CC BY
0Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 663.813 Код ВАК 4.3.1
РАЗРАБОТКА МЕМБРАННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЯГОДНОГО
СОКА Е.А. Кузнецова1*
1 ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ, г. Мичуринск, Россия
*E-mail: k.katyamich@mail.ru
Аннотация: В статье предложена альтернатива существующим технологиям производства ягодного сока - технология с использованием мембран и представлена разработанная принципиальная схема мембранной установки для концентрирования ягодных соков.
Ключевые слова: ягодные соки, концентрирование, мембранная технология
DEVELOPMENT OF A MEMBRANE INSTALLATION FOR CONCENTRATING BERRY JUICE
E.A. Kuznetsova1* 1 FSBEI НЕ Michurinsk SAU, Michurinsk, Russia. *E-mail: k.katyamich@mail.ru
Abstract. The article proposes an alternative to existing technologies for the production of berry juice -technology using membranes and presents the developed schematic diagram of a membrane installation for concentrating berry juices.
Keywords: berry juices, concentration, membrane technology.
Введение (Introduktion)
Соки - незаменимая составная часть питания людей всего мира, а плоды и ягоды являются ценной сырьевой базой для их изготовления. Для сохранения и улучшения здоровья необходимо получать витамины, значительная часть которых содержится в соках. Поэтому производство соков имеет большое значение для человека, и максимальное сохранение полезных веществ в них является актуальной задачей.
Цель исследований - повысить выход ягодных соков функционального назначения путем предварительного разжижения мезги и концентрирования полученного сока с помощью мембранной установки до нормативного значения после его извлечения.
Задачи исследований:
-провести биохимический анализ соков;
-проанализировать технологии производства ягодных соков;
-разработать технологию извлечения соков и мембранную установку для концентрирования.
Методология и методы исследования (Methods)
В процессе исследования произведен анализ существующих технологий производства соков и проведен биохимический анализ по стандартной методике для определения содержащихся в соке черной смородины и выжимках полезных веществ, результаты которого представлены в таблице 1. 29
Результаты исследований (The results of the research)
Таблица 1 - Биохимический анализ сока черной смородины и выжимок
Анализируемый материал РСВ, % Влажность, % Кислотность, ° Витамин С, мг/% Сахара, % Р-активные вещества
моно ди катехины флавонолы
Сок черной смородины 19,26 - 1,005 126,8 10,4 1,605 50 257,2
Выжимки черной смородины - 62-65 2,1775 43,44 8,89 1,89 30 196,7
По результатам исследования, представленного в таблице 1, видно, что большая часть полезных веществ (витамин С, катехины, флавонолы) переходит из ягод в сок после прессования.
Кроме этого проводился биохимический анализ цитрусовых плодов и цитрусового сока. Результаты показали, что в плодах содержится больше полезных веществ, чем в восстановленном соке известной торговой марки.
В таблице 2 представлены нормы расхода сырья на производство натуральных ягодных соков.
Таблица 2 - Нормы расхода сырья на производство 1 т натуральных ягодных соков (пастеризованных)
Сырье Отход при сортировке и прессовании ,% Потери на технологиче ских операциях, % Всего отходов и потерь, % Выход неотстоенного сока, % Выход готового продукта, % Норма расхода сырья, кг
Смородина черная без обработки ферментами 38 8 46 62 54 1852
Смородина черная с обработкой ферментов 29 8 37 71 63 1588
Исходя из полученных результатов, представленных в таблице 2, можно сделать вывод, что после прессования на последующих технологических операциях происходят значительные потери полезных веществ.
Существуют различные технологии производства соков. Технология изготовления сока прямого отжима представлена на рисунке 1. Главным недостатком является низкий выход продукта, вследствие
чего технологии производства соков прямого отжима практически не используются.
Подготовка ягод
Дальнейшей переработка Рисунок 1 - схема производства сока прямого отжима Высокий выход сока возможен при применении экстрагирования веществ из мезги, но это требует последующей концентрации. На рисунке 2 представлена схема производства диффузионного сока.
Подготовка мезги
Осветление Концентрирование
Рисунок 2 - схема производства диффузионного сока Основной проблемой концентрирования соков является сохранение большого количества биологически активных веществ и потеря полезных веществ. При использовании выпарных установок происходит потеря летучих веществ, витаминов и других полезных веществ [3]. Устранить данные недостатки позволит использование мембран.
Мембранные технологии - перспективное и активно прогрессирующее направление развития науки и техники XXI века. Применение мембран имеет массу преимуществ: низкое энергопотребление, сохранение ароматических веществ, простота установки, легкое увеличение ее производительности, хорошие санитарные условия производства.
Мембранные технологии применяются для очистки и разделения смесей. Разделение происходит с помощью полупроницаемых мембран. Они нашли широкое применение в водоочистке, также применяются в химико-фармацевтической, электронной, пищевой промышленности, биотехнологии.
Предлагаемая технология (рисунок 3) заключается в концентрировании разжиженных ягодных соков с помощью мембран до нормативного значения после их извлечения. На рисунке 4 представлена принципиальная схема экспериментальной мембранной установки [2].
Подготовка мезги
Отжим
I
Экстракция
I
Отжим (декантирование)
Очистка
Осветление
Концентрирование (до нормативного значения)
Рисунок 3 - предлагаемая технология производства соков
Рисунок 4 - принципиальная схема экспериментальной мембранной установки: 1 - предварительный
фильтр; 2 - манометры; 3 - электромагнитный клапан;
4 - реле давления; 5 - насос высокого давления; 6 - мембраны В основе установки лежит обратный осмос, который необходимо проводить при высоком давлении. Осмотическое давление плодовых соков с содержанием 10-12% сухих веществ составляет 1,5 МПа, яблочного концентрата с содержанием 40% сухих веществ - 9 МПа [1].
На внешнюю поверхность мембран действует давление сока. Давление жидкости, проходящей через мембраны и выходящей из установки, равно атмосферному. Концентрирование осуществляется с помощью селективных мембран, расположенных в камере и имеющих форму труб. Концентрируемый сок может циркулировать в установке до получения необходимого содержания сухих веществ.
Выводы и рекомендации (Conclusions and recommendations)
Усовершенствовать технологию производства ягодных соков возможно путем использования современного оборудования для получения продукта с высоким содержанием полезных веществ исходного сырья. Для этого необходимо проведение научно-исследовательских и опытно-32
конструкторских работ. Предлагаемая мембранная установка имеет техническую значимость, которая заключается в развитии технологии производства соков и производства продуктов функционального назначения, которое сейчас имеет большое значение и широкое распространение.
Библиографический список:
1 .Кузнецова, Е.А. Возможность применения мембранных технологий при производстве сока / Е.А. Кузнецова, Д.В. Пустовалов // Материалы 67-й научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (2 раздел): сб. науч. тр. - Мичуринск: Изд-во Мичуринский ГАУ. - 2015. - С. 239-243.
2.Кузнецова, Е.А. Технология и теория процесса разделения соков на фракции с помощью мембран / Е.А Кузнецова, А.И. Завражнов // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК. -Ставрополь: АГРУС Ставропольского ГАУ. - 2016. - С. 63-69.
3.Кузнецова, Е.А. Совершенствование технологии производства ягодного сока функционального назначения с использованием газоразделительных мембран: автореферат дис. ... кандидата сельскохозяйственных наук. - Мичуринск, 2019.
References:
1.Kuznetsova, E.A. Possibility of using membrane technologies in juice production / E.A. Kuznetsova, D.V. Pustovalov // Materials of the 67th scientific and practical conference of students, undergraduates and graduate students (section 2): collection. scientific tr. - Michurinsk: Publishing house Michurinsky State Agrarian University. - 2015. - P. 239-243.
2.Kuznetsova, E.A. Technology and theory of the process of separating juices into fractions using membranes / E.A. Kuznetsova, A.I. Zavrazhnov // Current problems of scientific and technological progress in the agro-industrial complex. - Stavropol: AGRUS Stavropol State Agrarian University. - 2016. - P. 63-69.
3.Kuznetsova, E.A. Improving the technology for the production of functional berry juice using gas separation membranes: abstract of thesis. ... candidate of agricultural sciences. - Michurinsk, 2019.
