Перспективы и эффективность использования ультразвука для ускорения процессов получения полуфабрикатов в ликероводочной промышленности
Тезисы к докладу на ВВЦ ПФК «Спирт», апрель, 2003 г.
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 элеутеррокока 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.