б) перед фильтрованием осветленного сока. При центрифугировании быстро отделяется большая часть выпавшего осадка, что резко повышает производительность фильтра, удлиняет срок службы фильтрующих материалов, а также снижает потери сока;
в) для извлечения сока из отстоя, остающегося после декантации.
Электросепарирование (электрофлотация). Этот метод, предложенный Молдавским НИИПП для обработки виноградного сока, основан на том, что при прохождении постоянного тока через сок происходит процесс электролиза. Выделяющиеся на электродах газовые пузырьки поднимаются на поверхность сока. При этом мельчайшие пузырьки газа адсорбируются на взвешенных в соке частицах и поднимают их на поверхность в виде «шапки», которую удаляют. В результате электросепарирования содержание осадка в соке снижается на 70—75%, а вкус и химический состав сока не меняются.
Самоосветление. При длительном хранении сок иногда самопроизвольно расслаивается на твердую и жидкую фазы, после чего поддается фильтрованию, давая прозрачный продукт. Так как при этом не применяется никаких специальных мер, то данный метод получил название самоосветления.
Самоосветление является следствием происходящих в соке ферментативных и химических процессов. Многие виды плодов и ягод, а следовательно, и отжатый из них сок содержат фермент пектазу (пектилгидролазу). Если сок не подвергается значительному подогреванию, то фермент сохраняет свою активность. Под его действием от пектинового комплекса отщепляются метоксильные группы. Разрушение пектина приводит к выпадению осадка.
Самоосветление может быть вызвано также химическими превращениями составных частей сока. Оно является следствием взаимодействия дубильных веществ и белков, в результате которого образуются нерастворимые танаты. Количество коллоидов в соке уменьшается при самоосветлении на 20—25%.
Длительность процесса самоосветления зависит от химического состава сока и активности фермента, составляя от нескольких недель до нескольких месяцев. Иногда самоосветление вообще не наступает и сок осветляют другими методами.
Самоосветление используют для виноградного сока, который чаще, чем соки из других плодов, сам по себе становится прозрачным. Виноградный сок обычно заготовляют в виде полуфабриката, который выдерживают 3—4 месяца. За это время выпадает винный камень и происходит самоосветление сока, после чего полуфабрикат обрабатывают, получая готовый продукт.
Яблочный сок плохо поддается самоосветлению.
При самоосветлении в сок не вводят посторонних веществ, в связи с чем он сохраняет природные вкусовые качества. Недостатком этого метода является потребность в значительных емкостях тары и складов для хранения сока, необходимость консервирования полуфабриката. При самоосветлении выпадает мелкий осадок, затрудняющий фильтрование. По объему выпадающий осадок такой же, как и при других методах осветления-
Осветление ферментными препаратами. Ферментный препарат плесневых грибов (аваморин) используют не только для обработки мезги, но и с целью осветления соков, особенно трудно поддающихся осветлению,— таких, как яблочный и сливовый. Хорошо осветляются также ягодные соки — земляничный, черносмородиновый, малиновый, виноградный.
Осветляющий эффект ферментных препаратов, полученных из плесневых грибов, объясняется прежде всего их пектолитическим действием. Содержащийся в препаратах фермент пектиназа (полигалактуронид — гликаногидролаза) расщепляет пектин до растворимых соединений. Однако полного распада пектина при этом не происходит. После ферментного осветления в виноградном соке сохраняется свыше 75%, а в яблочном соке — свыше 55% от исходного содержания пектина. В осветленном соке большая часть природных коллоидов сохраняется.
Ферментные препараты содержат и протеолитические ферменты: количество белков в соке после осветления уменьшается на 15% в виноградном соке и на 25% в яблочном. Таким образом, действие ферментных препаратов является комплексным.
Осветление проводят при помощи сухих ферментных препаратов в виде порошка, добавляя его в количестве 2—4 кг/т сока. Можно также использовать вытяжку из препарата, для получения которой препарат заливают 4—5-кратным количеством сока, выдерживают 3—4 ч при 40—42° С и фильтруют.
Для осветления сок помещают в чаны, подогревают до 40—45° С и добавляют сухой препарат или вытяжку. Осветление длится 3—6 ч, после чего для прекращения деятельности ферментов сок подогревают до 65—70° С.
В начальной стадии ферментного осветления резко снижается вязкость сока в связи с дестабилизацией коллоидной системы. Затем начинается распад полигалактуроновой кислоты по месту глюкозидных связей. При этом в результате образования моногалактуроновой кислоты возрастает количество редуцирующих веществ. После разрушения пектинового комплекса наступает седиментация.
Вкусовые качества осветленного ферментными препаратами сока в значительной мере определяются культурой гриба, условиями его выращивания и степенью очистки препарата. Плохо очищенный препарат может придать продукту нежелательный привкус.
При обработке ферментными препаратами вязкость сока снижается значительнее, чем при других методах осветления. Размеры частиц выпадающего осадка крупнее, чем при самоосветлении сока, и примерно такие же, как при оклейке.
Оклейка. Оклейкой называется осветление путем добавления коллоидных растворов, которые, нейтрализуя природные коллоиды сока, вызывают седиментацию. К оклеивающим материалам относятся желатин, рыбий клей, агар, жмыхи или семена горчицы, натриевая соль альгиновой кислоты, полимерные основания типа полиэтиленимида и пр. Для осветления натуральных плодовых соков применяют желатин с предварительным внесением в продукт танина.
Молекулы желатина в растворе несут на себе положительный заряд. Так как пектиновые коллоиды плодовых соков заряжены отрицательно, то они нейтрализуются желатином, что ведет к укрупнению частиц и седиментации.
Растворы желатина вызывают коагуляцию также одноименно заряженных белковых коллоидов сока. Объясняется это тем, что при добавлении желатина происходит перестройка зарядов. Так как коллоидная система в целом нейтральна, то перераспределение противоионов может вызвать нейтрализацию потенциалобразующих ионов и потерю коллоидной частицей ее заряда. Следствием этого является седиментация.
Осветляющее действие оклейки связано также с образованием нерастворимых соединений белков с дубильными веществами.
Добавление желатина иногда не дает нужного эффекта, так как водная оболочка коллоидов препятствует коагуляции. В этом случае перед введением желатина к соку добавляют раствор танина. Молекулы танина имеют гидрофильную глюкозную и гидрофобную ароматическую группы. Танин концентрируется вокруг коллоидов сока, обращаясь своими гидрофильными группами в сторону коллоидов и образуя вокруг них гидрофобную поверхность, что способствует нарушению коллоидной системы под действием желатина.
Кроме того, танин даёт с белками нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. При этом сок лишается стабилизатора, поддерживающего во взвешенном состоянии крупные частицы, которые также оседают.
Танин и желатин используют в виде 1%-ных растворов на осветленном соке или на воде. Танин растворяют на холоду, желатин — при подогревании до 50—70° С.
Для того чтобы осветление было полным и вместе с тем избыток желатина не привел к помутнению сока, необходима точная дозировка осветляющих материалов. Для этой цели производят пробную оклейку каждой партии сока.
Промышленная оклейка, которую следует вести при температуре 10—12° С, длится 6—10 ч. На 1 т сока в среднем расходуется 100 г танина и 200 г желатина.
Осветление горчицей. Некоторые предприятия пользуются для осветления и консервирования плодовых соков горчицей в порошке. При осветлении горчицей продукт полной прозрачности не приобретает и сильно опалесцирует.
Бактерицидное действие горчицы недостаточно для сохранения сока при комнатных температурах и к нему добавляют в качестве консерванта бензойнокислый натрий.
В продукте, обработанном горчицей, ощущается неприятный привкус аллилового масла. В связи с этим ее применение в производстве натуральных плодовых соков нецелесообразно.
Осветление мгновенным подогревом. При быстрочередующемся подогреве и охлаждении сока изменяется структура белковых молекул, происходит коагуляция белков и седиментация.
При нагревании развертываются полипептидные цепи и повышается асимметричность молекулы белка. Молекулы денатурированного белка соединяются между собой, образуя крупные нерастворимые частицы. Термическая деструкция вызывает отщепление некоторых элементов белковой молекулы. При этом уменьшается водосвязывающая способность белков и коллоидная система, образованная ими, превращается из гидрофильной в гидрофобную.
При быстром подогреве общее содержание коллоидов в соке снижается. Однако подогрев в течение нескольких минут приводит к увеличению их количества, так как при нагревании параллельно протекают как процессы разрушения природных коллоидов сока, так и новообразование коллоидов. Для того чтобы избежать новообразования коллоидов, среди которых могут быть меланоидины, процесс подогрева должен проводиться «мгновенно» и сейчас же сменяться охлаждением.
Осветление мгновенным подогревом применяют для яблочного, виноградного, вишневого и других соков. Продолжительность подогрева и охлаждения должна составлять по 10 сек. Температура подогрева 80° С для яблочного сока и 75° С — для виноградного. Температура охлаждения 15—20° С. В результате мгновенного подогрева полная прозрачность продукта не всегда достигается (яблочный сок), но основная масса взвешенных в соке частиц оседает.
Быстро чередующиеся подогрев и охлаждение сока могут быть проведены в трубчатых или пластинчатых теплообменниках непрерывного действия, включенных последовательно. Сок перекачивается через теплообменники насосом. В первом теплообменнике производится подогрев сока паром или горячей водой, во втором — охлаждение холодной водой или рассолом. Для эффективности процесса сок должен протекать тонкой пленкой.
С этой целью желательно, чтобы трубки теплообменника были сплющены.
Мгновенный подогрев в отличие от большинства других методов позволяет вести процесс осветления сока непрерывно.
Замораживание и оттаивание. Замораживание и оттаивание могут вызвать разрушение коллоидной системы. Объясняется это тем, что при кристаллизации растворителя (воды) происходит перераспределение ионов и изменяется электрический заряд, обусловливающий стойкость золя. Иногда коагуляция в результате замораживания не наступает.
Многие авторы называют замораживание и оттаивание в качестве одного из методов осветления плодовых соков. Исследования, проведенные на виноградном и яблочном соках, этого не подтвердили. Вызываемое замораживанием и оттаиванием снижение количества коллоидов на 5—15% и вязкости сока на 5—10% недостаточно для достижения прозрачности сока.
Осветление глинами. Для осветления плодовых соков могут быть применены бентониты и суббентониты, являющиеся глинами вулканического происхождения. Основной частью бентонита является минерал монтмориллонит. Формула монтмориллонита может иметь и другие модификации. В состав бентонита входят также галлозит, биотит, полевые шпаты и в очень незначительных количествах кварц, гранит и рудные материалы.
Осветляющее действие глин объясняется следующими факторами:
а) способностью глины нейтрализовать заряды коллоидов сока. В водных суспензиях бентонит образует гидрофильный коллоидный раствор с отрицательным зарядом частиц, которые вызывают перераспределение зарядов коллоидов сока;
б) способностью суспендированных частиц глины в кислой среде агрегатироваться и выпадать в осадок, увлекая за собой взвешенные в соке частицы;
в) ионообменными свойствами глины;
г) большой адсорбирующей способностью глины, которая проявляется особенно активно при фильтровании сока через слой глины.
Для осветления сока к нему добавляют бентонит в количестве 0,1—0,2 и до 2% к массе сока и после размешивания выдерживают от нескольких часов до нескольких суток, а затем фильтруют. Для виноградного сока, коллоидная система которого частично нарушена мгновенным подогревом, процессы осветления и фильтрования при помощи глины могут быть совмещены. В этом случае к соку добавляют глину в количестве 125 г на 1 м2 фильтрующей поверхности и, не выдерживая, подают на фильтрование. Последующие партии сока фильтруют через слой, отложившийся на перегородке фильтра, без дополнительного добавления глины.
Осветление коагулянтами. Коагуляция коллоидов сока может быть вызвана этиловым спиртом, который, отнимая влагу, вызывает денатурацию белков.
В натуральных соках содержание спирта строго нормируется, поэтому данный метод осветления для таких соков неприменим. Вместе с тем спирт иногда используют для консервирования соков — полуфабрикатов, которые при этом осветляются.
Осветление купажированием. Осветление может быть достигнуто смешиванием (купажированием) соков разных плодов, отличающихся друг от друга по химическому составу. Если подлежащий осветлению сок содержит белковые коллоиды, то при добавлении к нему сока, богатого дубильными веществами, происходит образование танатов, которые, выпадая в осадок, вызывают осветление сока.
Осветление купажированием в промышленности не применяют, так как оно является громоздким, требует пробного купажа для каждой отдельной партии сока и не гарантирует хорошего качества осветления.
Обработка ионитами. Содержащиеся в растворе ионы иногда придают стабильность коллоидной системе, а в некоторых случаях вызывают седиментацию. Поэтому, регулируя состав ионов, можно вызвать осветление плодовых соков.
Те или иные ионы могут быть удалены из продукта при помощи ионообменных смол.
Метод обработки плодовых соков ионитами с целью осветления еще недостаточно разработан и в практике пока не используется.
Диффузионный метод получения сока заключается в извлечении водой экстрактивных веществ из плодов или ягод.
По концентрации получающийся раствор должен приближаться к натуральному плодовому соку.
Уравнение диффузии показывает, что скорость процесса возрастает с увеличением поверхности. Поэтому плоды и ягоды перед диффузией нарезают стружкой или дробят. При измельчении сырья сок вытекает из разорванных клеток, что способствует более быстрому насыщению воды экстрактивными веществами.
Предварительная обработка сырья, направленная на уменьшение вязкости сока, увеличивает коэффициент диффузии D, а следовательно, и скорость процесса. Нагревание также ускоряет диффузию и, кроме того, повышает растворимость экстрактивных веществ. Однако, чтобы сок не получал вареного привкуса и не терял летучие вещества (эфирные масла), процесс ведут при температуре воды 10—30° С. Диффузия при более высокой температуре нежелательна также и потому, что это способствует переходу в сок значительного количества высокомолекулярных веществ (пектин, белки), которые затрудняют осветление сока.
Скорость диффузии возрастает с увеличением градиента концентрации. Для его увеличения процесс диффузии разделяют на несколько стадий и проводят в диффузионной батарее. Диффузионная батарея состоит из 8—12 аппаратов. Каждый диффузор представляет собой бак, внутри которого имеется ложное (дырчатое) дно. Дно покрывают грубой тканью, после чего загружают мезгу. Когда диффузор заполнен, в него пускают воду из напорного бака через кран. Вода, частично обогатившаяся экстрактивными веществами в диффузоре, переходит из него в диффузор, загруженный свежей мезгой. Вытеснение сока из во II диффузор происходит при помощи новых порций воды, подаваемой из напорного бака. По мере обогащения воды сухими веществами мезги, пользуясь кранами и т. д., пускают в работу новые диффузоры до тех пор, пока вся батарея не вступит в строй.
При установившемся процессе в диффузор, где находится наименее богатая сухими веществами мезга, поступает свежая вода, которая постепенно пропускается через все диффузоры, включенные последовательно. В последний диффузор с максимально богатой экстрактивными веществами мезгой вода поступает наиболее насыщенной. Из последнего диффузора сок, имея требуемое содержание сухих веществ, подается на розлив через кран.
По мере извлечения экстрактивных веществ циклы диффузии повторяют, причем в тот диффузор, где находилась отработанная мезга, помещают свежую порцию. Соотношение воды и мезги в диффузорах большей частью принимают 1:1.
Необходимое количество диффузоров и продолжительность процесса в каждом аппарате определяются условиями, обеспечивающими максимальное извлечение экстрактивных веществ мезги и получение из головного диффузора насыщенного сока.
Можно было принять и другую степень равновесия, соответствующую, предположим, 30 мин. В данном примере для 30 мин d = 0,8. т. е. число диффузоров составит 6, а время активной диффузии 6-30 = 180 мин. Таким образом, во втором варианте число диффузоров в 1,5 раза меньше, но время диффузии вдвое больше, чем в первом.