Перспективы и эффективность использования ультразвука для ускорения процессов получения полуфабрикатов в ликероводочной промышленности

Тезисы к докладу на ВВЦ ПФК «Спирт», апрель, 2003 г.

Кудряшов В. Л., Зенина Г. П. (ГНУ ВНИИПБТ),
Лебедев Н. М., Сиверская А. Н, (ООО «Александра-Плюс»),
Белых А. Г. (ОАО «Великоустюгский ЛВЗ»)

Интенсификация процессов получения полуфабрикатов, и прежде всего, настоев и морсов, имеет важное значение при производстве ликероводочных изделий по двум основным причинам: во-первых, процессы настаивания — экстракции — являются длительными; во-вторых, от качества настоев, а также морсов и спиртованных соков в существенной степени зависит стабильность и органолептические показатели готовых изделий.

Экстракция биологически активных веществ (БАД) из природных материалов растительного и животного происхождения, как правило, ограничена скоростью диффузии в твердой фазе. Это подтверждается тем, что использование перемешивающих устройств не дает существенного ускорения процесса настаивания.

Одним из способов интенсификации диффузионных процессов в твердой фазе, а также на межфазной границе твердое тело — жидкость (экстрагент) является ультразвуковая технология.

Эффективность воздействия ультразвука может быть объяснена воздействием следующих специфических факторов, присущих ультразвуковым колебаниям:

  • кавитационного эффекта;
  • разрушающего действия на пограничный слой и клеточную структуру сырья;
  • образования микропотоков;
  • влияние на диффузионную проницаемость ткани экстрагируемого материала.

Для решения проблемы интенсификации процесса экстракции объединены усилия специалистов ГНУ ВНИИПБТ и ООО «Александра-Плюс», производящее комплектное ультразвуковое оборудование.

Как показали наши совместные лабораторные исследования, наибольшая эффективность экстракции достигается при оптимальном сочетании следующих методов воздействия:

  • обработка смеси сырья и экстрагента ультразвуком с частотой 22 кГц;
  • механического перемешивания;
  • подогрева до температуры не выше 35 °C.

Опыт интенсификации процесса экстракции в производственных условиях, накопленный фирмой «Александра-Плюс», подтвердил эффективность и перспективу применения ультразвука в ликероводочной промышленности.

Эксперименты по экстракции водно-спиртовой жидкостью сушеных плодов красной рябины, зерен кофе и сухого травяного сырья проводились на ликероводочном заводе «Великоустюгский» на промышленной экстракционной ультразвуковой установке типа РПМ-2/12-Н, имеющей следующие технические характеристики:

1. Рабочая вместимость, м.куб., не менее 2
2. Частота вращения мешалки, об/мин. 45
3. Количество ультразвуковых излучателей, шт 8—12
4. Давление пара, кг/см² 4
5. Рабочая частота ультразвуковых колебаний, кГц 22 ± 1,65
6. Габаритные размеры, мм, не более:
— наружный диаметр 1000
— высота 2000

При экстрагировании из сушеных плодов красной рябины было выявлено, что при использовании ультразвука достижение нормативного показателя извлечения происходит на шестые или максимум седьмые сутки. По традиционной технологии настаивание осуществляется в две стадии в течение 28 дней. Это соответствует ускорению процесса экстракции и увеличению производительности в 3—4 раза. На десятые сутки обеспечивается увеличение выхода экстрагируемых веществ по сравнению с нормативным на 4,5%.

Испытания установки РПОМ-2/12-Н на этом же заводе при экстракции кофе показали, что нормативные органолептические показатели достигаются через трое суток вместо десяти по действующей технологии, то есть ускоряются в 3 раза.

Аналогичные показатели достигаются при ультразвуковой экстракции сушеных трав. Было установлено, что процесс можно сократить с двенадцати до семи суток.

Эксперименты по ультразвуковой водной экстракции БАД из хпеутеррокока проводились на фармацевтической фирме «БИСЖ» и г.Курске. Было установлено, что при использовании ультразвука из одного и того же количества сырья в раствор переходит в 2,45 раза больше экстрактивных веществ за время в 6 раз меньшее.

Проведенные на ликероводочном заводе «Курский» исследования по применению ультразвука для осветления спиртованного яблочного сока с использованием «оклеивающего» материала бентонита показали, что скорость осаждения взвешенных частиц повышается в 5-6 раз.

Исследования, проведенные во ВНИИПБТ на установке ДЛК-1, показали, что ультразвуковая обработка настоя зверобоя, плодов бадьяна и укропа позволила сократить время настаивания первого залива в 5 раз, до одних суток вместо пяти (по классической технологии). При этом содержание эфирных масел и цветность настоев была на уровне контроля.

Дегустационная оценка показала, что напитки, приготовленные из обработанных ультразвуком настоев и морсов, по органолептическим показателям (вкусу, цвету, прозрачности и аромату) не уступают напиткам из полуфабрикатов, полученных традиционным способом.

Вместе с тем, при ультразвуковой экстракции наблюдается повышенная мутность настоев и морсов, устранение которых с помощью обычного процесса фильтрования через фильтр-картон вызывает трудности. Кроме того, установлено, что применение ультразвука более эффективно при обработке более разбавленных систем.

Проведенные в отделе мембранных технологий ВНИИПБТ исследования показали, что все эти недостатки можно устранить за счет комбинирования ультразвуковой экстракции с мембранными процессами. Так, при фильтрации через микрофильтрационные мембраны типа «Trumem ТМ» из металлокерамики достигается «кристальная» прозрачность экстрактов с одновременной холодной стерилизацией.

Предварительно очищенные на микрофильтрационных мембранах настои, морсы, а также соки можно сконцентрировать на обратноосмотических или нанофильтрационных мембранах в 10—20 раз по объему до концентрации СВ порядка 25%, после чего могут транспортироваться на значительные расстояния и длительно храниться вне холодильников.

Создаваемая на основе оптимального сочетания ультразвуковых и мембранных процессов комбинированная технология может быть принята за основу линий на специализированных крупнотоннажных производствах глубокосконцентрированных экстрактов, морсов и соков, предназначенных для ликероводочных изделий, напитков и других пищевых продуктов, в том числе лечебно-профилактических.

Ультразвуковые технологии положительно зарекомендовали себя также для домывания не прошедших контроль (после стандартной бутылкомоечной машины) возвратных бутылок. Для этого производятся «Ванны ультразвуковые модели ДЛК-3».

Созданная совместно ВНИИПБТ и ООО «Александра-Плюс» база для исследования взаимодополняющих ультразвуковых и мембранных процессов может быть использована для разработки комплексных технологий и для других областей применения, например, для ускорения процессов растворения и экспресс-эмульгирования.