Vakuová koncentračná nádoba s odškrabávacím povrchom: koncentrovanie ovocnej želé bez spálenia farby, pektínu alebo arómy

Naplňte jamový kotol jahodovým pyrém, zapnite parný kotel a odíďte si na hodinu – a dostanete džem. Dostanete tiež matnú hnedočervenú farbu, plochý aróm a vrstvu spáleného ovocia prilepenú na steny kotla, a čistenie, ktoré nikto nechce robiť. Problém nie je v recepte. Problém je v mieste, kde sa teplo stretáva s ovocím.

Vakuumový koncentračný kotol so škrabacím povrchom rieši obidve časti tohto problému naraz: zníži bod varu ovocnej zmesi na približne 45–60 °C a po každej otáčke udržiava ohrievané steny čisté, takže produkt nikdy neprežíva dostatočne dlho na to, aby sa spálil.

Tento článok vysvetľuje, ako tieto dva mechanizmy fungujú, aké zmeny sa prejavujú v hotovom džeme v pohári, štandardné parametre našej série RY-GBNS / RY-ZN a ako vybrať vhodnú veľkosť jednotky pre váš vlastný produkt.

Na podvozku namontovaný vakuumový koncentračný kotol so škrabacím povrchom s plášťovou nádobou, pohonom škrabacieho zariadenia, kondenzačným stĺpom a nádobou na zachytávanie destilátu

Prečo je džem najťažším produktom na koncentráciu

Väčšina odparovačov je navrhnutá pre jasné, voľne prúdiace kvapaliny. Džem naraz porušuje tri z ich predpokladov.

Je tepelne krehký. Antokyániny v jahodách, malinách, čerešniach a borovniciach sa rýchlo rozkladajú nad teplotou 80 °C. Pektín – látka, ktorá spôsobuje zhrubnutie džemu – sa pri dlhšom zohrievaní depolymerizuje. Aromatické летné látky, zlúčeniny, ktoré spôsobujú, že ľudia hovoria: „toto chutí ako skutočné ovocie“, začínajú unikáť už v okamihu, keď sa hmota silno varí. Ak držíte ovocnú kašu pri atmosferickej varnej teplote, stratíte všetky tri vlastnosti trvalo.

Je viskózny a s postupom sa stáva ešte viskóznejším. Ovocná kaša vstupuje do nádrže s hodnotou približne 12–20 °Brix a opúšťa ju s hodnotou 65–68 °Brix. V tomto rozsahu sa viskozita zvyšuje o rády veľkosti, až sa hmota správa menej ako kvapalina a viac ako pasta. Čerpadlá, potrubia a bežné povrchy s padajúcim filmom jednoducho prestanú fungovať.

Znečisťuje ohrievanú stenu. V každej plášťovanej nádobe sa vytvorí nehybná hranica proti horúcej kovovej stene. U vody je táto vrstva tenká a neškodná. U ovocnej pasty bohatej na cukor sa hrubne, prehrieva, karamelizuje a nakoniec uhoľnatí – spálená vrstva, ktorá izoluje plášť, spomaľuje výrobu šarží, poškodzuje chuť a musí sa manuálne odškrabávať.

Dva mechanizmy, ktoré to riešia: vákuum a nepretržite sa pohybujúci škrabák

Znížte bod varu namiesto pridávania viac tepla

Voda vrie pri 100 °C len preto, lebo je vystavená tlaku jednej atmosféry vzduchu. Ak tento tlak odstránime, bod varu prudko klesne.

Vyplývajú dva technické dôsledky, ktoré oba šetria peniaze:

1. Výrobok sa nikdy nezohreje dostatočne na to, aby sa poškodil. Pri teplote 45–60 °C sa pektín zachováva, antokyániny si uchovávajú farbu a prchavé aromatické zlúčeniny zostávajú vo výrobku namiesto kondenzéra.
2. Rozdiel teplôt počas varenia sa zväčšuje, nie zmenšuje. Para pri tlaku ≤ 0,15 MPa má teplotu približne 111 °C a je nasýtená. Vzhľadom na hmotu, ktorá vrie pri 50 °C, je rozdiel teplôt viac ako 60 K – preto stačí malá vyhrievacia plocha a nízkotlaková alebo obnovovaná odpadová para sa stáva použiteľným zdrojom tepla.

Keďže rozpustený cukor a pektín zvyšujú bod varu roztoku, ovocná hmota s koncentráciou 65 °Brix vrie o niekoľko stupňov vyššie ako čistá voda. Preto uvádzame praktické pracovné rozsahy ako 45–60 °C namiesto teoreticky minimálnej hodnoty.

Udržiavať vyhrievanú stenu čistú pri každej otáčke

Samotný vakuum neprekonáva viskozitu produktu. Zníženie bodu varu neodstraňuje medznú vrstvu pri plášti – tá stále ostáva, stále je nehybná a stále spôsobuje lokálne prehriatie.

Škrabacia súčiastka je to, čo zatvára medzeru. Vo vnútri nádoby sa potravinové nože namontované na stredovej hriadele otáčajú proti plášťovému stenu s presne nastavenou vzdialenosťou. Pri každom prechode zdvíhajú tenkú vrstvu produktu z horúceho kovu a vrhajú ju späť do objemovej hmoty. Výsledok je nasledovný:

• Žiadna stacionárna vrstva znamená žiadne lokálne prehrievanie – a žiadnu spálenú, karamelizovanú vrstvu, ktorú by bolo potrebné odstraňovať.
• Povrch na prenos tepla sa neustále obnovuje, takže koeficient sa počas dávky nesníži tak, ako sa to deje v nezmiešanom vakuovom kotli.
• Hmota zostáva homogénna, takže hodnota °Brix je rovnaká od prvého litra až po posledný, nie rozvrstvená medzi horúcou stenou a chladným jadrom.
• Vysoko viskózne a pastovité produkty zostávajú spracovateľné až do koncového bodu. Koncentrátor Ruiyuan so škrabacími zariadeniami je navrhnutý tak, aby koncentroval do mernej hmotnosti vyššej ako 1,4 – oblasť, v ktorej obyčajný plášťový vakuový kotel prestáva fungovať.

Geometria nádrže je prispôsobená výrobku a požiadavkám na vypúšťanie: guľové teleso (GNQ) pre rovnomerný kontakt so stenami a hladký tok výrobku alebo kužeľové teleso (GNZ) pre spoľahlivé vypúšťanie hrubých, pastovitých koncentrátov.

Čo sa nachádza vo vakuovej koncentračnej nádobe s odškrabávacím povrchom

Štandardná konfigurácia Ruiyuan pozostáva z piatich funkčných blokov plus pohonných jednotiek a ovládania:

• Koncentrátorové teleso - plášťová nádoba s kopulovitým vrchom, dno s vydutím, zrkadlové povrchy mokrých častí, prístupný otvor, pozorovacie okno so stieračom a odškrabávací miešací mechanizmus poháňaný cez prevodovku s pravým uhlom.
• Oddelovač pár a kvapaliny - odstraňuje zachytené kvapôčky z pár tak, aby sa výrobok nedostal do kondenzátora.
• Kondenzátor - trubkový typ, dimenzovaný tak, aby znížil objem pár, ktorý musí vysávať vývážná pumpa.
• Chladnejší - cievkový typ, ochladzuje kondenzát na bezpečnú teplotu pre vypúšťanie.
• Prijímacia nádrž - zhromažďuje destilát; jeho objem je dimenzovaný podľa dávky tak, aby sa jedna koncentračná cyklus mohla vykonať bez prerušenia vakuu.

Okolo tohto jadra pridávame výkonné vývodu, obalový ohrievací okruh (para, teplá voda alebo elektrické vykurovanie), CIP rozprašovaciu guľu, prístrojové vybavenie (vakuumeter, digitálny teplomer, odberový kohútik) a ovládaciu konzolu – od manuálnych kohútikov a digitálnych indikátorov až po PLC + HMI s úložiskom receptúr a zaznamenávaním dávkových údajov.

Vo vnútri nádoby: škrabacie nože prechádzajú po ohrievanej stene pri každej otáčke, takže sa nemôže vytvoriť stacionárna vrstva a nič sa nezosvieľuje.

Video súbor procesu: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Čo sa mení v hotovom pohári

• Farba sa zachováva. Jahody, čerešne a kôstkové ovocie si udržiavajú odtieň, ktorý očakávajú kupujúci, namiesto toho, aby sa posúvali smerom k hnedej farbe.
• Aroma sa zachováva v produkte. Chladený kondenzor a mierne podtlakové prostredie zabezpečujú, že letné zložky sa skondenzujú a vrátia späť do produktu namiesto toho, aby sa odparili – navyše voliteľný stĺpec na získavanie arómy môže zachytiť aromatickú zložku na následné pridané do produktu.
• Žiadne zosvieľovacie tóny. Chutový profil je ovocný, nie karamelový a popolový.
• Pektín stále zhrubuje. Kršší doba pobytu pri nižšej teplote znamená, že želírovací systém funguje tak, ako je určené receptom, čo je ešte dôležitejšie pre zmesi s nízkym obsahom cukru a vysokým obsahom ovocia.
• Vyšší výnos. Výrobok, ktorý sa na stenu neprilepí, je výrobok, ktorý môžete predávať. Straty spôsobené prilepením na stenu a množstvo výrobku, ktoré sa odstraňuje pri čistení škrabkou, sa obe znížia.
• Stála hodnota °Brix. Rovnomerná koncentrácia zabezpečuje predvídateľnú hmotnosť plnenia, aktivitu vody a trvanlivosť z dávky na dávku.
• Rýchlejšie čistenie. Zrkadlové leštenie mokrých častí, zaoblená vnútorná geometria a CIP rozprašovacie guľky menia ručné odškrabávanie na jednoduchý cyklus umývania. Sanitárny dizajn dodržiava požiadavky potravinárskeho GMP po celom zariadení.

Štandardné technické parametre

Tabuľka nižšie uvádza štandardnú sériu zariadení na vakuumové koncentrovanie. Veľkosti sa pohybujú od 10-litrových pilotných jednotiek až po 500-litrové výrobné nádoby; väčšie kapacity a usporiadania s viacerými účinkami alebo tepelne rekompresované usporiadania sa navrhujú individuálne podľa objednávky. Keďže plocha vyhrievania, plocha kondenzácie a úroveň vákua musia byť všetky prispôsobené danému výrobku, konečné hodnoty sa potvrdzujú na základe vašej kaše, požadovanej hodnoty °Brix a požadovanej rýchlosti odparovania.

Parametre sa vzťahujú na štandardnú sériu a pre každý výrobok, jeho viskozitu a prevádzkové podmienky sa musia potvrdiť technickým oddelením.

Možnosti a prispôsobenie

• Geometria nádrže – guľové teleso (GNQ) alebo kužeľové teleso (GNZ) podľa požiadaviek na tok a vypúšťanie výrobku.
• Kapacita – 10 l až 500 l ako štandard; nádoby na výrobnú škálu a kompletné linky sa vyrábajú na objednávku.
• Materiály v detašovanom stavu – z nehrdzavejúcej ocele SS304 alebo SS316L, zrkadlový alebo matný povrch, vrátane certifikátov materiálu.
• Ohrievacie médiá – nasýtená para, horúca voda alebo elektrické vykurovanie v prípadoch, keď nie je k dispozícii kotol.
• Vákuový systém – vodný kruhový čerpadlový systém tam, kde je dostatok chladiacej vody, suché výsávanie tam, kde je obmedzený výtok vody.
• Obnovovanie aromatických látok – usporiadanie kondenzátora a rekuperačnej kolóny pre výrobky, pri ktorých je potrebné zachytiť a vrátiť horné tóny.
• Automatizácia – od lokálnych manometrov a manuálnych ventilov až po PLC s HMI, správu receptov, zaznamenávanie dávkov a správu alarmov.
• Výbušne nezávadné elektrické zariadenia – dostupné pre ovocné prípravky obsahujúce alkohol a recepty na báze liehovín.
• Mobilita a usporiadanie – mobilné rámce na výškových základoch pre skúšobné závody a výrobné závody na viacero výrobkov.

Použitie

Rovnaký princíp – nízka teplota v kombinácii so stieracou stenou – je vhodný pre akýkoľvek ovocný výrobok, ktorý je hustý, citlivý na teplo alebo oboje:

• Želé a konzervy z jahôd – jahody, maliny, čučoriedky, ostružiny, čierne rybízy, kde farba je predajným argumentom.
• Puré z kôstkovej a tropickej plodiny – marelice, broskyne, mango, marakuja, guava, fígy, banány.
• Marmelády a citrusové prípravky – formulácie s kôrkou a základy z horkej pomarančovej citrusovej plodiny.
• Ovocné prípravky pre priemysel – plnivá pre pekárne, mliečne výrobky a ovocné základy pre jogurty, prísady do zmrzliny, zmesi pre nápoje.
• Datľové, džubľové a fíkové pasty – veľmi vysoký obsah tuhých látok, veľmi vysoká viskozita.
• Jablkové maslo a pomaly varené ovocné maslá .
• Ovocné pomazánky s nízkym obsahom cukru a bez pridaného cukru – kde tuhé ovocné látky poskytujú konzistenciu a poškodenie teplom je okamžite viditeľné.
• Puré pre kojencov – kde uchovanie živín a farby je uvádzané ako výhoda na štítku, nie len ako preferencia.
• Koncentrácia paradajkových, paprikových a slaných ovocných pást – rovnaké problémy so zanesením a zmenou farby, rovnaké riešenie.

Puré z ovocia sa vrie pod hlbokým vákumom, čo je viditeľné cez pozorovací sklenený okienko nádoby na koncentráciu s odškrabávacím povrchom.

Súbor videa procesu: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Ako vybrať vhodnú jednotku pre váš výrobok

Koncentrácia je bilancia hmotnosti a číslo, ktoré určuje veľkosť stroja, nie je objem šarže – ide o množstvo vody, ktorú je potrebné odstrániť, a o rýchlosť, akou to musí prebehnúť.

Množstvo vody na odparenie = M_vstup × (1 − \frac{Brix_vstup}{Brix_výstup})

Príklad s výpočtom. 500 kg ovocného puré s obsahom 12 °Brix sa koncentruje na 65 °Brix:

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

Hmotnosť šarže po dokončení procesu je približne 92 kg džemu. Ak vydelíte 408 kg časom trvania šarže, ktorý potrebujete, získate požadovanú rýchlosť odparovania v kg/h – tento údaj určuje veľkosť vykurovacej plochy, veľkosť kondenzátora a výkon vývodu na vytvorenie vákua.

Pošlite nám týchto šesť údajov a my pre vás vyberieme vhodnú jednotku a pripravíme ponuku:

3. Výrobok a receptúra (ovocie, cukor, pektín, pridaný alkohol alebo tuhé látky).
4. Hmotnosť alebo objem dávky a počet dávkov za deň.
5. Brix (alebo celkový obsah tuhých látok) na vstupe a výstupe.
6. Očakávaná viskozita alebo konečná špecifická hmotnosť – a či sú prítomné kúsky ovocia.
7. Dostupné vykurovanie: tlak páry, teplota horúcej vody alebo iba elektrina.
8. Teplota a prietok chladiacej vody, ako aj vaše obmedzenia využitia a vypúšťania.

Výber medzi technológiami koncentrácie

Ak sa váš produkt lije ako šťava, vyparovacia jednotka s padajúcim filmom ho skoncentruje lacnejšie na tonu. Ak sa váš produkt v nádobe tuhne, potrebujete stierač na vonkajšej stene plášťa.

Pozrite si proces v činnosti

Kompletný systém koncentrácie za zníženého tlaku: koncentrátorová nádoba, kondenzačný stĺp, pozorovacie okienko a regulačné ventily na jednom ráme.

Spracovať video súbor: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Prečo spolupracovať s Ruiyuan

Spoločnosť Shanghai Ruiyuan Machinery Equipment Co., Ltd. navrhuje a vyrába vybavenie na extrakciu, koncentráciu a spracovanie kvapalín od roku 2011 z našich dielní v okrese Fengxian v Šanghaji. Naša ponuka zahŕňa laboratórne a polopriemyselné jednotky, ako aj priemyselné linky pre potravinársky, mliekarský, nápojový, kvasovací, farmaceutický a jemnochemický priemysel: zariadenia na extrakciu a koncentráciu, výparníky s padajúcim filmom a jednoduchým účinkom, sterilizátory UHT, kryštalizátory, sprejové sušičky a kompletné turnkey výrobné linky.

Pri projektoch koncentrácie to znamená, že nezakúpite len nádobu. Zakúpite jednotku, ktorá je presne prispôsobená viskozitnej krivke vášho produktu, požadovanej hmotnostnej koncentrácii tuhých látok, dostupným energetickým zdrojom a režimu čistenia – a ktorá je podporovaná počas inštalácie, uvádzania do prevádzky a školenia obsluhy.

Často kladené otázky

Aké konečné množstvo tuhých látok dokáže jednotka dosiahnuť?

Štandardná séria je navrhnutá tak, aby sa koncentrovala na špecifickú hmotnosť vyššiu ako 1,4, pričom praktickým limitom je zvyčajne viskozita – nie úroveň vákua. Pre väčšinu ovocných džemov to znamená 65–68 °Brix. Uveďte nám požadovaný konečný bod a my potvrdíme dosiahnuteľnú hodnotu pre váš výrobok.

Bude škrabacia súčiastka poškodzovať kúsky ovocia alebo textúru?

Čepele sa pohybujú pozdĺž steny s presne nastavenou medzerou a odstraňujú materiál z ohrievanej plochy namiesto jeho rozmačkávania. Kúsky ovocia sa zvyčajne pridávajú po dokončení koncentrácie, aby zostali nedotknuté; ak musia kúsky prežiť celý proces, prispôsobíme geometriu miešacieho zariadenia a jeho otáčky príslušne.

Je teplota dostatočne nízka na ochranu pektínu a farby?

Áno. Štandardné jednotky pracujú pri manometrickom výkone vákua 600–700 mmHg, čo zodpovedá bodu varu približne 45–60 °C pre ovocnú hmotu bohatú na cukor. Táto teplota je výrazne nižšia ako rozsah, v ktorom sa antokyániny a pektín rýchlo rozkladajú.

Aké pomocné prostriedky potrebujem?

Para pri teplote ≤ 0,15 MPa (stačí nízkotlaková alebo získaná para), chladiaca voda pre kondenzátor a chladič a štandardné elektrické napájanie. Keďže teplota varu je nízka, teplotný rozdiel cez plášť zostáva veľký, takže na vykonanie práce postačuje skromná vyhrievacia plocha.

Ako dlho trvá jedna dávka?

Závisí to od množstva vody, ktorú je potrebné odstrániť, a od rýchlosti odparovania navrhovanej pre váš zariadenie. Použite vyššie uvedenú bilanciu hmotnosti na určenie množstva vody v kilogramoch a potom vydeľte požadovaným časom jednej dávky – vyhrievaciu a kondenzačnú plochu navrhujeme na základe tohto čísla.

Je možné ho čistiť priamo v zariadení?

Áno. Mokré časti sú zrkadlového povrchu s zaoblenou vnútornou geometriou a ako štandard sa montujú CIP rozprašovacie guľôčky. Zariadenie na odškrabávanie je navrhnuté tak, aby bolo možné vykonať rutinnú kontrolu a výmenu nožov bez rozsiahleho demontážu.

Aká dokumentácia sa dodáva spolu so zariadením?

Certifikáty materiálov pre mokré časti, záznamy o výrobe a tlakových skúškach, elektrická a inštalačná dokumentácia a prevádzkový a údržbový manuál. Skúšky prijatia v továrni a školenie obsluhy možno zabezpečiť pred odoslaním.

Požiadajte o ponuku

Pošlite nám svoj výrobok, veľkosť dávky, vstupný a cieľový obsah cukru (Brix) a dostupné technologické média. Odpovieme vám s navrhnutou jednotkou, popisom procesu a cenovou ponukou – a ak je recept pre vás nový, môžeme pred zakúpením výrobnej kapacity vykonať koncentračné skúšky na vašej vlastnej ovocnej kaši.

Kontakt

Tony Zhang
Shanghai Ruiyuan Machinery Co., Ltd.
Čísla 168, cesta Qingling, park Qinggang, okres Fengxian, Šanghaj, Čína
Mobil / WhatsApp: +86 136 0188 4162
E-mail: [email protected]
Web: www.ruiyuanextraction.com