Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

Transcript

1 Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Α. Η. Χαραλαμπόπουλος Χημικός Μηχανικός, Ε.Μ.Π., MSc. Chem.Eng. Univ. of Aston in Birmingham UK τ. Δ/ντης Εργοστασίου Ελαΐς Unilever, Business Consultant ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι φυσικές διεργασίες έχουν πολλαπλές εφαρμογές στη βιομηχανία των τροφίμων σε αναμίξεις, διαχωρισμούς (απόσταξη, εκχύλιση, διήθηση, φυγοκέντριση, κλασμάτωση), μεταφορά θερμότητας και μεταφορά μάζας. Στην επεξεργασία λιπών και ελαίων εφαρμόζεται η απόσταξη με υδρατμούς σε υψηλό κενό για την απόσμηση και αποξίνιση των ελαίων, που είναι και η κεντρική διεργασία στην διαδικασία του εξευγενισμό κυρίως των σπορελαίων αλλά και του μειονεκτικού παρθένου ελαιολάδου. Πέραν αυτού χρησιμοποιείται η φυγοκέντριση στην απομάκρυνση των σαπώνων κατά τον χημικό εξευγενισμό, η διήθηση στον αποχρωματισμό και βέβαια σε μεγάλη έκταση η ανάδευση με αναδευτήρα σε δεξαμενές ή με στατικούς αναμίκτες και η εναλλαγή θερμότητας με πλακοειδείς ή σωληνωτούς εναλλάκτες θερμότητας ή εναλλάκτες αποξεόμενης επιφάνειας. Για την ανάμιξη με διηθητικό υλικό σε μορφή σκόνης έχουν χρησιμοποιηθεί συστήματα πνευματικής μεταφοράς με κενό. Σε μικρότερη έκταση έχει χρησιμοποιηθεί η ξήρανση με κενό, η αφαίρεση αέρα σε σταθεροποιημένη κλίνη με εφαρμογή κενού, η αποξίνιση με εκχύλιση και η κλασμάτωση στον διαχωρισμό υγρών από στερεά κλάσματα φοινικελαίου. Ειδικότερα στην παρασκευή μαργαρινών έχει εφαρμοστεί η κρυστάλλωση με ψύξη και έντονη ανάδευση. Στην παραγωγή τοματοπολτού ή πολτού φρούτων έχει εφαρμοστεί η πολτοποίηση σε περιστρεφόμενα κόσκινα και η συμπύκνωση. Σε όλες τις τεχνολογίες έχουν κατά κόρον χρησιμοποιηθεί φυγοκεντρικές αντλίες, εμβολοφόρες αντλίες, αντλίες λοβού, αντλίες υγρού δακτυλίου για τη δημιουργία κενού και αντλίες κοχλία. Στην εφαρμογή κενού έχουν χρησιμοποιηθεί εκχυτήρες ατμού. Στην ψύξη κατά την κρυστάλλωση των μαργαρινών χρησιμοποιείται αμμωνία. Στην ανάμιξη ξηρών κόνεων για την παρασκευή μιγμάτων για σούπες σε σκόνη, έχουν βρει εφαρμογή ειδικοί κωνικοί αναμίκτες με κοχλιωτή ανάδευση. Γενικά παρατηρείται μια προτίμηση στις φυσικές διεργασίες αντί των χημικών, οι οποίες έχουν γενικά κατηγορηθεί σαν επιβλαβείς για την υγεία. Έτσι έχει αντικατασταθεί ο χημικός με τον φυσικό εξευγενισμό και η υδρογόνωση με την κλασμάτωση. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι φυσικές διεργασίες χρησιμοποιούνται σε μεγάλη έκταση στην παραγωγική διαδικασία των τροφίμων. Η εργασία αυτή εστιάζεται στην επεξεργασία των ελαίων με σύντομες αναφορές και σε άλλες όπως στην επεξεργασία των χυμών και των προϊόντων σε μορφή σκόνης. Ο κύριος ρόλος των φυσικών διεργασιών είναι ο διαχωρισμός και η ανάμιξη. Συμπληρωματικά οι φυσικές διεργασίες βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στην εξοικονόμηση 1

2 ενέργειας. Τέλος, βοηθητικός αλλά και απόλυτα απαραίτητος, είναι ο ρόλος των φυσικών διεργασιών στη μεταφορά μάζας. Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε από την αρχή, ότι δεν υπάρχει σαφής και απόλυτος διαχωρισμός των φυσικών από τις χημικές διεργασίες στην πράξη. Λεπτομερής και σε βάθος διερεύνηση προβλημάτων και εν γένει φαινομένων που παρατηρούνται στις φυσικές διεργασίες, έχουν αναδείξει πολύπλοκους μηχανισμούς χημικών αντιδράσεων, που λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα και απολύτως αλληλένδετα με τις φυσικές διεργασίες. Εξ αιτίας αυτού, μερικές φορές, έχουν τροποποιηθεί και βελτιωθεί κατάλληλα αρκετές φυσικές διεργασίες. Οι φυσικές διεργασίες έχουν στα τελευταία χρόνια χρησιμοποιηθεί σε ιδιαίτερα μεγάλη έκταση λόγω της φιλικά προσκείμενης κοινής γνώμης, η οποία έχει απογοητευτεί ή καλύτερα φοβηθεί από τους εκ των υστέρων χαρακτηρισμούς πολλών χημικά παραγόμενων ουσιών ως καρκινογόνων. Ας προστεθούν στο παραπάνω και τα ατυχήματα στα χημικά εργοστάσια, με πρόσφατη την έκρηξη στο εργοστάσιο λιπασμάτων στο Τέξας, που ερήμωσε την γύρω περιοχή. Στα παρακάτω κεφάλαια θα περιγραφούν μερικές σημαντικές εφαρμογές των φυσικών διεργασιών στη βιομηχανία των τροφίμων ομαδοποιημένες γύρω από τον σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιούνται. ΑΠΟΣΜΗΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΞΙΝΙΣΗ ΛΑΔΙΩΝ Τα λάδια είναι τριγλυκερίδια (τριεστέρες της τριόλης γλυκερίνης με οργανικά οξέα) και παράγονται από τη φύση στους καρπούς ορισμένων και στους σπόρους σχεδόν όλων των φυτών αφ ενός, και αφ ετέρου στο λίπος των ζώων. Επικεντρώνοντας στα φυτικά λάδια, η παραγωγή τους γίνεται με μηχανική θραύση και έκθλιψη των καρπών ή των σπόρων των φυτών, συνήθως ακολουθούμενη από εκχύλιση. Μεταξύ των πιο διαδεδομένων λαδιών είναι το ελαιόλαδο, το ηλιέλαιο, το καλαμποκέλαιο και το φοινικέλαιο. Με εξαίρεση του ελαιολάδου και μικρών ποσοτήτων ηλιελαίου που παράγονται με έκθλιψη, και μάλιστα με ψυχρή έκθλιψη, και τα οποία καταναλώνονται ωμά, τα υπόλοιπα λάδια χρειάζονται επι πλέον επεξεργασία για να απαλλαγούν από χρωστικές και οσμηρές ουσίες καθώς και από την οξύτητα. Οι ουσίες αυτές δημιουργούνται είτε σαν προϊόντα οξείδωσης με μορφή κετονών είτε σαν προϊόντα υδρόλυσης με μορφή ελεύθερων λιπαρών οξέων. Η απομάκρυνση των οσμηρών ουσιών γίνεται με απόσταξη με τη χρήση υδρατμών σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία (190 0 C) και σε υψηλό κενό (4 mbar). Ο ρόλος των υδρατμών είναι να προκαλέσουν έντονη ανάδευση στο λάδι και να επιταχύνουν την απόσταξη των οσμηρών ουσιών από όλη τη μάζα του λαδιού. Αρχικά ο εξοπλισμός περιλάμβανε έναν αποσμητή, που ήταν ένα δοχείο 10 τόνων, όπου η είσοδος του ατμού γινόταν από ακροφύσιο στον πυθμένα του δοχείου και το κενό εξασφαλιζόταν από ένα σύστημα εκχυτήρων, συνήθως δύο εν σειρά, ακολουθούμενων από κυκλώνα και πλυντρίδα, για την απομάκρυνση των σταγόνων του λαδιού, που συμπαρασύρονταν από τους υδρατμούς, και στη συνέχεια από βαρομετρικούς συμπυκνωτές (εκχυτήρες με τζετ νερού) για την υγροποίηση και απομάκρυνση των υδρατμών, 2

3 καταλήγοντας στο τέλος σε μια αντλία κενού, συνήθως του τύπου του υγρού δακτυλίου. Η διαδικασία της απόσμησης ήταν ασυνεχής (batch) και διαρκούσε 3-4 ώρες. Τα στάδια ήταν κατά σειρά: φόρτωμα του λαδιού προθερμασμένου στους 60 0 C, θέρμανση στους C υπό κενό, απόσταξη με υδρατμούς υπό κενό, ψύξη στους 30 0 C, εκκένωση υπό κενό. Το κενό χρησιμεύει πέραν από την απόσταξη, για να προστατεύσει το λάδι από οξειδώσεις σε θερμοκρασίες πάνω από 30 0 C. Οι σύγχρονοι αποσμητές είναι συνεχούς ή ημισενεχούς λειτουργίας και περιγράφονται παρακάτω. Η πρωταρχική μέθοδος αποξίνισης ήταν χημική και γινόταν με σαπωνοποίηση των ελεύθερων λιπαρών οξέων με την προσθήκη αραιού διαλύματος καυστικής σόδας. Η μέθοδος αυτή, πέραν του χαρακτηρισμού της σαν χημική, είχε σαν παραπροϊόν τη σαπωνόμαζα, η οποία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απ ευθείας στην παραγωγή σαπουνιού. Έτσι, η χημική αποξίνιση ή εξουδετέρωση, ακολουθιόταν από ένα στάδιο διάσπασης με θειικό οξύ. Η χημική αυτή διεργασία παρήγαγε λιπαρά οξέα και ένα σύνολο αποβλήτων που απαιτούσαν ιδιαίτερα δύσκολη επεξεργασία. Η σύγχρονη μέθοδος αποξίνισης γίνεται με απόσταξη σε θερμοκρασία C έως C, όπου αποστάζουν τα ελεύθερα λιπαρά οξέα. Η μέθοδος ονομάζεται επισήμως φυσική απόσμηση. Ο αποσμητής πλέον είναι ανοξείδωτος και το κενό είναι χαμηλότερο (1,5 2,0 mbar) για να προστατεύεται το λάδι στις υψηλές θερμοκρασίες. Τα λιπαρά οξέα πλέον παραλαμβάνονται στην πλυντρίδα μαζί με το λάδι, που συμπαρασύρεται κατά την απόσταξη. Έτσι δεν συντρέχει λόγος παραπέρα επεξεργασίας τους. Το σημαντικότερο όμως είναι ότι ο αποσμητής είναι πλέον μια αποστακτική στήλη με 7 δίσκους που εργάζεται σε ημισυνεχή ή συνεχή λειτουργία. Στον πρώτο δίσκο γίνεται η προθέρμανση στους C, στον δεύτερο το λάδι θερμαίνεται στους C έως C, στον τρίτο, τέταρτο και πέμπτο δίσκο Σχ.1 Αποσμητής ημισυνεχούς λειτουργίας - μοντέλο γίνεται η απόσμηση / αποξίνιση, στον έκτο η ψύξη στους C και στον έβδομο η ψύξη στους 60 0 C. Η λειτουργία λέγεται ημισυνεχής, διότι κάθε 20 αδειάζει κάθε δίσκος στον επόμενό του. Με τον αποσμητή ημισυνεχούς λειτουργίας επιτυγχάνεται μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας, διότι το εισερχόμενο λάδι θερμαίνεται μέχρι τους C από το εξερχόμενο λάδι που ψύχεται αντίστοιχα. Η ανάκτηση θερμότητας γίνεται με κλειστό κύκλωμα ανακυκλοφορίας νερού Σχ.2. Αίθουσα ελέγχου αποσμητή Σχ.1α. Αποσμητής ημισυν. λειτ. σε εγκατάσταση μεταξύ του 1 ου και 6 ου δίσκου. Βεβαίως, όπως είναι πλέον αντιληπτό, μια τέτοια αποστακτική στήλη κατευθύνεται από μεγάλης κλίμακας κατανεμημένο αυτοματισμό ελέγχου και 3

4 συντονισμού (Distributed Control System DCS). Η εφαρμογή του παραπάνω συστήματος της φυσικής απόσμησης εφαρμόστηκε στην δεκαετία του 1980 στην πράξη και ανάδειξε σε λίγο καιρό τα όριά της. Παρατηρήθηκε ότι η αποξίνιση των λαδιών με σχετικά υψηλή οξύτητα δημιουργεί κηρούς, δηλαδή εστέρες λιπαρών οξέων με αλειφατικές αλκοόλες. Η χημική αυτή αντίδραση λαμβάνει χώρα στις υψηλές θερμοκρασίες της αποξίνισης και όταν το ποσοστό των λιπαρών οξέων είναι υψηλό προλαβαίνουν πριν αποστάξουν να δημιουργήσουν κηρούς. Οι κηροί καθαυτοί δεν είναι επιβλαβείς στην υγεία, αλλά δημιουργούν θολώματα σε χαμηλές θερμοκρασίες και, το σημαντικότερο, αυξάνουν την περιεκτικότητα των κηρών πάνω από το όριο των 350 mg/kg, που ισχύει για το ελαιόλαδο. Για το φαινόμενο αυτό έχουν δοκιμαστεί δύο φυσικές διεργασίες. Η πρώτη είναι τροποποίηση του φυσικού εξευγενισμού και περιλαμβάνει ένα στάδιο flash evaporation με πολύ σύντομη παραμονή του λαδιού σε πολύ υψηλή θερμοκρασία υπό υψηλό κενό. Η μέθοδος έχει εφαρμοστεί εμπορικά και λέγεται soft column deodorization. Η δεύτερη χρησιμοποιεί την εκχύλιση των λιπαρών οξέων με αιθανόλη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ακολουθούμενη από την ανάκτηση της αιθανόλης με απόσταξη στους 90 0 C. Η δεύτερη μέθοδος λέγεται mild refining και έχει εφαρμοστεί εμπορικά για το φοινικέλαιο και πειραματικά για το μειονεκτικό παρθένο ελαιόλαδο. ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΦΩΣΦΑΤΙΔΙΩΝ (ΛΕΚΙΘΙΝΗΣ) Η απομάκρυνση των φωσφατιδίων είναι ένα στάδιο του εξευγενισμού των λαδιών που προηγείται της αποξίνισης απόσμησης. Είναι μια συνεχής διεργασία, η οποία περιλαμβάνει ενυδάτωση των φωσφατιδίων των σπορελαίων με αραιό διάλυμα καυστικού νατρίου ακολουθούμενη από τη φυγοκέντριση των δημιουργούμενων μικκυλίων. Το στάδιο αυτό συνήθως ακολουθείται, για πλύσιμο, από μια σειρά άλλων δύο σταδίων, όπου το λάδι αναμιγνύεται σε συνεχή ροή με μικρή ποσότητα νερού σε στατικό αναμίκτη και στη συνέχεια φυγοκεντρίζεται. Η εγκατάσταση αυτή με μερικές προσαρμογές χρησιμοποιείται και για χημικό εξευγενισμό με συνεχή ροή, όπου αντί λεκιθίνης ο φυγοκεντρικός διαχωριστής απομακρύνει τους παραγόμενους σάπωνες. Ο φυγοκεντρικός διαχωριστής χρησιμοποιείται ευρέως και στα ελαιοτριβεία είτε για την απομάκρυνση του ελαιοπυρήνα μετά τους μαλακτήρες, είτε για την παραλαβή του ελαιολάδου, όπου το ξεπλένει από τα τελευταία ίχνη υγρασίας και υπολειμμάτων του περικαρπίου της ελιάς (μούργα). Σχ.3 Φυγοκεντρικός διαχωριστής ΑΠΟΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΣ Ο αποχρωματισμός είναι μια φυσική διεργασία προσρόφησης των χρωστικών ουσιών του λαδιού. Το στάδιο αυτό παρεμβάλλεται μεταξύ της απομάκρυνσης των φωσφατιδίων και της αποξίνισης / απόσμησης. Η διεργασία περιλαμβάνει την ανάμιξη του λαδιού με 4

5 Σχ.4 Φίλτρο διήθησης λευκαντικής γης λευκαντική γη (γη διατόμων ενεργοποιημένη ή όχι) σε θερμοκρασία 90 0 C και ελαφρό κενό (140 mbar), ακολουθούμενη από διήθηση σε φίλτρα συγκράτησης και δημιουργίας πλακούντα. Ο αποχρωματισμός εφαρμόζεται σε όλα τα σπορέλαια και στο μειονεκτικό παρθένο ελαιόλαδο. Η διαδικασία περιλαμβάνει πνευματική μεταφορά της λευκαντικής γης, ανάμιξη σε ειδικούς αναμίκτες 15 τόνων, θέρμανση και παραμονή στους 90 0 C για λίγη ώρα, διέλευση από το φίλτρο με ανακυκλοφορία μέχρι να σχηματιστεί ο πλακούντας και στη συνέχεια φιλτράρισμα του περιεχομένου λαδιού στον αναμίκτη. Το φίλτρο στη συνέχεια αδειάζει από το υπόλοιπο λάδι, φυσιέται με ατμό και άζωτο για την ανάκτηση του μεγαλύτερου μέρους του λαδιού που κατακρατά ο πλακούντας και τέλος αποβάλλει τον πλακούντα με δόνηση. Η χρησιμοποιημένη λευκαντική γη μεταφέρεται με κοχλία σε συγκεκριμένα σιλό και παραδίδεται σε αδειοδοτημένο ανακυκλωτή. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΑΡΓΑΡΙΝΗΣ Η παραγωγή μαργαρίνης είναι μια φυσική διεργασία, που βασίζεται στην κρυστάλλωση. Η μαργαρίνη είναι απομίμηση του ζωικού βουτύρου με βάση τα φυτικά λάδια. Είναι ένα κρυσταλλικό στερεό σε συνθήκες περιβάλλοντος και παράγεται από γαλάκτωμα που περιέχει από 40% έως 80% φυτικά λάδια και το υπόλοιπο είναι νερό και πρόσθετα, δηλαδή γαλακτωματοποιητές, βιταμίνες και προϊόντα γαλακτικής ζύμωσης. Η παρασκευή του γαλακτώματος γίνεται με συνεχή ανάμιξη της υδατικής και της λιπαρής φάσης σε μια δοσολογική αντλία ακριβείας. Το γαλάκτωμα σταθεροποιείται με ψύξη σε εναλλάκτες αποξεόμενης επιφανείας και οι οποίοι είναι εμβαπτισμένοι σε μπάνιο υγρής αμμωνίας. Καθώς η αμμωνία παράγει ψυκτικό έργο εξατμιζόμενη και απομακρυνόμενη, συμπληρώνεται συνεχώς με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού πλωτηροδιακόπτη. Το γαλάκτωμα της μαργαρίνης κυκλοφορεί ανάμεσα σε δύο συγκεντρικούς κυλίνδρους, ο εξωτερικός των οποίων ψύχεται από την αμμωνία και ο εσωτερικός φέρει στην επιφάνειά του πλαστικά μαχαίρια, τα οποία αποξέουν το γαλάκτωμα, που κρυσταλλώνεται στην εσωτερική Σχ.5 Μηχάνημα ψύξης μαργαρίνης επιφάνεια του εξωτερικού κυλίνδρου. Οι ψυκτικές αυτές μονάδες λέγονται A-units από τους κρυστάλλους μορφής α που παράγουν. Αυτοί οι κρύσταλλοι είναι μετασταθείς και αναδιατάσσονται σε μορφή β κρυστάλλων σε κυλίνδρους «ανάπαυσης» της μαργαρίνης και οι οποίοι λέγονται B- units. Οι διαστάσεις των Α και Β units υπολογίζονται από την ταχύτητα παραγωγής, την ταχύτητα κρυστάλλωσης του γαλακτώματος, που εξαρτάται από το μίγμα των λιπαρών της λιπαρής του φάσης και το ποσοστό της συμμετοχής της στο Σχ. 6 Μαχαίρια απόξεσης μαργαρίνης γαλάκτωμα. Για τους υπολογισμούς αυτούς και την επιλογή των συνθηκών παραγωγής 5

6 της μαργαρίνης έχουν δημιουργηθεί μοντέλα εξομοίωσης του φαινομένου της κρυστάλλωσης. Ας σημειωθεί επίσης, ότι η μαργαρίνη σε ρευστοστερεή μορφή είναι μη νευτώνειο ρευστό. Επίσης, η ταχύτητα κρυστάλλωσής της στην τελική μορφή των κρυστάλλων, που είναι ένα φαινόμενο εξώθερμο, συνεχίζεται και στην αποθήκευσή της μετά τη συσκευασία της για αρκετές ημέρες. Αυτό εξηγεί και το γεγονός της σκλήρυνσης της μάζας της. Ένα πρόβλημα που χρειάστηκε να επιλύσουμε στην Ελαΐς, όταν τροποποιήσαμε την παραγωγή της επαγγελματικής μαργαρίνης, επενδύοντας σε νέο εξοπλισμό, ήταν η παρουσία αέρα στο γαλάκτωμα. Όταν το γαλάκτωμα περιέχει διαλυμένο αέρα πάνω από ένα ποσοστό, δεν μπορεί να κρυσταλλώσει ομοιογενώς. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να χάνει τις πλαστικές της ιδιότητες η μαργαρίνη και να μη μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα μηχανήματα lamination για την παρασκευή της ζύμης σφολιάτας. Το πρόβλημα λύθηκε όταν προτάξαμε έναν απαερωτή, ο οποίος είναι ένα δοχείο με σταθερή κλίνη από μικρούς ανοξείδωτους κυλινδρίσκους υπό κενό περίπου 140 mbar. Οι κυλινδρίσκοι χρησιμοποιήθηκαν για να προκαλέσουν επαύξηση της Σχ.7 Απαερωτής επιφανείας του γαλακτώματος, ώστε να επιταχυνθεί η αφαίρεση του διαλυμένου αέρα. ΦΙΛΤΡΟ ΥΠΕΡΔΙΗΘΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΚΗΡΩΣΗ ΤΟΥ ΗΛΙΕΛΑΙΟΥ Το ηλιέλαιο έχει υψηλό ποσοστό κηρών που προκαλούν θολώματα στο προϊόν. Οι κηροί προέρχονται από το κέλυφος του σπόρου και συνεκχυλίζονται με το λάδι. Για την απομάκρυνσή τους, το αποσμημένο λάδι ψύχεται σε χαμηλή θερμοκρασία και διηθείται με διέλευση μέσα από modules που περιέχουν δέσμες από πολυμερείς σωληνίσκους με μικρούς πόρους. Κατά τη διέλευση του λαδιού από τους πόρους οι κηροί εναποτίθενται στην εξωτερική επιφάνεια των σωληνίσκων. Μετά από παρέλευση λεπτών, εφαρμόζεται η αντίστροφη ροή ζεστού ηλιελαίου, ώστε να απομακρυνθούν οι κηροί. Το εμπλουτισμένο σε κηρούς ηλιέλαιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή μαργαρίνης. Σχ.8. Φίλτρο υπερδιήθησης ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΤΟΜΑΤΟΧΥΜΟΥ Στην παραγωγή τοματοπολτού το σημαντικότερο στάδιο είναι η διεργασία της συμπύκνωσης του χυμού, όπως παράγεται μετά τη θραύση και την διέλευση του τοματοχυμού μέσα από τα κόσκινα κατακράτησης των σπόρων και του φλοιού. Ο παραγόμενος χυμός έχει 4-5 brix (ποσοστό σακχάρων) και συμπυκνώνεται σε 7, 22 ή 36 brix (απλή, διπλή ή τριπλή συμπύκνωση αντίστοιχα). Σχ.9 Συμπυκνωτής χυμών 6

7 Η συμπύκνωση γίνεται με θέρμανση από υδρατμούς 8 12 bar συνήθως σε κενό 140 mbar. Η συμπύκνωση είναι δυο ή τριών σταδίων. Στη συμπύκνωση 2 σταδίων ο ατμός, που εξατμίζεται από τον τοματοχυμό στο πρώτο στάδιο, κατευθύνεται στον εναλλάκτη του δεύτερου σταδίου, όπου σε χαμηλότερη πίεση παράγει παραπέρα έργο εξάτμισης, αυξάνοντας έτσι τον βαθμό Σχ.10 Συμπύκνωση 2 σταδίων απόδοσης της εγκατάστασης. Ο ατμός και ο τοματοχυμός μπορεί να προχωρούν καθ ομορροή ή κατ αντιρροή. Στην πρώτη περίπτωση ο χυμός και ο ατμός μπαίνουν μαζί στην πρώτη βαθμίδα και μετά ο μεν ατμός που συμπυκνώνεται απομακρύνεται, ο δε παραγόμενος ατμός από την εξάτμιση του τοματοχυμού προχωρά στο δεύτερο στάδιο μαζί με τον μερικά συμπυκνωμένο χυμό. Στην δεύτερη περίπτωση ο τοματοχυμός εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο και εξέρχεται από το πρώτο. Το σημαντικό που πρέπει να προσεχτεί είναι, πέραν του καλού βαθμού ενεργειακής απόδοσης, να μην υπερθερμανθεί ο τοματοχυμός, ειδικά το μέρος του που βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας. Ο λόγος είναι ότι τότε προχωρούν οι χαρακτηριστικές αντιδράσεις καραμελοποίησης των περιεχόμενων ζαχάρων, γνωστές και σαν αντιδράσεις Maillard, οι οποίες υποβαθμίζουν την ποιότητα του συμπυκνωμένου τοματοπολτού σκουραίνοντας το κόκκινο χρώμα και αλλoιώνοντας το άρωμα. Εντελώς αντίστοιχα με τον τοματοχυμό, ο φρουτοχυμός (χυμός μήλου, ροδάκινου, αχλαδιού, βερίκοκου, ακτινίδιου) συμπυκνώνεται σε χυμό απλής (11-13 brix) ή διπλής συμπύκνωσης (30-32 brix) χρησιμοποιώντας τον ίδιο εξοπλισμό. ΑΛΛΕΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Αναμίκτες τύπου Nauta Σχ. 11. Αναμίκτης τύπου Nauta Μαλακτήρες ελαιόκαρπου Οι αναμίκτες αυτοί χρησιμοποιούνται στην ανάμιξη ξηρών κόνεων. Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μιγμάτων σκόνης για σούπες ή για κύβους μαγειρικής. Είναι κωνικά δοχεία απλού ή διπλού κοχλία ο οποίος περιστρέφεται αφ ενός γύρω από τον άξονά του και αφ ετέρου έκκεντρα γύρω από τον άξονα του κωνικού δοχείου. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται διπλή ανάμιξη. Με την πρώτη περιστροφή η σκόνη ωθείται προς τα πάνω και με τη δεύτερη κινείται περιστροφικά στο κωνικό δοχείο. Η διαδικασία της ανάμιξης σταματά πριν αρχίσει πάλιν ο διαχωρισμός των συστατικών (segregation). Η μάλαξη του ελαιοκάρπου είναι το επόμενο στάδιο μετά τον σπαστήρα του καρπού. Ο μαλακτήρας είναι ένα οριζόντιο δοχείο, που φέρει στο εσωτερικό του Σχ.12. Μαλακτήρας ελαιοκάρπου 7

8 αξονικό αναδευτήρα με δύο έλικες, μια αριστερόστροφη και μια δεξιόστροφη. Με την αργή περιστροφή του αναδευτήρα συμπιέζεται και βγαίνει το ελαιόλαδο, οπότε δημιουργείται ένα ρευστοστερεό διφασικό σύστημα σε περίπου 10 με 15, το οποίο προωθείται συνήθως με monopump προς το decanter, που είναι ένας φυγοκεντρικός διαχωριστής της στερεάς φάσης, δηλαδή του ελαιοπυρήνα και της υγρής ελαιώδους φάσης. Κλασμάτωση φοινικελαίου Το φοινικέλαιο περιέχει ένα ευρύτατο φάσμα τριγλυκεριδίων, προερχομένων από μεγάλη ποικιλία οργανικών οξέων. Τα πιο μεγαλομοριακά τριγλυκερίδια έχουν αρκετά υψηλό σημείο τήξεως και, επειδή περιέχονται σε αρκετά μεγάλες συγκεντρώσεις, μπορούν με διαχωριστούν με κλασμάτωση σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Τα βαρύτερα κλάσματα είναι στερεά σε συνθήκες θερμοκρασίας περιβάλλοντος και χρησιμοποιούνται σαν υποκατάστατα των υδρογονωμένων λαδιών. Η παραγωγή των τελευταίων έχει σχεδόν εξαλειφθεί, επειδή παράλληλα με την υδρογόνωση των διπλών ή τριπλών δεσμών γίνονται και trans ισομερειώσεις, που παράγουν τα γνωστά πλέον trans ισομερή τα οποία προκαλούν σε βάθος χρόνου τη στεφανιαία νόσο της καρδιάς. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο κύριος ρόλος των φυσικών διεργασιών είναι ο διαχωρισμός και η ανάμιξη. Βοηθητικός αλλά και απόλυτα απαραίτητος, είναι ο ρόλος των φυσικών διεργασιών στη μεταφορά μάζας είτε με αντλήσεις σε ρευστά υλικά είτε με πνευματική μεταφορά σε σκόνες. Οι φυσικές διεργασίες βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στην εξοικονόμηση ενέργειας, ειδικά εκεί που μπορούν από την παραγωγική διαδικασία οι θερμές ροές να συμπέσουν με τις ψυχρές. Οι φυσικές διεργασίες έχουν δημιουργήσει καλύτερη εικόνα συγκριτικά με τις χημικές διεργασίες και γενικά προτιμούνται στην παραγωγή. Δεν υπάρχει σαφής και απόλυτος διαχωρισμός των φυσικών από τις χημικές διεργασίες στην πράξη. Αν και το αντίστροφο είναι περισσότερο προφανές, λεπτομερής και σε βάθος διερεύνηση ορισμένων φαινομένων που παρατηρούνται στις φυσικές διεργασίες, έχουν αναδείξει πολύπλοκους μηχανισμούς χημικών αντιδράσεων, που λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα και απολύτως αλληλένδετα με τις φυσικές διεργασίες. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα σε συνθήκες αποκλίνουσες από τις συνηθισμένες και περισσότερο σε υψηλές θερμοκρασίες. Εξ αιτίας αυτού, μερικές φορές, έχουν τροποποιηθεί και βελτιωθεί κατάλληλα αρκετές φυσικές διεργασίες.. 8