Vakuová koncentrační nádoba s odškrabávací povrchovou vrstvou: koncentrace ovocných džemů bez spálení barvy, pektinu nebo aromatických látek

Naplňte jamový kotlík jahodovým pyré, zapněte páru a odejděte na hodinu – a získáte džem. Získáte také nevýraznou hnědočervenou barvu, plochý aromat, vrstvu spáleného ovoce přilepenou k vnitřní stěně kotlíku a úklidovou směnu, kterou nikdo nechce dělat. Problém není v receptu. Problém je v místě, kde se teplo dotýká ovoce.

Vakuový koncentrační kotlík s odškrabávacím povrchem řeší obě části tohoto problému najedou: snižuje bod varu ovoce na přibližně 45–60 °C a po celou dobu udržuje ohřívanou stěnu čistou – odškrabáváním při každé otáčce – takže produkt nikdy nepobytuje dostatečně dlouho na jednom místě, aby se spálil.

Tento článek vysvětluje, jak tyto dva mechanismy fungují, jaké změny se projeví v hotovém džemu, standardní parametry našich řad RY-GBNS / RY-ZN a jak navrhnout vhodnou velikost zařízení pro váš vlastní produkt.

Pohyblivý vakuový koncentrační kotlík s odškrabávacím povrchem, nádobou se vnitřním pláštěm, pohonnou jednotkou odškrabávačů, kondenzační kolonou a nádobou pro sběr destilátu

Proč je džem nejtěžším produktem ke koncentraci

Většina výparníků je navržena pro jasné, volně tekoucí kapaliny. Džem porušuje najedou tři jejich předpoklady.

Je tepelně křehký. Antokyany ve jahodách, malinách, třešních a borůvkách rychle degradují nad 80 °C. Pektin – látka, která způsobuje zahuštění džemu – se při dlouhodobém zahřívání rozkládá. Aromatické těkavé látky, sloučeniny, které lidem připomínají „skutečnou chuť ovoce“, začínají unikat hned v okamžiku, kdy hmota silně vře. Udržujete-li ovocnou kaši při atmosférické teplotě varu, trvale ztrácíte všechny tři složky.

Je viskózní a s postupem procesu se stává stále viskóznější. Ovocná kaše vstupuje do nádrže přibližně při 12–20 °Brix a opouští ji při 65–68 °Brix. V tomto rozmezí se viskozita zvyšuje řádově, až se hmota chová méně jako kapalina a spíše jako pasta. Čerpadla, potrubí a běžné povrchy pro padající film jednoduše přestanou fungovat.

Znečišťuje ohřívanou stěnu. V jakémkoli plášťovém reaktoru se u horkého kovu vytvoří nehybná mezní vrstva. U vody je tato vrstva tenká a neškodná. U cukrového ovocného těsta se však zahuští, přehřeje, karamelizuje a nakonec uhlíčí – vznikne spálená vrstva, která izoluje plášť, zpomaluje výrobní šarži, kazí chuť a musí být ručně odškrabávána. Spálení na stěnách je nejdražším způsobem poruchy v výrobě džemu: současně vám ubírá energii, výtěžek, barvu i pracovní sílu.

Dva mechanismy, které tento problém řeší: vakuum a nepřetržitě se pohybující škrabka

Snížte bod varu místo toho, abyste přidávali více tepla

Voda vře při 100 °C pouze proto, že je vystavena tlaku jedné atmosféry vzduchu. Odstraňte tento tlak a bod varu prudce klesne.

Vyplývají z toho dva technické důsledky, které oba šetří náklady:

1. Výrobek se nikdy nezahřeje natolik, aby se poškodil sám. Při teplotě 45–60 °C zůstává pektin nepoškozen, antokyaniny si uchovávají barvu a těkavé aromatické složky zůstávají ve výrobku místo v kondenzoru.
2. Rozdíl pohánějících teplot se zvětší, nikoli zmenší. Pára při tlaku ≤ 0,15 MPa má teplotu nasycení přibližně 111 °C. Oproti hmotě vařící při 50 °C činí rozdíl teplot více než 60 K – malá tepelná plocha tedy postačuje a pára nízkého tlaku nebo získaná odpadní pára se stává využitelným zdrojem tepla.

Protože rozpuštěný cukr a pektin zvyšují bod varu roztoku, vaří se ovoce o koncentraci 65 °Brix o několik stupňů nad teplotou varu čisté vody. Proto uvádíme praktický provozní rozsah jako 45–60 °C místo teoretického minima.

Udržujte ohřívanou stěnu čistou při každé otáčce.

Jenom vakuum nepřekoná viskozitu produktu. Snížení bodu varu neodstraní stále přítomnou mezní vrstvu u pláště, která zůstává stacionární a způsobuje přehřátí.

Stěrka je to, co uzavře mezeru. Uvnitř nádoby se potravinářsky bezpečné nože upevněné na středové hřídeli otáčejí proti plášťové stěně s přesně nastaveným vůdlem. Při každém průchodu zvednou tenkou vrstvu produktu z horkého kovu a vrhnou ji zpět do objemové hmoty. Výsledek:

• Žádná stojatá vrstva znamená žádné místní přehřívání – a žádnou spálenou, karamelizovanou vrstvu, kterou by bylo nutné odstranit.
• Povrch pro přenos tepla se neustále obnovuje, takže součinitel se během dávky nezhoršuje stejným způsobem jako u nezamíchávaného kotlíku.
• Hmotnost zůstává homogenní, takže koncentrace ve stupních °Brix je stejná od prvního litru až po poslední, nikoli vrstvená mezi horkou stěnou a chladným jádrem.
• Vysoce viskózní a pastovité produkty zůstávají zpracovatelné až do dosažení konečného bodu. Koncentrátory Ruiyuan s odškrabávacím systémem jsou navrženy tak, aby koncentrovaly až na měrnou hmotnost vyšší než 1,4 – oblast, ve které obyčejný vakuumový kotlík s pláštěm selže.

Geometrie nádoby je přizpůsobena produktu i požadavkům na vypouštění: kulová nádoba (GNQ) pro rovnoměrný kontakt se stěnou a hladký tok produktu nebo kuželová nádoba (GNZ) pro spolehlivé vypouštění silně viskózních, pastovitých koncentrátů.

Co se nachází uvnitř vakuumové koncentrační nádoby s odškrabávacím systémem

Standardní konfigurace Ruiyuan je sestavena z pěti funkčních bloků plus pohonů a řídicích prvků:

• Tělo koncentrátoru – nádoba se střešním víkem a zakřiveným dnem, povrchy v kontaktu s médii jsou zrcadlově leštěné, obsahuje průlez, pozorovací okénko se stíračkou a míchadlo se škrabacími lopatkami poháněné přes převodovku s pravým úhlem.
• Oddělovač páry a kapaliny – odstraňuje kapky unášené párou, aby produkt neprošel do kondenzátoru.
• Kondenzátor – trubkový výměník tepla, dimenzovaný tak, aby snížil objem páry, který musí zpracovat vývěva.
• Cooler – typu spirály, ochlazuje kondenzát na bezpečnou teplotu pro vypouštění.
• Přijímací nádrž – sbírá destilát; jeho objem je dimenzován podle velikosti šarže tak, aby bylo možné provést jednu koncentrační cyklus bez přerušení vakua.

Okolo tohoto jádra přidáváme vakuový systém, ohřívací obvod pláště (pára, horká voda nebo elektrický ohřev), CIP rozstřikovací kouli, instrumentaci (vakuumetr, digitální teploměr, odběrový kohout) a řídicí panel – od manuálních kohoutů a digitálních indikátorů až po PLC + HMI s uložením receptur a záznamem dat o šarži.

Uvnitř nádoby: stírací listy při každé otáčce vyškrabávají ohřívanou stěnu, takže se nemůže vytvořit zastavená vrstva a nic nezahřívá až k opálení.

Zpracovat video soubor: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Co se mění v hotové sklenici

• Barva zůstává stabilní. Jahody, třešně a kostkové ovoce udržují odstín, který si zákazníci očekávají, místo aby se měnil směrem k hnědému odstínu.
• Aroma zůstává v produktu. Chlazený kondenzor a mělký vakuum zajišťují, že těkavé látky jsou kondenzovány a vráceny zpět, nikoli odpařeny – navíc volitelný sloupec pro obnovu aroma umožňuje zachytit aromatickou složku pro následné dávkování.
• Žádné opálené poznámky. Chutňový profil je ovocný, nikoli karamelový a popelový.
• Pektin stále tuhne. Kratší doba zdržení při nižší teplotě znamená, že želírovací systém funguje tak, jak byl v receptu zamýšlen, což je ještě důležitější u formulací s nižším obsahem cukru a vyšším obsahem ovoce.
• Vyšší výtěžnost. Výrobek, který se nezpálí na stěně, je výrobek, který můžete prodat. Ztráty způsobené připálením a množství výrobku zůstávajícího po čištění pomocí škrabadel jsou obě sníženy.
• Stálý obsah °Brix. Stejnorodá koncentrace umožňuje předvídatelné naplnění, aktivitu vody a trvanlivost výrobku od šarže ke šarži.
• Rychlejší čištění. Zrcadlově leštěné mokré části, zaoblená vnitřní geometrie a CIP postřikovací koule změní ruční čištění kladivem na jednoduchý praní cyklus. Sanitní návrh dodržuje praxi potravinářských GMP po celou dobu.

Standardní technické parametry

Následující tabulka uvádí standardní řadu zařízení pro vakuumní koncentraci. Velikosti se pohybují od 10 L pilotních jednotek až po 500 L výrobní nádoby; větší kapacity a uspořádání s více účinky nebo tepelně rekompresními systémy se navrhují dle objednávky. Protože plocha ohřevu, plocha kondenzace a úroveň vakua musí být všechny přizpůsobeny konkrétnímu produktu, konečné hodnoty jsou potvrzeny na základě vašeho pyré, požadovaného obsahu °Brix a požadované rychlosti odpařování.

Parametry se vztahují na standardní řadu a pro každý výrobek, viskozitu a provozní podmínky jsou předmětem technického potvrzení.

Volitelné vybavení a přizpůsobení

• Tvar nádrže – kulové tělo (GNQ) nebo kuželové tělo (GNZ) pro optimální tok a vypouštění produktu.
• Kapacita – standardní objemy od 10 l do 500 l; průmyslové nádrže a kompletní linky se vyrábějí na zakázku.
• Materiály ve styku s tekutinou – z nerezové oceli SS304 nebo SS316L, zrcadlový nebo matný povrch, s dodáním certifikátů materiálu.
• Topné médium – nasycená pára, horká voda nebo elektrické vytápění v případě, že není k dispozici kotel.
• Vakuový systém – vodokruhová vývěva v případě dostatku chladicí vody, suché vakuové čerpání v případě omezeného odvádění vody.
• Obnovování aromatických složek – uspořádání kondenzátoru a rekuperační kolony pro výrobky, u nichž je nutné zachytit a vrátit nejvyšší tóny.
• Automatizace – od místních manometrů a ručních uzavíracích klapka po PLC s HMI, správu receptur, záznam šarží a zpracování poplachů.
• Výbušně bezpečná elektrická zařízení – k dispozici pro ovocné přípravky obsahující alkohol a receptury na bázi destilátů.
• Mobilita a uspořádání – mobilní rámové konstrukce na podvozcích pro zkušební provozy a továrny vyrábějící více druhů výrobků.

Použití

Stejný princip – nízká teplota v kombinaci se stíranou stěnou – je vhodný pro jakýkoli ovocný výrobek, který je hustý, citlivý na teplo nebo obojí:

• Jahodové, malinové, borůvkové a ostružinové džemy a kompoty – jahody, maliny, borůvky, ostružiny, černý rybíz, kde je barva klíčovým prodejním argumentem.
• Purée z kostkového ovoce a tropického ovoce – meruňky, broskve, mango, marakuja, guava, fíky, banány.
• Marmelády a citrusové přípravky – receptury obsahující kůru a základy z hořkých pomerančů.
• Ovocné přípravky pro průmysl – náplně pro pekárny, ovocné základy pro mléčné výrobky a jogurty, vrstvy v zmrzlině, složky pro nápoje.
• Datlové, jujubové a fíkové pasty – velmi vysoký obsah suchých látek, velmi vysoká viskozita.
• Jablečný máslový dip a pomalu vařené ovocné máslové dipy .
• Ovoce s nízkým obsahem cukru a bez přidaného cukru – kde pevné ovocné složky určují konzistenci a poškození teplem je okamžitě viditelné.
• Puré pro kojence – kde uchování živin a barvy je uváděno jako záruka na štítku, nikoli jen preferencí.
• Koncentrace rajského, paprikového a pikantního ovocného puré – stejné problémy s usazováním a změnou barvy, stejné řešení.

Vaření ovocného puré pod hlubokým vakuem, viditelné skrz kontrolní průhled na nádobě pro vakuumovou koncentraci s odškrabávacími povrchy.

Soubor procesního videa: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Jak zvolit vhodnou jednotku pro váš výrobek

Koncentrace je bilance hmotnosti a číslo, které určuje velikost stroje, není objem šarže – je to množství vody, kterou je třeba odstranit, a rychlost, jakou to musí proběhnout.

Voda k odpaření = M_vstup × (1 − \frac{Brix_vstup}{Brix_výstup})

Praktický příklad. 500 kg ovocného pyré s koncentrací 12 °Brix koncentrované na 65 °Brix:

500 × (1 − (12) ÷ (65)) = 500 × 0,815 = 408 kg vody

Šarže po dokončení koncentrace má přibližně 92 kg džemu. Vydělte 408 kg požadovanou dobou trvání šarže a získáte požadovanou rychlost odpařování v kg/h – tento údaj určuje velikost teplosměnné plochy, rozměry kondenzátoru a výkon vakuového čerpadla.

Zašlete nám těchto šest údajů a my pro vás zvolíme vhodnou jednotku a připravíme cenovou nabídku:

3. Výrobek a receptura (ovoce, cukr, pektin, přidaný alkohol nebo tuhé látky).
4. Hmotnost nebo objem vstupní suroviny na jednu šarži a počet šarží za den.
5. Obsah cukru (nebo celkových suchých látek) na vstupu a výstupu.
6. Očekávaná viskozita nebo konečná měrná hmotnost – a zda jsou přítomny kousky ovoce.
7. Dostupné způsoby ohřevu: tlak páry, teplota horké vody nebo pouze elektrický proud.
8. Teplota a průtok chladicí vody, stejně jako vaše omezení v oblasti energetických zdrojů a odvádění.

Výběr mezi technologiemi koncentrace

Pokud se váš produkt chová jako šťáva, bude ho levněji koncentrovat výparník s padajícím filmem. Pokud se váš produkt v nádobě zahušťuje, patří do ní čisticí zařízení na stěně pláště.

Sledujte probíhající proces

Kompletní vakuumová koncentrační jednotka: koncentrátor, kondenzátor, průhledné okno a řídící ventily na jediném rámu.

Video procesu: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Proč spolupracovat s Ruiyuan

Společnost Shanghai Ruiyuan Machinery Equipment Co., Ltd. navrhuje a vyrábí od roku 2011 zařízení pro extrakci, koncentraci a zpracování kapalin ve svých provozovnách v okrese Fengxian v Šanghaji. Naše nabídka zahrnuje laboratorní a poloprovozní jednotky i průmyslové linky pro potravinářský, mlékárenský, nápojový, kvasného, farmaceutického a speciálně chemického průmysl: zařízení pro extrakci a koncentraci, padající-filmové a jednostupňové odpařovače, sterilizátory UHT, krystalizátory, sprejové sušičky a kompletní klíč-v-ruce výrobní linky.

U projektů zaměřených specificky na koncentraci to znamená, že nekupujete jen nádobu. Kupujete jednotku, která je přesně přizpůsobena viskozitní křivce vašeho produktu, požadovanému obsahu suchých látek, dostupným energetickým zdrojům a vašemu režimu čištění – a je podporována během instalace, uvedení do provozu a školení obsluhy.

Často kladené otázky

Jaký obsah suchých látek může jednotka dosáhnout?

Standardní řada je navržena tak, aby dosáhla hustoty vyšší než 1,4, přičemž praktickým omezením je obvykle viskozita – nikoli úroveň vakua. U většiny ovocných džemů to znamená 65–68 °Brix. Dejte nám vědět, jaký koncový bod požadujete, a my potvrdíme dosažitelnou hodnotu pro váš produkt.

Bude škrabák poškozovat kousky ovoce nebo jeho strukturu?

Čepele se otáčejí těsně u stěny s přesně nastavenou mezerou a čistí ohřívaný povrch, místo aby rozemílaly celkovou hmotu. Kousky ovoce se obvykle přidávají až po koncentraci, aby zůstaly nepoškozené; pokud musí kousky přežít celý proces, vybereme vhodnou geometrii míchacího zařízení a jeho otáčky.

Je teplota dostatečně nízká na ochranu pektinu a barvy?

Ano. Standardní jednotky pracují při manometrickém vakuu 600–700 mmHg, což odpovídá teplotě varu přibližně 45–60 °C pro cukernatou ovocnou hmotu. Tato teplota je výrazně nižší než rozmezí, ve kterém se anthokyaniny a pektin rychle rozkládají.

Jaké provozní prostředky budu potřebovat?

Pára při tlaku ≤ 0,15 MPa (stačí pára nízkého tlaku nebo získaná zpětně), chladicí voda pro kondenzátor a chladič a standardní elektrické napájení. Protože je teplota varu nízká, zůstává rozdíl teplot napříč pláštěm velký, takže k provádění práce postačuje skromná vytápěcí plocha.

Jak dlouho trvá jedna dávka?

Záleží na množství vody, kterou je třeba odstranit, a na rychlosti odpařování navržené pro váš zařízení. Pomocí výše uvedené bilance hmotnosti zjistíte množství vody v kilogramech a poté ho vydělíte požadovanou dobou jedné dávky – na základě tohoto čísla navrhujeme velikost vytápěcí a kondenzační plochy.

Lze zařízení čistit bez demontáže?

Ano. Smáčené části jsou zrcadlově leštěné a mají zaoblenou vnitřní geometrii; roztřískovací koule pro čištění bez demontáže (CIP) jsou standardně zabudované. Skrapeřové sestavy jsou navrženy tak, aby bylo možné provádět pravidelné prohlídky a výměnu nožů bez rozsáhlého rozebírání.

Jaká dokumentace je dodávána spolu se zařízením?

Certifikáty materiálů pro části v kontaktu s médiem, záznamy o výrobě a tlakových zkouškách, dokumentace elektrických a měřicích zařízení a návod k provozu a údržbě. Před odesláním lze domluvit tovární přijímací zkoušky a školení obsluhy.

Požádat o cenovou nabídku

Pošlete nám svůj výrobek, velikost šarže, vstupní a požadovanou hodnotu Brix a dostupné provozní prostředky. Pošleme vám navrženou jednotku, popis procesu a cenovou nabídku – a pokud je receptura pro vás nová, můžeme provést zkoušky koncentrace na vašem vlastním ovocném pyré ještě před tím, než se rozhodnete pro výrobní kapacitu.

Kontakt

Tony Zhang
Shanghai Ruiyuan Machinery Co., Ltd.
Číslo 168, ulice Qingling, park Qinggang, okres Fengxian, Šanghaj, Čína
Mobilní telefon / WhatsApp: +86 136 0188 4162
E-mail: [email protected]
Webové stránky: www.ruiyuanextraction.com