Вакуумный концентратор с соскребающей поверхностью: концентрирование фруктового джема без потери цвета, пектина или аромата

Заполните котёл для варки джема клубничным пюре, включите пар и уйдите на час — и вы получите джем. Вы также получите тусклый буро-красный цвет, слабый аромат, слой пригоревших фруктов, приварившийся к стенке рубашки, и трудоёмкую уборку, от которой все отказываются. Проблема не в рецепте. Проблема — в том месте, где тепло соприкасается с фруктами.

Вакуумный концентратор с соскребающими поверхностями решает обе части этой проблемы одновременно: он снижает температуру кипения фруктовой массы примерно до 45–60 °C и постоянно очищает нагретую стенку при каждом обороте, так что продукт никогда не остаётся неподвижным достаточно долго, чтобы подгореть.

В этой статье объясняется, как работают оба механизма, какие изменения происходят в готовом продукте в банке, стандартные параметры наших серий RY-GBNS / RY-ZN, а также как подобрать установку нужной мощности для вашего собственного продукта.

Самоходная установка вакуумного концентратора с соскребающими поверхностями: корпус с рубашкой, привод скребков, конденсационная колонна и ёмкость для сбора дистиллята

Почему джем — самый сложный продукт для концентрации

Большинство испарителей разработаны для работы с прозрачными, свободно текущими жидкостями. Джем одновременно нарушает три их базовых предположения.

Он термически неустойчив. Антоцианины в клубнике, малине, вишне и чернике быстро разрушаются при температуре выше 80 °C. Пектин — вещество, обеспечивающее желирование джема — деполимеризуется под длительным воздействием тепла. Летучие ароматические соединения, придающие ощущение «настоящего фруктового вкуса», начинают улетучиваться с момента интенсивного кипения массы. Если удерживать фруктовое пюре при атмосферной температуре кипения, все три компонента будут безвозвратно утрачены.

Он вязкий, и его вязкость растёт по мере обработки. Фруктовое пюре поступает в ёмкость при концентрации примерно 12–20 °Brix и покидает её при 65–68 °Brix. В этом диапазоне вязкость возрастает на несколько порядков, и масса перестаёт вести себя как жидкость, приобретая свойства пасты. Насосы, трубы и стандартные поверхности плёночного стекания просто перестают функционировать.

Он образует отложения на нагретой стенке. В любом сосуде с рубашкой на горячей металлической поверхности образуется застойный пограничный слой. В воде этот слой тонкий и безвредный. В сахаристой фруктовой пасте он утолщается, перегревается, карамелизуется, а затем обугливается — образуя подгоревшую плёнку, которая изолирует рубашку, замедляет процесс варки, портит вкус и требует ручной очистки скребком. Подгорание — самая дорогостоящая причина отказа в производстве джема: оно одновременно увеличивает расход энергии, снижает выход, портит цвет и требует дополнительных трудозатрат.

Два механизма, устраняющих эту проблему: вакуум и постоянно движущийся скребок

Снижайте температуру кипения вместо повышения подводимого тепла

Вода кипит при 100 °C только потому, что находится под давлением одной атмосферы воздуха. Уберите это давление — и температура кипения резко понизится.

Следуют два инженерных следствия, и оба позволяют сэкономить деньги:

1. Продукт никогда не нагревается до температуры, способной его повредить. При 45–60 °C пектин остаётся нетронутым, антоцианы сохраняют окраску, а летучие ароматические соединения остаются в продукте, а не конденсируются.
2. Рабочая разность температур увеличивается, а не уменьшается. Пар при давлении ≤ 0,15 МПа имеет температуру насыщения около 111 °C. При кипении массы при 50 °C разность температур превышает 60 К — значит, требуется небольшая площадь нагрева, а пар низкого давления или рекуперированный отходящий пар могут использоваться в качестве источника тепла.

Поскольку растворённый сахар и пектин повышают температуру кипения раствора, фруктовая масса с концентрацией 65 °Brix кипит на несколько градусов выше температуры кипения чистой воды. Именно поэтому мы указываем практический рабочий диапазон как 45–60 °C, а не теоретический минимум.

Следите за тем, чтобы нагреваемая стенка оставалась чистой при каждом обороте

Одного вакуума недостаточно для обработки вязкого продукта. Понижение температуры кипения не устраняет пограничный слой у рубашки — он остаётся неподвижным и по-прежнему вызывает локальное перегревание.

Задачу устранения этого зазора решает скребок. Внутри сосуда пищевые лопасти, закреплённые на центральном валу, вращаются вплотную к рубашке с точно выдерживаемым зазором. При каждом проходе они снимают плёнку продукта с раскалённой металлической поверхности и возвращают её в основную массу. Результат:

• Отсутствие неподвижной плёнки исключает локальное перегревание — и, следовательно, образование подгоревшего или карамелизованного слоя, требующего очистки.
• Поверхность теплопередачи постоянно обновляется, поэтому коэффициент теплопередачи не снижается в ходе обработки партии, как это происходит в несмешиваемом котле.
• Масса остаётся однородной, поэтому показатель °Brix одинаков от первого до последнего литра и не расслаивается между нагретой стенкой и прохладным центром.
• Высоковязкие и пастообразные продукты остаются удобными в обращении вплоть до конечной точки. Концентраторы с соскребающим устройством Ruiyuan рассчитаны на концентрирование до удельного веса выше 1,4 — диапазона, в котором обычный вакуумный котёл с рубашкой теряет работоспособность.

Геометрия корпуса резервуара подобрана с учётом свойств продукта и требований к его выгрузке: сферический корпус (GNQ) обеспечивает равномерный контакт со стенками и плавное течение продукта, а конический корпус (GNZ) гарантирует надёжное удаление густых, пастообразных концентратов.

Что находится внутри вакуумного концентратора с соскребающим устройством

Стандартная конфигурация Ruiyuan состоит из пяти функциональных блоков, а также приводов и систем управления:

• Корпус концентратора - сосуд с рубашкой, выпуклой крышкой, днищем с внутренними выемками, зеркально полированными поверхностями, контактирующими с продуктом, люком для обслуживания, смотровым стеклом со стеклоочистителем и мешалкой с соскребающими элементами, приводимой через угловой редуктор.
• Сепаратор парожидкостной смеси — удаляет увлечённые капли из пара, чтобы продукт не попадал в конденсатор.
• Конденсатор — кожухотрубчатый, рассчитанный так, чтобы уменьшить объём пара, с которым должен работать вакуумный насос.
• Охладитель — спирального типа, охлаждает конденсат до безопасной температуры для сброса.
• Приёмный резервуар — собирает дистиллят; его объём рассчитан исходя из размера партии, чтобы можно было выполнить один цикл концентрации без прерывания вакуума.

Вокруг этого ядра мы добавляем вакуумную систему, контур обогрева рубашки (пар, горячая вода или электричество), шаровой распылитель для CIP, приборы контроля (вакуумметр, цифровой термометр, пробоотборный кран) и пульт управления — от ручных клапанов и цифровых индикаторов до ПЛК с человеко-машинным интерфейсом, хранением рецептов и регистрацией данных по партиям.

Внутри сосуда: скребковые лопасти очищают нагретую стенку при каждом обороте, предотвращая образование застойной плёнки и пригорание.

Видеофайл процесса: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Что меняется в готовой банке

• Цвет сохраняется. Ягоды, вишня и косточковые фрукты сохраняют ожидаемый покупателями оттенок, не смещаясь в сторону коричневого.
• Аромат остаётся в продукте. Охлаждённый конденсатор и неглубокий вакуум обеспечивают конденсацию летучих веществ и их возврат, а не испарение — а дополнительная колонна для восстановления аромата может улавливать ароматическую фракцию для последующего дозирования.
• Отсутствуют обожжённые ноты. Вкусовой профиль — фруктовый, а не карамельный и пепельный.
• Пектин по-прежнему образует желе. Сокращённое время пребывания при более низкой температуре обеспечивает работу желирующей системы в соответствии с рецептурой — это особенно важно для продуктов с пониженным содержанием сахара и высоким содержанием фруктов.
• Более высокий выход. Продукт, который не пригорает к стенкам, — это продукт, который можно продавать. Потери из-за пригорания и объём продукта, остающийся после очистки скребковым устройством, сокращаются.
• Стабильное значение °Brix. Единообразная концентрация обеспечивает предсказуемость массы наполнения, активности воды и срока хранения от партии к партии.
• Более быстрая очистка. Зеркально полированные смачиваемые детали, закруглённая внутренняя геометрия и шаровые форсунки CIP превращают ручную зачистку в цикл промывки. Санитарный дизайн полностью соответствует требованиям GMP для пищевой промышленности.

Стандартные технические параметры

В таблице ниже перечислены стандартные серии вакуумных концентраторов. Объёмы — от 10 л (пилотные установки) до 500 л (промышленные ёмкости); более крупные объёмы, а также многокорпусные или термически рекомпрессированные конфигурации проектируются по индивидуальному заказу. Поскольку площадь нагрева, площадь конденсации и уровень вакуума должны соответствовать конкретному продукту, окончательные параметры уточняются на основе вашего пюре, требуемого значения °Brix и необходимой скорости испарения.

Параметры относятся к стандартной серии и подлежат инженерному подтверждению для каждого продукта, вязкости и режима работы.

Варианты и индивидуальная настройка

• Геометрия резервуара — сферический корпус (GNQ) или конический корпус (GNZ) в зависимости от требований к потоку и выгрузке продукта.
• Мощность — объём от 10 л до 500 л в стандартном исполнении; промышленные ёмкости и полные производственные линии изготавливаются по заказу.
• Взаимодействующие материалы — Нержавеющая сталь марок SS304 или SS316L, зеркальная или матовая отделка, с предоставлением сертификатов на материал.
• Теплоноситель — насыщенный пар, горячая вода или электрический нагрев при отсутствии котла.
• Вакуумная система — водокольцевой насос при наличии обильного охлаждающего водоснабжения; сухое вакуумирование при ограничении сброса воды.
• Рекуперация аромата — конденсатор и рекуперационная колонна для продуктов, где необходимо улавливать и возвращать верхние ноты.
• Автоматизация — от местных манометров и ручных клапанов до ПЛК с интерфейсом человек–машина, управлением рецептами, регистрацией партий и обработкой аварийных сигналов.
• Взрывозащищённое электрооборудование — доступно для фруктовых полуфабрикатов, содержащих спирт, и рецептур на основе спиртосодержащих напитков.
• Мобильность и компоновка - передвижные рамы на шасси для опытных установок и многопродуктовых заводов.

Применение

Тот же принцип — низкая температура плюс обдуваемая стенка — подходит для любого фруктового продукта, который является густым, термочувствительным или одновременно и тем, и другим:

• Ягодные джемы и консервы - клубника, малина, черника, ежевика, чёрная смородина, где цвет является ключевым фактором продаж.
• Пюре из косточковых и тропических фруктов - абрикос, персик, манго, маракуйя, гуава, инжир, банан.
• Мармелад и цитрусовые полуфабрикаты - формулы с цедрой и основы из горького апельсина.
• Фруктовые полуфабрикаты для промышленности - начинки для хлебобулочных изделий, фруктовые основы для молочной продукции и йогуртов, прослойки для мороженого, компоненты для напитков.
• Пасты из фиников и инжира — очень высокое содержание сухих веществ, очень высокая вязкость.
• Яблочное пюре и фруктовые пюре, приготовленные медленным томлением .
• Фруктовые джемы с пониженным содержанием сахара и без добавления сахара — где твёрдые частицы фруктов обеспечивают консистенцию, а повреждение от нагрева проявляется немедленно.
• Детские пюре — где сохранение питательных веществ и цвета указано как заявленное преимущество на этикетке, а не как предпочтение.
• Концентрирование томатных, перечных и саворных фруктовых паст — те же проблемы обрастания и потемнения, то же решение.

Кипячение фруктового пюре в глубоком вакууме, наблюдаемое через смотровое стекло вакуумного концентратора с соскребающими поверхностями.

Обработка видеофайла: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Как подобрать установку для вашего продукта

Концентрация — это материальный баланс, и параметр, определяющий размеры оборудования, — это не объём партии, а количество удаляемой воды и скорость её удаления.

Вода, подлежащая испарению = M_исх × (1 − Brix_вх / Brix_вых)

Расчётный пример. 500 кг фруктового пюре с содержанием сухих веществ 12 °Brix концентрируют до 65 °Brix:

500 × (1 − 12 / 65) = 500 × 0,815 = 408 кг воды

Масса готовой партии варенья составит приблизительно 92 кг. Разделите 408 кг на требуемое время обработки партии — вы получите необходимую производительность по испарению в кг/ч. Именно этот показатель определяет площадь нагрева, размеры конденсатора и мощность вакуумного насоса.

Направьте нам эти шесть параметров, и мы подберём установку и подготовим коммерческое предложение:

3. Продукт и рецептура (фрукты, сахар, пектин, добавленный спирт или твёрдые компоненты).
4. Масса или объём загрузки на одну партию и количество партий в сутки.
5. Содержание сахаров по шкале Brix (или общее содержание сухих веществ) на входе и выходе.
6. Ожидаемая вязкость или конечная удельная плотность — а также наличие кусочков фруктов.
7. Доступное тепло: давление пара, температура горячей воды или только электричество.
8. Температура и расход охлаждающей воды, а также ограничения по коммунальным услугам и сбросу.

Выбор между технологиями концентрации

Если ваш продукт льётся как сок, то падающе-плёнчатый испаритель сконцентрирует его дешевле на тонну. Если ваш продукт застывает в банке, то на стенке рубашки нужен скребок.

Посмотреть процесс в действии

Полная вакуумная концентрационная установка: корпус концентратора, конденсационная колонна, смотровое стекло и регулирующие клапаны на единой раме.

Видеофайл процесса: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Почему стоит сотрудничать с Ruiyuan

Shanghai Ruiyuan Machinery Equipment Co., Ltd. проектирует и изготавливает оборудование для экстракции, концентрации и обработки жидкостей с 2011 года на своём заводе в районе Фэнсянь города Шанхай. Наш ассортимент включает лабораторные и пилотные установки, а также промышленные линии для пищевой, молочной, напитковой, ферментационной, фармацевтической и тонкохимической отраслей: установки для экстракции и концентрации, плёночные и одноступенчатые испарители, стерилизаторы UHT, кристаллизаторы, распылительные сушилки и полные «под ключ» производственные линии.

В частности, при реализации проектов по концентрации вы приобретаете не просто ёмкость, а комплексную установку, подобранную с учётом кривой вязкости вашего продукта, требуемого содержания сухих веществ, доступных энергоресурсов и режима мойки — с полной поддержкой на этапах монтажа, пусконаладки и обучения персонала.

Часто задаваемые вопросы

Какого содержания сухих веществ достигает установка на выходе?

Стандартная серия предназначена для концентрации до определённой плотности выше 1,4; вязкость — а не уровень вакуума — обычно является практическим ограничением. Для большинства фруктовых джемов это означает 65–68 °Brix. Сообщите нам требуемую конечную точку, и мы подтвердим достижимое значение для вашего продукта.

Будет ли скребок повреждать кусочки фруктов или текстуру?

Лезвия движутся вдоль стенки с контролируемым зазором и очищают нагретую поверхность, не измельчая основную массу продукта. Кусочки фруктов, как правило, добавляются после концентрации, чтобы сохранить их целостность; если кусочки должны выдержать весь цикл, мы соответствующим образом подбираем геометрию мешалки и скорость её вращения.

Достаточно ли низкая температура для защиты пектина и цвета?

Да. Стандартные установки работают при избыточном вакууме 600–700 мм рт. ст., что соответствует температуре кипения примерно 45–60 °C для сахаросодержащей фруктовой массы. Это значительно ниже диапазона, в котором антоцианы и пектин быстро разрушаются.

Какие коммуникации мне потребуются?

Пар при давлении ≤ 0,15 МПа (достаточен низкого давления или рекуперированный пар), охлаждающая вода для конденсатора и охладителя, а также стандартное электропитание. Поскольку температура кипения низкая, перепад температур по поверхности рубашки остаётся большим, поэтому для выполнения задачи достаточно умеренной площади нагрева.

Сколько времени занимает одна партия?

Это зависит от количества удаляемой воды и расчётной скорости испарения для вашей установки. Используйте приведённый выше материальный баланс, чтобы определить массу воды в килограммах, затем разделите её на требуемое время обработки одной партии — на основе этого значения мы подбираем площадь нагрева и конденсации.

Возможно ли проведение очистки на месте?

Да. Влажные части имеют зеркальную полировку и закруглённую внутреннюю геометрию; шары для CIP-очистки поставляются в стандартной комплектации. Скребковая сборка спроектирована так, чтобы обеспечивать регулярный осмотр и замену лезвий без необходимости крупного демонтажа.

Какая документация поставляется вместе с оборудованием?

Сертификаты на материалы для контактирующих с продуктом частей, документация по изготовлению и испытаниям на давление, электротехническая и приборная документация, а также руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию. Приёмочные заводские испытания и обучение операторов могут быть организованы до отгрузки.

Запросите Ценовое Предложение

Направьте нам информацию о вашем продукте, размере партии, исходной и требуемой концентрации (по шкале Brix), а также о доступных энергоресурсах. Мы предоставим вам подобранный по параметрам аппарат, описание технологического процесса и коммерческое предложение. В случае, если рецептура является для вас новой, мы можем провести испытания по концентрированию на вашем собственном фруктовом пюре до того, как вы примете решение о закупке производственной мощности.

Контакты

Тони Чжан
Shanghai Ruiyuan Machinery Co., Ltd.
Китай, город Шанхай, район Фэнсянь, парк Циньган, улица Циньлин, д. 168
Мобильный телефон / WhatsApp: +86 136 0188 4162
Электронная почта: [email protected]
Веб-сайт: www.ruiyuanextraction.com