые соединяются параллельно, последовательно или смешанно.

Установка для ультрафильтрации состоит из приемного резервуара для фильтруемого продукта, питающего и циркуляционного насоса, системы модулей, теплообменника и приборов для измерения температуры и давления. Для ультрафильтрации используют отечественные установки М8-УУФ, «Родник 3» или зарубежные «Гаске» (Франция), «Супер-кор» (Италия) и др.

При использовании ультрафильтрации соки предварительно сепарируют или отстаивают и обрабатывают ферментными препаратами.

Вновь установленные мембраны для удаления консерванта промывают водой с жесткостью не более 1 ⁰Ж при температуре 20-25 ^оС. Сок после обработки ферментами и сепарирования собирается в приемном резервуаре, затем при помощи циркуляционного насоса прокачивается через систему модулей. Осветленный сок отводится в питательный сборник. Максимальная температура сока не должна быть выше 30 ^оС. Максимальное давление не выше 0,98 МПа. Установка непрерывно работает 10 ч, затем промывается умягченной водой, 0,06-0,12 %-ным раствором щелочи и 0,3 %-ным раствором гипохлорита натрия (либо 0,1-0,3 %-ным раствором Н₂О₂ для дезинфекции) в течение 1,5 ч. Затем установку промывают чистой водой в течение 30 мин. После этого она снова готова к работе.

Ультрафильтрация заменяет использование осветляющих веществ, фильтрование через фильтр-картон или диатомитовый фильтр и обеспечивает высокую прозрачность сока.

Свежий сок не может длительно храниться, поэтому его консервируют, добавляя этиловый спирт высшей очистки до крепости 16 %. Спирт также способствует осаждению коллоидов (пектиновых веществ, белков).

Количество спирта для спиртования вычисляют по формуле:

V_с= V_н* С_н / С_с - С_н, где

V_н - количество натурального сока, дал;

V_с - количество спирта, дал;

С_н - крепость сока после спиртования, %;

С_с - крепость спирта, %.

После спиртования сок отстаивают 15-90 суток, фильтруют и хранят при температуре не более 15 ⁰С в емкостях из некорродирующих материалов.

Качество спиртованных соков нормируется ГОСТ 28539-90. Массовая доля экстракта 5-15 г/100 см³, кислотность 0,8-5 г/100 см³ (в пересчете на лимонную кислоту) в зависимости от вида сока, массовая доля спирта 16 %.

Спиртованные соки транспортируют в бочках, авто- и железнодорожных цистернах, хранят в закрытых емкостях при температуре от 0 до 20 ⁰С до года.

Производятся также соки сброженно-спиртованные. Их получают путем спиртового брожения соков из свежего плодово-ягодного сырья с последующим добавлением спирта-ректификата. Сброженно-спиртованные соки нормируются ГОСТ Р 51146-98, объемная доля спирта в них также 16 %.

6.3 Получение концентрированных соков и экстрактов

Концентрированные соки являются наиболее перспективным видом плодово-ягодных полуфабрикатов.

Концентрируют натуральные соки путем удаления большей части влаги выпариванием, вымораживания или обратным осмосом.

Выпаривание проводится с улавливанием и без улавливания ароматических веществ. Для сохранения качества сока выпаривание ведут под вакуумом в выпарных аппаратах разной конструкции.

Концентрированные соки с улавливанием ароматических веществ получают по схеме:

- деароматизация сока;

- концентрирование ароматических веществ;

- осветление деароматизированного сока;

- упаривание сока.

Деароматизацию сока и концентрирование ароматических веществ проводят в установках, которые могут быть отдельными или комбинированными с выпарными аппаратами.

В установке для улавливания ароматических веществ (рисунок 12) свежеотжатый сок насосом 9 подается в теплообменник 10, нагревается теплом выходящего деароматизированного сока и поступает в испаритель 8, где из сока испаряется часть воды с летучими ароматическими веществами. Смесь паров и частично обезвоженного сока разделяются в сепараторе 7.

Деароматизированный сок насосом прокачивается через теплообменник 10 и выходит из установки. Соковые пары с ароматическими веществами поступают в ректификационную колонну 1 со змеевиковым подогревателем 6. Ароматические вещества, поднимаясь вверх по тарелкам колонны, концентрируются. Конденсат без ароматических веществ выводится из колонны в виде лютерной воды.

Рисунок 12 - Схема установки для улавливания и концентрирования ароматических веществ

1 - ректификационная колонна; 2 - конденсатор; 3 - разделитель; 4 - промывная колонна для неконденсирующихся газов; 5 - низкотемпературный охладитель; 6 - греющий змеевик; 7 - сепаратор; 8 - испаритель; 9 - насосы; 10 - пластинчатый теплообменник

Концентрированные ароматические вещества поступают в конденсатор 2, где большая часть паров конденсируется и поступает в разделитель 3. В разделителе отделяются несконденсированные газы, жидкая часть делится на два потока. Большая часть жидкости подается для орошения колонны в виде флегмы, меньшая часть отбирается как готовый продукт, дополнительно охлаждается в низкотемпературном охладителе 5 и отводится в сборник концентрата ароматических веществ. Несконденсированные газы из разделителя промывается ледяной водой от остатков ароматических веществ в промывателе 4 и выводятся из колонны, а вода поступает в нижнюю часть колонны 1.

Количество испаренной воды для выделения ароматических веществ зависит от вида сока и составляет в среднем 20…30 %.

После улавливания ароматических веществ деароматизированный сок подают на осветление и фильтрацию, а затем на упаривание в тонкопленочные, трубчатые или пластинчатые вакуум-выпарные установки. Такие установки выпускаются фирмами «Бухер» (Швейцария), «Манзини» (Италия).

Соки, как правило, концентрируют до содержания сухих веществ 70 %. Фасуют в металлическую тару или полимерную с полиэтиленовыми вкладышами. Хранят при температуре от 0 до 10 ⁰С во избежание изменения цвета и вкуса. Концентрат ароматических веществ хранится отдельно в стеклянной таре, вносится в сок в количестве 2 % перед его использованием.

Способ концентрирования вымораживанием основан на охлаждении сока ниже температуры его замерзания. Часть воды в виде кристаллов льда отделяется от жидкой фазы, в результате чего сухие вещества в ней концентрируются.

Обратный осмос основан на отделении воды из соков через полупроницаемые мембраны, размер пор которых соизмерим с размером молекул воды.

При концентрировании этими методами в соке максимально сохраняются ароматические вещества, витамины, однако, можно получить концентраты только с содержанием сухих веществ 35…50 %. Для более глубокого концентрирования соков необходимо дополнительно проводить выпаривание.

Плодово-ягодные экстракты получают выпариванием диффузионных соков на выкуум-выпарных аппаратах, как правило, без улавливания ароматических веществ. Содержание сухих веществ в экстрактах: в черносмородиновом 44 %, в клюквенном - 54 %, в виноградном 62 %, в остальных - 57 %.

Хранят экстракты так же, как концентрированные соки.

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию и характеристику плодово-ягодного сырья.

2. Охарактеризуйте химический состав плодово-ягодного сырья, роль отдельных компонентов в создании пищевой ценности сырья, а также при получении сока.

3. Назовите особенности строения растительной клетки и клеточных стенок. Какую роль играют основные свойства растительных клеток при производстве соков?

4. Какое значение имеют пектиновые вещества? Какие соединения относятся к пектиновым веществам, каковы их свойства? Какие ферменты необходимы для гидролиза пектина? Каков механизм их действия, какие продукты образуются при гидролизе?

5. Предложите набор пектолитических ферментов для получения обеспектиненных соков. Какие ферментные препараты следует использовать для этой цели?

6. Назовите основные стадии получения натуральных соков, приведите режимы и способы, используемые на каждой стадии.

7. С какой целью в сок добавляется спирт? Как определяется расход спирта для спиртования сока?

8. Какие способы удаления воды применяются при производстве концентрированных соков? Дайте сравнительную оценку этих способов. Охарактеризуйте стадии получения концентрированных соков методом упаривания. Каким образом улавливаются и сгущаются ароматические вещества?

9. Каковы особенности получения плодово-ягодных экстрактов? Назовите показатели качества концентрированных соков и экстрактов.

7. Производство полуфабрикатов для безалкогольных напитков из растительного сырья

7.1 Теоретические основы экстрагирования растительного сырья

Процесс экстрагирования используется в различных отраслях, в том числе в пищевой промышленности.

Экстрагирование растительного сырья имеет ряд особенностей, связанных с составом и характеристиками растительной клетки.

Перенос вещества при экстрагировании осуществляется путем молекулярной и конвективной диффузии. Молекулярная диффузия представляет собой выравнивание концентраций веществ в экстрагируемом сырье и растворителе вследствие хаотического движения частиц вещества.

Основной закон молекулярной диффузии - закон Фика определяет зависимость количества вещества, перешедшего в раствор от площади контакта фаз, градиента концентрации и времени экстрагирования:

М= D*F* (?С/ n)* ф, где

М - масса, кг; F - площадь поверхности контакта фаз, м²; D - молекулярный коэффициент диффузии, м²/с. Коэффициент диффузии показывает сколько вещества продиффундировало через 1 м² в единицу времени на расстоянии 1 м при разности концентраций, равной 1; ?С - разность концентраций вещества в сырье и растворителе, %; n - толщина слоя, через который происходит диффузия, м; - время, с.

Движущей силой процесса экстрагирования является разность концентраций в растворителе и в основном его объеме, находящемся в контакте с поверхностью твердых частиц. В наиболее общем виде процесс экстрагирования состоит из четырех стадий:

1. Проникновение экстрагента в поры частиц сырья;

2. Растворение вещества;

3.Перенос массы растворимых веществ посредством диффузии из внутренних областей частиц экстрагируемого материала в пограничный слой, прилегающий непосредственно к частице;

4. Перенос экстрагируемых веществ через пограничный слой и распределение его по всему объему раствора.

Наиболее существенными являются две последние стадии процесса, поскольку, главным образом, от них зависит скорость экстрагирования.

Интенсивность переноса вещества в объеме частиц сырья характеризуется коэффициентом диффузии, а от поверхности частиц к омывающей их жидкости - коэффициентом массоотдачи. Коэффициент диффузии зависит от структуры твердого тела, температуры и концентрации сухих веществ и не зависит от гидродинамических условий на поверхности частиц, конструкции аппарата.

На величину коэффициента массоотдачи влияет режим движения и свойства жидкости, форма и размер твердых частиц, конструктивные особенности аппарата.

Факторами, существенно повышающими скорость процесса извлечения сухих веществ, являются все виды воздействия на сырье, ускоряющие массообмен в системе жидкость - твердое тело. К ним относят: увеличение движущей силы процесса, а также скорости каждой стадии; дробление как способ повышения поверхности контакта фаз; обеспечение пористости слоя; создание оптимального соотношения масс экстрагента и твердой фазы; увеличение температуры без отрицательного влияния на состав экстрагируемых компонентов и ухудшения гидродинамического режима в слое; увеличение скорости движения фаз.

Одним из наиболее распространенных способов увеличения движущей силы процесса экстрагирования является механическое перемешивание в слое взаимодействующих фаз, а также с использованием различного вида механических колебаний, псевдоожижения, наложения силовых полей, применения ультра- и инфразвукового излучения и т.п.

Наиболее простым методом экстрагирования является однократное извлечение. Исходное сырье и экстрагент перемешиваются в смесителе, выдерживаются определенное время, обусловленное технологическими показателями, после чего разделяются на экстракт и выжимки. При достаточной продолжительности процесса содержание извлекаемого компонента в конечных продуктах будет приближаться к значениям равновесной концентрации. Одним из недостатков описанного метода является низкая степень извлечения целевого компонента из исходного раствора.

Для получения высокой степени извлечения растворимых веществ применяют метод многократного извлечения с использованием свежего растворителя. При этом образуется несколько экстрактов с различным содержанием целевого компонента.

Метод многократного извлечения с использованием одного объема растворителя применяется для получения высококонцентрированного экстракта с максимальным извлечением целевых компонентов из исходного сырья.

На эффективность извлечения растворимых веществ из сырья влияет вид экстрагента. Правильный подбор экстрагента обеспечивает не только полноту извлечения веществ, но и их устойчивость при дальнейшей переработке. Вода в пищевой промышленности является наиболее распространенным экстрагентом вследствие дешевизны, доступности, фармакологической и относительной химической индифферентности, пожарной безопасности, но ее применение ограничено для извлечения некоторых групп соединений природного сырья. Например, агликоны, гликозиды флавоноидов практически в воде не растворимы, в водные растворы в большей степени переходят полимерные формы флавоноидов. Поэтому часто в качестве экстрагента применяют органические растворители, в частности спирт.

При производстве настоев в той или иной степени используют все способы ускорения процесса экстрагирования.

7.2 Производство настоев и экстрактов из растительного сырья

Для производства безалкогольных напитков готовят настои из различных частей растительного сырья: травы, соцветий, коры, корней, цедры цитрусовых плодов. Используют, как правило, двукратное настаивание водно-спиртовым раствором. Концентрация водно-спиртового раствора зависит от вида сырья.

Для настаивания цедры цитрусовых плодов используют растворы крепостью 75-80 %, для сухого растительного сырья: трав, кореньев - 60-65 %.

Используют периодические и непрерывные способы экстрагирования. Простейшие экстракторы для периодического настаивания представляют собой емкости с ложным перфорированным днищем на расстоянии 20 см от основного дна аппарата (рисунок 13).

Рисунок 13. - Экстрактор

1 - корпус; 2 - предохранительный клапан; 3 - манометр; 4 - патрубок; 5 - загрузочный люк; 6 - барботер для подачи водно-спиртового раствора; 7 - сетка; 8 - баботер для подачи пара; 9 - сетка с диаметром 250 мм; 10 - спескной патрубок; 11 - разгрузочный люк

На ложное ситчатое днище укладывают ткань, загружают измельченное сырье с размером частиц 3-5 мм и заливают экстрагентом. Первое настаивание проводится 10-12 суток при периодическом перемешивании путем циркуляции раствора (перекачиванием «на себя»). Первый настой сливают и заливают свежим водно-спиртовым раствором. Второе настаивание проводят 5-7 суток, настой второго слива соединяют с первым, фильтруют через фильтр-пресс и направляют на хранение.

Для ускорения периодического экстрагирования используют специальные экстракционные установки, в которых процесс проводится в циркуляционном режиме (рисунок 14). В состав установки входят напорный бак для приготовления раствора экстрагента и циркуляции, экстрактор, насос. Сырье загружают в экстрактор, заливают водно-спиртовым раствором и настаивают.

Продолжительность настаивания при экстрагировании цедры значительно сокращается: первое настаивание до 4-8 суток, второе - 2-5 суток.

Рисунок 14 - Схема установки, работающей в режиме периодического перемешивания

1 - напорный бак, 2 - кран, 3 - смотровой фонарь, 4 - трехходовой кран, 5 - экстрактор, 6 - электродвигатель, 7 - центробежный насос, 8 и 10 выгрузочный и загрузочный люки, соответственно, 9 - водомерные трубки

Один раз в час в течение смены по 10 минут проводят циркуляцию раствора, забирая его насосом из нижней части и возвращая в верхнюю через напорный бак. В течение смены проводят 6-8 циклов циркуляции и настаивания.

Из отработанного сырья спирт извлекается выпариванием или вымыванием водой.

Для непрерывного настаивания используют экстракторы различного типа: ленточные, шнековые, лопастные и др. Распространение получил полунепрерывный диффузионный метод. Установка для экстрагирования состоит из 8-ми диффузоров, соединенных друг с другом коммуникациями. Конструкция диффузоров аналогична конструкции экстракторов.

С использованием диффузионной батареи получают настои из цедры цитрусовых плодов: лимонов, грейпфрутов, апельсинов и из кожуры мандаринов.

Общая схема получения настоев:

1). Снятие цедры или кожуры и их измельчение;

2). Непрерывная экстракция эфирных масел;

3). Отстаивание настоя;

4). Декантация и фильтрование настоя;

5). Розлив.

Цедру снимают вручную или на специальных машинах, измельчают до частиц размером 10-30 мм. Снятую цедру используют в течение 2-х часов.

Перед экстракцией на ложные днища экстракторов укладывают мешковину и загружают цедру. После заполнения экстракторов из мерника подают водно-спиртовый раствор крепостью 76-80 %. После заполнения первых 4-х экстракторов проводят настаивание в течение 12 часов, а затем включают батарею в непрерывную работу: в 1-й непрерывно подают водно-спиртовый раствор, а из 4-го отводят настой. Через 12 часов 1-й экстрактор отключают, а 5-й загружают свежей цедрой. Остаток настоя с низким содержанием эфирных масел из 1-го экстрактора перекачивают в мерник водно-спиртового раствора. Во 2-й экстрактор подают водно-спиртовый раствор в объеме, равном объему для заполнения 5-го экстрактора. При этом 2-й экстрактор становится головным аппаратом батареи, а 5-й - хвостовым. Скорость подачи водно-спиртового раствора должна быть достаточной для заполнения 5-го аппарата за 1-2 часа. После чего сырье экстрагируют 12 часов и 12 часов непрерывно пропускают водно-спиртовый раствор через 2-5 экстракторы, непрерывно отбирая настой из 5-го аппарата. Аналогично циклы настаивания проводят с 6-8 экстракторами. Спирт из отработанной цедры извлекают водой.

Отстаивают настой в сборниках 3-5 часов для оседания частиц цедры, затем настой декантируют и фильтруют на фильтр-прессе. Из осадков извлекают спирт отгонкой. Крепость настоев 74±2 %.

Фасуют настои в деревянные бочки, цистерны, фляги, бочки металлические из титана или алюминия, стеклянные бутыли. Срок хранения 8 месяцев.

Из других видов растительного сырья (трав, кореньев, коры) настои получают 1-2 кратным экстрагированием при соотношении сырье: экстрагент 1:5 - 1:10.

ВНИИПБиВП разработана технология получения настоев с предварительным ферментированием сырья при температуре 40-45 ⁰С ферментными препаратами цитолитического действия, например, Целловиридин Г3х, Цитороземин Пх. Обработанное сырье экстрагируют 20 %-ным водно-спиртовым раствором.

По этой технологии получают концентраты для конкретных напитков из смеси различных видов растительного сырья.

7.3 Производство концентратов, композиций, концентрированных основ, ароматических эмульсий

Производство концентратов, композиций и концентрированных основ организовано на специализированных заводах. Их использование в производстве напитков экономично, так как упрощается технология, сокращаются потери сырья.

Концентраты для безалкогольных напитков, как правило, состоят их 2-х частей: ароматической и экстрактивной. Примерами таких концентратов отечественного производства являются концентраты напитков «Байкал», «Фруктовый», «Поляна», «Яблоко» и другие. Импортные концентраты напитков «Пепси-кола», «Кока-кола», «Фанта», «Фиеста» и др. могут включать 2-3 части.

Концентрат напитка «Байкал» состоит из ароматической части А и экстрактивной части Б.

Ароматическую часть А готовят путем растворения эфирных масел лаврового, лимонного, эвкалиптового и синтетического душистого вещества изоборнилацетат в спирте. Крепость ароматической части А не менее 93 %.

Экстрактивную часть Б готовят смешиванием водно-спиртовых экстрактов травы зверобоя, корня солодки, элеутрококка (или левзеи), колера и лимонной кислоты. Полученную смесь упаривают под вакуумом до содержания сухих веществ 80±2 %. Хранят обе части отдельно, смешивают перед производством напитка.

Концентрированные основы включают, как правило, ароматические и экстрактивные вещества. Содержание спирта в них 18-20 %. Примером отечественных концентрированных основ являются основы для напитков «Виктория», «Дары леса», «Бештау» и др.

Основы для напитков зарубежного производства готовят, в основном с использованием концентрированных цитрусовых соков.

Применяют обычно шестикратно концентрированный сок с содержанием сухих веществ до 65 %, пульпы не более 5 %. При необходимости к нему добавляют красители, кислоту и консерванты. Смесь пастеризуют при температуре 62-65 ⁰С для предотвращения ферментативного расщепления пектина, гомогенизируют под высоким давлением (250-280 бар) для измельчения замутняющих веществ, после охлаждения вносят ароматизирующие вещества, деаэрируют и разливают в транспортную тару.

Композиции также включают, как правило, ароматические и экстрактивные вещества, а также другие компоненты напитков - кислоты, красители, иногда сахар. Из композиций готовят напитки «Лимонад», «Крем-сода» и др.

Ароматические эмульсии производят на основе эфирных масел иногда с добавлением растительных масел. Эти вещества не растворимы в воде, поэтому их гомогенизируют с добавлением эмульгаторов и стабилизаторов для тонкого распределения в водной фазе.

Контрольные вопросы и задания

1. Что является движущей силой процесса экстрагирования? Какие факторы влияют на скорость экстрагирования? Каким образом можно интенсифицировать процесс экстрагирования растительного сырья?

2. Охарактеризуйте способы получения настоев. Какие экстракторы используют для получения настоев из растительного сырья? Приведите режимы настаивания.

3. Дайте характеристику концентратов, концентрированных основ и композиций. Приведите примеры напитков, получаемых с использованием названных видов полуфабрикатов.

8. Производство полуфабрикатов безалкогольного производства

8.1 Получение сахарного сиропа

Белый сахарный сироп представляет собой концентрированный раствор сахара. Его получают холодным или горячим способом.

Холодным способом сироп готовят растворением сахара в воде с последующим фильтрованием через обеспложивающие фильтры или обеззараживанием пастеризацией в потоке. Такой способ рекомендуется для напитков типа «Пепси-кола», «Фанта». Качество сиропа выше при использовании холодного способа, но имеется опасность его микробиологического заражения. Для более качественной фильтрации рекомендуется сахарный сироп после растворения сахара пропускать последовательно через сетчатые фильтр-ловушки из нержавеющей стали с диаметром отверстий 5 мм, затем 2 мм, а затем через один из видов фильтров: рамный фильтр-пресс, намывной кизельгуровый или свечной фильтр. Диаметр пор фильтра на заключительной стадии должен составлять 30 мкм. В отдельных случаях при изготовлении напитков класса «премиум» в качестве заключительной стадии фильтрации используют обеспложивающие мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Для обеспечения микробиологической чистоты можно сироп после грубой фильтрации стерилизовать при 120 ⁰С 2 сек.

Если сахарный сироп имеет повышенную цветность, мутность, мелассный запах, значительную обсемененность микрофлорой, проводят его дополнительную обработку кизельгуром или активированным углем. Для этого сахар растворяют в холодной или подогретой до 40…60 ⁰С, при непрерывном перемешивании вместе с первой порцией сахара вносят активированный уголь 0,1-0,5 % от массы сухих веществ задаваемого сахара и кизельгур в таком же количестве. Раствор подкисляют ортофосфорной кислотой до рН 4,1- 4,5, доводят температуру сиропа до 85 ⁰С и выдерживают 15 минут. Горячий сахарный сироп фильтруют через намывной кизельгуровый фильтр, толщина слоя кизельгура перед началом фильтрации должна быть не менее 1,5 мм, затем в процессе фильтрования в сироп дополнительно вносится кизельгур из расчета 0,1-0,25 % от массы сухих веществ сахара. При необходимости сироп фильтруют через картриджный или мешочный фильтр с диаметром пор 0,45-1,0 мкм. Отфильтрованный сироп охлаждают в теплообменнике до температуры 25-35 ⁰С и направляют на хранение.

Сахарный сироп концентрацией 65-67 % достаточно устойчив к развитию инфекции, однако, при хранении сахарного сиропа в закрытых емкостях может образовываться конденсат, который разбавляет верхние слои сиропа и может привести к его инфицированию. Рекомендуется устанавливать в верхней части сборника сиропа УФ-лампы и специальные НЕРА-фильтры, которые предназначены для обеспложивающей фильтрации воздуха.

Горячим способом готовят сахарный сироп для большинства напитков.

Для варки сиропа используют сироповарочные котлы с мешалкой и обогревом. В верхней части котла имеется вытяжная труба.

Рассчитанное количество воды подают в котел и нагревают до температуры 55-60 ⁰С. При перемешивании загружают сахар нагревают до кипения, кипятят сироп 30 минут, снимая пену, для полного уничтожения слизеобразующих бактерий. В горячем состоянии сироп подают на фильтрацию через мешочный сетчатый или тканевый фильтр, можно использовать рамные фильтры. После фильтрования сироп охлаждают рассолом или водой в противоточных трубчатых или пластинчатых теплообменниках до температуры 10-20 ⁰С. Содержание сухих веществ в готовом сиропе 60-65 %. Хранят сахарный сироп в сборниках с мерным стеклом.

Снизить расход сахара и улучшить качество сиропа позволяет использование инвертированного сахарного сиропа. Его получают путем кислотного гидролиза сахарозы при нагревании. Инверсию сахарозы проводят при добавлении органических кислот или за счет кислот, содержащихся в плодово-ягодных соках или в браке напитков.

Инверсия сахарозы идет по формуле:

С₁₂Н₂₂О₁₁+ Н₂О= С₆Н₁₂О₆+ С₆Н₁₂О₆

Сахароза Глюкоза Фруктоза

За счет присоединения воды по месту разрыва молекулы сахарозы увеличивается содержание сухих веществ в сиропе. Теоретически при 100 %-ной инверсии из 100 г сахарозы образуется 105, 26 г инвертированного сахара. Сладость инвертированного сахарного сиропа выше за счет фруктозы - более сладкого сахара, чем сахароза, такой сироп имеет более мягкий вкус, не кристаллизуется при хранении.

Несмотря на преимущества инвертированного сахарного сиропа, в настоящее время на безалкогольных предприятиях его не производят. Одной из причин является более глубокий распад сахара в процессе инверсии до оксиметилфурфурола, который является канцерогеном, допустимая доза его, установленная Институтом питания РАМН, 100 мг/дм³ напитка. Поэтому степень инверсии в сиропе не должна превышать 55 %. В действующих рецептурах на безалкогольные напитки расход сахара дан с учетом 45 %-ной инверсии при приготовлении напитков холодным способом и 30 %-ной - при горячем и полугорячем способе получении купажного сиропа.

Инверсию проводят в сборниках для инвертирования сахарного сиропа с обогревом и теплоизоляцией. Белый сахарный сироп с содержанием сухих веществ 65-70 % охлаждают в теплообменнике до 70 ⁰С, перекачивают в сборник и вносят лимонную кислоту в виде 50 %-ного раствора из расчета 750 г на 100 кг сухих веществ сахара. При приготовлении сиропа для квасного напитка «Русский» вместо лимонной вносят молочную кислоту из расчет 1,68 кг/100 кг сухих веществ сахара. Кислоты и сахар могут частично вноситься с промывными водами, браком напитков; их количество должно быть учтено.

Выдержку при 70 ⁰С проводят в течение 2 часов, за 10 минут до конца рекомендуется вносить активированный уголь в количестве 0,1 % к массе сиропа. Готовый инвертированный сироп фильтруют на мешочных фильтрах или рамных фильтр-прессах, охлаждают до 20 ⁰С и хранят в закрытых мерных сборниках.

Для получения инвертированных сиропов можно использовать ферментативный гидролиз с помощью фермента в-фруктофуранозидазы (инвертазы). Инверсию проводят в сиропе с концентрацией сухих веществ 75 % при температуре 67 ⁰С и дозе фермента 4,5 ед./г сахарозы. Гидролиз длится 27 часов, степень инверсии при этих параметрах достигает 65 %. В результате ферментативного гидролиза оксиметилфурфурол не накапливается.

Процесс инверсии идет в бутылках с напитком в присутствии содержащихся в нем кислот, изменяя вкус продукта. Однако этот процесс идет достаточно медленно, при температуре 20 ⁰С за 9 суток степень инверсии не превышает 6 %.

При варке сиропа используют отфильтрованные до прозрачности промывные воды, которые получают при ополаскивании оборудования, при растворении пены, остатков сахара из мешков. Чистый брак напитков также вносят при варке сиропа. Отбракованные напитки предварительно пропускают через колонки с активным углем для удаления ароматических веществ, а также через колонки с костяным углем для обесцвечивания и фильтруются.

Можно также обработку брака активным углем проводить в эмалированной емкости или в емкости из нержавеющей стали. Используют активный уголь марки ОУ-А в количестве 1 % к массе сухих веществ в браке напитка. Смесь выдерживают при перемешивании мешалкой или вручную 1 час при комнатной температуре, затем брак отфильтровывают через фильтр-пресс.

8.2 Получение колера

Колер - один из самых распространенных красителей. Его получают путем нагревания сахара до температуры 180-200 ⁰С.

При нагревании сахарозы происходит ее дегидратация (отнятие воды) с образованием ангидридов. Ангидриды могут конденсироваться, в результате этого накапливаются красящие соединения - карамели: карамелан, карамелен, карамелин. Карамелан образуется при отнятии от молекулы сахарозы 2-х молекул воды, карамелен - при потере тремя молекулами сахарозы 8-ми молекул воды, карамелин - при потере двумя молекулами сахарозы 7-ми молекул воды. Карамели различаются окраской, растворимостью в воде. Наиболее ценными веществами колера являются карамелан и карамелен, а карамелин плохо растворим в воде, может выпадать в осадок в готовом напитке. Нагревание колера более 200 ⁰С не рекомендуется, так как происходит более глубокая дегидратация сахарозы с образованием оксиметилфурфурола, левулиновой, муравьиной кислот, нерастворимых гуминовых кислот и других продуктов термолиза.

Колер получают в колероварочных котлах с электрическим обогревом. Их устанавливают в отдельных помещениях с интенсивной вентиляцией.

Котел на 25 % объема загружают сахаром, добавляют 1-2 % воды и постепенно нагревают при перемешивании до температуры 160-165 ⁰С. Эту температуру поддерживают до приобретения сахаром бурой окраски. Затем добавляют тонкой струйкой горячую воду с температурой 75-90 ⁰С в количестве 8 % к массе сахара и повышают температуру до 180-200 ⁰С.

Продолжительность варки составляет 3-4 часа, колер должен образовывать упругую нить при взятии пробы. В готовый колер вносят тонкой струйкой воду с температурой 60-65 ⁰С из расчета получения раствора с содержанием сухих веществ 70-72 %. Полученный раствор перекачивают насосом и хранят в мерных сборниках до 3 месяцев. Выход колера составляет 105 % к массе сахара, потери достигают 28-30 %. Цветность колера составляет 74±8 см³ раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм³ на 100 г сухих веществ.

На заводе в условиях неконтролируемого процесса сложно получить колер постоянного состава. Поэтому предпочтительней использовать готовый колер, характеристика которого приведена выше в разделе 5.

8.3 Способы получения купажного сиропа

Купажный сироп получают смешиванием всех компонентов напитка, за исключением воды.

Перед купажированием проводится подготовка компонентов купажа: жидкие полуфабрикаты фильтруют и обрабатывают, сухие - растворяют в воде.

Соки отделяют от осадков декантированием и фильтруют, экстракты разбавляют водой 1:5, отстаивают 2-3 часа и фильтруют. Цитрусовые настои проверяют на наличие терпенов и при необходимости детерпенизируют. Для этого их разбавляют водой 1:5, отстаивают 12 часов и фильтруют. Лимонную кислоту растворяют в воде и вносят в виде 50 %-ного раствора, молочную и ортофосфорную кислоты - в жидком виде. Синтетические красители вносят в виде растворов, которые готовят растворением в горячей воде с температурой 60-80 ⁰С в половинном количестве, затем добавляют оставшийся объем воды и охлаждают. Концентрации растворов красителей от 10 % (тартразин, желтый хинолиновый, синий блестящий) до 1 % (индигокармин). Концентраты напитков также предварительно разбавляют водой с температурой 40-60 ⁰с до содержания сухих веществ 30-50 %.

Все подготовленные полуфабрикаты хранят в мерниках на предкупажной площадке, которая располагается выше уровня купажного аппарата, в котором проводится их смешивание. Купажные аппараты представляют собой сборники с охлаждающими рубашками и мешалкой.

Купажные сиропы готовят холодным, полугорячим или горячим способом в зависимости от состава купажа напитков.

Холодным способом готовят купажные сиропы для напитков на настоях, концентратах, композициях, ароматических эссенциях. По этому способу компоненты вносятся в купажный аппарат в последовательности от менее ароматичных к более ароматичным: сахарный сироп, плодово-ягодные полуфабрикаты, вина, цитрусовые настои, эссенции, эмульсии, кислоты, красители, при необходимости воду. В готовом купажном сиропе проверяют массовую долю сухих веществ, кислотность, органолептические показатели после разбавления 1:5 водой, затем фильтруют до прозрачности, кроме напитков на эмульсиях. Разрешается сироп не фильтровать, если все компоненты перед смешиванием были профильтрованы. Если вода имеет высокую временную жесткость, необходимо дополнительное внесение кислоты для ее нейтрализации.

Количество кислоты, вносимой в купажный сироп, рассчитывают по формуле:

Х=(М - А) + С;

где

Х - количество кислоты, вносимое в купажный сироп, г;

М - количество кислоты, необходимое для получения нормируемой кислотности в готовом напитке, г;

А - количество кислоты, внесенное с соком, экстрактом, вином и т.д., г;

С - количество кислоты, необходимое для нейтрализации щелочности воды, г.

Объем воды, вводимый в напиток определяется как разность между объемом напитка и объемом вносимых ингредиентов. Объем, занимаемый сахаром, определяют по формуле: V_c=m * 0,62, где 0,62 - объем 1 кг расплавленного сахара. Количество кислоты, расходуемого на нейтрализацию щелочности определяется по таблицам, приведенным, например в [11].

Этим способом готовят купажные сиропы для напитков на подсластителях. Их вносят в виде растворов с добавлением кислоты для лучшего растворения. Следует отметить, что сахарозаменители усиливают кислый вкус напитка, поэтому при их использовании необходимо корректировать норму внесения кислот.

Полугорячий способ используется для приготовления купажных сиропов напитков на спиртованных соках, винах. В сироповарочный котел вносят 50 % сока, подогревают до 50-52 ⁰С, при перемешивании задают расчетное количество сахара-песка, доводят до кипения, кипятят 30 минут, удаляя пену. Фильтруют в горячем виде, и после охлаждения вносят остальные компоненты купажа.

Горячий способ осуществляется аналогично полугорячему, но кипятят с сахаром все количество сока.

При использовании горячего и полугорячего способов испаряется избыточное количество спирта, соки частично упариваются, уничтожаются микроорганизмы. Однако органолептические показатели напитков хуже, чем при использовании холодного купажирования.

Готовый купаж после фильтрации хранят в напорном сборнике-мернике купажного сиропа, снабженном охлаждающей рубашкой, при температуре 8-10 ⁰С. Рекомендуется перед розливом выдержать купажный сироп около 12 часов для удаления пузырьков воздуха и лучшего распределения компонентов.

Для каждого купажного сиропа рассчитывается доза на бутылку напитка по формуле:

Д=БВ/А, где

Д - доза купажа на бутылку, см³;

Б - объем напитка в бутылке, см³;

В - содержание сухих веществ в 1 дм³ напитка, г;

А - содержание сухих веществ в 1 дм³ купажного сиропа, г.

Обычно дозу купажного сиропа доводят до 100 см³ или целых чисел, корректируя массовую долю сухих веществ в нем водой.

Для повышения стойкости напитков в купажные сиропы вносят консерванты. В нашей стране разрешены для безалкогольных напитков консерванты: бензоат натрия в дозе 177 г, юглон 0,7 г, плюмбагин 3 г на 100 дал напитка, сорбат калия 0,03 % и смесь сорбата калия 0,01 % с аскорбиновой кислотой 0,05 %.

Бензоат натрия и сорбат калия вносят в виде водных растворов, юглон и плюмбагин - в виде спиртовых растворов или растворов на цитрусовых настоях или эссенциях для напитков на этих видах сырья.

Растворы консервантов задаются в нефильтрованные купажные сиропы, после чего сироп выдерживается перед фильтрованием не менее 2 часов для подавления микроорганизмов.

Более подробно о консервантах в теме, посвященной стойкости напитков.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте способы приготовления сахарного сиропа. Приведите параметры его получения.

2. Каковы преимущества инвертированного сахарного сиропа? Приведите реакцию инверсии сахарозы. За счет чего происходит прирост сухих веществ? Какие способы инверсии позволяют получить продукт, не содержащий токсичных веществ?

3. Назовите основные продукты реакции карамелизации, их свойства. Приведите режимы приготовления колера.

4. Как подготавливаются компоненты купажа? Охарактеризуйте способы приготовления купажного сиропа. Дайте их сравнительную оценку.

9. Получение газированной воды и розлив напитков

9.1.Требования к качеству воды для безалкогольных напитков. Современные способы водоподготовки

Вода является одним из основных компонентов напитков, поэтому ее состав существенно влияет на качество готового продукта, прежде всего на органолептические показатели и стойкость. Применение воды с высокой временной жесткостью и щелочностью снижает кислотность напитков, приводит к перерасходу лимонной кислоты, которая должна дополнительно вноситься для нейтрализации ионов щелочности. Ионы кальция, магния, железа могут реагировать с некоторыми компонентами напитков - пектиновыми веществами, полифенолами, с образованием осадков.

Присутствие в воде свободного хлора, других хлорсодержащих веществ, озона, кислорода, тяжелых металлов приводит к изменению вкуса, снижению пищевой ценности напитков. Эти соединения катализируют окислительные процессы, за счет которых разрушается аскорбиновая кислота, природные красители, ароматические вещества. Растворенный в воде кислород снижает степень насыщения диоксидом углерода, способствует развитию микроорганизмов, окисляет компоненты напитка.

Вода для напитков должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества» как питьевая по химическому составу и микробиологическим показателям. Кроме того, существуют дополнительные требования к воде технологического назначения, установленные «Технологической инструкцией по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков» ТИ-10-5031536-73-90, основные из которых приведены в табл. 7.

Таблица 7 - Требования к составу воды технологического назначения

Показатель	Ед. измерения	Значение
Органолептические показатели
Запах при 20 0С и при подогревании до 60 0С, не более	Баллы	0
Вкус и привкус при 20 0С, не более	Баллы	0
Цветность по платиново-кобальтовой или имитирующей шкале, не более	Градус	10
Мутность по стандартной шкале, не более	Мг/дм3	1,0
Химические показатели
Жесткость общая, не более	0Ж *	0,7
Щелочность, не более	мг-экв./дм3	1,0
Минеральные примеси, не более	Мг/дм3
Марганец		0,1
Железо		0,1
Алюминий		0,1
Сульфаты		100-150
Хлориды		100-150
Медь		1,0
Цинк		5,0
Нитраты		10,0
нитриты		Следы
Свинец		0,1
Кремний		2,0
Мышьяк		0,05
Фтор		1,5
рН		3-6

^*Градус жесткости ⁰Ж (по ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости») соответствует концентрации ионов щелочноземельных элемента (кальция или магния), численно равной Ѕ его моля, выраженной в мг/дм³. ⁰Ж=20,04 мг Са²⁺ или 12,15 мг Мg²⁺ в 1 дм³ воды. Градус жесткости численно равен ранее использовавшейся единице мг-экв./дм³.

В питьевой воде нормируются также микробиологические и паразитические показатели: общее микробное число, то есть число образующих колонии бактерий в 1 см³, не должно превышать 50; термотолерантные и общие колиформные бактерии, споры сульфитредуцирующих клостридий в 20 см³ воды должны отсутствовать. В системах водоснабжения из поверхностных источников контролируются также цисты лямблий, которые должны отсутствовать в 50 дм³ воды, и колифаги, которые не должны обнаруживаться в 100 см³. Нормируется также общая б - и в-радиоактивность.

При существенных отклонениях в составе воды от рекомендуемых показателей необходимо проводить водоподготовку.

В зависимости от качества исходной воды ее подготовка может включать ряд операций:

- обезжелезивание;

- осветление;

- фильтрование;

- обеззараживание;

- умягчение.

Обезжелезивание проводится путем фильтрования воды через песочные фильтры с модифицированным или немодифицированным кварцевым песком, вода подается сверху и отводится из нижней части аппарата через коллекторную систему. При этом Fe²⁺ окисляется с помощью каталитической пленки из двух- и трехвалентного железа, образовавшейся в процессе обработки на поверхности кварцевого песка, в Fe³⁺ и отфильтровывается в виде осадков нерастворимых солей. При необходимости проводят модифицирование песка, добавляя растворы сернокислого железа и перманганата калия или марганцовокислого железа для ускорения образования каталитической пленки. Такую обработку проводят и при необходимости удаления из воды марганца. Положительно влияет предварительная аэрация воды.

Осветлению подвергается вода, содержащая муть, не отделяемую при фильтровании через песочные фильтры. Мутность создается коллоидными примесями, в частности кремниевой кислотой, гуминовыми веществами. Осветляют отстаиванием или коагуляцией. Для коагуляции в воду вносят коагулянты: сульфаты алюминия, железа, железный купорос, которые в щелочной среде образуют нерастворимые гидроксиды железа или алюминия, выпадающие в осадок в воде хлопьев с развитой сорбционной поверхностью вместе с взвесями воды. Средний расход коагулянтов: сульфата алюминия - 200-220 г/м³, железного купороса - 180 г/м³, гидроксида натрия - 50 г/м³, кальцинированной соды - 70 г/м³.

В настоящее время ОАО «Сорбент» выпускается высокоэффективный коагулянт гидроксохлорид алюминия марки Б, расход которого меньше расхода традиционного сульфата алюминия в 5-10 раз. Он позволяет проводить эффективную коагуляцию при низких температурах, снижает цветность воды в 10-15 раз, обеспечивает низкое содержание остаточного алюминия в воде, обладает бактерицидными свойствами.

Фильтруют воду для удаления грубодисперсных примесей через песочные фильтры, например марки Ш3-ВФА, ПЧВМ-2,5-001 и др.

Обеззараживание воды достигается фильтрованием через обеспложивающие фильтры, хлорированием, озонированием, ультрафиолетовым облучением, обработкой ультразвуком.

Для обеспложивания воду пропускают через фильтр-картон или керамические свечи с порами диаметром 1,5 мкм.

Чаще используют хлорирование 1-2 %-ными растворами хлорной извести или гипохлорита кальция. Этот способ предпочтителен, поскольку уменьшается опасность повторного заражения воды микроорганизмами за счет длительного действия препаратов хлора в воде. Однако хлорсодержащие вещества, как упоминалось выше, отрицательно влияют на качество напитков, а также снижают эффективность ионообменных смол, используемых для умягчения воды. После обработки избыток свободного хлора удаляют фильтрованием через активный уголь или аэрацией. При дехлорировании на колонках с активным углем хлорсодержащие вещества сорбируются на угле, и, окисляя уголь до СО₂, восстанавливаются до хлоридов. Рекомендуется для этой цели использовать активный уголь марок АГ-2, АГ-3, СКД-515, КАС. Регенерация угля проводится промывкой 2 %-ными растворами щелочи или гипохлорита кальция температурой 60-65 ⁰С, а также острым паром. Содержание активного хлора в воде после дехлорирования должно быть равно 0.

Хлорная известь может реагировать с содержащимися в воде фенолами с образованием хлорфенолов, которые придают воде стойкий «аптечный» запах и привкус.

Более эффективный способ обработки воды облучением ультрафиолетовыми лучами, или озонированием.

УФ-обработка наиболее экономичный способ, не оказывающий влияния на качество воды. Обработка проводится в тонком слое, однако эффективность этого способа зависит от качества воды, присутствия в ней замутняющих веществ и пигментов. Поэтому необходимо тщательно подготавливать воду, удалять гуминовые вещества, частицы ржавчины и пр. В бактерицидных лампах используется излучение с длиной волны от 200 до 300 нм. Доза УФ- облучения (количество энергии ультрафиолета на 1 см³ воды) должна составлять не менее 16 мДж/см³. Периодически, примерно 1 раз в квартал должна проводиться очистка внутренней поверхности рабочей камеры путем промывки слабыми растворами щавелевой или лимонной кислоты для удаления отложений.

Озонирование относительно дорогостоящий способ обработки, в воде могут образовываться вредные продукты окисления, повышается содержание кислорода, что отрицательно влияет на вкус напитков, вызывает коррозию металлов оборудования и трубопроводов, поэтому необходимо контролировать остаточное содержание озона в воде, которое не должно превышать 0,3 мг/дм³.

Достоинствами этого способа является улучшение вкуса и запаха воды за счет окисления примесей воды (например, нитратов), удаление аммиака, фенола, железа, гуминовых веществ. При озонировании необходимо дополнительное хлорирование, так как озон действует непродолжительно.

Наиболее перспективна обеспложивающая фильтрация через керамические фильтры или мембраны.

Умягчение воды проводят для снижения жесткости, при этом частично удаляются ряд других ионов (железо, марганец и др.). Удаление карбонатной жесткости возможно с помощью декарбонизации: нагреванием; с использованием гашеной извести; методом ионообмена, электродиализом и обратным способом.

Ионообменный способ умягчения воды - основан на применении ионитов (катионитов и анионитов). Этот способ до настоящего времени наиболее применим на пивобезалкогольных предприятиях. Катиониты используют для удаления катионов из воды, а аниониты - для удаления анионов. При умягчении воды с помощью катионитов (например, ионообменных смол КУ-1, КУ-2, КУ2-8, КУ-2-8чс) в воде накапливаются сульфаты, хлориды, которые повышают сухой остаток, гидрокарбонаты натрия - повышают также щелочность воды. При жесткости воды до 7 ⁰ и щелочности 6 см³ раствора НС1 концентрацией 0,1 моль/дм³ на 100 см³ воды наиболее подходит Na-катионитовый способ умягчения. Главный показатель качества катионитов - обменная емкость, которая выражается числом г-экв. катионов, поглощенных 1 м³ набухшего катионита. Различают полную и рабочую обменную емкость. Полная емкость - максимально возможное насыщение катионита солями жесткости, рабочая - практическое насыщение, после которого резко падает степень умягчения воды. Рабочая емкость составляет 75-85 % полной емкости. Установка для Na-катионирования (рисунок 15) состоит из катионитового фильтра (3), солерастворителя (4) и сборников исходной (1) и умягченной (2) воды.

Катионитовый фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со сферической крышкой и сферическим днищем. На днище имеется дренажное устройство, уложенное на бетонную подушку, в виде горизонтальной трубы, с находящимися на ней штуцерами, на которые навинчены щелевые колпачки. Предназначено оно для равномерного сбора проходящей умягченной воды, воды, подводимой под слой катионита при его взрыхлении, а также для отвода раствора поваренной соли при регенерации. Сверху дренажного устройства насыпают 3 слоя кварцевого песка с разной величиной зерен (нижний слой 5-10 мм, средний - 2,5-5 мм, верхний - 1-2,5 мм) высотой 400 мм для предотвращения уноса катионита в дренажную систему. На кварцевый песок насыпают слой катионита высотой 1,5-2 м. Фильтр заполняют не полностью, только на 70 %.

В верхней части фильтра имеется распределительное устройство для подачи в фильтр неумягченной воды и регенерационного раствора соли, отвода промывных вод.

Солерастворитель необходим для приготовления регенерационного раствора поваренной соли. В нижней части его имеется также дренажное устройство в виде коробки со щелями. Сверху дренажа засыпаются 3 слоя кварцевого песка с разной величиной зерен (нижний слой 5-7 мм, средний - 2-3 мм, верхний - 1,5-2 мм) высотой 300 - 400 мм. Соль насыпают сверху кварцевого песка, выравнивают и подают воду температурой 50-60 ⁰С. Соль растворяется, раствор ее концентрацией 10 % фильтруется через слой кварцевого песка и выводится через дренажное устройство.

Установка работает следующим образом. Вода поступает из напорного бака (1), фильтруется сверху вниз со скоростью 3-20 м³/ч. В процессе прохождения воды через слой катионита происходят обменные реакции, в частности, обмен катионов натрия ионообменной смолы на катионы кальция и магния, содержащиеся в воде Умягченная вода отводится из дренажной системы в емкость умягченной воды (2).

По достижению степени насыщения катионита ионами кальция и магния, которая соответствует рабочей емкости катионита, проводят его регенерацию. Регенерация проводится 10 %-ным раствором поваренной соли, который подается из солерастворителя в фильтр со скоростью 3-4 м³/ч. После регенерации проводят отмывку катионита. Для этого пропускают умягченную воду со скоростью 4-5 м³/ч до тех пор, пока вода не будет прозрачной, а ее жесткость не будет превышать 0,05-0,07 ⁰Ж.

При высокой жесткости исходной воды, в умягченной воде может значительно увеличиваться щелочность и сухой остаток. Поэтому для безалкогольного производства наряду с Na -катионированием проводят Н-катионирование, при котором ионы кальция и магния воды заменяются на Н⁺, или последовательное или параллельное Na- и Н-катионирование. Н-катионит регенерируют 1-1,5 %-ным растворами серной или 5-6 %-ными растворами соляной кислоты.

Электродиализный способ - обессоливание воды за счет разделения положительных и отрицательных ионов с помощью ионитовых мембран. Схема обработки воды с использованием электродиализа приведена на рисунке 16.

Вода очищается на фильтре предварительной очистки (1). При помощи манометра (2) регулируется подача воды через ротаметры (3) в электродиализный аппарат (4). Аппарат имеет 2 электрода, между ними размещены электродные камеры для промывки электродов, камеры опреснения и концентрирования. Химический состав очищенной воды зависит от напряжения между электродами и давления исходной воды. Очищенная вода (дилюат) и техническая (концентрат) через вентили (5) собирается в соответствующих сборниках (6 и 7).

Схема процесса электродиализа приведена на рисунке 17.

Электродиализный аппарат разделен последовательно чередующимися анионитовыми и катионитовыми мембранами (3). При прохождении через систему постоянного тока соли воды диссоциируют на катионы и анионы. Катионы, двигаясь к катоду (1), проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми. Анионы, двигаясь в направлении анода (2), проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате образуются чередующиеся камеры: дилюат и концентрат.

Вода от промывки электродов из электродных камер может использоваться повторно для очистки или для технических целей.

Применение способа позволяет снизить щелочность воды в 2-3 раза, жесткость в 2,5-3 раза, рН - на 0,5-1,5 единицы. В качестве недостатка можно отметить высокий расход электроэнергии и низкую механическую прочность мембран.

Для повышения прочности мембран измельченный ионит смешивают с пленкообразующим инертным материалом (полиэтиленом, полистиролом, полипропиленом, поливинилхлоридом). Внутрь мембраны вводят армирующий сетчатый материал (капрон, лавсан), который обладает эластичностью и растягивается при набухании мембраны. Такие мембраны имеют меньшую селективность, но более высокую механическую прочность. При использовании способа необходима предварительная очистка воды, т.к. из-за осаждения слаборастворимых солей [СаСО₃, СаSО₄, Са(ОН)₂, Мg(ОН)₂ и др.] и засорения мембран коллоидными частицами снижается эффективность работы установок.

Обратноосмотический способ - наиболее перспективный, он позволяет удалять из воды растворенные вещества на 85-95 %, а также микроорганизмы, высокомолекулярные соединения.

При использовании этого способа происходит фильтрование воды через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя (воды), но задерживают молекулы или ионы растворенных веществ.

Мембраны изготавливают из полимеров: пористого стекла, ацетатлцеллюлозы, полиамида, полиакрилонитрила, металлокерамики и др. Наиболее ранние по применению мембраны из ацетата целлюлозы имеют высокую селективность, хорошо разделяют растворы, но работают при температуре до 50 ⁰С, рН от 3 до 8, имеют низкую механическую прочность, эксплуатируются и хранятся только во влажном состоянии, при высыхании необратимо теряют свои свойства. Полимерные мембраны поздних поколений более термо- и химически стойки, работают в широком диапазоне температур и рН.

Рабочими элементами мембранных установок являются мембранные элементы. Для обратного осмоса, как правило, применяют мембранные элементы рулонного типа. Эти аппараты выполнены в виде труб диаметром от 70 до 200 мм, длиной от 1 до 9 м, в которые последовательно вставляются несколько рулонных фильтрующих элементов (РФЭ) (рисунок 18).

Рисунок 18 - Схема рулонной укладки мембраны

Каждый элемент представляет собой прикрепленный к фильтротводящей трубке 1 и накрученный на нее пакет, состоящий из 2-х мембран 2, между ними расположен дренажный слой 3 и сетка-сепаратор 4. Мембраны по кромкам соединяются путем склеивания. При работе исходный раствор движется по мембранным каналам РФЭ продольно, а фильтрат (пермеат) проходит по спирально расположенному дренажному слою, поступает в фильтротводящую трубку и выводится из аппарата. Концентрат, обогащенный солями обрабатываемой воды, поступает в следующий РФЭ либо также выводится из аппарата.

Долю пермеата в зависимости от качества обрабатываемой воды и производительности установки варьируют от 60 до 80 % от исходной воды.

Отечественной промышленностью выпускаются мембранные установки производительностью 0,6-41,7 м³/ч. Наиболее распространены установки МРР-5-21К-01; МРР-20-21К-01; МРР-120-21К-01.

Из зарубежных фирм, производящих мембранные установки, на нашем рынке представлены DDS (Дания), Cuno, Amicon, Millipor (США), Sartorius (Германия).

Метод требует тщательной подготовки воды, т.к. из-за засорения мембран снижается их производительность. Схема установки обратного осмоса приведена на рисунке 19.

Для этого в установке предусмотрен фильтр предварительной очистки (2).

Рисунок 19 - Схема обратноосмотической установки для подготовки воды

Деминерализация воды происходит в мембранном аппарате (3).

В процессе эксплуатации на мембранах осаждаются соли жесткости, нерастворимые осадки, так как они концентрируются у поверхности мембран, где концентрация их может достигнуть предела растворимости. Для предотвращения этого в воду дозируют ингибиторы (например, кислоту и полифосфаты) или предварительно умягчают и подкисляют. Для удаления осадков или биологических загрязнений, образующихся на поверхности мембран, периодически проводят промывку обратным током воды или слабого раствора лимонной, соляной кислот, щелочи в зависимости от характера загрязнений. Рекомендован раствор такого состава: кислота серная башенная 0,7 г/дм³, лимонная техническая кислота 0,3 г/дм³, триполифосфат 0,7 г/дм³, синтанол 0,5 г/дм³. Промывка осуществляется 2-3 часа. Необходимость промывки определяется по превышению перепада давления на блоке обратноосмотического обессоливания на 10 %, по снижению производительности или селективности мембран на 10 %.

При остановке более чем на 48 часов проводят консервацию установки для предотвращения развития микроорганизмов, так как возможна микробная деградация ацетатцеллюлозных мембран или загрязнение пор в полимерных мембранах. Для этого в гидравлическую систему подают 0,5 %-ные растворы формалина или сульфата меди. При длительных остановках, более 7 суток, через этот срок растворы меняют.

Способ дешевле, чем электродиализ. При частичном обессоливании воды способ экономичнее, чем ионообмен. К основным недостаткам способа можно отнести образование осадков на поверхности мембран и их невысокий срок службы, образующийся при умягчении концентрат, утилизируется только на технические цели либо сбрасывается в канализацию. Способ требует относительно высоких капитальных затрат, однако, по сравнению с ионообменным способом значительно снижаются эксплуатационные затраты.

9.2 Теоретические основы сатурации. Факторы, влияющие на степень насыщения воды диоксидом углерода

Процесс насыщения воды диоксидом углерода называется сатурацией. Углекислый газ в воде способен растворяться посредством абсорбции.

Согласно пленочной теории абсорбции на поверхности раздела жидкой и газообразной фаз имеются пограничные слои из двух прилегающих друг к другу пленок: одна - из молекул углекислого газа, другая - из молекул воды. Эти пленки оказывают основное сопротивление прохождению газа из одной фазы в другую. В основном объеме каждой фазы концентрация газа вследствие конвекции постоянна, а в пленках, где отсутствуют конвективные токи, газ движется посредством диффузии за счет разности концентраций.

Растворимость газов в жидкости характеризуется коэффициентом абсорбции б=v/V, где v - объем газа, V - объем жидкости.

Он показывает, какой объем газа растворяется в единице объема растворителя при парциальном давлении газа 760 мм. рт. ст. и температуре 0 ⁰С. Для углекислого газа б=1,71 м³/м³. Диоксид углерода частично взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует на ионы карбоната и бикарбоната:

Н₂О+ СО₂=Н₂СО₃=Н⁺+НСО₃^-= 2Н⁺ + СО₃^-

Угольная кислота - нестойкое соединение, поэтому равновесие этой системы смещено влево.

На растворимость газов в жидкости влияют:

- природа газа и жидкости;

- температура раствора;

- парциальное давление газа над жидкостью;

- содержание в растворе электролитов;

- содержание коллоидов;

- площадь поверхности контакта фаз.

Рассмотрим влияние некоторых факторов.

Согласно закону Генри, при постоянной температуре концентрация идеального газа в жидкости будет прямо пропорциональна парциальному давлению этого газа над жидкостью: С= К^.Р. Для углекислого газа этот закон справедлив при давлении 0,39 - 0,49 МПа. При более высоком давлении растворимость углекислого газа несколько ниже и подчиняется формуле Зельвинского Я.Д.: С=(а-В_р) ^. р, где а, В_р - константы, значения которых зависят от температуры. Таким образом, с повышением давления растворимость газа увеличивается, однако, если в газовой фазе кроме диоксида углерода будет присутствовать, например, воздух, то концентрация растворенного углекислого газа будет ниже, так как, согласно закону Дальтона, при растворении смеси газов каждая составная часть смеси растворяется пропорционально своему парциальному давлению. На растворимость углекислого газа отрицательно влияет также воздух, растворенный в воде, поэтому перед сатурацией предусматривается деаэрация воды.

Процесс растворения газа в жидкости экзотермический, то есть протекает с выделением тепла. Коэффициент абсорбции с увеличением температуры заметно снижается. Так, при температуре 0 ⁰С б=1,71 м³/м³, а при 20 ⁰С - б=0,88 м³/м³.

Влияние электролитов (солей) на растворимость газов в жидкой среде установил И.М. Сеченов при изучении растворимости газов в крови. Им выведено уравнение, связывающее растворимость газов и концентрацию электролитов:

ln(N₀/ N)= К ^. С, где

N₀ и N - соответственно растворимость газа в чистой воде и солевом растворе;

С - концентрация соли в растворе, моль/дм³;

К - константа.

Приведенная зависимость показывает, что растворимость газов в растворе солей уменьшается пропорционально их концентрации.

Некоторые соли, диссоциирующие в воде, химически связывают углекислый газ, что приводит к его необратимым потерям.

Присутствие коллоидов влияет положительно, так как коллоиды удерживают СО₂ в жидкости.

Абсорбция СО₂ водой - массообменный процесс. Движущей силой ее является разность концентраций или парциальных давлений газов в газовой и жидкой среде. Количество газа, абсорбируемого жидкой фазой, определяется уравнением:

G=б ^.F ^.?P ^.ф,

где б - коэффициент абсорбции, м³/м³

F - поверхность контакта фаз, м²

?P - разность парциальных давлений в газовой и жидкой фазах, МПа

ф - продолжительность процесса

Интенсивный массообмен может быть достигнут при низкой температуре, достаточно высоком давлении углекислого газа, и большой поверхности контакта. Оптимальными условиями сатурации являются: давление СО₂ - 0,49-1,18 МПа, температура воды 1-2 ⁰С. Поверхность контакта можно увеличить следующими способами:

- энергичным размешиванием воды в атмосфере СО₂;

- тонким распылением воды;

- стеканием воды по насадке с большой поверхностью в виде пленки в атмосфере СО₂;

Сатурацию обычно ведут до содержания СО₂ в воде 0,5-0,6 %. Следует избегать перенасыщения воды диоксидом углерода, так как газ непрочно связан в воде и быстро десорбируется при снятии давления.

9.3 Требования к диоксиду углерода. Условия транспортирования и хранения. Подача диоксида углерода в производство

В производстве безалкогольных напитков используется сжиженный диоксид углерода. Диоксид углерода находится в жидком состоянии при давлении около 7 МПа и температуре около 20 ⁰С, его хранят в стальных баллонах; или под давлением 0,8-1,2 МПа и температуре минус 35 - минус 43 ⁰С, при этих параметрах его хранят в изотермических цистернах. Диоксид углерода должен соответствовать ГОСТ 8050-76, содержание СО₂ нормируется не менее 98,8 %, воды не более 0,1 %.

Баллоны с СО₂ хранятся на газобаллонной станции, которую размещают в отдельном помещении с наружным выходом, расположенном вблизи сатураторов.

Хранить баллоны рекомендуется в лежачем положении при температуре не выше 30 ⁰С. Для крупных предприятий требуется много баллонов, работа с ними трудоемка и немеханизирована. Масса тары составляет около 70 %, а масса СО₂ - 30 %. Во избежание загрязнения баллоны нельзя освобождать полностью, что приводит к потерям СО₂.

В производство углекислый газ подают через редукторы для снижения давления до 0,5 - 0,8 МПа. Процесс перехода СО₂ из жидкого в газообразное состояние сопровождается поглощением тепла, в связи с этим в местах истечения газа из баллона в редуктор углекислота и содержащаяся в ней вода превращается в снег и забивают входное отверстие. Для устранения этого баллон, вентиль, редуктор и участок трубопровода обогревают теплой водой, что приводит к большому расходу воды и повышает влажность помещения. Можно использовать для этой цели электрические подогреватели регулятора давления и углекислотного вентиля, которые изготавливаются из нихромовой проволоки, навитой по изолирующей основе. Электрообогреватель питается от сети 12 В.

Взамен трудоемкого баллонного способа хранения углекислоты используется безбаллонный способ транспортирования и хранения СО₂.

Установка для бестарного транспортирования и хранения (рисунок 20) состоит из станции наполнения, которая устанавливается на углекислотном заводе, транспортной изотермической цистерны и станции газификации. На станции наполнения углекислота под давлением 6-7 МПа дросселируется через вентиль до давления 0,8-1,2 МПа и подается в сосуды-накопители, откуда поступает в изотермические цистерны.

Рисунок 20 - Аппаратурно-технологическая схема безбаллонного способа использования сжиженного диоксида углерода

1 - транспортная изотермоцистерна; 2,3 - резинотканевые рукава; 4 - стационарный изотермический резервуар; 5 - автоматическая станция газификации; 6 - регулирующий узел; 7 - насос

Изотермические цистерны имеют вместимость от 2,6 до 37 т, они используются для транспортирования и хранения СО₂ на заводе-потребителе. Цистерны представляют собой теплоизолированные сосуды, установленные в кожухе, пространство между кожухом и цистерной заполнено изоляционным материалом. Температура жидкого СО₂ в цистерне поддерживается в диапазоне минус 43,5 - минус 11,3 ⁰С при давлении 0,8-2,5 МПа. Продолжительность хранения СО₂ в цистерне при температуре 35 ⁰С без стравливания через предохранительный клапан 15 суток.

Из транспортной изотермоцистерны жидкий диоксид углерода перекачивается в стационарные резервуары, вмещающие от 2,6 до 46,75 т.

Станция газификации предназначена для отбора жидкого диоксида углерода, превращения его в газообразное состояние и поддержания постоянного давления. Перед подачей в производство СО₂ подогревается в теплообменниках паром с давлением около 0,2 МПа или горячей водой с температурой 50-60 ⁰С.

9.4 Способы и оборудование для сатурации. Потери диоксида углерода

Насыщение воды диоксидом углерода происходит в сатураторах различного типа.

Для сатурации воды используют один или несколько из следующих способов:

- размешивание воды с барботируемым в ней диоксидом углерода;

- распыление воды в атмосфере углекислого газа;

- пропусканием по насадке с развитой поверхностью, например по кольцам Рашига или гофрированным поверхностям, навстречу движению СО₂;

- смешиванием воды с газом в водоструйных эжекторах (сатуратор АСК).

В зависимости от способа насыщения воды сатураторы разделяют на смесительные (объемные сатураторы, например, С-3), распылительные (сатуратор СНД) и комбинированные (сатураторы непрерывного действия С-30, С-30 М, АСМ).

Рабочее давление СО₂ при насыщении 0,3-0,7 МПа. Перед насыщением воду пропускают через колонку деаэрации, в которой создается вакуум.

При сатурации воды происходят большие потери СО₂, при норме содержания углекислоты в напитке 4 кг/100 дал, нормативный расход составляет 19 кг/100 дал.

Источники потерь СО₂:

- неплотные соединения трубопроводов;

- остаток в баллонах (2-5 %);

- перепады давления в системе;

- повышенная температура воды;

- наличие растворенного в воде воздуха;

- СО₂, удаляемый в атмосферу при сдувке из магистрали и выпуске из сатуратора газо-воздушной смеси (до 40 %).

9.5 Сравнительные характеристики способов розлива напитков

Розлив безалкогольных напитков производится на автоматических линиях розлива, состав которых аналогичен линиям розлива пива.

Основная особенность розлива безалкогольных напитков заключается в том, что он может производиться двумя способами.

Первый способ - с раздельным дозированием в бутылку купажного сиропа и газированной воды. В этом случае купажный сироп из сборника-мерника поступает в дозировочный автомат, который входит в линию розлива, откуда дозируется по 100 см³ в бутылки вместимостью 0,5 дм³. Температура купажного сиропа 8-10 ⁰С, при меньшей температуре высокая вязкость сиропа, при большей - может происходить вспенивание и дегазация напитка. Затем бутылки с купажным сиропом доливаются газированной водой на разливочно-укупорочном блоке в изобарических условиях и перемешиваются в смесителе.

Такой способ не позволяет получить напиток высокого качества по нескольким причинам:

- невозможно достичь постоянства физико-химических показателей напитка в каждой бутылке из-за ошибок при дозировании сиропа и доливе воды (вспенивание, выброс содержимого бутылок и т.п.);

- газированная вода смешивается с негазированным сиропом, в результате уменьшается общая концентрация СО₂ в напитке, обычно она не выше 0,35 %;

- происходит дополнительное инфицирование напитка при контакте сиропа с воздухом на пути от дозировочного к разливочному автомату, из-за слабой карбонизации напитка, при контакте с нестерильной прокладкой кронен-пробки напитка при его перемешивании;

- необходимо в линии розлива иметь дополнительное оборудование: дозировочный и смесительный автоматы.

Второй способ розлива - синхронно-смесительный, позволяет устранить ряд недостатков выше указанного способа.

Синхронно-смесительный способ осуществляется двумя путями:

1. газированная вода смешивается в смесительном бачке с негазированным купажным сиропом и напиток подается на розлив;

2. деаэрированная и охлажденная вода смешивается с купажным сиропом или его отдельными компонентами, полученная смесь насыщается диоксидом углерода и поступает на розлив. Этот вариант более предпочтителен, так как позволяет достичь наибольшей степени насыщения напитка СО₂.

По первому варианту работают отечественные синхронно-смесительные установки РЗ-ВНС -1 и РЗ-ВНС-2 производительностью соответственно 3 и 6 тыс. дм³/час. По второму варианту - установка Б2-ВРР/6 производительностью 13800 дм³/час. Схема установки Б2-ВРР/6 приведена на рис. 21.

Вода, охлажденная в пластинчатых охладителях 1 до температуры 4 ⁰С, подается в деаэратор 2, где создается вакуум с помощью вакуум-насоса 4. Деаэрированная вода направляется в сборник 6, купажный сироп из купажного отделения поступает в сборник 8. Сборники оснащены поплавковыми регуляторами уровня. Дозировочный агрегат плунжерного типа 7 одновременно из сборников 6 и 8 подает в нужных соотношениях сироп и воду в смесительный бачок 9. Частично перемешанная смесь из бачка 9 поступает в колонки насыщения 10, где, стекая тонкой пленкой по гофрированным поврхностям, окончательно перемешивается и насыщается диоксидом углерода. Готовый напиток по трубопроводу 11 передается в расходный сборник 14, а оттуда к разливочному автомату.

Рисунок 21 - Схема синхронно-смесительной установки Б2-ВРР/6

1 - охладитель воды; 2 - колонка деаэрационная; 3 - вакуумметр; 4 - вакуум-насос; 5,12,13 - насосы для перекачивания воды и напитков; 6 - сборник воды; 7 - дозировочный агрегат; 8 - сборник купажного сиропа; 9 - смесительный бачок; 10 - колонки насыщения напитка СО₂; 11 - трубопровод готового напитка; 14 - расходный сборник готового напитка.

Зарубежные установки, в которых диоксидом углерода насыщают смесь деаэрированной воды и купажного сиропа, имеют названия Paramix, Nollmix, Mixmat S и др.

В настоящее время розлив напитков производится на автоматических линиях производительностью 1500, 3000, 60000, 12000, 18000, 24000, 36000, 48000 и 60000 бутылок в час (для бутылок вместимостью 0,5 дм³).

В состав линий розлива должно входить оборудование для извлечения бутылок из ящиков; мойки бутылок, фасования продукции; контроля наполненных и укупоренных бутылок, этикетирования бутылок с продукцией; межоперационного транспортирования ящиков; укладывания бутылок в ящики. В линиях большой производительности, выше 12000 бутылок в час, дополнительно предусматриваются еще ряд операций, увеличивающих уровень механизации процесса розлива: распакетирование и расшабелирование ящиков с бутылками; расштабелирование и штабелирование поддонов; мойка ящиков; подача укупорочных средств к укупорочным автоматам; обсушивание наружной поверхности бутылок; укладка бутылок в короба; упаковка бутылок в термоусадочную пленку; обандероливание и оформление коробов; штабелирование и пакетирование ящиков с наполненными бутылками; пакетирование картонных коробов с бутылками и др.

В настоящее время в отрасли появилась потребность в линиях меньшей производительности: 500, 1000, 2000 бутылок в час, в новых видах оборудования. При использовании необоротной и нестандартной тары линии оснащаются машинами для ополаскивания бутылок и продувки их стерильным воздухом. В состав современных линий включается оборудование для автоматического контроля чистоты бутылок и бракеража продукции, нанесения даты на корпус бутылки или колпачок и др.

Отечественными производителями оборудования розлива производятся линии для розлива безалкогольных напитков марки Е6-ВБО-1,5; КО1 (1500 бут./час); Б2-ВРШ-3, Б2-ВРШ-6, Б2-ВРШ-12 (производительностью соответственно 3000, 6000 и 12000 бут./час), Б3-ВРН (24000 бут/час).

9.6 Особенности розлива напитков в ПЭТ-бутылки

Розлив напитков в бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) получил в последние годы наибольшее распространение. Бутылки из ПЭТ имеют меньшую массу, чем стеклянные, более прочны, не создают шума при розливе. К недостаткам ПЭТ-бутылок относится газопроницаемость, вследствие чего в бутылку посредством диффузии проникает кислород и удалятся диоксид углерода. Этот процесс не зависит от разности давлений, при этом за счет окислительных процессов ухудшается качество напитков. ПЭТ-бутылка также может сорбировать ароматические вещества, что обусловлено губчатой структурой материала. До настоящего времени в нашей стране не решена проблема утилизации таких бутылок.

За рубежом эти проблемы решаются путем увеличения степени кристаллизации полиэтилентерефталата. При этом уменьшается газопроницаемость материала бутылок, повышается устойчивость к нагреванию. Такие бутылки могут применяться для многоразового использования, а также для горячего розлива. Однако с повышением кристаллизации ПЭТ-бутылки становятся более хрупкими и менее прозрачными.

Лучшими барьерными свойствами обладают бутылки из ПЭН (полиэтиленнафталата), однако они дороже. Для снижения газопроницаемости на бутылки наносят слой углерода или окиси кремния.

В линию розлива в ПЭТ-бутылки, наряду с оборудованием, аналогичным линии розлива в стеклянные бутылки, входят ряд дополнительных машин:

- машина выдувная для изготовления бутылок вместимостью от 0,33 до 5дм³ из заготовок-преформ ;

- синхронно-смесительная установка для насыщения напитков СО₂;

- ополаскивающий для обмыва бутылок изнутри с термовентилятором;

- машина фасовочно-укупорочная;

- установка упаковочная для укладки бутылок в пакет и упаковки в термоусадочную пленку;

- термопечь.

Транспортируются бутылки по линии с помощью пневмотранспортера, бутылки закрепляются кольцом на горлышке. Эксплуатируются также неполные варианты линий.

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте и обоснуйте требования к воде для безалкогольных напитков.

2. Предложите наиболее эффективные способы водоподготовки при использовании воды с высокой жесткостью, щелочностью, с повышенным содержанием железа и микробным обсеменением.

3. Какие факторы оказывают влияние на степень насыщения воды диоксидом углерода? Каким образом они учитываются в современных сатурационных установках при насыщении воды?

4. Какие способы хранения и подготовки сжиженного СО₂ для сатурации используются на предприятиях небольшой мощности и крупных заводах безалкогольных напитков?

5. Дайте сравнительную оценку способов розлива напитков. С помощью какого способа можно получить более стойкий напиток с наибольшей концентрацией СО₂ в напитке?

6. В чем заключаются особенности розлива напитков в ПЭТ-бутылки? Обоснуйте положительные и отрицательные стороны применения таких бутылок.

10. Стойкость безалкогольных напитков. Оценка качественных показателей напитков

10.1 Понятие о стойкости напитков. Биологическая стойкость напитков и пути ее повышения

Под стойкостью напитков понимают продолжительность их хранения в сутках до появления помутнений или изменения физико-химических или органолептических показателей, характеризуемых как несоответствие нормативным документам. Стойкость готовых напитков, разлитых в бутылки, определяют путем их выдержки при температуре 20±2 ⁰С. Для прозрачных напитков оценивают время до появления видимых помутнений, для замутненных напитков - до повышения кислотности сверх допустимых пределов (более 0,3 см³ раствора щелочи концентрацией 1 моль/дм³ на 100 см³напитка), указанных в характеристике данного напитка.

Согласно ГОСТ 28188-89, стойкость безалкогольных напитков:

- без консервантов составляет 10 суток,

- с консервантами - 20 суток,

- пастеризованных - 30 суток,

- негазированных напитков - 5 суток.

Стойкость напитков брожения (квасов):

- в бочках и цистернах - 2 суток,

- в бутылках - 5 суток.

Появление осадков или другие изменения в напитках вызываются причинами биологического и небиологического характера.

Биологические помутнения напитков, вызванные развитием микроорганизмов, являются наиболее частой причиной нарушения их стойкости.

Визуально порча напитков микробиологического характера определяется по ряду признаков:

- появление мути, слизи, хлопьев, колец или пленок на поверхности бутылок;

- повышение давления при накоплении СО₂, образование пены, выброс напитка при вскрытии бутылки, разрыв бутылок;

- изменение запаха, окраски, вкуса (переброженный вкус, маслянистый привкус, вызванный накоплением диацетила при развитии лейконостока или других молочнокислых бактерий, плесневелый вкус при размножении плесневых грибов).

На биологическую стойкость напитков оказывают положительное влияние некоторые природные компоненты, например, замечено, что напитки с натуральными эфирными маслами меньше подвергаются микробиологической порче, так как эфирные масла обладают бактерицидным действием.

Источниками микроорганизмов может быть сырье, оборудование, воздух, рабочие.

Порча напитков может вызываться различными видами микроорганизмов.

Дрожжи как культурные, так и дикие развиваются при наличии небольшого количества кислорода в бутылке. Вызывают более 90 % всех болезней напитков. Образуют муть, хлопья, дают вспенивание напитков.

Молочнокислые бактерии размножаются в напитках, содержащих азотистые вещества, например, на соках, с рН не менее 3.

Наиболее опасен Leuconostoc mesenterioides, который относится к гетероферментативным молочнокислым бактериям. Он расщепляет сахарозу в глюкозу и фруктозу, затем глюкозу превращает в высокомолекулярное вещество декстран, что приводит к ослизнению напитка. Развивается при рН более 5. Попадает в напитки с сахаром.

Бактерии рода Lactobacillus также размножаются в напитках на соках, превращают яблочную кислоту в молочную и углекислый газ. Молочнокислые бактерии могут размножаться и в напитках на сахарозаменителях, так как способны потреблять лимонную кислоту.

Уксуснокислые бактерии развиваются, в основном, в негазированных напитках. Они требовательны к среде, нуждаются в источниках азота и кислороде. Размножаются при рН более 4.

Плесневые грибы чаще появляются в негазированных напитках, попадают из воздуха при плохом санитарном состоянии помещений и тары. Даже при незначительном развитии плесеней необратимо ухудшается вкус и запах напитков.

Предотвращение биологических помутнений достигается технологическими приемами и специальными методами.

К технологическим методам относятся:

- строгое соблюдение технологических режимов и санитарно-гигиенического состояния производства. Необходима тщательная регулярная мойка и дезинфекция оборудования, трубопроводов и помещений. Для снижения обсемененности воздуха рекомендуется устанавливать бактерицидные ртутно-кварцевые лампы в цехе розлива и купажном отделении, наиболее неблагоприятных участках производства, использовать закрытые емкости;

- тщательная подготовка сырья: умягчение воды при высокой жесткости для предотвращения нейтрализации лимонной кислоты, фильтрование воды через керамические фильтры, соков - через обеспложивающие фильтры, подготовка брака напитков перед использованием;

- приготовление сахарного сиропа горячим способом, купажного сиропа полугорячим или горячим способом;

- проведение тщательной деаэрации воды для полного удаления кислорода, хорошее насыщение воды диоксидом углерода, использование синхронно-смесительного способа получения напитков;

- контроль качества мойки бутылок, соблюдение режима работы бутылкомоечных машин, необходимой концентрации щелочи и температуры моющих растворов в ваннах;

- приготовление напитков с рН 3-4 и ниже.

К специальным методам повышения стойкости напитков относятся:

- пастеризация напитков на зерновом сырье,

- горячий розлив;

- применение консервантов.

Пастеризацию напитков можно проводить в ваннах или туннельных оросительных пастеризаторах по режиму, близкому к режиму пастеризации пива. В туннельных пастеризаторах максимальная температура обработки 65-70 ⁰С.

Применение консервантов - наиболее распространенный и простой способ повышения биологической стойкости напитков.

Требования к консервантам:

- безвредность для человека;

- эффективное подавление посторонней микрофлоры;

- отсутствие отрицательного влияния на органолептические и физико-химические показатели и биологическую ценность напитков;

- экономичность.

Большинство консервантов, используемых в безалкогольном производстве, обладают антифунгальным действием, подавляя размножение дрожжей.

В мировой практике используют в качестве консервантов:

- соли и эфиры органических кислот: бензоаты, сорбаты, салицилаты;

-органические кислоты: бензойную, сорбиновую, муравьиную, дегидрацетовую;

- производные 1,4-нафтохинона.

В нашей стране разрешено использовать бензойную, сорбиновую кислоты и их соли - бензоат натрия и сорбат калия, а также окси-производные 1,4 нафтохинона - юглон и плюмбагин. Юглон получают из древесины грецкого ореха, плюмбагин - из ряда растений, например Ceratostigma plumbagenoides.

Юглон действует на все виды микроорганизмов, плюмбагин более активен в отношении бактерий. Их получают из растительного сырья с небольшими выходами, поэтому применение этих консервантов ограничено.

Доза юглона 0,3 мг/дм³, плюмбагина - 3 мг/дм³напитка.

Бензоат натрия в виде раствора на цитрусовом настое или ароматической эссенции вносят в дозе из расчета 177 мг/дм³ напитка в купажный сироп с выдержкой 2 часа.

Сорбат калия вносят в дозе 0,03 % или в смеси с аскорбиновой кислотой 0,01 % сорбата калия и 0,05 % аскорбиновой кислоты.

10.2 Коллоидная стойкость напитков и пути ее повышения

Небиологические или коллоидные помутнения возникают при нарушении коллоидной системы напитка в результате химических реакций между отдельными веществами напитков, с материалом оборудования, при воздействии внешних факторов, в результате окислительных процессов.

Коллоидную систему напитков образуют дубильные, красящие вещества, пектины, белки, полисахариды. Равновесие системы нарушается вследствие изменения рН, под действием тепла, солнечных лучей.

Соли кальция взаимодействуют с лимонной кислотой с образованием нерастворимого цитрата. Соли кальция, железа и других металлов также могут взаимодействовать с пектиновыми, дубильными веществами в напитках с образованием осадков.

В результате окислительных процессов могут осмоляться эфирные масла, окисляются дубильные вещества, продукты этой реакции также могут давать осадки. Катализаторами окислительных процессов являются кислород, свет, повышенная температура, соли металлов.

Для предотвращения образования коллоидных помутнений необходимо умягчать и дезодорировать воду; для перемешивания купажных сиропов, соков использовать углекислый газ, а не воздух. Следует использовать оборудование из нержавеющих материалов или с защитными покрытиями. Для уменьшения содержания коллоидов в напитках фильтровать соки, вина, детерпенизировать цитрусовые настои.

Некоторые вещества в напитках являются естественными антиоксидантами. Например, полифенолы, аскорбиновая кислота.

10.3 Качество безалкогольных напитков

В соответствии с ГОСТ 28188-98 качество напитков оценивается по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.

Показатели напитков нормируются конкретно для каждого наименования в соответствии с рецептурой.

Нормируются физико-химические показатели:

- массовая доля сухих веществ от 4, 5 % (для «Тоника горького») до 12,5 % (для напитка «Бахмаро»). В среднем массовая доля сухих веществ в напитках 8-10 %. В напитках на сахарозаменителях этот показатель не нормируется.

- кислотность от 1,25 («Крем-сода») до 4,8 («Тоник любительский») см³ раствора гидроксида натрия концентрацией 1 моль/дм³на 100 см³ напитка. В среднем от 2 до 4 см³ раствора гидроксида натрия концентрацией 1 моль/дм³на 100 см³ напитка.

- массовая доля диоксида углерода 0,2-0,4 % в соответствии с типом напитка.

- стойкость, в сутках.

Нормируется также массовая доля спирта в напитках брожения, коктейлях на виноматериалах - не более 1,2 %, в напитках с водно-спиртовыми компонентами не более 0,5 %. Для витаминизированных напитков нормируется содержание витаминов.

При органолептической оценке напитков качество их оценивают по 25-ти балльной шкале:

- прозрачность и цвет 7-1 балл;

- вкус и аромат 12-6 баллов;

- насыщенность углекислотой - 6-2 баллов.

Напитки отличного качества получают 23-25 баллов, хорошего - 19-22 балла, удовлетворительного - 15-18 баллов.

Контрольные вопросы и задания

1. Как определяется стойкость напитков прозрачных и стойкозамутненных? Какие значения стойкости устанавливаются для отдельных видов напитков?

2. Каковы признаки биологических помутнений напитков?

3. Что является источником биологических помутнений? Охарактеризуйте микроорганизмы - вредители безалкогольных напитков.

4. Какие технологические приемы позволяют увеличить биологическую стойкость напитков?

5. Какие специальные методы используются для повышения биологической стойкости?

6. Назовите требования к консервантам. Какие соединения используются в качестве консервантов для безалкогольных напитков? Назовите нормы и стадии их внесения.

7. Что является причиной коллоидных помутнений в напитках?

8. Какие технологические приемы используются для повышения коллоидной стойкости напитков?

9. Для производства безалкогольных напитков использовали воду с жесткостью 5 мг-экв./дм³ с содержанием железа 0,2 мг/дм³. Сироп получали холодным способом, для купажирования служили открытые купажные аппараты. Розлив напитков производился с раздельным дозированием купажного сиропа и газированной воды. Хранение напитков предусмотрено на открытых площадках. Спрогнозируйте стойкость полученных напитков, назовите причины, которые могут привести к образованию помутнений.

10. Какие показатели качества нормируются в безалкогольных напитках? Назовите средние значения кислотности и массовой доли сухих веществ.

11. Как оценивают безалкогольные напитки по органолептическим показателям. Приведите балловую оценку напитков и возможные отклонения от нормируемых показателей.

11. Производство концентратов для безалкогольных напитков в потребительской таре

11.1 Ассортимент и характеристика сухих смесей и пастообразных концентратов для безалкогольных напитков

Использование сухих смесей и пастообразных концентратов для безалкогольных напитков имеет ряд преимуществ по сравнению с жидкими напитками:

удобство транспортирования, особенно на длительные расстояния;

длительный срок хранения (1-2 года);

большая по сравнению с жидкими напитками сохранность биологически активных веществ, например витаминов.

Однако производство сухих смесей в мире не увеличивается, прежде всего, потому, что потребитель отдает предпочтение готовым к употреблению напиткам.

Сухие смеси выпускают для шипучих и нешипучих напитков.

Нешипучие готовят на основе сахара, органических кислот, с добавлением плодово-ягодных экстрактов, концентрированных соков, ароматических веществ, красителей и др. компонентов. Большинство их обогащаются витаминами, минеральными солями. При выборе органической кислоты для сухих смесей учитывается ее гигроскопичность и органолептические свойства. Для снижения гигроскопичности лимонную кислоту обрабатывают малеиновой кислотой или сушат с крахмалом. Чаще используют винную или виннокаменную малогигроскопичную кислоту, но их вкус грубее лимонной. В ряде стран применяют яблочную или фумаровую кислоту, однако, они имеют меньшую растворимость.

Ассортимент отечественных сухих смесей достаточно широк. ВНИИПБиВП разработан большой ассортимент таких смесей, например:

«Витаминка» - с добавлением концентрата гранатового сока, красителей из ягод бузины, вишневого и коричного ароматизаторов, витаминов В₁, В₂, РР, С.

«Светлячок» - с концентрированным яблочным соком, сафлоровым красителем, абрикосовым ароматизатором, комплексом витаминов.

Во ВНИИПБиВП совместно с КемТИПП разработаны сухие смеси «Вострог» - с добавлением облепихового сока и настоев трав, «Персей» - с калиновым соком и настоями трав.

Бывшим Харьковским филиалом ВНИИПБиВП разработаны сухие смеси на основе криоконцентратов плодово-ягодного сырья: «Голубичка», «Золушка» и др.

Предлагаются новые виды сухих концентратов напитков на основе концентрированных соков, получаемых путем агломерирования компонентов с сахаром: «Славянка» на основе яблочного и облепихового концентрированного сока или экстрактов; «Рекордсмен» на основе экстракта облепихи и шиповника с добавлением автолизата пивных дрожжей, цветочной пыльцы, экстракта левзеи и др.

Выпускаются в виде порошков или таблеток.

Шипучие смеси для напитков представлены менее широко. В нашей стране разработаны сухие смеси «Медок», «Цитрусовый», «Мятный»; «Шипучка вишневая», «Шипучка облепиховая»; Киевским ПО «Росинка» выпускались «Барбарисовый», «Чебурашка» и др. В их состав входят сахар, кислота, бикарбонат натрия (питьевая сода), эссенции, красители.

Основные недостатки таких смесей:

- избыточный расход кислоты на нейтрализацию соды;

- реакция нейтрализации длится до нескольких часов, в том числе в желудке, что неблагоприятно сказывается на его деятельности.

За рубежом выпускают шипучие напитки на основе инкапсулированных компонентов (частицы заключены в защитную капсулу, например, желатиновую), пропитывают смеси ингредиентов гуммиарабиком и трагакантом, используют другие газообразователи, например, Са(НСО₃)_2.

Пастообразные концентраты имеют массовую долю сухих веществ до 70 %, . Производят их только для нешипучих напитков. Ассортимент небольшой: «Черносмородиновый», «Мрия» - разработаны бывшим ХФ ВНИИПБиВП, во ВНИИПБиВП совместно с КемТИПП, разработаны рецептуры концентратов «Чароит» (на основе черной смородины), «Зори Кузбасса» (на основе облепихи и моркови).

11.2 Способы получения сухих смесей для напитков

Существует несколько основных способов получения сухих смесей для напитков. Наиболее простой - смешиванием компонентов.

По этому способу готовят простейшие смеси, содержащие сахар, кислоту (как правило, виннокаменную), соду (или без нее) с добавлением небольших количеств экстрактов, эссенций, красителей.

Стадии производства:

- измельчение и просеивание сахара. Стадия предусмотрена для получения шипучих смесей. Сахар дробят на мельнице, просеивают через металлические сита. Размер частиц должен быть до 0,14 мм. Если другие компоненты поступают в виде крупных кристаллов, их также измельчают.

- купажирование компонентов. В смесителе смешиваются все компоненты напитков, за исключением ароматизаторов, в течение 10-15 минут. Смеси для шипучих напитков направляют на фасовку, а нешипучих - на сушку.

- сушка производится в сушилке при температуре не выше 80 ⁰С до остаточной влажности не более 2,5 %.

- измельчение сухой смеси. Сухая масса подается в сокристаллизатор для охлаждения и затем на дробилку (или минуя сокристаллизатор).

- фасовка. Измельченную массу в смесителе смешивают с эссенцией и фасуют в пакеты или банки. Для получения таблетированных смесей сухую массу направляют в пресс, в процессе таблетирования вносят эссенцию.

Нешипучие смеси фасуют в пакеты по 16-20±0,5 г (для 1 стакана). Шипучие - в двухслойные пакеты: внутренний слой из целлофановой пленки или пергамента, внешний - из бумаги или полимерных материалов. В настоящее время используются также упаковки из комбинированных материалов, не пропускающих влагу и кислород воздуха.

Смеси должны полностью растворяться в холодной воде в течение 2-х минут, по органолептическим показателям - соответствовать компонентам, входящим в их состав.

Порошки не должны слеживаться. Срок годности: порошков - до 6 месяцев, таблеток - до года.

Второй способ получения сухих смесей для напитков - с использованием криоконцентратов из плодов, ягод, овощей. Разработан б. Харьковским филиалом ВНИИПБиВП совместно с Институтом низких температур АН Украины.

В соответствии с этой технологией предварительно высушенные сублимационной сушкой плоды, ягоды или овощи измельчают в среде жидкого азота. Жидкий азот служит источником низких температур для придания сырью хрупкости, а также инертной средой для предотвращения окислительных процессов и снятия местного перегрева.

Получают порошки с диаметром частиц 1-50 мкм, порошки не слипаются и содержат практически все ценные вещества исходного сырья.

Полученные криоконцентраты используют как основу для высококачественных смесей для напитков. Однако, технология очень дорогостоящая, так как расходуется большое количество жидкого азота, и не нашла применения.

Во ВНИИПБиВП совместно с КемТИПП разработана технология сухих смесей для нешипучих напитков с использованием агломерирования (спекания) сахара-песка и жидких компонентов. Сахар-песок служит основой для сушки на нем жидкой смеси: концентрированных соков, экстрактов из растительного сырья и др. добавок. Сушка ведется в вакуумной сушилке, жидкие компоненты вносятся порциями, чтобы не нарушить кристаллическую структуру сахара. После каждого дозирования жидкой смеси сахар высушивается до влажности 2-5 %. Сушка проводится при температуре не более 50 ⁰С, так как при 60 ⁰С сахар начинает плавиться.

Полученный агломерат высушивается до влажности 2-2,5 %, измельчается до частиц размером не более 0,15 мм и фасуется в пакеты или банки.

С помощью такой технологии можно вносить в сухие смеси до 30 % сухих веществ натуральных соков, экстрактов, что не дает ни один другой способ.

ООО «НПФ «Лионик» разработан аппарат для получения сухих быстрорастворимых концентратов, в котором совмещены процессы смешивания дисперсной и жидкой фаз, пропитка, агломерация и сушка продукта. В процессе получения концентрата на разогретый в аппарате сахар дозируется жидкая концентрированная композиция, сушка проводится под вакуумом при температуре 40-50 ⁰С с интенсивным послойным перемешиванием влажной дисперсной массы с помощью перемешивающего устройства, которое представляет собой гибрид рамной и шнековой мешалки с низкооборотным приводом (30 об./мин). Смесь обезвоживается до влажности 2 %, при этом сохраняются биологически активные вещества.

11.3 Получение пастообразных концентратов для безалкогольных напитков

Пастообразные концентраты получают на основе концентрированных гомогенизированных соков с мякотью. Соки сгущают по одной из известных технологий: либо упариванием, либо используют, так называемый, «сывороточный» метод. По этому методу сок с мякотью разделяют на жидкую фазу и мякоть центрифугированием, а затем сгущают только жидкую часть, после чего объединяют с мякотью. Можно использовать криоконцентрирование сока.

Сгущенный сок гомогенизируют и смешивают с сахарной пудрой, кислотой и другими компонентами. Фасуют в банки, тубы, пакеты.

Полученный концентрат хорошо растворяется в воде, содержит в высоких концентрациях ценные компоненты овощей, плодов и ягод. Производство пастообразных концентратов в нашей стране не освоено.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте ассортимент и состав пастообразных концентратов и сухих смесей для напитков.

2. Приведите основные способы получения сухих смесей и пастообразных концентратов для напитков.

3. Предложите состав концентрата с высоким содержанием витаминов из сибирских плодов, ягод, овощей.

12. Напитки диетического и лечебно-профилактического назначения

12.1 Общие принципы разработки научно обоснованных рецептур продуктов функционального назначения

Тенденции развития пищевой индустрии на современном этапе основаны на более полном выделении из сырья целевых компонентов, выпуске продуктов питания с высокой степенью готовности, с длительными сроками хранения.

Это приводит к изменению структуры питания, появлению на столе потребителя рафинированных продуктов, обедненных микронутриентами (витаминами, минеральными веществами) и пищевыми волокнами.

В связи с этим возникает проблема создания пищевых продуктов с целенаправленным формированием состава, обладающих функциональными свойствами для ликвидации дефицита тех или иных компонентов в питании.

Одним из основополагающих документов, определяющих политику государства в области питания на ближайший период явилось Постановление Правительства РФ «Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года», а также ряд законов РФ, принятых Государственной думой по инициативе Института питания РАМН, направленных на обеспечение безопасности питания и улучшения его структуры и качества.

Как свидетельствует отечественный и мировой опыт, наиболее эффективным путем коррекции структуры питания может быть дополнительное обогащение продуктов массового потребления недостающими микронутриентами и другими важнейшими пищевыми веществами.

При создании продуктов функционального назначения должны быть реализованы следующие подходы:

- в современных экологических условиях рацион человека должен содержать биологически активные природные вещества, повышающие устойчивость организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды;

- разработанный продукт должен обладать профилактическим или лечебным действием;

- разработанный продукт должен быть общедоступным и приемлемым по стоимости.

По результатам исследований структуры питания населения России выявлен существенный недостаток различных пищевых веществ, в первую очередь, витаминов, минеральных компонентов, пищевых волокон. Недостаток этих важнейших компонентов пищи носит характер постоянно существующего неблагоприятного фактора, что негативно влияет на здоровье и работоспособность населения.

Согласно принятым нормативам, продукт питания считается функциональным, если он имеет благоприятное влияние на определенные функции организма человека или, если при его употреблении снижается риск возникновения какого-либо заболевания.

Функциональное питание в наибольшей степени отвечает запросам времени и потребителя. Все больше распространение в развитых странах получает производство продуктов, в том числе напитков, включающих в себя комплексы биотических компонентов: бифидобактерии, лактобациллы, пищевые волокна, биологически активные добавки растительного происхождения, недостающие микроэлементы и витамины. Эти компоненты для организма человека рассматриваются как: источники пищевых веществ, регуляторы массы тела, регуляторы микробиоценоза кишечника, антиоксиданты, регуляторы холестеринового обмена, нормализаторы функций нервной системы, иммуномодуляторы, стимуляторы функций внутренних органов, улучшающие работу мозга, активизирующие периферическое кровообращение, способствующие выведению из организма продуктов обмена веществ и чужеродных компонентов.

Совершенствование структуры питания наряду с изучением реального фактического питания и оценки состояния здоровья требует решения важных технологических проблем, разработки рецептур и технологии продуктов функционального назначения. Современные подходы предполагают для получения продуктов питания с заданными свойствами использование новых технологий производства, биологически активных добавок.

Особую роль функциональные пищевые продукты приобретают в связи с изменением структуры питания, с все большим потреблением высокоэнергетических, рафинированных продуктов, в которых отсутствуют ряд необходимых веществ: витаминов, минеральных компонентов, пищевых волокон.

Недостаточный уровень потребления микронутриентов с продуктами питания возникает также в связи с сокращением общего количества потребления пищи, уменьшением энергозатрат у современного человека. Известно, что в результате технической революции, социальных изменений, средние энергозатраты за последние 30-50 лет сократились в 2-2,5 раза. Это должно повлечь за собой уменьшение количества потребляемых продуктов, так как избыточная калорийность рациона может привести к болезням обмена веществ. Такая тенденция собственно и наблюдается в развитых в экономическом отношении странах.

К сокращению поступления с пищей витаминов приводит также увеличение доли продуктов консервированных, подвергнутых интенсивной технологической обработке, длительного хранения, в результате чего продукты обедняются, в первую очередь, термолабильными, легко окисляющимися компонентами, которые определяют биологическую ценность пищевого рациона.

Вопросами внесения в пищевые продукты различных биологически активных добавок в нашей стране занимается большое число исследователей.

Программы витаминизации питания населения существовали, начиная с 40-х годов.

Процесс дополнительного введения витаминов в продовольственное сырье или продукты питания обозначался термином витаминизация. В зарубежной литературе существовало два термина: витаминизация и восстановление. При этом под витаминизацией понималось дополнительное внесение витамина в те или иные продукты, изначально не содержащие его в естественных условиях, а восстановление предполагало добавление витамина в продукт для восполнения его потерь в процессе технологической переработки.

В связи с негативными тенденциями в сложившейся ранее структуре питания, приведшими к дефициту в пище микронутриентов, возникает необходимость перейти от восполнения потерь витаминов и других веществ к дополнительному обогащению продуктов, обеспечивающему поступление необходимого их количества при ограниченном объеме потребления пищи.

Термин обогащение обозначает внесение в продукты различных биологически активных добавок, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, фосфолипидов, всех компонентов, которые должны присутствовать в полноценном рационе питания.

За рубежом используется также термин фортификация, обозначающий комплексное обогащение продуктов питания.

Определение количественных норм потребления микронутриентов является важной и сложной задачей. Известно, что эти нормативы зависят от большого числа переменных факторов, таким образом, вероятно, в будущем они будут рассчитываться для каждого отдельного человека.

На рекомендуемую суточную норму потребления могут влиять такие переменные величины, как

возраст, пол, приспособление к образу жизни;

время и пути потребления;

взаимодействие между лекарственными средствами и нутриентами;

биологическая обеспеченность обычным рационом питания;

синергизм с другими компонентами рациона питания;

наличие определенных болезней, связанных с недостатком отдельных витаминов;

генетический профиль;

повышенная чувствительность к отрицательным эффектам.

При оценке необходимого уровня потребления микронутриентов используют ряд терминов, имеющих различное значение. Рекомендуемый полноценный рацион питания (РПРП), определяемый как суточная потребность в микронутриентах, достаточная для большинства (97,5 %) представителей конкретной группы (по возрасту, полу или другим показателям). Суточная потребность в микронутриентах оценивается как наименьшее и постоянное потребление, способное поддерживать определенный пищевой статус человека.

Норма физиологических потребностей (НФП) - объективная величина, определяемая природой. В связи с этим необходимо учитывать допустимый верхний предел потребления (ДВПП) и низшее пороговое потребление (НПП).

Рекомендуемое суточное потребление (РСП) - норма, устанавливаемая на основании изучения физиологической потребности в различных веществах.

Пищевая плотность рациона - характеризует количество незаменимых пищевых веществ в 1000 ккал, потребленных с продуктами. Средняя энергетическая ценность суточного рациона составляет 2000 - 2500 ккал. Для повышения пищевой плотности необходимо использовать низкокалорийные продукты с высокой пищевой ценностью.

Многие соединения, поступающие в организм с повседневными продуктами питания, способны оказывать профилактическое воздействие, препятствующее развитию самых различных заболеваний. Эти соединения имеют общее название - хемиопревенторы. Наиболее значимые хемиопревенторы - витамины А, С, Е, биофлаваноиды, свободные жирные кислоты, изомеры линолевой кислоты, полифенольные аминокислоты, растительные фенолы, пищевые волокна, монотерпеноиды, хлорофилл, кумарины, дитерпены, меланоиды, алифатические сульфиды, селен, кальций. Только общепринятых хемиопревенторов насчитывается более 200 наименований. Наиболее значимыми в качестве природных хемиопревенторов считаются витамины, особенно витамин С и каротиноиды, пектиновые вещества, другие соединения, обладающие антиоксидантными свойствами.

Известно, что пищевые продукты, потребляемые ежесуточно человеком, должны включать около 600 различных веществ в оптимальных пропорциях для обеспечения нормального функционирования организма. Нормы суточной потребности в пищевых веществах, витаминах и других микронутриентах определены как средние для взрослых и детей различных возрастных групп.

Методическая база для определения оптимальных пропорций отдельных пищевых веществ заложена в концепции сбалансированного питания, разработанной академиком А.А. Покровским. В основу этой концепции положены объективные биологические законы, отражающие химизм обменных реакций в организме в процессе ассимиляции пищи. Концепция сбалансированного питания базируется на балансных подходах к качественному и количественному составу, режиму питания. Согласно этой теории, питание должно поддерживать молекулярный состав организма и возмещать его пластические и энергетические расходы при максимальном соответствии затратам основных пищевых веществ. Ценность пищевых продуктов определяется содержанием и соотношением аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и минеральных солей.

Однако, с учетом новых данных о питании, изменения условий существования человека происходит постоянная корректировка норм физиологических потребностей в различных веществах и уточнение формулы питания. В частности, к основным пищевым компонентам, необходимым человеку, отнесены пищевые волокна, ранее считавшиеся балластными веществами.

Согласно теории адекватного питания А.М. Уголева, баланс пищевых веществ в организме достигается как за счет первичных нутриентов, поступающих с пищей, так и в результате синтеза микрофлорой кишечника новых, незаменимых веществ, так называемых вторичных нутриентов.

В частности, кишечной микрофлорой синтезируются ряд важнейших витаминов: биотин, рибофлавин, пиридоксин, цианокобаламин, фолиевая кислота, витамин К, а также аминокислоты и другие соединения.

При создании новых продуктов питания, составлении пищевых рационов необходимо соблюдать ряд принципов адекватного питания, основные из которых:

· калорийность рациона должна соответствовать энергетическим затратам организма, при этом 12-17 % энергии должно восполняться за счет белков, 25-35 % - за счет жиров, 50-55 % - за счет углеводов;

· соотношение белков и жиров животного и растительного происхождения должно составлять 1:3;

· с продуктами питания в организм человека должны поступать в необходимом количестве вода, витамины, минеральные компоненты, незаменимые аминокислоты, ненасыщенные жирные кислоты;

· пища не должна содержать токсичные контаминанты в концентрациях, превышающих допустимые уровни.

Следует учитывать химические изменения веществ, происходящие в процессе технологической переработки, так как токсичные соединения могут попадать не только с сырьем, но и накапливаться при использовании жестких режимов тепловой обработки, в результате окислительных процессов, развития патогенных микроорганизмов и т.д.

В настоящее время Институтом питания РАМН разработан государственный нормативный документ, определяющий значения оптимальных потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения, который служит базой для разработки государственной политики в области питания населения, методической основой для создания пищевых продуктов. Указанные нормы приведены в табл. 8.

Обогащенные пищевые продукты входят в обширную группу функциональных пищевых продуктов.

Под термином «функциональное питание» подразумевается потребление продуктов естественного происхождения, которые оказывают позитивное, регулирующее воздействие на функции различных органов и систем организма. Впервые этот термин использован японскими исследователями в 1989 году применительно к продуктам, содержащим бифидобактерии, олигосахариды, пищевые волокна, экоспентаноиковую кислоту.

В настоящее время в продукты функционального питания входит большое число ингредиентов, которые относятся к 14 основным категориям:

- пищевые волокна;

- олигосахариды;

- сахароспирты;

- аминокислоты, пептиды, протеины;

Таблица 8 - Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для взрослого человека (18-59 лет)

Пищевые вещества	Потребность
Белки, г в т.ч. животные	58-117 32-64
Жиры, г в т.ч. растительные	60-154 18-46
Соотношение в рационе жирных кислот, %
полиненасыщенные насыщенные мононенасыщенные	10 30 60
Усвояемые углеводы, г в т.ч. моно- и дисахариды	257-586 50-100
Пищевые волокна, г в т.ч. клетчатки и пектина	20-25 10-15
Минеральные вещества, мг
Макроэлементы
Кальций	800
Фосфор	1200
Соотношение Са:Р	1:1,5
Магний	400
Сотношение Са:Мg	1:0,7
Калий	2500-5000
Натрий	4000-6000
Хлор	7000-10000
Сера	1000
Микроэлементы
Железо	10-18
Цинк	15
Йод	0,15
фтор	3
Витамины
Тиамин (В1), мг	1,1-2,1
Рибофлавин (В2), мг	1,3-2,4
Пиридоксин (В6), мг	1,8-2,0
Пантотеновая кислота (В3), мг	10-15
Фолацин (В9), мкг	200
Цианкобаламин (В12), мкг Ниацин (РР), мг ниацин-эквивалента	3,0 14-28
Аскорбиновая кислота (С), мг	70-100
Витамин А, мкг ретинол-эквивалета	800-1000
Витамин Е, мг токоферол-эквивалента	8-10
Витамины группы D, мкг холекальциферола	2,5
Энергетическая ценность, ккал	1800-4200

- гликозиды;

- спирты;

- органические кислоты;

- изопреноиды, витамины;

- холины;

- бифидобактерии и другие молочнокислые бактерии;

- минеральные вещества;

- полиненасыщенные жирные кислоты и другие антиоксиданты;

- цитамины;

- фитопрепараты, растительные энзимы.

Основными требованиями, позволяющими отнести тот или иной продукт к функциональным являются улучшение здоровья и снижение риска различных заболеваний.

Следует учитывать при разработке продуктов функционального назначения, что концентрации компонентов, оказывающих регуляторное воздействие, должны соответствовать физиологическим нормам для обеспечения возможности длительного его применения. Предполагается, что продукт может быть отнесен к функциональному при содержании в нем активного ингредиента в среднем 30 % от суточной потребности в нем.

12.2 Технологические особенности получения продуктов лечебно-профилактического назначения

Наряду с медико-биологическими аспектами создания обогащенных продуктов существуют технологические особенности внесения микронутриентов в те или иные продукты питания.

Применение функциональных продуктов трансформирует сложившуюся структуру питания и их создание должно осуществляться на основе четких, научно обоснованных принципов.

К числу таких принципов относятся требования к выбору добавок и продуктов, подлежащих обогащению, регламентация гарантированного содержания добавок с учетом их возможных изменений в процессе переработки и хранения.

При решении этих вопросов необходимо учитывать: роль отдельных пищевых веществ в питании, потребность в них организма, фактическую обеспеченность рациона питания населения необходимыми пищевыми веществами, зарубежный и отечественный опыт обогащения, использования и оценки эффективности обогащенных продуктов.

При выборе микронутриентов, которые необходимо вносить в продукты питания, следует исходить из реально существующего дефицита. Выполненные Институтом питания РАМН исследования показали наличие существенного недостатка в рационе больших групп населения витамина С, витаминов группы В, фолиевой кислоты, каротина, йода, железа, кальция. В то же время рассматривается возможность комплексного обогащения продуктов другими нутриентами природного происхождения: пищевыми волокнами, фосфолипидами, минеральными веществами, которые оказывают стимулирующее, защитное, лечебное действие на организм человека.

Однако при создании фортифицированных продуктов следует учитывать возможное взаимодействие вносимых компонентов, их вкусовую несовместимость.

Выбор продуктов, подлежащих обогащению, определяется видом обогащающей добавки и целями ее применения. Для ликвидации тотального дефицита наиболее важных микронутриентов, например, йод, витамины, они должны вноситься в продукты массового потребления: молоко, молочные продукты, хлеб, крупа, соль и др. В то же время при целенаправленном создании обогащенных продуктов для определенных групп населения возможно использование специфических видов продукции. Например, для детей можно обогащать кондитерские изделия, продукты детского питания.

При создании продуктов специального назначения важная проблема касается регламентации гарантированного содержания микронутриентов в готовом продукте. В этом случае для точного гарантирования дозы компонента в продукте обогащение целесообразно проводить чистыми веществами или их смесями, так как природные их источники не имеют стабильного состава, отдельные нестойкие соединения (витамины, ненасыщенные жирные кислоты) разрушаются или видоизменяются в процессах технологической обработки, это не только не приводит к достижению цели обогащения, но и дезинформирует потребителя, что также влечет за собой негативные последствия.

Для каждого вида пищевого продукта разработаны наиболее эффективные способы внесения микронутриентов, выбраны их стабильные формы, определены стадии введения, позволяющие добиться максимальной стабильности в процессе производства и хранения. Основные способы внесения микронутриентов зависят, прежде всего, от вида продукта.

В настоящее время к таким способам относятся:

- сухое смешивание микронутриентов (используется для витаминизации муки, сухого молока, порошкообразных смесей для напитков);

- растворение микронутриентов в воде или другом жидком носителе (используется при обогащении жидких напитков, соков, молока, молочных продуктов, хлебобулочных, макаронных изделий);

- растворение микронутриентов в жирах и маслах (применяется для внесения жирорастворимых витаминов при обогащении маргаринов, растительных масел);

- напыление растворов микронутриентов на поверхность продукта (для обогащения зерновых продуктов, соли - при внесении йода).

Для стабилизации лабильных добавок рекомендуется микрокапсулирование обогащающих добавок, нанесение специальных покрытий. Следует учитывать также тот факт, что при введении чистых веществ возникают проблемы защиты их от воздействия окружающей среды, от взаимодействий друг с другом и веществами пищевых продуктов, определения нормы закладки с учетом технологических потерь и разрушения при хранении.

12.3 Безалкогольные напитки функционального назначения

Безалкогольные напитки представляют собой благоприятный объект для создания на их основе функциональных и обогащенных продуктов. Они являются массовым продуктом питания, широко потребляются различными группами населения. В напитки целесообразно вводить водорастворимые витамины, биологически активные вещества, минеральные соединения.

Ассортиментные группы безалкогольных напитков включают газированные безалкогольные напитки, негазированные безалкогольные напитки, порошкообразные и пастообразные концентраты для напитков.

Безалкогольные напитки традиционно производятся на основе продуктов переработки плодово-ягодного и лекарственного растительного сырья.

ВНИИПБиВП разработаны рецептуры ряда напитков с использованием яблочного, виноградного соков, пряно-ароматического сырья (кориандра, померанца и др.), крапивы, облепихи, шиповника: «Полюшко», серии напитков «Флора», «Виктория», «Олимпия», «Атлант». Ряд наименований безалкогольных напитков обогащены сгущенной очищенной молочной сывороткой: напитки «Летний», «Солнечный», «Салют» и др. Однако, количество сыворотки в составе этих напитков не велико, поэтому она не может считаться обогащающей добавкой.

Одним из путей повышения витаминной ценности безалкогольных напитков массового ассортимента является их обогащение витаминами С, группы В. Институтом питания РАМН определены группы напитков, подлежащих обогащению витаминами:

- газированные безалкогольные напитки, рекомендуемая доза витамина С 150-160 мг/дм³;

- газированные напитки специального назначения для питания школьников, больных, проходящих курсы лечения в стационарах, профилакториях. Рекомендуемая доза витаминов, мг/дм³: аскорбиновой кислоты - 150-160; тиамина - 1,0-1,2,; рибофлавина - 0,5-1,0; пиридоксина - 1,5 -2,5. При употреблении обогащенных напитков в количестве 200 см³ должно удовлетворять ?- Ѕ суточной потребности в витамине С, около 20 % потребности в витаминах группы В.

За рубежом широко используются водорастворимые витамины в качестве добавок к безалкогольным напиткам. В странах Западной Европы, США распространены витаминизированные напитки типа Кола, Оранж. В такие напитки добавляют витамины группы В, С, аминокислоты, фосфаты. Регламентируется содержание в 100 см³ напитков: аскорбиновой кислоты 30 мг, витаминов группы В - 0,25 мг.

В США выпускают трехкомпонентный напиток на основе яблочного, виноградного и ананасового соков с добавлением водорастворимых витаминов до суточной потребности.

В Германии основным производителем диетических напитков, обогащенных витаминами, является фирма Kajo. Она вырабатывает напитки с добавлением натуральных соков с мякотью и без мякоти с внесением аскорбиновой кислоты, ниацина, пантотеновой кислоты, пиридоксина и токоферолов.

В Великобритании производят напитки для детей, обогащенные водорастворимыми витаминами, жирорастворимыми А и Д, минеральными веществами (железом, йодом, магнием, кальцием, медью, цинком).

В настоящее время в ассортименте продукции безалкогольной промышленности произошли серьезные структурные изменения. Основной объем напитков производится на основе концентратов, в состав которых входят концентрированные соки, ароматические эссенции, красители, загустители и другие компоненты зачастую синтетической природы. В связи с этим возникает необходимость дополнительного обогащения их витаминами.

Новым направлением является производство АСЕ-напитков, обогащенных витаминами С, Е и в-каротином в трехкратной дозе. Такие напитки замедляют процессы старения в организме, снижают риск раковых заболеваний, повышает сопротивляемость внешним негативным факторам.

Фирмой «Делер» предлагаются витаминные комплексы, содержащие комплекс водорастворимых витаминов в количестве от 35 до 100 % суточной дозы.

Институтом питания РАМН разработана серия поливитаминных комплексов и продуктов на их основе: концентрата напитка «Золотой шар», содержащий суточную дозу 12 витаминов и в-каротина в 1 стакане; аналогичный концентрат на основе подсластителя аспартама и фруктозы для больных диабетом; концентраты напитков «Золотой шар», обогащенных кроме витаминов железом, кальцием, магнием; витаминизированный сироп шиповника «Золотой шар», обогащенный витаминами, железом, йодом.

ООО «НПО «Русская инновационная компания» разработан премикс для изготовления витаминизированных напитков серии «Вторая жизнь», который применяется на многих предприятиях России. На 100 дал напитка расходуется 0,32 кг премикса, в состав которого входят витамины В₁, В₃, В₆, РР, С. Стакан напитка с добавлением премикса восполняет от 42,5 до 72,5 % суточной нормы потребления витаминов группы В и на 5 % - витамина С.

Для обогащения напитков биологически активными веществами ВНИИПБиВП рекомендован ряд биологически активных добавок, в том числе: настой биомассы женьшеня; «БАД-GS» с ионами калия и натрия и 12 микроэлементами; препарат «МИГИ-К-ЛП» из мяса мидий с радиопротекторными, противовоспалительными свойствами; препарат «Зостерин» на основе морских водорослей с высоким содержанием полигалактуроновой кислоты; настои лекарственных растений (элеутерококка, левзеи сафлоровидной, лимонника китайского и др.). На их основе разработаны ряд напитков лечебно-профилактического действия.

Разрабатываются напитки специального назначения для спортсменов, энергетические напитки с добавлением соков, экстрактов, кофеина, препаратов женьшеня и других природных адаптогенов. Разработан широкий спектр напитков и порошкообразных смесей для напитков с внесением композиций растительного сырья, обладающих лечебно-профилактическими свойствами для людей с различными заболеваниями.

Контрольные вопросы и задания

1. Что означают термины: витаминизация, восстановление, обогащение, фортификация?

2. Какие продукты относятся к функциональным?

3. Каковы особенности выбора обогащающих добавок, их внесения в продукт, обеспечения сохранности?

4. Какими компонентами обогащают безалкогольные напитки? Что такое АСЕ-напитки?

5.Какова рекомендуемая доза витаминов в безалкогольных напитках?

6. Предложите технологические приемы для получения витаминизированных напитков из природного витаминсодержащего сырья.

13. Промышленный розлив минеральных вод

13.1 Классификация минеральных вод. Химический состав, лечебное действие минеральных вод

К минеральным водам относят природные воды, оказывающие на организм человека лечебное действие благодаря присутствию различных ионов, солей, газов, биологически активных компонентов.

Существует несколько классификаций минеральных вод.

Наиболее распространена классификация по степени минерализации, то есть по количеству растворенных в воде минеральных солей.

По этому признаку минеральные воды делятся на:

- минеральные питьевые, с минерализацией не менее 1 г/дм³ или при меньшей минерализации, но с содержанием биологически активных микрокомпонентов не ниже бальнеологических (лечебных) норм;

- минеральные питьевые лечебно-столовые, с минерализацией от 1 до 10 г/дм³ или при меньшей минерализации, но с содержанием биологически активных микрокомпонентов;

- минеральные питьевые лечебные с минерализацией от 10 до 15 г/дм³ или выше. Либо при меньшей минерализации, но с повышенным содержанием биологически активных микрокомпонентов.

К биологически активным веществам, определяющим активность вод, относят свободную растворенную двуокись углерода, не менее 500 мг/дм³; железо, мышьяк, бор, кремний, бром, йод, органические вещества.

По температуре выхода минеральных вод на поверхность различают:

- очень холодные, с температурой 0-4 ⁰С;

- холодные, с температурой до 20 ⁰С;

- теплые (слабо термальные) от 20 до 35 ⁰С;

- горячие (термальные) от 35 до 42 ⁰С;

- очень горячие (высокотермальные) свыше 42 ⁰С.

По солевому составу минеральные воды делят на 52 группы.

Для определения принадлежности воды к определенной группе используют формулу Курлова М.Г. Формула Курлова служит для описания характеристики минеральной воды:

М, Г Т,

где М - минерализация воды (сумма анионов, катионов и молекул без газов в растворе), г/дм³;

Г - газы, присутствующие в воде;

Т - температура воды в момент выхода на поверхность, ⁰С.

Анионы и катионы указываются те, содержание которых выше 20 мг-экв. %. Указываются они в убывающем порядке, а называются в возрастающем, чтобы название аниона или катиона, присутствующего в наибольшей концентрации назвать полностью.

В природных минеральных водах обнаружены практически все химические элементы в виде ионов, молекул, коллоидов, комплексных соединений, содержатся растворенные газы и органические вещества. Из химических элементов преобладают макрокомпоненты: ионы Na, Ca, Mg Cl SO₄, НСО₃, СО₃, микроэлементы железо, алюминий, кремний, бор, йод, бром, фтор, мышьяк и др. В растворенном виде находятся газы: СО₂, СН₄, Н₂S, могут присутствовать азот, радиоактивные газы: гелий, аргон, радон. В коллоидном состоянии находятся различные органические соединения: гуминовые кислоты - высокомолекулярные продукты распада органических веществ темно-коричневого цвета; битумы - сложная смесь органических веществ различного состава, попадающие в воду из торфа, углей, морского ила; фенолы - из торфа, углей, нефти; углеродсодержащие продукты в виде жирных (муравьиной, уксусной, пропионовой, молочной, яблочной и др.) и нафтеновых кислот.

Лечебное действие минеральных вод заключается в вытеснении неорганических ионов из организма ионами воды. Биологическая активность минеральных вод определяется присутствующими в ней веществами.

Хлорид, гидрокарбонат-ионы стимулируют деятельность желудка, сульфат-ионы стимулируют выделение желчи, усиливают моторные функции желчевыводящих путей, ионы натрия вместе с хлорид-ионами оказывают сокогонное действие, кальций укрепляет костную ткань, усиливает свертываемость крови, магний оказывает желчегонное действие, усиливает моторные функции кишечника.

Из микроэлементов наиболее важны: железо - участвует в кроветворении, алюминий - присутствует в нервных клетках коры головного мозга, в сыворотке крови, йод - стимулирует деятельность щитовидной железы, бром регулирует деятельность нервной системы, бор является компонентом крови, но способствует ожирению, мышьяк участвует в синтезе гемоглобина.

Из газов в больших концентрациях содержатся диоксид углерода, сероводород. Другие газы в воде плохо растворимы, при переходе из подземных источников на поверхность выделяются из воды вследствие разности давлений.

Органические вещества менее изучены. Их биологическая активность проявляется при наружном использовании вод и быстро ослабевает при хранении.

13.2 Добыча и транспортирование минеральных вод

Минеральные воды, используемые для розлива подлежат обязательному каптированию. Каптаж представляет собой гидротехническое сооружение, с помощью которого воду захватывают на глубине и выводят на поверхность при условии сохранения химического состава и свойств воды.

Различают каптаж восходящих (подземных) и нисходящих (выходящих на поверхность) источников.

Общие требования к каптажным устройствам: забор воды до выхода на поверхность; вода не должна вытекать в обход каптажного сооружения.

Каптаж восходящих источников представляет собой буровую скважину или шахтный колодец. Подъем воды производится принудительно, с помощью насоса, или самоизливом, если вода пересыщена растворенными газами.

Каптаж нисходящих источников представляет собой устройство в виде камер для захвата воды, где вода успокаивается и отстаивается. Подъем воды осуществляется либо под естественным давлением, либо с помощью насосов.

Транспортируют воду в зависимости от удаленности источника от завода, разливающего воду, по трубопроводам, автомобильными или железнодорожными цистернами.

По трубопроводам воду подают на расстоянии не более 50 км. Для предотвращения дегазации воды, насыщенной диоксидом углерода, ее транспортируют при небольшом избыточном давлении при вводе углекислого газа.

Автомобильными цистернами перевозят воду на расстоянии 50-200 км. При заполнении автоцистерн минеральной водой создают условия, предотвращающие инфицирование воды, дегазацию, выпадение солей.

Перевозку минеральных вод железнодорожными цистернами осуществляют на расстоянии более 200 км. Воду предварительно фильтруют, охлаждают, обеззараживают, газируют до содержания СО₂ 0,05-0,1 % во избежание выпадения солей. Цистерну перед заполнением также моют щелочным раствором, обрабатывают раствором хлора. При сливе воды в стационарные сборники их заполняют углекислым газом для вытеснения воздуха.

13.3 Обработка и розлив минеральных вод в зависимости от состава

Минеральная вода перед розливом проходит последовательно несколько видов обработки:

- фильтрование;

- обеззараживание;

- охлаждение;

- насыщение диоксидом углерода.

Взвеси, содержащиеся в воде, снижают эффективность бактерицидной обработки, вызывают помутнение. Фильтруют через фильтр-картон или керамические свечные фильтры. Последние используют для вод с минерализацией до 7-8 г/дм³ .

Обеззараживанию подвергают почти все минеральные воды, особенно при неглубоком залегании. Степень бактериальной чистоты минеральных вод определяется по показателю КМАФАнМ (колиморфные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы), наличию бактерий группы кишечных палочек (БГКП колиформы и БГКП колиформы фекальные) и Pseudomonas aeruginosa. При обеззараживании должны уничтожаться все микроорганизмы, в том числе патогенные. Используют безреагентные и реагентные способы обеззараживания.

Безреагентный метод предусматривает обработку ультрафиолетовыми лучами с длиной волны около 260 нм. Эффективность обработки снижается в присутствии взвесей и солей железа, которые поглощают УФ-лучи. Воду с содержанием железа более 0,3 мг/дм³ обрабатывать этим способом не эффективно.

Реагентные способы предусматривают обработку солями серебра, или препаратами хлора. Серебро вносят в виде сульфата из расчета 0,2 мг/дм³. Сначала готовят рабочий раствор 7,22 г/дм³, его добавляют в воду в количестве 40 см³ на 1 м³ минеральной воды. Гибель всех микроорганизмов наступает через 2-4 часа. В присутствии избытка хлород-ионов образуется нерастворимый хлорид серебра, часть серебра также оседает на поверхности бутылок, за счет чего количество его в процессе хранения уменьшается.

Для обеззараживания вод, не содержащих легко окисляемые вещества можно использовать гипохлорит натрия. Гипохлорит натрия получают на электролизной установке из раствора поваренной соли. Вносят гипохлорит натрия из расчета содержания его в минеральной воде 0,3 мг/дм³.

Охлаждение проводят для увеличения степени насыщения воды углекислым газом. Охлаждают до температуры не ниже 4-10 ⁰С во избежание нарушения стабильности солевой системы воды. Используют теплообменники различной конструкции в условиях, исключающих контакт с воздухом.

Насыщение диоксидом углерода проводится для сохранения растворимых в воде солей, увеличения сроков хранения, придания вкусовых свойств. Насыщают СО₂ все минеральные воды, для этого используют сатураторы различного типа. Массовая доля диоксида углерода в лечебно-столовых не менее 0,3 %, в лечебных минеральных водах - 0,15-0,20 %, в железистых -- до 0,4 %.

Разливают минеральные воды на автоматизированных линиях розлива, аналогичных для розлива пива, безалкогольных напитков.

Минеральные воды могут содержать лабильные компоненты, изменяющиеся под действием внешних факторов. В зависимости от природы этих компонентов минеральные воды классифицируются по пяти технологическим группам, для каждой из которых применяют специальные виды обработки, дополнительно к рассмотренным.

I группа -- неуглекислые (не содержащие СО₂) воды, не имеющие в своем составе легкоокисляемых компонентов. К этой группе относятся преимущественно сульфатные и хлоридные минеральные воды с минерализацией 10-15 г/дм³. Схема обработки обычная, включая насыщение углекислым газом.

II группа -- углекислые (содержащие СО₂). Если в них отсутствуют легкоокисляемые компоненты, обработка проводится по обычной схеме, но в условиях, обеспечивающих минимум потерь диоксида углерода, растворенного в воде. Транспортируют и хранят под давлением СО₂. Сатурацию проводят без деаэрации.

III группа -- воды, содержащие железо в количестве более 5 мг/дм³. Биологической активностью обладает Fe⁺². Во избежание окисления железа, что сопровождается образованием осадков, в воду вносят растворы аскорбиновой или лимонной кислоты. Стабилизирующие растворы вносят, как правило, в трубопровод перед сатуратором с помощью дозирующего устройства. Доза аскорбиновой кислоты 30-80 мг/дм³, лимонной 40-100 мг/дм³ в зависимости от концентрации железа.

IV группа -- гидросульфидные и гидросульфидно-сероводородные, содержащие сероводород до 20 мг/дм³ и гидросульфид-ионы до 30 мг/дм³. Эти восстановленные формы серы склонны к окислению с образованием коллоидной серы, которая придает воде устойчивую опалесценцию. Поскольку эти соединения не обладают полезными свойствами, их удаляют продувкой углекислым газом. При этом гидросульфид-ионы превращаются в сероводород: HS^-+ H⁺= H₂S, сероводород выносится из воды током углекислого газа. Окончательную очистку от сероводорода проводят при деаэрации воды. Обработку воды проводят в барботажном резервуаре при высоте слоя воды не более 2 м, который устанавливают в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Обработку проводят после каптажа.

V группа -- воды, содержащие сульфатвосстанавливающие бактерии, которые превращают сульфат-ионы в коллоидную серу. Жизнедеятельность этих бактерий подавляют введением активного хлора в воду перед фильтрацией. Такую воду разливают редко.

В минеральных водах периодически контролируют солевой состав, а также содержание СО₂, органолептические показатели в каждой партии. Органолептическая оценка проводится по 25-балльной шкале аналогично безалкогольным напиткам.

Хранят минеральные воды в бутылках в проветриваемых темных помещениях при температуре от 5 до 20 °С. Бутылки с минеральной водой, укупоренные кроненпробками с прокладками из цельнорезаной пробки, хранят в горизонтальном положении в ящиках или в штабелях без ящиков высотой не более 18 рядов, а укупоренные кроненпробками с прокладками из пластизолей -- и в горизонтальном, и в вертикальном положении.

Бутылки, укупоренные кроненпробками из цельнорезаной пробки, допускается хранить на предприятии-изготовителе в вертикальном положении не более 5 дней.

Допускается при хранении появление на внешней поверхности кроненпробок отдельных пятен ржавчины, не нарушающих герметичности укупоривания.

Гарантийный срок хранения - 4 месяца для железистых вод, 12 месяцев -- для остальных вод со дня их розлива.

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию минеральных вод. Какие вещества, содержащиеся в воде, обладают лечебным действием?

2. Охарактеризуйте способы добычи и транспортирования минеральной воды, позволяющие сохранить ее качество.

3. Приведите схему обработки и розлива минеральных вод в зависимости от их состава.

14. Источники инфекции в производстве пива и безалкогольных напитков. Методы дезинфекции

14.1 Источники инфекции на пивобезалкогольном предприятии

Источниками инфекции в пивобезалкогольном производстве являются сырье, вода, воздух, зерновая пыль, производственные дрожжи, исправимый брак пива, промывные воды, технологическое оборудование, трубопроводы, производственный персонал.

Пыль является основным переносчиком микроорганизмов. Особенно опасно соседство пивобезалкогольного завода с другими производствами, использующими микроорганизмы: спиртовых, дрожжевых, уксусных заводов, элеваторов. На самом предприятии зерноочистительное, дробильное, солодополировочное оборудование должно быть удалено от основных производственных цехов, и иметь приточно-вытяжную вентиляцию, аспирационное оборудование.

Производство солода. Основные микроорганизмы, повреждающие солод - плесневые грибы. Ячмень заражается полевыми грибами родов Alternarium, Fusarium. При неправильном хранении зерна развиваются плесени хранения родов Аspergillus (в т.ч. A. Flavus, накапливающий афлатоксины), Penicillium. На поверхности солода много молочнокислых бактерий, диких дрожжей. При развитии на поверхности зерна плесневых грибов в солод проникают токсины, другие метаболиты, которые снижают качество пива. Метаболиты многих грибов придают солоду интенсивный дурной запах (мелассный, прогорклый, терпкий). При хранении ячменя необходимо соблюдать температурный и влажностный режим, не допускать образования спор, так как нет эффективных способов борьбы с ними.

Во избежание обсеменения при солодоращении не допускается повреждения зерен, хранения свежепроросшего солода. Солод сразу должен направляться на сушку, где снижается его обсемененность.

В производстве пива на стадии затирания могут развиваться термофилы при длительных остановках на паузе 50 ⁰С. При этом увеличивается кислотность, тормозится ферментативный гидролиз. Опасны предзаторники, вытяжные трубы заторных аппаратов, в которых могут развиваться плесени и бактерии. Микроорганизмы, развивающиеся на хмеле при его неправильном хранении, могут портить вкус пива.

Опасным с точки зрения инфицирования является теплообменник сусла. На всех участках производства инфекция возникает в труднодоступных местах, провисающих трубопроводах, швах, стыках, закруглениях, в пивном камне и др.

Засевные дрожжи являются технически чистыми. Их необходимо промывать холодной водой 1-2 раза в день, можно использовать без промывки, но не допускать длительное хранение. При небольшом инфицировании рекомендуется проводить кислотную обработку.

Пиво наиболее часто инфицируется молочнокислыми бактериями родов Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc, особенно на стадии дображивания и розлива, когда удалены дрожжи. Они образуют молочную кислоту, ацетомолочную кислоту, диацетил, эфиры. При их развитии замедляется брожение, образуется большое количество диацетила, появляется прогорклый, маслянистый, медовый привкус.

Дикие дрожжи родов Saccharomyces (S.uvarum, S.diastaticus) вызывают помутнение пива с образованием заметных осадков. В пиве появляется посторонняя неприятная, «царапающая» горечь. При заражении отдельными видами диких дрожжей пиво имеет очень высокую степень сбраживания до 90-92 % и пустой грубый вкус. Мелкие клетки диких дрожжей могут проходить через кизельгуровый фильтр.

Энтеробактерии являются сапрофитами и обладают патогенными свойствами. К ним относят бактерии родов Escherichia, Enterobacter, Klebciella, Obesumbacterium. Образуют из глюкозы различные органические кислоты. Некоторые из них накапливают заметные количества диметилсульфида, что придает пиву запах и вкус вареных овощей, сельдерея, фенола.

Для поддержания микробиологической чистоты производства важную роль имеет тщательная мойка и дезинфекция.

14.2 Принципы мойки и дезинфекции. Факторы, влияющие на эффективность мойки и дезинфекции. Моющие и дезинфицирующие средства

Оборудование и трубопроводы загрязнены различными органическими веществами: белками, жирами, углеводами, и неорганическими солями. Для обеспечения хорошего санитарного состояния производства необходимо создать систему очистки, мойки и дезинфекции.

Можно сформулировать несколько принципов мойки и дезинфекции.

1. Определение объектов, нуждающихся в обработке и стандарта их чистоты.

Стандарты чистоты:

А) физический (нет видимых загрязнений);

Б) химический (нет химических соединений на поверхности оборудования, вода стекает равномерной пленкой);

В) микробиологический (стерильность). Оборудование может иметь, например, микробиологическую стерильность, но не быть химически чистым.

Например, варочные агрегаты должны иметь стандарт А и Б; другое технологическое оборудование Б и В.

Для обеспечения стандарта чистоты А и Б используют детергенты (моющие средства), для В - дезинфицирующие средства.

2. Совместное действие нескольких факторов: механического воздействия (для мойки), времени, температуры, рН (для дезинфекции), концентрации моющих и дезинфицирующих средств.

Первый этап обработки оборудования - мойка.

При мойке выделяют 4 стадии:

1) Обволакивание и набухание грязи.

2) Физические и химические реакции растворения грязи.

3) Удаление загрязнений и их стабилизация в растворе (для предотвращения повторного оседания.

4) Удаление загрязненных моющих растворов путем ополаскивания.

Различают способы мойки:

1. Ручная мойка

2. Мойка заполнением

3. Мойка при высоком и низком давлении

4. CIP - безразборная мойка. Бывает мойка оборотная - растворы собираются и после коррекции используются повторно и одноразовая - растворы после мойки сбрасываются.

5.Пенная очистка для стен, пола и наружных поверхностей оборудования, блока розлива, транспортеров.

Безразборная мойка (CIP) эффективна для больших производств, в которых используются емкости больших объемов, ручная мойка которых затруднена или вовсе невозможна.

Станция CIP включает следующие аппараты:

· накопительный резервуар для свежей воды;

· резервуар для оборотной воды;

· резервуар для раствора кислоты;

· резервуар для раствора щелочи;

· резервуар для дезинфицирующего раствора или горячей воды;

· циркуляционный насос;

· станцию нагрева;

· соединительные трубопроводы и запорную арматуру.

Из этой системы резервуаров моющие растворы под напором закачиваются в емкостное производственное оборудование и трубопроводы. Продолжительность обработки, объем, температура определяются на основе производственного опыта.

Рекомендуемая последовательность операций:

1. Первичное ополаскивание водой 3-5 минут. Используется, как правило, оборотная промывочная вода с предыдущего цикла

2. Мойка щелочным раствором в режиме циркуляции, концентрация раствора 1-2 %, температура 70 ⁰С, продолжительность 30-50 минут

3. Промежуточное ополаскивание водой 4-5 минут

4. Мойка 1-2 %-ным раствором азотной кислоты 10-15 минут

5. Промежуточное ополаскивание водой 2-3 минуты

6. Промывка дезинфицирующим раствором 15-20 минут

После каждой промывки раствор вытекает 1-3 минуты.

Для предотвращения попадания загрязнений из одного цеха в другой, устанавливают несколько локальных станций CIP. Например:

· Станцию для мойки варочного цеха и линии перекачки сусла

· Станцию для мойки трубопроводов нефильтрованного продукта

· Станцию для мойки танков с нефильтрованным пивом и ЦКБА

· Станцию для мойки участка фильтрованного пива и цеха розлива.

Мойку оборудования цеха брожения, дображивания и ЦКБА проводят щелочным раствором с температурой не более 35 ⁰С. Однако следует учитывать, что СО₂, остающийся в аппаратах, реагирует со щелочью и снижает эффективность мойки. Рекомендуется вытеснять СО₂ воздухом или проводить только кислотную мойку. Для повышения эффективности такой мойки используют кислотные моющие средства на основе азотной и фосфорной мойки с добавлением глюконовой кислоты, ПАВ и антивспенивателей. Такой вид мойки используется для форфасов.

Моющие растворы при оборотной мойке могут быть использованы не более 2-х раз, один раз для основной мойки, второй - для первичной. Затем растворы либо выбрасывают, либо очищают отстаиванием с последующим фильтрованием.

Мойку оборудования с использованием CIP проводят путем разбрызгивания моющих средств моющими головками. Разбрызгивание проводят при высоком избыточном давлении до 60 бар (для механической мойки) или чаще при низком избыточном давлении до 6 бар, при этом на стенки емкости подают моющий раствор из расчета 20-70 м³/ч, происходит преимущественно химическое воздействие.

Моющие средства. Выбор их зависит от вида и степени загрязнений, доступности, материала оборудования.

Щелочные средства плохо диспергируются, образуют осадки с солями жесткости и взаимодействуют с СО₂.

Увеличение эффективности обработки достигается добавлением:

- тензидов (ПАВ) для удаления водонерастворимых жидких веществ;

- комплексообразователей: нитрилотриуксусной (НТА), этилендиаминтетрауксусной (ЭДТА) кислот, солей фосфоновых и поликарбоновых кислот - для удаления водонерастворимых твердых веществ.

При использовании НТА, ЭДТА - большой расход; фосфаты - не термостабильны. Лучше применять фосфонаты и поликарбонаты. Тензиды анионактивные используют для пенной мойки; катионактивные (КВАТы) для дезинфекции; неионогенные, амфотерные - для снижения поверхностного натяжения.

Из щелочных моющих средств наиболее распространены щелочь (каустическая сода), кальцинированная сода (Nа₂СО₃), их смеси.

Кислотные средства используются для растворения пивного камня, для мойки емкостей с СО₂ без его удаления. В качестве кислотных средств применяют, в основном, азотную, фосфорную кислоты для обработки оборудования, соляную, серную, сульфоновые - для мойки бутылок.

Кислотная мойка используется после щелочной. В кислотные моющие средства добавляют ингибиторы коррозии и диспергаторы.

Снижение эффективности действия моющих растворов:

- при высокой жесткости воды;

- при высокой загрязненности (необходима предварительная мойка водой);

- при наличии СО₂ (для щелочной мойки);

- при низкой концентрации моющих растворов (оптимальная 2-3 %);

- короткое время обработки;

- низкая скорость циркуляции растворов (при безразборной мойке).

Дезинфекция проводится после мойки оборудования или совмещается с мойкой.

Различают способы дезинфекции:

А) химическую дезинфекцию. При этом вещество наносится на поверхность, выдерживается 30-60 секунд и смывается водой. Температура соответствует температуре, при которой работает оборудование.

Б) термическую дезинфекцию. Нагревают паром с температурой около 90 ⁰С и выдерживают 90-100 минут. Используется редко.

В) хемотермическую. Обработка дезинфектантом при температуре 60-100 ⁰С.

В дезинфицирующие средства также добавляют тензиды и комплексообразователи.

Снижение эффективности действия дезинфицирующих средств вследствие:

- реагирования с белками и другими соединениями;

- низкой температуры;

- невозможности проверить концентрацию (поэтому используют однократно);

- взаимодействия с моющими растворами (поэтому надо их смывать);

- узкого спектра действия (на некоторые группы микроорганизмов).

Наиболее широко используются дезинфицирующие средства:

- соединения хлора - действуют на все виды микроорганизмов, применяют в щелочной среде. Используют хлорную известь (смесь гипохлорита, хлорида и гидроокиси кальция, содержит 35-38 % активного хлора), антиформин (смесь хлорной извести, кальцинированной соды Nа₂СО₃ и каустической соды NаОН, концентрация активного хлора 1,5-2 г/дм³), диоксид хлора, хлорамин, хлорфосфаты и др. Недостатки - взаимодействуют с белками, могут давать посторонние привкусы, температура обработки не более 25 ⁰С, ограниченная стойкость при хранении.

- надуксусная кислота - одно из наиболее эффективных средств. Действует на все виды микроорганизмов - бактерии, дрожжи, грибы, споры, вирусы, для уничтожения плесеней необходимы высокие концентрации и длительное воздействие; хорошо смывается, эффективна при низких температурах. Недостатки - взаимодействует с белками, имеет резкий запах. Используется в закрытых системах (безразборная мойка).

- альдегиды (формальдегид). Действует на все микроорганизмы, кроме вирусов, не вызывает привыкания микроорганизмов. Недостатки - взаимодействуют с белками, раздражают слизистые оболочки, медленно действуют, не стабильны в щелочной среде.

- четвертичные аммонийные соединения (бигуаниды, олигомеры, катамин АБ, кваты, производные жирных аминов). Не действуют на споры и слабо - на вирусы. Не имеют запаха, можно использовать в открытых системах, не разрушают материал оборудования, можно применять многократно. Недостатки - адсорбируются на оборудовании, плохо смываются, микроорганизмы быстро привыкают к ним. Амины имеют подобный спектр действия.

На основе этих веществ создаются современные комплексные дезинфицирующие средства. Как правило, они продаются под торговыми марками разными фирмами: Делер ( препараты компании «Тензид Хеми»: римазан, римацид, санал и др), Доктор Вайгер (серия «Неомоскан»), Дорверт (септабик, септодор) и др. Более подробно о дезинфицирующих средствах в []

Спектр реагентов компании «Тензид Хеми» приведен в таблице 9.

Проведение дезинфекции рекомендуется при остановке производства на срок более 8 часов путем заполнения оборудования.

Нет идеального моющего и дезинфицирующего средства, которое было бы эффективно, не портило бы оборудования, было экономичным, стойким.

Кислые средства в концентрации 1-2 % разъедают металлы, но не действуют на лаки и эмали. В частности, пивной камень удаляют только кислотами (азотной, соляной). Щелочные - корродируют железо, разрушают алюминий, цинк, разъедают лаки, а в больших концентрациях - эмали. Щелочные средства разрушают резиновые шланги, для их мойки можно применять только слабощелочные растворы. Стойки ко всем дезинфицирующим средствам пластмассы, стекло. Нержавеющая сталь стойка к большинству моющих и дезинфицирующих средств, однако, широко используемая хромо-никелевая сталь неустойчива против хлорсодержащих средств.

Таблица 9 - Реагенты для санитарной обработки

Для CIP
Мойка
Щелочная	Кислотная
Роналин ХТФЛ	Санал-АТХ
Рималкан-АФ+ рималкан-АД	Вайкоцид-С2
Роналин-РДФЛ	Вайкоцид
Рималкан-АФ	Римацид-СП
Дезинфекция
Римацон-Хлор	Санал -ПЕ
	Вайкопер-ЛФ10
Римазан-ФАУ
Для санитарной обработки заполнением
Мойка
Щелочная	Кислотная
Рималкан-АФ + рималкан-КУ	Санал-ОДФЛ+ вайкоцид
Рималкан-АФ+роналин-РДФЛ	Римацид-Сп+вайкоцид-С»
Рималкан- АФ+роналин ХТФЛ	Санал-ОДФЛ+санал-АТХ
	Римацид-СП+вайкоцид
Дезинфекция
Римацон-Хлор	Санал-ПЕ
	Вайкопер-ЛФ10
Римазан-ФАУ

14.3 Мойка бутылок

Мойка бутылок проводится как для оборотной посуды, так и для новой.

Новая посуда доставляется различными видами транспорта, упакованная в ящики, коробки, поддоны, кули и т.д., либо навалом. Ее принимают по количеству и качеству, отдельно учитываются разбитые бутылки как стеклобой. Новые бутылки загрязнены стеклянной пылью, стружками, соломой. Их только ополаскивают.

Оборотная посуда поступает из торговой сети в отсортированном виде по вместимости и форме. Не подлежат приемке бутылки с повреждениями, а также повышенной загрязненности. К посуде повышенной загрязненности относят бутылки с остатками масел, дурно пахнущих и красящих веществ, с высохшими пленками сладких напитков и т.п., так как они загрязняют моющие растворы. В бутылках также могут находиться посторонние предметы: солома, осколки стекла. Поэтому при приеме посуда должна предварительно отбраковываться приемщиками.

Хранят бутылки в закрытых складах, а также под навесом или на огражденных площадках в ящиках или других видах упаковки, не более 6-8 рядов в штабелях.

Мойка посуда осуществляется на промышленных бутыломоечных машинах различных марок в зависимости от производительности и конструкции: Т1-АМЕ-6, АММ-6, АММ-12, которые входят в состав автоматизированных линий розлива.

Бутылки повышенной загрязненности предварительно моют с применением моющих средств вручную при помощи ершей и щеток. Ручную мойку проводят в специальном отделении в ваннах из нержавеющей стали. Бутылки, загрязненные минеральными осадками, моют 5 %-ным раствором соляной кислоты; маслами и подобными веществами - 3 %-ным раствором щелочи. После кислотной мойки бутылки ополаскивают горячей и холодной водой.

Остальные бутылки с повышенной и нормальной загрязненностью моют в бутыломоечных машинах щелочными растворами повышенной концентрации. В бутыломоечной машине бутылки проходят несколько щелочных ванн, где подвергаются отмочке, обработке моющим раствором, шприцеванию внутренней поверхности и ополаскиванию водой. Общее время пребывания бутылок в машине около 16 минут.

Мойка бутылок осуществляется на бутыломоечных машинах с использованием моющих средств.

К моющим средствам для бутылок предъявляется ряд требований:

· они должны хорошо смачивать поверхность бутылок;

· растворять загрязнения;

· омылять жировые включения, диспергировать и уносить коллоидные частицы;

· обладать бактерицидным действием;

· не быть токсичными;

· не оказывать влияния на стекло;

· хорошо удаляться после мойки;

· не выделять при взаимодействии с солями жесткости осадков на поверхности бутылок;

· не вызывать коррозию бутыломоечных машин.

Моющие средства, используемые в настоящее время на заводах, полностью не удовлетворяют всем требованиям, поэтому, как правило, их комбинируют.

В качестве основного моющего средства используют раствор каустической соды - NаОН. Эффективность его действия можно повысить при добавлении слабых щелочей, фосфатов, синтетических моющих средств.

Чаще всего используют кальцинированную соду (Nа₂СО₃), тринатрийфосфат, тринатрийпирофосфат, триполифосфат, метасиликат натрия, различные органические поверхностно-активные вещества.

Щелочные растворы нейтрализуют органические кислоты, омыляют жир, способствуя его переходу в раствор. Полифосфаты связывают соли жесткости и переводят их в водорастворимые соединения, препятствуя оседанию их не поверхности деталей моечной машины. Метасиликат натрия обладает хорошими эмульгирующими и флотационными свойствами, он уменьшает пенообразование в машинах, но хуже других средств смывается с поверхности бутылок. Очистка стеклянной тары от загрязнений является сложным процессом. Зачастую твердые загрязнения образуют на поверхности механически прочные пленки, поэтому в процессе их удаления необходимо комплексное воздействие не только химических средств, но и физико-химическое и механическое. Как известно, вода обладает плохой смачивающей способностью в отношении неоднородных поверхностей вследствие высокого поверхностного натяжения. Для понижения поверхностного натяжения можно добавлять поверхностно активные вещества (ПАВ). ПАВ, сорбируясь на частичках загрязнений в процессе мойки, образуют вокруг них пленку, что способствует отрыванию частичек загрязнений от стекла. Пленка также препятствует последующему слипанию частичек, в результате чего они удаляются с моющими растворами.

Наибольшее распространение получили анионактивные синтетические средства, обладающие свойствами ПАВ. Они имеют одну или несколько функциональных групп, при диссоциации образуют отрицательно заряженные ионы. К ним относятся алкилсульфонат и алкилбензолсульфонат (сульфонолы).

При добавлении к щелочному раствору 0,2 % сульфонола, поверхностное натяжение воды снижается в 2 раза, при этом снижается расход щелочи. Качество мойки бутылок зависит также от температуры и концентрации моющего раствора, от способа и продолжительности его воздействия. Температура мойки должна быть 75-80 ⁰С, однако температурный перепад при переходе из одной ванны в другую не должен превышать 38-40 ⁰С, иначе возможен бой бутылок.

Для усиления воздействия раствора применяют гидродинамическое воздействие в виде шприцевания или обработки щетками. Однако последний способ усложняет конструкции машин и в настоящее время не используется.

Концентрация моющих растворов обычно в зависимости от степени загрязненности принимается в диапазоне 1,5-2 %. Жесткость воды для мойки бутылок не должна превышать 1,8 ⁰Ж.

Из современных моющих средств используют препараты зарубежного производства. Для активации щелочи и в качестве пеногасителя фирмой Dцhler (Германия) предлагается препарат Sanal-ZL. Он также способствует получению блестящей поверхности бутылок. Его применяют в виде 0,1-,5 %-ного раствора.

Немецкой фирмой Tensit-Chemie предлагается для дезинфекции зон ополаскивания препарат Rimazon-CL, в качестве стабилизатора жесткости воды, для предотвращения образования накипи и растворения уже имеющейся - Rimaplex-НО5, в качестве пеногасителя - Rimagents-Spez.

Все они используются как добавки для улучшения качества мойки бутылок, но моющей основой является раствор щелочи. Концентрация щелочи в ваннах БММ находится в диапазоне 1,5-2,5 % в зависимости от температуры, загрязненности бутылок. Принципы мойки и факторы, влияющие на ее эффективность аналогичны, рассмотренным при мойке оборудования. Эффект мойки усиливается при многократном гидродинамическом воздействии, поэтому используют несколько ванн и шприцевание в БММ.

Моющие щелочные растворы готовят либо непосредственно в ваннах БММ, либо в специальном щелочном отделении в сборниках, объем которых равен объему ванны БММ. В процессе мойки бутылок раствор разбавляется, уносится с бутылками, концентрация его уменьшается на 0,1 % в час. Необходимо предусматривать мерники с концентрированной щелочью для коррекции раствора. Концентрацию проверяют титрованием раствором соляной кислоты 0,1 моль/дм³ и рассчитывают по формуле: С_щ= V_к*0,04*100/V_щ, %.

V_к - объем соляной кислоты, пошедший на титрование, см³, V_щ - объем раствора щелочи, взятый на титрование, см³, 0,04 - переводной коэффициент.

Контроль концентрации моющих растворов должен регулярно проводится лабораторией, при необходимости свежий раствор добавляют из мерников. Щелочь поступает на завод в твердом виде в металлических барабанах или в виде концентрированного раствора (43-52 %) в цистернах. Твердую щелочь растворяют в ваннах при нагревании паром через барботер до температуры 40-50 ⁰С. Для безопасности концентрированные растворы перекачивают с помощью вакуума.

Расход моющих растворов достаточно большой, поэтому экономически эффективно проводить их регенерацию. Для этого раствор сливают, фильтруют через сетку, песочный или гравийный фильтр, можно также отстаивать, затем концентрированной щелочью доводят до нужной концентрации и используют повторно.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные источники инфекции в производстве солода, пива, безалкогольных напитков.

2. Сформулируйте принципы мойки и дезинфекции. Как определяется стандарт чистоты в зависимости от вида и назначения оборудования?

3. Какие факторы влияют на эффективность мойки и дезинфекции?

4. Назовите стадии мойки при воздействии моющих средств.

5. Какие основные способы мойки используются в промышленности?

6. Назовите основные виды моющих средств и добавки к ним для усиления моющего эффекта.

7. Какие факторы снижают эффективность действия моющих растворов?

8. Дайте сравнительную характеристику способов дезинфекции. Какие факторы снижают эффективность дезинфицирующих средств?

9. Приведите характеристику наиболее широко используемых дезинфицирующих средств, их достоинства и недостатки.

10. Какие моющие средства используются для мойки бутылок?

11. Как готовятся и регенерируются моющие растворы для мойки бутылок?

Список рекомендуемой литературы

Основная

1. Технология солода, пива и безалкогольных напитков /Калунянц К.А., Яровенко В.Л., Домарецкий В.А., Колчева Р.А. - М.: Колос, 1992. - 446 с.

Дополнительная

2. Балашов В.Е., Рудольф В.В. Техника и технология производства пива и безалкогольных напитков. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 248 с.

3. Беленький С.М., Лаврешкина Г.П., Дульнева Т.Н. Технология обработки и розлива минеральных вод. - М.: Агропромиздат, 1990. - 151 с.

4. Бурачевский И.И., Скрипник К.И. Современные способы получения полуфабрикатов ликерно-водочного производства. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 136 с.

5. Домарецкий В.А. Производство концентратов, экстрактов и безалкогольных напитков. - К.: Урожай, 1990. -248 с.

6. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. - М.: ГРАНТЪ, 2002. - 296 с.

7. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1975. - 501 с.

8. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива: пер. с нем. - Спб.: Профессия, 2001. - 912 с.

9. Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки. - М.: Колос, 2001. - 256 с.

10. Рудольф В.В. Производство кваса. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 152 с.

11. Рудольф В.В., Балашов В.Е. Производство безалкогольных напитков и розлив минеральных вод. - М.: Агропромиздат, 1988. - 287 с.

12. Рудольф В.В., Денщиков М.Т. Оборудование фруктовых вод. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 270 с.

13. Рудольф В.В., Орещенко А.В., Яшнова П.М. Производство безалкогольных напитков: справочник. - Спб: Изд-во 'Профессия', 2000. - 360 с.

14. Рудольф В.В., Яшнова П.М., Орещенко А.В. Справочник мастера производства безалкогольных напитков. - М.: Агропромиздат, 1991. - 191 с.

15. Сборник технологических инструкций, правил, методических указаний и нормативных материалов по безалкогольной промышленности. Т. 1-4. - М.:НПО НМВ, 1991.

16. Технология получения концентратов квасного сусла, кваса и напитков на зерновом сырье /Поляков В.А., Берестень Н.Ф., Орещенко А.В. и др. Обзорная информация. Серия 22 Пивобезалкогольная промышленность. - М.:АгроНИИТЭИПП, 1987.- 32 с.

17. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. - СПб.: Профессия, 2003.-304 с.

18. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы / под ред. Флауменбаума Б.Л.- М.: Колос, 1993. - 320 с.

19. Шуман Г. Безалкогольные напитки: сырье, технология, нормативы. - Спб.: Профессия, 2004. - 278 с.

Производство кваса и безалкогольных напитков

Рисунок 14 - Схема установки, работающей в режиме периодического перемешивания

Белки, г

58-117

Жиры, г

60-154

Пищевые волокна, г

20-25

Цианкобаламин (В12), мкг

3,0

- гликозиды;

- спирты;

- органические кислоты;

- изопреноиды, витамины;

- холины;

- бифидобактерии и другие молочнокислые бактерии;

- минеральные вещества;

- полиненасыщенные жирные кислоты и другие антиоксиданты;

- цитамины;

- фитопрепараты, растительные энзимы.

Основными требованиями, позволяющими отнести тот или иной продукт к функциональным являются улучшение здоровья и снижение риска различных заболеваний.