Исследование технологических факторов, влияющих на

Русанова Л.А.
к.т.н., доцент
Краснодарского филиала РЭУ им. Плеханова
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕМБРАН ПРИ ОСВЕТЛЕНИИ СОКОВ
Аннотация: В статье рассматриваются основные факторы,
влияющие на процесс ультрафильтрации. Экспериментально установлены
оптимальные рабочее давление и температура в ультрафильтрационной
установке, влияние предварительной обработки сока на характеристики
разделения мембран, изучена селективность мембран разных марок и
химический состав сока после ультрафильтрации.
Ключевые слова: ультрафильтрация, мембранные
разделения, качество сока после ультрафильтрации.
процессы
Abstract: this article discusses the main factors influencing the process of
ultrafiltration. Experimental optimal operating pressure and temperature in the
ul′trafil′tracionnoj setting, the effect of pre-treatment of juice on separation
membranes, membrane selectivity was studied and the chemical composition of
the different brands of juice after ultrafiltration. Key words: ultrafiltration,
membrane separation processes, the quality of the juice after ultrafiltration.
Key words: ultrafiltration, membrane separation processes, the quality of
the juice after ultrafiltration.
Ультрафильтрация - процесс разделения высокомолекулярных и
низкомолекулярных соединений с использованием внешнего давления, то
есть барометрический процесс. В качестве эффективного рабочего
элемента в ультрафильтрации обычно используется пористая мембрана.
Размер пор ее велик для того, чтобы молекулы растворителя проходили
1
через мембрану, но растворенное вещество при этом почти полностью
задерживалось.
Основными факторами, влияющими на процесс ультрафильтрации,
являются: градиент давления, температура рабочего раствора, природа,
концентрация и молекулярная масса растворённого вещества, тип и
структурные свойства мембраны, конструкция аппаратов. Исследования
проводили на ультрафильтрационных (УФ) ячейках, в лабораторных
условиях, проверяли - на УФ установках в производственных условиях.
Движущей силой процесса ультрафильтрации является разность
давлений по обе стороны мембраны. Для определения оптимального
давления
процесса
ультрафильтрации
(УФ),
выполнили
расчёт
осмотического давления натурального яблочного сока. При расчёте из
многокомпонентного состава сока учитывали только высокомолекулярные
вещества: белки, пектины, полифенолы и продукты их окисления.
Для расчета осмотического давления использовали уравнение
состояния предельного газа, рекомендованное Вант-Гоффом:
П=C·R·T
где: С — молярная доля растворенного вещества, моль/1000 г
растворителя;
R - газовая постоянная, кгм/кг·К;
Т - абсолютная температура раствора, °К.
С
1000  С В
,
М а 100  С В 
где Св - концентрация вещества, %
Ма - молекулярная масса растворенного вещества, г/моль.
В яблочном соке содержание сухих веществ составляет 10-14 %, в
том числе пектиновых - 0,2 %, белковых - 0,1 %, полифенольных - 0,15 % на
2
сырую массу.
Известно, что молекулярный вес пектиновых веществ яблочного сока
в среднем равен 30000, белковых - 69000, полифенольных - 3000,
следовательно, молярная масса растворенных высокомолекулярных
веществ в соке будет равна:
Ма=30000*0,2+69000*ОД+3000*0,15=13350 г/моль
Газовую постоянную для яблочного сока рассчитывали по формуле:
R
Молярная
доля
848
848
кгм

 0,063
M a 13350
кГц
растворенного
вещества
в
зависимости
от
содержания сухих веществ в соке будет равна:
Сv 
1000  10
10000

 0,0083 моль / л;
13350100  10 13350  90
Cv 
1000  12
12000

 0,0102 моль / л;
13350100  12  13350  88
10 %
12 %
14 %
Cv 
1000  14
14000

 0,0122 моль / л.
13350100  14  13350  86
Температуру сока принимали равной 30° С или Т = 273+30=303°К
Осмотическое давление в яблочном соке, содержащем сухих
веществ:
10 %
П=0,0083·0,063·303=0,1584 кгс/см2=0,016 МПа
3
12 %
П=0,0102·0,063·303=0,1947 кгс/см2=0,019 МПа
14 %
П=0,0122·0,063·303=0,2329 кгс/см2=0,023 МПа.
Поскольку осмотическое давление пропорционально мольной доле
растворенного вещества, оно увеличивается с увеличением концентрации
раствора и изменяется в зависимости от pH среды. Установлено
отклонение
экспериментальных
значений
давления
от
значений,
рассчитанных по уравнению Вант-Гоффа. Согласно теории сольватации,
каждая из Nz молекул растворенного вещества, постоянно связана с
молекулами растворителя, в результате чего, условная доля растворенного
вещества понижается с N1 (N1+N2) до (N1-CN2)·(N1+N2).
Таким образом, рассчитанное по содержанию высокомолекулярных
веществ осмотическое давление яблочного сока, равное 0,016÷0,023 Мпа,
является
заниженной
величиной
и
подлежит
корректировке
экспериментальным путем.
Рабочее давление в ультрафильтрационной установке должно
превышать расчётное осмотическое давление по следующим причинам:
-
производительность установки определяется движущей силой
процесса: разностью между рабочим давлением, прикладываемым к
раствору в камере и осмотическим давлением фильтра по другую сторону
мембраны;
-
гидравлическое сопротивление мембранных аппаратов связано с
потерей напора при движении жидкости в каналах и трубопроводах;
-
гидравлическое
представляющее
собой
сопротивление
сумму
потоку
сопротивлений
фильтрата
RM
мембраны
R,
и
концентрационной поляризации RK, также является причиной потери
напора в системе;
-
дренажные
устройства
дренажных
аппаратов
являются
источником потери напора, которые в свою очередь определяются как
4
разность
между
давлением
исходного
раствора
и
давлением,
необходимым для переноса фильтрата через мембрану; в целом,
гидродинамические потери в дренажном канале пропорциональны
квадрату длины дренажного канала и производительности мембран.
Перечисленные источники потерь напора в мембранной системе
обуславливают
повышение
рабочего
давления,
по
сравнению
с
осмотическим давлением сока, суммарное значение которого определяли
экспериментально.
С другой стороны, ацетоцеллюлозные мембраны, применяемые для
ультрафильтрации, характеризуются вязкоэластичными свойствами: при
снятии давления структура мембраны не возвращается в исходное
состояние. Применение высоких давлений приводит к усадке структуры
мембраны, в результате чего уменьшается их проницаемость *1+. С
увеличением давления происходит увеличение проницаемости в первые
минуты
работы
аппарата,
а
затем
она
падает.
Уменьшение
проницаемости, вероятно, происходит не только за счёт усадки мембран,
но и за счёт влияния концентрационной поляризации, на что указывает
низкая проницаемость мембран. Для выбора оптимального давления
ультрафильтрацию яблочного сока проводили при разных давлениях
(рисунок 1).
5
70
Проницаемость, л/м ч
60
50
Яблочный сок
40
Вода
30
20
10
0
10
15
25
Температура,
С
30
35
Рисунок 1 Зависимость проницаемости мембран от температуры
В результате установлено, что оптимальным рабочим давлением в
системе является давление 0,5-0,7 МПа. При работе с более высоким
давлением 1,0-1,5 МПа проницаемость мембран падает быстрее, и её
потеря составляет после семи часов работы 60% против 40% при рабочем
давлении 0,5-0,7 МПа.
Диапазон рабочих температур для ацетилцеллюлозных мембран
ограничен их свойствами. Оптимальная температура для их эксплуатации
6
не выше 30°С согласно техническим условиям.
При повышении температуры за счёт снижения вязкости сока
сначала проницаемость мембран увеличивается, но уже при температуре
35°С начинает падать (рисунок 1, кривая 2). Можно предположить, что
уменьшение
проницаемости
мембран
происходит
за
счёт
концентрационной поляризации, но эта же закономерность наблюдается
и при пропускании воды через мембраны (кривая 1 на рисунке 1). То есть
в данном случае повышение температуры рабочего раствора свыше 35°С
приводит к усадке мембран, связанной с процессом структурирования
полимера.
Согласно
технологической
схеме,
сок
на
ультрафильтрацию
подавали после мгновенного подогрева и охлаждения до 25- 30°С, то есть
при температуре окружающей среды. Это удобно и с точки зрения
обслуживания и для эксплуатации мембран. Поэтому все опыты по
ультрафильтрации яблочного сока проводили при температуре 25-30°С.
Для изучения влияния предварительной обработки сока на
характеристики разделения мембран применяли сок, полученный на
разных прессах и стадиях технологической обработки, а именно:
-
свежий сок после пресса «РОК-200», предварительно очищенный
от грубых крупных частиц мякоти путём процеживания его через сито с
диаметром отверстий 0,75 мм и профильтрованный через вату;
-
сок после пресса ВПШ, предварительно прогретый до 80 - 85°С и
охлаждённый до 30 - 35°С, осадок которого удалён с помощью
центрифугирования;
-
сок, полученный на прессе «РОК-200», прошедший следующую
предварительную обработку: процеживание, подогрев и охлаждение,
центрифугирование;
-
сок, полученный на прессе «РОК-200», после асептического
7
хранения;
-
сок после ферментирования.
Об эффективности процесса судили по удельному массовому
расходу мембран (проницаемости).
Самый низкий удельный массовый расход мембран в наших опытах
был у свежевыжатого сока, резкое уменьшение проницаемости мембран
наблюдалось впервые 30 минут работы с 43 до 35,3 л/м2 ч.
В последующее время работы проницаемость всѐ время падала.
Лучшая проницаемость была у сока после ферментации - его удельный
массовый расход после 30 минут работы был в два раза больше, чем у
свежевыжатого сока - 87,5 л/м2 ч против 35,3 л/м2 ч.
Очень хорошо фильтровался сок после асептического хранения,
проницаемость мембран за три часа работы снизалась всего на 6 %, а
удельный массовый расход составил 67,3 - 63,0 л/м2 ч.
Исследованиями были установлены критерии оценки качества
предварительной очистки сока-полуфабриката: содержание взвесей (сырой
осадок) и динамическая вязкость сока. Сок-полуфабрикат должен быть
предварительно очищен до остаточного содержания осадка 0,8 - 0,6% и
динамической вязкости не выше (1,21-1,80) 10-3 Пас для микрофильтрации
на минеральных мембранах; до 0,3% осадка и динамической вязкости
(1,20-1,35) для ультрафильтрации на органических мембранах. Такая
степень
очистки
регенерации
сока-полуфабриката
работать
на
аппаратах
позволяет
непрерывно
мембранного
разделения
без
с
органическими мембранами - 7 - 8 ч., с минеральными - 20 ч.
С целью оптимизации процесса осветления фруктовых соков, были
испытаны следующие мембраны:
-
органические из ацетатцеллюлозы типа Владипор, марок УАМ-
300, УАМ-400, УАМ-500 и микрофильтры - МФА-А №1 (первого
поколения);
-
органические
из
ароматических
углеводородов
-
полисульфоамидные на подложке лавсан электротехнический УПМ-45 на
8
ЛЭ (второго поколения);
-
минеральные - фирмы Имека (третье поколение).
Основными показателями, по которым оценивали работу мембран,
служили их проницаемость, характеризующая удельный расход жидкости
(скорость процесса) и селективность, характеризующая их разделяющую
способность.
Как видно (таблицы 1, 2), химический состав соков, осветленных на
органических
мембранах
МФА-А
№1
по
содержанию
основных
низкомолекулярных компонентов - сахаров, кислот, определяющих
растворимые сухие вещества, по отношению к исходному соку, не
изменился. Показатели этих величин у сока, осветленного на мембранах
АУМ-500 близки к исходному.
Таблица 1. Селективность мембран УАМ разной пористости и
химический состав сока
Показатели,
единицы
измерения
Химический состав сока
Исходный
Селективность, %
После мембранной
ультрафильтрации
Мембраны
УАМ500
УАМ400
УАМ300
УАМ500
УАМ400
10,50
10,30
9,50
95,55
94,50
УАМ300
Массовая доля,
%:
10,90
85,10
сухих веществ по
рефактометру
сахара общего
пектиновых
полифенольных
веществ
веществ (10-3)
9,07
0,091
87,70
8,61
0,052
53,20
8,47
0,047
49,80
8,13
0,040
41,70
96,58
57,00
60,66
93,38
51,65
56,80
90,00
44,00
50,00
азота общего
коллоидов
осадка
кислот (в
пересчете на
яблочную
кислоту)
0,045
0,316
0,30
0,019
0,164
0,00
0,018
0,127
0,00
0,018
0,108
0,00
42,22
61,00
0,00
40,00
40,50
0,00
40,00
34,00
0,00
0,7
0,70
0,67
0,60
100,0
0
90,00
рН
3,52
3,52
3,50
3,48
100,0
0
86,00
99,50
9,00
9
Проницаемость,
л/ч.м2
-
-
-
-
31,5
35,7
18,7
Таблица 2 . Селективность мембран разных марок и химический
состав сока
Показатели,
единицы
измерения
Химический состав сока
Исходный
Селективность, %
После мембранной
ультрафильтрации
Мембраны
МФА-А
№1
УПМ-450
на ЛЭ
минерал
ьные
МФА-А
№1
УПМ450 на
ЛЭ
10,90
9,90
10,90
100,00
97,50
Массовая доля, %:
сухих веществ по
рефактометру
10,90
минера
льные
100,00
сахара общего
пектиновых веществ
полифенольных
-3
веществ (10 )
9,07
0,091
87,70
9,07
0,061
3,80
8,60
0,041
45,32
9,07
0,064
87,70
100,00
67,00
72,70
94,80
45,05
51,67
100,00
100,00
100,00
азота общего
коллоидов
осадка
кислот (в пересчете
на яблочную
кислоту)
0,045
0,316
0,30
0,234
0,234
0,00
0,218
0,218
0,00
0,284
0,248
0,00
74,00
74,00
0,00
68,98
68,98
0,00
86,70
86,70
0,00
0,70
0,70
0,67
0,70
100,00
95,71
рН
Проницаемость,
2
л/ч.м
3,52
-
Селективность
100,00
мембран
3,52
-
3,50
-
МФА-А
3,48
-
№1
и
100,00
40,0
99,50
20,0
УАМ-500
9,00
110,0
составила
соответственно для кислот 100 и 100 % и сахаров 100 и 96,58 %. В то же
время основную цель осветления, т.е. удаление высокомолекулярных
веществ из соков, обусловливающих помутнение в продуктах, эти
мембраны решают успешно. Селективность мембран МФА-А №1 и УАМ500 М соответственно составила для высокомолекулярных пектиновых
веществ - 67,00 и 51,65 %, азотистых - 44,44 и 49,00 % и полифенольных 72,70 и 56,80 %. Выделение высокомолекулярных веществ из сока
уменьшило содержание в нем коллоидов соответственно на 26,0 и 49,0 %.
Из анализа таблиц, мембраны УАМ-400М и УАМ-300М позволяют
10
получить высокой степени осветления сок, при этом по содержанию
сахаров он уступает исходному соку. Селективность мембран УАМ-400М и
УАМ-300М составляет соответственно для сахаров - 84,50 и 85,10 %, для
органических кислот - 96,0 и 86,0 %, в том числе кислот, обладающих
свойством диссоциации, соответственно - 99,5 и 99,0 %.
Селективность мембран УПМ на ЛЭ составила для сахаров - 94,8 %,
для пектинов - 45,05 %, для полифенолов - 51,67 %, для азотистых веществ
- 40,0 %, коллоидов - 68,98 % и органических кислот - 95,71 %. Эти
мембраны обладают высокой разделяющей способностью. Однако из-за
потери сахаров до 5,2 % и кислот до 4,3 % применение таких мембран для
осветления сока менее целесообразно.
Минеральные
мембраны
лучше
выделяют
из
сока
высокомолекулярные вещества. Их селективность составила для пектинов
- 70,33 %, азотистых веществ - 93,33 %, коллоидов - 86,70 %. Все
низкомолекулярные вещества остаются в осветленном соке, т.е.
селективность мембран по сахарам, кислотам и полифенольным
веществам равна 100%.
Сок, осветленный методом ультрафильтрации, независимо от типа
применяемых
мембран,
имеет
привлекательный
внешний
вид,
кристальнопрозрачный, без следов осадка.
Проницаемость мембран неферментированного яблочного сока
составила для минеральных мембран — 110 л/м2-ч. УАМ-500М - 41,5 л/м2ч. УАМ- 400М - 35,7 л/м2 ч. УАМ-300М - 18,7 л/м2 ч, УПМ на ЛЭ -20 л/м2-ч,
МФА-А - 40 л/м2-ч. У мембран МФА-А №1 производительность в первые
минуты работы довольно высокая -84 л/м2 ч. Однако уже через 30 мин.
работы уменьшается вдвое. Полученные результаты эксперимента
позволяют сделать вывод, что из исследуемых типов мембран наиболее
приемлемы
для
осветления
соков
минеральные
мембраны
и
органические марки УАМ-500М. При условии увеличения пористости
11
полисульфонамидные мембраны марки УПМ-450 на ЛЭ могут быть также
использованы для осветления соков.
Для
отработки
использовали
фильтрующими
режима
аппараты
типа
элементами,
ультрафильтрации
фруктовых
соков
«фильтр-пресс»
с
плоскокамерными
разработанные
Краснодарским
ПКБ
«Пластмаш» и ВНИЭКИПродмаш. В отличие от аппаратов других типов,
конструкция их универсальная, с компактной упаковкой фильтрующей
площади, низкоэнергоемкая.
Исследования показали, что в аппаратах фильтр-прессового типа
производительность установки (удельный массовый расход мембран) в
значительней мере зависит от конструктивных особенностей аппаратов,
скорости движения раствора вдоль мембраны, которая должна быть не
ниже 2 м/с, чтобы создать деполяризационные условия в аппарате,
предварительной подготовки сока (табл. 3).
Для отработки режима микрофильтрации соков использовали
трубчатые установки с минеральными мембранами «Вивиан» и «Жюли»
французской фирмы «Имека». На установке «Вивиан» осветляли сок, не
подвергнутый тепловой обработке, но прошедший декантацию и
центрифугирование.
отразилось
на
Использование
удельной
сырого
производительности
сока-полуфабриката
установки,
которая
колебалась в процессе работы в пределах 70-31 л/ч.м2, в то время как
удельная производительность установки «Жюли» на соке, прошедшем
термическую обработку, выгодно отличалась и составила по соку,
полученному на прессе РОК-200 - 191 л/ч.м2, на прессе ВПШ - 104-115
л/ч.м2. Это подтвердило ранее сделанный вывод о необходимости
обязательной тепловой обработки сока в процессе его предочистки.
Обе установки были установлены в линиях по производству соков и
напитков с целью их осветления. Для хорошей работы установок
необходимо сок, поступающий на микрофильтрацию, очистить от взвесей
12
и коллоидов до остаточного содержания осадка не более 0,6-1,0 % при
динамической вязкости не выше 1,2-1,8 10-3Пахс.
Таблица 3. Оптимальный режим ультрафильтрации яблочного сока
на аппаратах фильтр-прессового типа
Тип установки и мембран
Давление в Температу Скорость
системе, ра сока, °С сока над
МПа
мембрана
ми, мхС
1. Э-56 (ПКБ Пластмаш) мембраны
ацетатцеллюлозные УАМ-500М
(сок без обработки ферментами)
(Сок, обработанный ферментами, с
использованием турбулизатора)
2. А1-ОУС (ВНИЭКИПродмаш)
мембраны ацетатцеллюлозные
УАМ-450 М (сок, не обработанный
ферментами) мембраны
полисульфонамидные УПМ-450 на
ЛЭ (сок без ферментативной
обработки)
3. УФЗ-400 (ЧССР) мембраны эфирцеллюлозные Х-50-2,5-60 (сок без
ферментной обработки) мембраны
полисульфоновые ПЛ-25 (сок после
обработки ферментами)
4. Ф. ДДС-РО-Дивишэн (Дания)
мембраны полисульфоновые (сок с
пектином) сок после обработки
ферментами
Важным
качество
показателем
готового
0,4
32-35
1,13
41,5
0,4
32-35
2,5
80-94
0,3
30
2,4
35-45
0,2
47
2,0
20,0
0,3-0,4
35
0,5
13,3
0,3-0,4
50
до 1,0
15-20
0,5-0,7
45-50
2,0
40-45
0,5-0,7
45-50
2,0
85-90
технологичности
продукта.
Удельный
массовый
расход,
л/м-2, ч-1
В
производства
зависимости
от
является
избирательной
селективности и проницаемости мембран получают продукты с разным
химическим составом.
Для изучения качества соков применяли современные научные
методы анализа, такие как спектрофотометрию в УФ-видимой и ИКобластях, хроматографию, фотоколориметрию.
13
При оценке качества ультрафильтрационного (экспериментального)
сока контролем служил сок, полученный по действующей технологии с
применением для осветления пектолитических ферментов и желатина,
изготовленный из одной и той же партии сырья.
Результаты
исследований
физико-химического
состава
соков
представлены в таблице 4.
Таблица 4. Динамика физико-химического состава яблочного сока в
зависимости от способа его производства
Показатели
Сок осветленный
Дробленая
масса
Сок после
пресса
контроль
Эксперимент
13,20
13,2
13,00
13,00
12,45
11,20
0,080
0,002
0,07
12,50
11,23
0,040
следы
0,06
Массовая доля, %:
сухих веществ по
рефрактометру
сахара общего
сахара инвертного
азота общего
азота белкового
пектиновых веществ
полифенольных веществ,
10-3 %
спирта
взвесей
золы
Общая кислотность (в
пересчете на массовую долю
яблочной кислоты), %
Коллоиды, %:
общие
обратимые
необратимые
РН
Ароматические вещества (мл
Na2S203 на 100 г сока)
Мутность, Ф.Е.
12,70
11,27
0,109
0,018
0,97
12,59
11,19
0,096
0,006
0,10
158,00
91,84
72,80
69,71
0,096
0,34
0,16
1,40
0,28
0,26
0,11
0,23
0,16
0,00
0,25
0,60
0,60
0,60
0,60
3,34
0,578
0,234
0,344
3,34
0,334
0,208
ОД 26
3,34
0,280
0,190
0,070
3,34
21,7
11,25
10,23
11,25
-
128,55
8,69
0,00
Пищевая ценность сока в процессе производства изменяется
незначительно. Стабильными остаются основные показатели: сахар,
титруемая кислотность, рН.
14
В сравнении с исходным соком-полуфабрикатом (сок после пресса)
в осветленном соке уменьшается количество взвесей более чем в 10 раз.
Установлено, что свежеотжатый яблочный сок после пресса
содержит в 1 мм3 в среднем следующие частицы: целые клетки или
небольшие скопления размером 300-150 мкм - 11 шт., единичные целые и
разорванные клетки размером 150-45 мкм - 190 шт., обрывки клеток
размером менее 45 мкм составляют основную массу частиц сока после
пресса — 2728 шт. Контрольный сок содержит в основном частицы
коллоидной степени дисперсности размером менее 45 мкм - до 300 шт. И
только ультрафильтрация позволяет наиболее полно очистить сок от
взвешенных частиц, в нем содержится всего 34 частицы размером менее
45 мкм. Высокая степень очистки сока от взвешенных частиц
обеспечивает кристальную прозрачность продукта.
В осветленном соке уменьшается количество коллоидных веществ,
удаление которых и преследует цель осветления.
Общая сумма коллоидных веществ в контрольном соке уменьшается
на 40%, а в соке после ультрафильтрации на 50 % в основном за счет
удаления необратимых форм (которые выпадают в осадок при хранении).
Белковые вещества уменьшаются на 45 % в контрольном соке и до 100 %
(белковый азот) в экспериментальном соке. Удаление белковых веществ
из сока гарантирует его от помутнений при хранении. Представителями
белковых
веществ
являются
растворимые
аминокислоты.
Нами
исследована сохраняемость их в соках при осветлении. Результаты
приведены в таблице 5.
15
Таблица 5. Содержание аминокислот в 100 г яблочного сока
Аминокислоты
Сок
после
пресса
Лизин
Гистидин
Аргинин
Аспарагин
Треонин
Серин
Глютамин
Пролин
Глицин
Аланин
Валин
Метионин
Изолейцин
Лейцин
Тирозин
Фенилаланин
0,0352
0,0514
0,0244
0,0444
0,0156
0,0789
0,0436
0,0132
0,0160
0,0207
0,0260
0,0140
0,0424
0,0346
0,0094
0,0198
Сок осветленный
контроль
эксперимент
мг
0,0285
0,0447
0,0056
0,0086
следы
0,0847
0,0060
следы
0,0019
0,0036
0,0046
следы
0,0008
0,0161
0,0025
следы
0,0290
0,0400
0,0066
0,0074
следы
0,0884
0,0055
следы
0,0020
0,0036
0,0009
0,0072
0,0010
следы
0,0018
0,0082
В соке после пресса определено 16 аминокислот: лизин, гистидин,
аспарагин, аланин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, тирозин,
фенилаланин, аргинин, треонин, серии, глютамин, пролин, глицин, из них
семь незаменимых. Процессы осветления сока приводят к снижению
содержания
аминокислот.
Хорошую
сохраняемость
проявили
аминокислоты - лизин, гистидин. В соке, осветленном обоими методами,
содержится
11
аминокислот.
Ультрафильтрацией
задерживаются
аминокислоты - лейцин и валин. Фильтрованием на фильтр-прессах треонин, фенилаланин, метионин.
Пектиновые вещества уменьшаются на 30 % в контрольном соке, до
50% в соке после ультрафильтрации. Были проведены исследования по
изучению
характеристик
пектиновых
веществ,
выделенных
из
исследуемых соков. Чтобы установить, с какой молекулярной массой
16
пектиновые вещества задерживаются мембранами, была определена
молекулярная масса пектиновых препаратов. Она невысокая даже в
образцах пектиновых препаратов, выделенных из сока после пресса 18780, 15520, 14380. В препаратах, выделенных из контрольного сока 4560-3968, из ультрафильтрационного сока - 2844-2178, т.е. при
ультрафильтрации удаляются пектиновые вещества, молекулярная масса
которых больше 3000.
Качественный состав пектиновых препаратов изучали с помощью
ИК- спектроскопии (Рисунки 2-4).
Пектиновые препараты, выделенные из сока после пресса, имеют
интенсивную группу полос поглощения в области 1000-1200 см-1,
состоящую из пяти перекрывающихся полос характерных для пектиновых
веществ. В этой области для углеводов проявляются скелетные колебания
кольца, частоты V (С-О-С) пираноидного цикла и гликозидной связи. В то
же время спектр имеет пик при 1530 см-1, что относится к колебаниям
Амид II и подтверждает содержание белка. Не исключено, что в препарате
находится небольшое количество крахмала, так как интенсивность полосы
1020см-1 выше, чем при 1100 см-1 , что не характерно для чистого пектина.
Остальные пектиновые препараты, выделенные из яблочного сока после
технологической
обработки,
основываются
на
контуре
кривой,
расположенной в области спектра 950-1200 см-1 и содержат нейтральный
полисахарид
(крахмал),
некоторое
количество
белка
и
кислого
полисахарида (предположительно пектина).
Содержание
белка
в
выделенных
пектиновых
препаратах,
характеризуемое полосой спектра Амид II - 1530 см-1 и кислых
полисахаридов (пектина), идентифицированных по положению полосы X
(00) — 1740 см-1 , уменьшается в процессе технологической обработки, и
наименьшее их количество содержится в соке после ультрафильтрации.
Результаты ИК-спектроскопии полностью согласуются с данными
химического анализа.
17
Полифенольные вещества уменьшаются на 20 % в контрольном
соке, на 25 % - в соке после ультрафильтрации. При осветлении в
основном удаляются конденсированные формы полифенольных веществ,
которые образуются при извлечении сока из дробленой массы за счет
соприкосновения раздробленных тканей сырья с кислородом воздуха. Они
придают продукту темный цвет и при хранении выпадают в осадок,
образуя темные крупинки. Поэтому их удаление не ухудшает качество
продукта.
Очень
важным
компонентом
сока
являются
ароматические
вещества. Незначительное снижение их массовой доли при осветлении по
сравнению с соком после пресса не приводит к ухудшению аромата сока.
Сохраняемость ароматических веществ в соке, осветленном с помощью
мембран, более высокая.
В процессе осветления изменяется зольность сока, характеризующая
полноту его минерального состава.
Для выяснения влияния разных методов осветления на содержание в
соке наиболее важных минеральных веществ, исследовали химический
состав золы. В таблице 6 сведены результаты исследований, которые
свидетельствуют, что оба метода осветления приводят к снижению
содержания минеральных элементов в соке. Минеральный состав
ультрафильтрационного сока богаче выработанного по контрольной
схеме, в нем лучше сохраняются такие элементы как кальций, магний,
калий, фосфор. Хорошо сохраняются такие элементы как натрий, никель,
медь, марганец, цинк их содержание не меняется в процессе производства
соков. В яблочном соке из макроэлементов содержится больше калия
(35,0-33,28 %), меньше фосфора (0,88-0,74%); из микроэлементов на
порядок
больше
железа
(0,34-0,14%)
в
сравнении
с
другими
микроэлементами. Анализ данных по химическому составу соков показал,
что осветление соков с помощью ультрафильтрации приводит к
снижению содержания взвесей в соке, коллоидных веществ, однако по
18
пищевой ценности он не уступает соку, осветленному пектолитическими
ферментами.
19
100
Поглощение, %
80
60
40
20
0
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2300
2400
2500
2700
2900
3000
3300
3600
Волновое число, см-1
20
Рисунок 2
21
90
80
70
Поглощение, %
60
50
40
30
20
10
0
0
100
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3300
3600
-1
Волновое число, см
Рисунок 3
22
90
80
70
Поглощение, %
60
50
40
30
20
10
0
0
100
500
600
700
800
900
1000
1100 1200 1300
1400 1500
1600 1700
1800 1900 2000
2200 2400
2600 2800
3000 3200 3400
3600
Волновое число, см-1
Рисунок 4
23
Таблица 6. Минеральный состав яблочного сока, % в расчете на золу
Минеральные
элементы
Дробленая
масса
Кальций
Магний
Натрий
Калий
Фосфор
Никель
Медь
Марганец
Железо
Цинк
Кобальт, 10-4
Алюминий, 10-4
4,60
,30
1,19
35,00
1,08
0,01
0,04
0,02
0,22
0,02
0,48
0,42
Сок осветленный
Сок
после
контроль экспериментальный
пресса
4,50
2,10
3,93
4,40
2,88
3,70
1,09
1,00
1,10
35,00
33,28
34,38
0,88
0,74
0,81
0,01
0,01
0,008
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,19
0,14
0,34
0,02
0,01
0,02
0,45
0,42
0,42
0,40
0,39
0,14
Литература:
1.
Дубяга В.П. Состояние и перспективы развития мембранной
технологии – ж. Пластические массы, 2006.- №9 – с. 11-12.
2.
Каталог ЗАОНТЦ «Владипор», 2004. -17с.
3.
Кондрашов Г.А., Русанова Л.А.Регенерация жесткокаркасных
мембран при осветлении яблочного сока./Изв.ВУЗов Пищевая технология.
– 1993. - №3-4. – с.68-70.
4.
Корастилева Н.Н. Качество яблочного сока, осветленного на
минеральных мембранах/ Пищевая промышленность. – 1998. -№9. – с. 1617.
5.
Лейси Р. Технологические процессы с применением мембран. –
М.: Мир, 1995. – 275с.
6.
Русанова
Л.А.
Влияние
ультрафильтрации
на
микробиологическую стабильность сока/ Депон. в АгроНИИТЭИ
пищепром 24.06.91. №2423, ВИНИТИ. М.: -1991. - №10. с.83.
7.
Русанова Л.А. О режимах санитарной обработки мембран/
Пищевая промышленность. – 1999. - №4. – с.21-23.
24
8.
Троян З.А. Применение мембранной технологии для
осветления и стерилизации яблочного сока/ Консервная промышленность:
Сб. науч. тезн. рефератов ЦНИИТЭИ- Пищепром. – М.:1989. – с.13-18.
9.
Троян З.А., Русанова Л.А. Пищевая ценность и
микробиологические показатели яблочного сока после ультрафильтрации/
Пищевая промышленность. – 1989. - № 9-с.35-37.
25