СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ И КОНЦЕНТРИРОВАННОГО СОКА
METHOD FOR PRODUCTION OF NATURAL WATER AND CONCENTRATED JUICE

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологическим процессам получения биологически активных природной воды и концентрированного сока, и может быть использовано при разработке функциональных напитков и продуктов для детского, диетического и специального питания, получении восстановленного сока и производстве вина.
Известен способ переработки жидких пищевых продуктов путем выпаривания при давлении 10-1 Па и температуре не более 50°С [1]. Однако данный способ предназначен для концентрации продуктов, рассчитан на однократную загрузку выпарного устройства и не предусматривает непрерывного цикла переработки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения ароматизированной воды и концентрированного сока, включающий дистилляцию сока прямого отжима при давлении 10-1 Па и температуре не более 50°С, сбор и применение дистиллята в качестве природной ароматизированной воды [2].
Однако этот способ получения природной воды и концентрированного сока недостаточно эффективен, так как предназначен для разовой загрузки выпарного устройства и не позволяет организовать процесс дистилляции по непрерывному циклу.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности способа за счет организации процесса дистилляции по непрерывному циклу.
Это достигается тем, что способ получения природной воды и концентрированного сока характеризуется тем, что подают сок прямого отжима из загрузочной емкости в испаритель, выпаривают сок при давлении 10-1 Па и температуре до 50°С, конденсируют пар, охлаждают конденсат с получением дистиллята, который представляет собой природную воду, собирают дистиллят в основной сборник, отключают нагрев при снижении скорости поступления дистиллята в процессе выпаривания, выгружают концентрированный сок из испарителя в приемную емкость по окончании выпаривания и осуществляют следующий цикл, причем во время цикла собирают дистиллят в дополнительный сборник, подают воздух в приемную емкость и основной сборник, выгружают концентрированный сок из приемной емкости и природную воду из основного сборника, подают сок в загрузочную емкость из емкости с соком прямого отжима, уменьшают давление в загрузочной емкости, приемной емкости и основном сборнике до рабочего и осуществляют предварительный нагрев сока в загрузочной емкости до рабочей температуры сока в процессе выпаривания.
Подача сока прямого отжима из загрузочной емкости в испаритель позволяет осуществить его выпаривание.
Выпаривание сока, осуществляемое при давлении 10-1 Па и температуре до 50°С, минимизирует потери биологической активности при высокой производительности по выпаренной влаге.
Конденсация пара, образовавшегося при выпаривании, переводит влагу из парообразного в жидкое состояние, позволяя получать конденсат сока прямого отжима.
Охлаждение конденсата с получением дистиллята, который представляет собой природную воду плодово-ягодного сырья, облегчает условия работы вакуумного насоса, предохраняя его от проникновения паров воды.
Сбор дистиллята в основной сборник осуществляют через дополнительный, что позволяет по окончанию цикла выпаривания переключить сбор на дополнительный сборник.
Отключение нагрева при снижении скорости поступления дистиллята в процессе выпаривания позволяет существенно сократить подвод тепла к концентрированному соку и избежать его перегрева.
Выгрузка концентрированного сока из испарителя в приемную емкость по окончании выпаривания позволяет приступить к следующему циклу, не изменяя рабочего давления в выпарном устройстве.
Во время следующего цикла выпаривания выполняют подготовительные работы, обеспечивающие разгрузку и подготовку к приему следующей партии продуктов переработки сока приемной емкостью и основным сборником, а также загрузку и подготовку к выгрузке из загрузочной емкости в испаритель следующей партии сока прямого отжима. Исключение из цикла выпаривания подготовительных работ сокращает продолжительность цикла и повышает эффективность способа.
Сбор дистиллята в дополнительный сборник позволяет во время цикла выполнить работы по разгрузке основного сборника.
Подача воздуха в приемную емкость и основной сборник позволяет повысить давление в них до атмосферного и приступить к разгрузке приемной емкости и основного сборника.
Выгрузка концентрированного сока из приемной емкости и природной воды из основного сборника позволяет приступить к откачке приемной емкости и основного сборника.
Подача сока в загрузочную емкость из емкости с соком прямого отжима позволяет подготовить сок к загрузке в испаритель.
Уменьшение давления в загрузочной емкости, приемной емкости и основном сборнике до рабочего обеспечивает возможность для их подсоединения к выпарной установке, находящейся под вакуумом. Подсоединение позволяет, по окончании цикла выпаривания выгружать в вакууме концентрированный сок из испарителя в приемную емкость и природную воду из дополнительного сборника в основной и загружать в вакууме следующую партию сока прямого отжима из загрузочной емкости в испаритель.
Предварительный нагрев сока прямого отжима в загрузочной емкости до рабочей температуры сока в процессе выпаривания позволяет сократить продолжительность цикла на время подготовки сока к переходу в режим кипения при рабочем давлении испарителя, что повышает эффективность способа.
Способ осуществляют с помощью выпарного устройства. Схема устройства, готового к работе, приведена на чертеже, где 1-3 - вакуумные насосы; 4 - перерабатываемый сок; 5 - емкость с соком прямого отжима; 6 - загрузочная емкость; 7 - испаритель; 8, 9, 11, 16, 19, 25-29, 31 - вакуумные вентили; 10, 22 - электронагреватели; 12 - брызгоуловитель; 13 - паропровод; 14 - горизонтальный конденсатор; 15 - вертикальный конденсатор; 17 - трубопровод; 18 - дополнительный сборник; 20 - основной сборник; 21 - терморегулятор; 23 - прямоточный вакуумный клапан; 24 - приемная емкость; 30 - люк.
Способ осуществляют следующим образом.
Понижают давление в выпарном устройстве с помощью вакуумных насосов 1-3. В процессе откачки закачивают сок прямого отжима 4 из емкости 5 с соком, находящимся под атмосферным давлением, через загрузочную емкость 6 в испаритель 7. После загрузки испаритель отсекают от загрузочной емкости вентилем 8, закачивают сок в загрузочную емкость и вентилем 9 отсекают ее от емкости с соком 5. Понижают давление в выпарном устройстве до рабочего 10-1 Па и включают нагрев 10 испарителя. По достижении кипения при температуре не более 50°С отсекают насос 1 от загрузочной емкости вентилем 11, предохраняя насос от проникновения в него пара, и осуществляют выпаривание. В результате кипения сока давление в испарителе повышается. Под действием перепада давлений между испарителем и конденсатором, находящимся при рабочем давлении устройства, пар через брызгоуловитель 12 и паропровод 13 поступает в горизонтальный конденсатор 14 и конденсируется на его стенках. Конденсат, представляющий собой дистиллят сока прямого отжима, поступает в вертикальный конденсатор 15, охлаждается и через вентиль 16 по трубопроводу 17 через дополнительный сборник 18 и вентиль 19 поступает в основной сборник 20. В ходе цикла температуру в испарителе поддерживают с помощью терморегулятора 21. Перед окончанием дистилляции подогревают сок в загрузочной емкости нагревателем 22 до рабочей температуры сока в испарителе и отключают нагрев испарителя. Об окончании дистилляции судят по прекращению поступления дистиллята в сборник.
По окончании дистилляции отсекают испаритель от системы вакуумной откачки вентилем 16 и открывают прямоточный вакуумный клапан 23. Под совместным действием силы тяжести и перепада давлений концентрированный сок выгружают из испарителя в приемную емкость 24. После выгрузки приемную емкость отсекают клапаном от испарителя и вентилем 25 от насоса 1. Испаритель подключают к системе вакуумной откачки вентилем 16. Основной сборник отсекают от дополнительного сборника вентилем 19 и от насоса 2 вентилем 26. Следующую партию сока прямого отжима, подготовленного к переходу в режим кипения при рабочем давлении испарителя, загружают из емкости 6 через вентиль 8 в испаритель и отсекают загрузочную емкость от испарителя вентилями 8 и 27. Осуществляют следующий цикл дистилляции.
В ходе цикла подают воздух в приемную емкость через вентиль 28 и в основной сборник через вентиль 29. По достижении атмосферного давления выгружают концентрированный сок из приемной емкости через люк 30 и дистиллят из сборника 20 через вентиль 31. После выгрузки уменьшают давление до рабочего в приемной емкости насосом 1 при открытом вентиле 25 и в основном сборнике насосом 2 при открытом вентиле 26. Достижение рабочего давления подготавливает подсоединение приемной емкости к испарителю по окончании цикла и основного сборника к дополнительному в ходе цикла. По достижении рабочего давления подсоединяют основной сборник к дополнительному, сливают дистиллят из дополнительного сборника через вентиль 19 в основной и продолжают сбор в основной сборник в ходе цикла. За счет пониженного давления при открытом вентиле 9 подают следующую партию сока прямого отжима, находящегося под атмосферным давлением, в загрузочную емкость из емкости 5. После загрузки при перекрытых вентилях 9 и 25 и открытом вентиле 11 уменьшают давление в загрузочной емкости насосом 1 до рабочего давления в испарителе, отсекают насос 1 вентилем 11 и выравнивают давления в емкости и испарителе вентилем 27. Перед окончанием цикла подогревают сок в загрузочной емкости до рабочей температуры сока в испарителе.
По окончании цикла выпаривания осуществляют следующий. Продукты переработки используют в качестве биологически активной пищевой добавки и природной воды.
Испытания предлагаемого способа проведены при переработке яблочного сока прямого отжима с получением природной воды и концентрированного сока. В испытаниях использована вакуумная выпарная установка с рабочим объемом испарителя 40 л, оснащенная загрузочной и приемной емкостями, дополнительным сборником, независимыми системами вакуумной откачки и средствами контроля.
Насосами 1-3 понижено давление в выпарном устройстве. Используя пониженное давление, из емкости с соком в испаритель и загрузочную емкость подано по 10 л сока. По истечении 54 минут в выпарном устройстве достигнуто рабочее давление 10 Па и включен нагрев испарителя. При закипании сока загрузочная емкость отсечена от насоса 1 вентилем 11. Поступление дистиллята через дополнительный сборник в основной началось после 48 минут нагрева. В ходе дистилляции температура сока в испарителе составляла в среднем 46°С, давление в приемной емкости и в сборниках дистиллята снизилось до 6 Па. В установившемся режиме дистиллят поступал в сборник со скоростью 11 л/час. За 20 минут до окончания дистилляции включен подогрев сока в загрузочной емкости, температура которого к окончанию дистилляции достигла 46°С. Перед завершением дистилляции, когда ее скорость упала на порядок величины до 1 л/час, отключен нагрев испарителя. О завершении дистилляции судили по снижению скорости до прекращения поступления дистиллята в сборник. Переработка продолжалась 65 минут. Время дистилляции с начала откачки до прекращения конденсации составило 2 часа 47 минут, при этом подготовительные операции, связанные с откачкой выпарного устройства и прогревом сырья, заняли 1 час 42 минуты или 61% от общего времени дистилляции.
По окончании дистилляции испаритель отсечен от системы вакуумной откачки с помощью вентиля 16 и концентрированный сок выгружен из испарителя через прямоточный вакуумный клапан в приемную емкость под совместным действием силы тяжести и перепада давлений. После выгрузки приемная емкость отсечена от испарителя и насоса 1 и испаритель подсоединен к системе вакуумной откачки вентилем 16. Сок прямого отжима в количестве 10 л, подогретый в загрузочной емкости до 46°С, через вентиль 8 загружен в испаритель и загрузочная емкость отсечена от испарителя вентилями 8 и 27. Основной сборник отсечен от дополнительного сборника и насоса 2. Включен нагрев испарителя и осуществлен следующий цикл переработки. Время разгрузки и загрузки испарителя в вакууме составило 2 минуты.
В ходе цикла осуществлена подача воздуха в приемную емкость и основной сборник. По достижении атмосферного давления из приемной емкости через люк выгружено 2 кг концентрированного сока, а из основного сборника через вентиль 31 - 7,7 л дистиллята. После выгрузки давление уменьшено до рабочего давления в приемной емкости насосом 1 и в основном сборнике насосом 2. Основной сборник подсоединен через вентиль 19 к дополнительному. В результате подсоединения дистиллят, накопленный в дополнительном сборнике, слит в основной, и сбор дистиллята продолжен в основной сборник в ходе цикла. Следующая партия сока прямого отжима в количестве 10 л подана из емкости 5 в загрузочную емкость. После загрузки емкость отсечена от емкости с соком и давление в ней уменьшено насосом 1 до рабочего давления в испарителе. По достижении рабочего давления загрузочная емкость отсечена от насоса 1 и давление в ней выровнено с давлением в испарителе вентилем 27. За 20 минут до окончания цикла сок в загрузочной емкости подогрет до температуры 46°С, соответствовавшей рабочей температуре сока в испарителе.
По окончании цикла, продолжавшегося 65 минут, осуществлен следующий цикл. Исключение из цикла подготовительных работ, связанных с подачей воздуха, откачкой испарителя и сборника дистиллята и нагревом сока до температуры кипения при рабочем давлении испарителя, сократило продолжительность цикла в 2,5 раза с 2 часов 47 минут до 67 минут.
Технический результат способа заключается в сокращении продолжительности цикла дистилляции за счет исключения из него подготовительных операций, связанных с изменением давления в выпарном устройстве при загрузке сока прямого отжима, выгрузке дистиллята и концентрированного сока и нагревом загруженного сока до перехода в режим кипения.
Источники информации
1. Патент RU№2276314 С1, опубл. 10.05.2006.
2. Патент RU №2351238 С1, опубл. 10. 04.2009 - прототип.