ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

Transcript

1 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Συμπύκνωση Τι είναι η συμπύκνωση Είναι η διαδικασία με την οποία απομακρύνουμε μέρος της υγρασίας του τροφίμου, αφήνοντας όμως αρκετή ώστε αυτό να παραμένει ρευστό (> 20-30%). Εφαρμόζεται σε ρευστά τρόφιμα τα οποία θα διατεθούν στην κατανάλωση ως τέτοια: Γάλα, εκχυλίσματα φρούτων & λαχανικών Χυμοί Καφές, Τσάϊ Συμπυκνώματα ζαχαροπλαστικής 1

2 Λόγοι εφαρμογής της Συμπύκνωσης Μείωση κόστους συσκευασίας, μεταφοράς και αποθήκευσης (μείωση όγκου & βάρους) Προστασία του προϊόντος από μικροβιακή υποβάθμιση (μείωση a w ) Σαν προκαταρκτικό στάδιο της αφυδάτωσης (άρα συνολικά μειωμένο κόστος) Απαραίτητο στάδιο σε ορισμένες περιπτώσεις επεξεργασίας τροφίμων (συμπύκνωση ζάχαρης, αύξηση αλκοολικού βαθμού) Παραγωγή νέων προϊόντων και αξιοποίηση γεωργικής υπερπαραγωγής. Έλεγχος & τρόποι συμπύκνωσης Την εξέλιξη της διαδικασίας συμπύκνωσης ενός προϊόντος την αξιολογούμε με την μέτρηση της περιεκτικότητας σε υγρασία και σε διαλυτά στερεά (δείκτης διάθλασης, πολωσιμετρία, πυκνότητα κλπ) Οι κυριότερες μέθοδοι συμπύκνωσης είναι: Α. Η εξάτμιση Β. Η κατάψυξη και ο διαχωρισμός των παγοκρυστάλλων Γ. Η χρήση ημιπερατών μεμβρανών 2

3 Α. Εξάτμιση Μερική απομάκρυνση νερού από το τρόφιμο με την μορφή υδρατμών κάτω από συνθήκες βρασμού. Η συμπύκνωση των προϊόντων της εξάτμισης γίνεται μέσα σε ειδικούς εξατμιστές (εναλλάκτης θερμότητας & διαχωριστής συνήθως τύπου κυκλώνα) Ο τρόπος αυτός της εξάτμισης εφαρμόζεται: Συμπυκνωμένο γάλα Χυμούς, τοματοπολτούς Συμπύκνωση ζάχαρης και αλατιού για κρυστάλλωση Παραγωγή σκληρών ζαχαρωδών προϊόντων Μαρμελάδες Υπέρ & Κατά της Εξάτμισης Απλούστερη τεχνικά μέθοδος Οικονομική μέθοδος Υψηλός βαθμός συμπύκνωσης (σε σχέση με άλλες μεθόδους) Η θερμότητα εξάτμισης επιδρά αρνητικά στην ποιότητα του τροφίμου Αλλαγή οργανοληπτικών χαρακτηριστικών προϊόντων λόγω μείωσης της υγρασίας (πχ σκούρο χρώμα) Απώλεια σε πτητικές ενώσεις 3

4 Παράγοντες που επηρεάζουν το σημείο βρασμού κατά την εξάτμιση Οι παράγοντές που επηρεάζουν το σημείο βρασμού κατά την διεργασία της εξάτμισης και άρα πρέπει να λαμβάνονται υπ όψη είναι: η εξωτερική πίεση (η οποία αντισταθμίζεται με την εφαρμογή κενού) η υδροστατική πίεση η συγκέντρωση σε διαλυτά στερεά ( η οποία μεταβάλλεται κατά την πορεία της εξάτμισης) άλλες ιδιότητες του προϊόντος Ιξώδες Ιδιότητες προϊόντος που επηρεάζουν την εξάτμιση Μείωση της μεταφοράς θερμότητας και μάζας Εναπόθεση ουσιών Μείωση συντελεστή μεταφοράς θερμότητας Αφρισμός Μείωση επιφάνειας βρασμού, πτώση απόδοσης Ευαισθησία στην θερμότητα Μείωση διατροφικής αξίας, υποβάθμιση προϊόντων Διαβρωτική ικανότητα τροφίμου Μειωμένη ικανότητα συμπύκνωσης, μεταφορά ουσιών στο τρόφιμο από το υλικό κατασκευής 4

5 Τύποι εξατμιστών Ανάλογα με τον τύπο Ανοικτοί λέβητες Εξατμιστές φυσικής κυκλοφορίας Εξατμιστές εξαναγκασμένης κυκλοφορίας Εξατμιστές με εναλλάκτη θερμότητας από επιμήκεις σωλήνες Φυγοκεντρικοί εξατμιστές Εξατμιστές με πλάκες Ανάλογα με την ροή ατμού προϊόντος Ευθεία ροή Αντίθετη ροή (αντιρροή) Παράλληλη ροή Μικτή ροή Εφαρμογή ατμού με επανασυμπίεση Μηχανική Θερμική Οριζόντιος φυγοκεντρικός εξατμιστής Κατακόρυφος εξατμιστής φυσικής κυκλοφορίας Εξατμιστής εξαναγκασμένης κυκλοφορίας Εξατμιστής με εναλλάκτη θερμότητας επιμηκών σωλήνων Διατάξεις ροής σε συστήματα πολλαπλών εξατμιστών 5

6 Β. Συμπύκνωση με κατάψυξη Το ρευστό προϊόν αρχικά καταψύχεται μέχρι την εμφάνιση αιωρήματος παγοκρυστάλλων που απομακρύνονται και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Πλεονεκτεί σε σχέση με τον βρασμό αλλά προϋποθέτει υψηλό κόστος εξοπλισμού και εφαρμόζεται σε προϊόντα υψηλής εμπορικής αξίας. Στάδια λειτουργίας της συμπύκνωσης με κατάψυξη Κατάψυξη προϊόντος Σε εναλλάκτες αποξεόμενης επιφάνειας και σε Δεξαμενές κρυστάλλωσης υπό ανάδευση Διαχωρισμός παγοκρυστάλλων Φυγοκέντρηση Τήξη παγοκρυστάλλων σε ειδικές στήλες Διήθηση υπό κενό ή υπό πίεση 6

7 Γ. Συμπύκνωση σε ημιπερατές μεμβράνες Λεπτοί υμένες πάχους 0,01 0,02 mm οι οποίοι όταν παρεμβληθούν μεταξύ δύο ρευστών με διαφορετική σύσταση επιτρέπουν την επιλεκτική μεταφορά ορισμένων μορίων από το ένα ρευστό στο άλλο. Η επιλεκτική μεταφορά είναι συνάρτηση της διαμέτρου των πόρων της μεμβράνης. Διεργασίες μεταφοράς μάζας στις ημιπερατές μεμβράνες Ώσμωση Αντίστροφη ώσμωση Διαπίδυση Ηλεκτροδιαπίδυση Υπερδιήθηση Μικροδιήθηση 7

8 Υπέρ & Κατά Μεμβρανών Χαμηλές θερμοκρασίες Διατήρηση πτητικών ενώσεων Μικρές απώλειες ενέργειας Μικρότερη απαίτηση χώρου Μικρότερος βαθμός συμπύκνωσης (<30%) Υψηλό λειτουργικό κόστος (μεμβράνες) Αντίστροφη ώσμωση Εδώ έχουμε αντιστροφή της κλασικής διαδικασίας μεταφοράς διαλύτη από το αραιότερο μέσο προς το πυκνότερο εξαιτίας της διαφοράς ωσμωτικής πίεσης. Έτσι, με την εφαρμογή υψηλών πιέσεων (οι οποίες υπερνικούν την ωσμωτική), επιτυγχάνεται μεταφορά του διαλύτη από ένα πυκνότερο διάλυμα μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης προς ένα αραιότερο. Σημαντικό ρόλο παίζουν οι μεμβράνες που χρησιμοποιούνται (5-15 Α ) καθώς και οι πιέσεις που εφαρμόζονται (4-8 MPa) 8

9 Δυσλειτουργίες μεμβράνης Οφείλονται στο στρώμα της διαλυμένης ουσίας που σχηματίζεται στην επιφάνεια της μεμβράνης και που κατά σειρά «εμφάνισης» ή «εξέλιξης» του φαινομένου είναι: αρχικά η πόλωση συγκέντρωσης στην συνέχεια το μπλοκάρισμα της μεμβράνης και τέλος η συμπίεση και καταστροφή της μεμβράνης Εφαρμογές αντίστροφης ώσμωσης Συμπύκνωση χυμών, ενζύμων, αμύλου, κιτρικού οξέος, ασπραδιού αυγών, γάλακτος, καφέ, σιροπιών, αρωμάτων Απομάκρυνση αλάτων και τον καθαρισμό του νερού Αφαλάτωση θαλασσινού νερού για παραγωγή πόσιμου Διαύγαση οίνων και μπύρας Αφαίρεση αλκοόλης από ποτά 9

10 Υπερδιήθηση Αντίστοιχη διαδικασία με αυτήν της αντίστροφης ώσμωσης αλλά διαφέρει στο είδος των ουσιών που μπορούν να διέλθουν μέσα από την ημιπερατή μεμβράνη. Γενικά η υπερδιήθηση διαχωρίζει διαλυμένες ουσίες με μέγεθος από 0,002 0,02 μm, οι οποίες έχουν ΜΒ από daltons. Εφαρμόζεται στην συμπύκνωση του γάλακτος, την απομάκρυνση λακτόζης, την ανάκτηση των πρωτεϊνών από τον ορό του γάλακτος, την συμπύκνωση της ζάχαρης κ.α. Μικροδιήθηση Εδώ οι μεμβράνες έχουν μεγαλύτερο μέγεθος πόρων από αυτές της υπερδιήθησης με αποτέλεσμα την διαπερατότητα μακρομορίων μεγαλύτερου μεγέθους. Εφαρμόζονται στην κατακράτηση βακτηριδίων, μυκήτων, ζυμών, αμύλου στην διαύγαση του κρασιού και της μπύρας. 10

11 Είδη μεμβρανών (σύνθεση) Οξικής κυτταρίνης Εύκολη κατασκευή Αλλά είναι ευαίσθητες στις πιέσεις, το ph, την θερμοκρασία και τα ιόντα χλωρίου. Μεμβράνες πολυμερών (πολυαμίδια) Αντέχουν σε μεγάλο εύρος τιμών ph Είναι ευαίσθητες σε ιόντα χλωρίου και σε πιέσεις Σύνθετες ή κεραμικές μεμβράνες από αλουμίνα ή πυρίτιο Αντέχουν σε υψηλές πιέσεις, σε μεγάλες τιμές ph και θερμοκρασίας Πολύ υψηλό κόστος και δεν ανακυκλώνονται Είδη μεμβρανών (δομή) Με βάση τους πόρους Μη πορώδεις (πόροι διαμέτρου < 2 nm) Πορώδεις ( ~ 50nm) Με βάση την εσωτερική δομή Συμμετρικές (ίδια δομή σε όλο το πάχος) Ασύμμετρες ή ανισότροπες (κλίμακα δομής) Με βάση την διάταξη Ελικοειδής μορφή (μέγιστη συνολική επιφάνεια) Δέσμη κοίλων ινών (δυνατότητα αυτοκαθαρισμού) Πτυχωτή διάταξη (υψηλή απόδοση χαμηλό κόστος) 11

12 Σύνθετη ανισότροπη μεμβράνη Διάταξη μεμβράνης σε δέσμη κοίλων ινών Ελικοειδής διάταξη μεμβράνης Πτυχωτή διάταξη μεμβράνης Συστήματα και διατάξεις μεμβρανών αντίστροφης ώσμωσης. 12