Комплексна мембранна технологія концентрування яблучного соку

 

Тг.к.=70 С; Тх.к.=20 С; V=0,812 м/с

 

Регенерацію мембран після концентрування яблучного соку проводили за допомогою хімічних реагентів (табл. 2). Результати досліджень показали, що 100 %-ного відновлення 

функціональних властивостей мембран можна досягти, обробляючи їх розчинами щавлевої, лимонної, азотної кислот та ферментним препаратом Gammazym CPL. Обробка останнім є найбільш оптимальною. Цей висновок ґрунтується на тому, що при контакті гідрофобної мембрани із розчинами полярних рідин з часом на її поверхні зявляться гідрофільні ділянки, при збільшенні яких мембрана втратить свої гідрофобні властивості і стане непридатною для процесу мембранної дистиляції. Використання для регенерації гідрофобних мембран хімічних речовин (кислоти, луги, окислювачі), навіть у незначних кількостях і при мяких режимах обробки, прискорює гідрофілізацію поверхні, в той час як регенерація розчинами поліелектролітів (в даному випадку розчином ферментного препарату Gammazym CPL) дозволяє уникнути втрати гідрофобних властивостей мембрани. Таким чином, регенерація гідрофобних мембран після мембранної дистиляції 0,1 %-ним розчином Gammazym CPL є найбільш оптимальною і безпечною 

 

Таблиця 2

Ефективність регенерації мембрани МФФК-3 різними хімічними речовинами після концентрування яблучного соку методом мембранної дистиляції 

 

З точки зору збереження їх властивостей. Подальшими дослідженнями було встановлено наступний оптимальний режим обробки ферментним препаратом Gammazym CPL: Тг.к.=50 C, Тх.к.=20 С, V=0,812 м/с, =20 хв. 

У пятому розділі представлено результати приймальних випробувань розробленої технології. Випробування проводили у 2001 році на державному підприємстві “Росич” (м. Біла Церква, Київської обл.). Дослідження процесу концентрування яблучного соку методом мембранної дистиляції у виробничих умовах підтвердили, що концентрування соку доцільно проводити до 50 %-ного вмісту сухих речовин. Подальше концентрування не виправдовує себе за рахунок низької продуктивності процесу (1,5...3 дм3/м2•год). Крім того, тривала термічна обробка негативно впливає на органолептичні властивості готового продукту. 

Результати фізико-хімічних досліджень концентрованих яблучних соків, отриманих на вакуум-випарній установці (контроль) та методом мембранної дистиляції (дослід), свідчать, що вони практично не відрізняються між собою за показниками рН і титрованої кислотності. При цьому вміст біополімерів в дослідному зразку майже вдвічі менший, ніж у контрольному, що зумовлено способом попередньої обробки соку. Дегустаційна оцінка зразків концентрованих соків, отриманих за новою та традиційною технологіями, показала, що вони мають однаково високі органолептичні показники. 

Порівняльна характеристика енергетичних затрат свідчить, що на отримання 1 кг концентрату за новою технологією витрачається тепла (пари) в 4 рази менше, ніж за традиційною. Збільшення витрат води для охолодження 78 до 94 дм3/кг, пояснюється непристосованістю даних виробничих умов для проведення концентрування яблучного соку методом мембранної дистиляції. При проектуванні промислової мембранно-дистиляційної установки необхідно додатково включити в технологічний цикл виробництва градирню для створення замкнутого кола охолодження води. 

На основі проведених виробничих випробувань було розроблено апаратурно-технологічну схему виробництва освітленого концентрованого яблучного соку із використанням мембранних технологій - ультрафільтрації та мембранної дистиляції.

 

 

1. Проведено технологічну оцінку ультрафільтраційних мембран НВО “Полімерсинтез” (м. Володимир, Російська Федерація) типу “Владіпор” для освітлення та стабілізації плодово-ягідних соків. Встановлено, що для забезпечення стабільної прозорості яблучного соку протягом тривалого часу та високої продуктивності процесу ультрафільтрації найбільш оптимальною є полісульфонамідна мембрана марки УПМ-П, яка характеризується високою хімічною і термічною стійкістю.

2. Розроблено спосіб попередньої обробки яблучного соку ферментними препаратами перед його освітленням ультрафільтрацією. Встановлено, що при використанні широкопористих мембран типу УАМ-1000 достатньо обробки ферментними препаратами пектолітичної і амілолітичної дії, при використанні тонкопористих мембран типу УАМ-300, крім обробки ферментними препаратами пектолітичної і амілолітичної дії, необхідна додаткова обробка ферментним препаратом протеолітичної дії. Така обробка за рахунок руйнування білків гелевих шарів, які утворюються на поверхні мембрани в процесі мембранного освітлення, збільшує продуктивність ультрафільтрації. 

3. Розроблено оптимальні параметри і режими процесу ультрафільтрації яблучного соку на 

установці плоскокамерного типу (швидкість руху соку вдовж мембрани - 1 м/с; тиск – 0,3 МПа; температура – 60 С) та регенерації мембран гіпохлоридом натрію (концентрація гіпохлориду натрію - 0,08 %; тиск – 0,2 МПа; температура - 60 С, час обробки - 45 хвилин). 

4. Розроблено математичну модель оптимізації процесу ультрафільтрації яблучного соку за допомогою повного факторного експерименту за планом ПФЕ3 та визначено її коефіцієнти. Перевірка адекватності рівняння регресії цієї моделі підтверджує достовірність описаного процесу.

5. Проведено технологічну оцінку гідрофобних мікрофільтраційних мембран НВО “Полімерсинтез” типу “Владіпор” та мембрани ЗМ (фірма 3М Corporate Process Technology Center), які можуть бути використані для концентрування плодово-ягідних соків мембранною дистиляцією. Встановлено, що найбільш оптимальною є мембрана МФФК-3, яка стійка до дії підвищених температур (50-70С) та забезпечує високу продуктивність цього процесу при її горизонтальному розміщенні в апараті активним шаром до гарячої камери (гаряча камера внизу).

6. Для освітлення і стабілізації яблучного соку перед його концентруванням методом мембранної дистиляції найбільш ефективною, в порівнянні з традиційними технологіями, є комплексна обробка ферментними препаратами пектолітичної, амілолітичної і протеолітичної дії з наступною ультрафільтрацією. 

7. Розроблено оптимальні параметри і режими концентрування