Вакуумний концентраційний резервуар зі скребковою поверхнею: концентрування фруктового джему без втрати кольору, пектину чи аромату

Наповніть каструлю для варіння варення суспензією полуниці, увімкніть пару й залиште її на годину — і ви отримаєте варення. Але також ви отримаєте тьмяний бурий-червоний колір, приглушений аромат, шар спаленої фруктової маси, що прилипла до стінок котла, і роботу з очищенням, яку ніхто не хоче виконувати. Проблема не в рецептурі. Проблема — у місці, де тепло зустрічається з фруктами.

Вакуумний концентраційний котел із скребковою поверхнею одночасно вирішує обидві частини цієї проблеми: він знижує температуру кипіння фруктової маси приблизно до 45–60 °C, а також постійно очищає нагріту поверхню під час кожного оберту, тож продукт ніколи не залишається нерухомим достатньо довго, щоб спалитися.

У цій статті пояснюється, як працюють ці два механізми, які зміни відбуваються у готовому продукті в банці, стандартні параметри наших серій RY-GBNS / RY-ZN, а також як правильно підібрати потужність установки для вашого власного продукту.

Пересувна установка з вакуумним концентраційним котлом із скребковою поверхнею, корпусом із подвійними стінками, приводом скребків, конденсаційною колоною та ємністю для збору дистиляту

Чому варення — найскладніший продукт для концентрування

Більшість випарювачів розроблено для прозорих, легко текучих рідин. Джем одночасно порушує три їхні припущення.

Він термічно нестійкий. Антоціаніни в полуниці, малині, вишні та чорниці швидко розкладаються при температурі понад 80 °C. Пектин — речовина, яка забезпечує желеутворення джему — деполімеризується під тривалим нагріванням. Ароматичні леткі сполуки, завдяки яким люди кажуть «це смакує як справжній фрукт», починають випаровуватися в момент інтенсивного кипіння маси. Утримуйте фруктове пюре при атмосферній температурі кипіння — і ви назавжди втратите всі три компоненти.

Він в’язкий, і його в’язкість зростає по мірі обробки. Фруктове пюре надходить у резервуар із концентрацією близько 12–20 °Brix і виходить із концентрацією 65–68 °Brix. У цьому діапазоні в’язкість зростає на кілька порядків, доки маса перестає поводитися як рідина й набуває властивостей пастоподібної речовини. Насоси, труби та звичайні поверхні типу «падаючої плівки» просто припиняють працювати.

Він утворює накип на нагрітій стінці. У будь-якому обігрівальному резервуарі біля гарячої металевої стінки утворюється застійний граничний шар. У води цей шар тонкий й безпечний. У фруктової пасти, багатої цукром, він стає товстішим, перегрівається, карамелізується й, нарешті, карбонізується — утворюючи обгорілу плівку, яка ізолює обігрівальний шар, уповільнює процес варіння, псуватиме смак і потребуватиме ручного вилучення. Пригар — найважчий вид відмови в виробництві джему: він забирає енергію, вихід продукції, колір і трудові ресурси одночасно.

Два механізми, що вирішують цю проблему: вакуум і скребок, який ніколи не зупиняється

Знижте температуру кипіння замість підвищення кількості тепла

Вода кипить при 100 °C лише тому, що перебуває під тиском однієї атмосфери повітря. Якщо цей тиск прибрати, температура кипіння різко знизиться.

Випливають дві інженерні наслідки, і обидві економлять кошти:

1. Продукт ніколи не нагрівається достатньо, щоб пошкодити себе. За температури 45–60 °C пектин залишається незмінним, антоціани зберігають колір, а леткі ароматичні сполуки залишаються в продукті, а не потрапляють у конденсатор.
2. Рушійна різниця температур збільшується, а не зменшується. Пара при тиску ≤ 0,15 МПа має температуру насичення близько 111 °C. У порівнянні з масою, що кипить при 50 °C, різниця температур перевищує 60 K — отже, достатньо невеликої нагрівальної поверхні, а низькотискова або відновлена відпрацьована пара стає придатною як джерело тепла.

Оскільки розчинений цукор і пектин підвищують температуру кипіння розчину, фруктова маса з концентрацією 65 °Brix кипить на кілька градусів вище, ніж чиста вода. Саме тому ми вказуємо практичний робочий діапазон як 45–60 °C замість теоретичного мінімуму.

Зберігайте нагрівальну стінку чистою під час кожного обертання.

Сам по собі вакуум не вирішує проблему в’язкого продукту. Навіть при зниженні температури кипіння пограничний шар біля рубашки залишається, залишається нерухомим і далі перегрівається.

Скребер — це те, що ліквідує цей проміжок. Усередині посудини харчові леза, закріплені на центральному валу, обертаються вздовж стінки з рубашкою з контрольованим зазором. Під час кожного проходу вони знімають плівку продукту з гарячого металу й повертають її назад у загальну масу. Результат:

• Відсутність застою плівки означає відсутність локального перегріву — і, відповідно, відсутність обгорілого, карамелізованого шару, який потрібно очищати.
• Поверхня теплопередачі постійно оновлюється, тому коефіцієнт не знижується протягом усього циклу, як це відбувається в незмішуваному котлі.
• Маса залишається однорідною, тому показник °Brix є рівномірним від першого до останнього літра — без стратифікації між гарячою стінкою та прохолодним ядром.
• Високов’язкі й пастоподібні продукти залишаються керованими аж до кінцевої точки. Скреберні концентратори Ruiyuan розраховані на концентрування до питомої ваги понад 1,4 — це область, де звичайний вакуумний котел із рубашкою вже не спроможний працювати.

Геометрія корпусу резервуара підібрана відповідно до продукту та вимог до вивантаження: сферичний корпус (GNQ) забезпечує рівномірний контакт ізі стінкою й плавне переміщення продукту, а конічний корпус (GNZ) — надійне спорожнення густих, пастоподібних концентратів.

Що знаходиться всередині вакуумного концентраційного резервуара зі скребковою поверхнею

Стандартна конфігурація Ruiyuan складається з п’яти функціональних блоків, а також приводів і систем керування:

• Корпус концентратора - судина з подвійними стінками з куполоподібною верхньою частиною та вгнутою нижньою частиною, поверхні, що контактує з рідиною, відполіровані до дзеркального блиску, люк для огляду, оглядове скло зі скребком і мішалка-скребок, що приводиться в рух через редуктор під прямим кутом.
• Відокремлювач пари й рідини - видаляє крапельки рідини, що переносяться парою, щоб продукт не потрапляв у конденсатор.
• Конденсатор - типу «оболонка–трубки», розміри підібрані так, щоб зменшити об’єм пари, який має обробляти вакуумний насос.
• Охолоджувач - спірального типу, охолоджує конденсат до безпечного температурного рівня для відведення.
• Резервуар прийому - збирає дистилят; його об’єм розрахований відповідно до партії, щоб один цикл концентрування можна було провести без перерви вакууму.

Навколо цього основного блоку ми додаємо вакуумну систему, контур обігріву оболонки (пара, гаряча вода або електричний нагрів), кульовий розпилювач CIP, прилади контролю (манометр вакууму, цифровий індикатор температури, зразковий кран), а також пульт керування — від ручних кранів й цифрових індикаторів до ПЛК з HMI, зберіганням технологічних режимів і реєстрацією даних про партії.

Усередині посудини: скребкові лопаті очищають нагріту стінку при кожному оберті, тому не утворюється застоєва плівка й ніщо не підпікає.

Файл відео процесу: assets/web/scraper-wall-demo-h264.mp4

Що змінюється у готовій банці

• Колір зберігається. Ягоди, вишні та кісточкові фрукти зберігають відтінок, якого очікують покупці, замість того щоб набувати коричневого відтінку.
• Аромат залишається в продукті. Охолоджений конденсатор і неглибокий вакуум забезпечують конденсацію летких речовин і їх повернення назад замість випаровування — а додаткова колонка для відновлення аромату може збирати ароматичну фракцію для подальшого дозування.
• Відсутні підпечені ноти. Смаковий профіль — фруктовий, а не карамельно-попільний.
• Пектин все ще желірує. Коротший час перебування при нижчій температурі означає, що желююча система працює так, як передбачено рецептурою, що має ще більше значення для формул із зниженим вмістом цукру та високим вмістом фруктів.
• Вищий вихід. Продукт, який не пригорає до стінок, — це продукт, який ви можете продавати. Втрати через пригоряння та продукт, що залишається після очищення скребком, зменшуються.
• Стабільна концентрація за шкалою °Brix. Однакова концентрація забезпечує передбачувані маси наповнення, активність води та термін придатності від партії до партії.
• Швидше очищення. Деталі, що контактують із продуктом, мають дзеркальне полірування, заокруглену внутрішню геометрію та кульки для CIP-промивання — це перетворює ручне очищення молотком і зубилом на простий цикл промивання. Санітарна конструкція повністю відповідає практиці GMP у харчовій промисловості.

Стандартні технічні параметри

У таблиці нижче наведено стандартні серії вакуумних концентраторів. Обсяги варіюються від 10-літрових пілотних установок до 500-літрових виробничих резервуарів; установки більшої потужності, а також багатоетапні чи термічно рекомпресовані конфігурації проектуються за індивідуальним замовленням. Оскільки площа нагрівання, площа конденсації та рівень вакууму мають відповідати конкретному продукту, остаточні параметри підтверджуються на основі вашого пюре, бажаного значення °Brix та необхідної швидкості випаровування.

Параметри стосуються стандартної серії й підлягають інженерному підтвердженню для кожного продукту, в’язкості та режиму роботи.

Опції та індивідуальне виготовлення

• Геометрія резервуару — сферичне (GNQ) або конічне (GNZ) тіло залежно від умов течії та вивантаження продукту.
• Місткість — об’єм від 10 л до 500 л у стандартному виконанні; промислові ємності та повні технологічні лінії виготовляються за замовленням.
• Матеріали, що зустрчаються — нержавіюча сталь марок SS304 або SS316L, дзеркальна або матова обробка поверхні; сертифікати на матеріали надаються.
• Теплоносій - насичена пара, гаряча вода або електричне опалення, якщо котел недоступний.
• Вакуумна система - водокільцевий насос, коли охолоджувальна вода є у великій кількості; сухе вакуумне відкачування, коли відведення води обмежене.
• Відновлення аромату - розташування конденсатора та колони відновлення для продуктів, у яких потрібно зберегти й повернути верхні ноти.
• Автоматизація - від місцевих манометрів та ручних клапанів до ПЛК з інтерфейсом людина-машина, управлінням рецептурами, реєстрацією партій та обробкою аварійних сигналів.
• Вибухозахищене електрообладнання - доступно для фруктових приготувань, що містять спирт, та рецептів на основі горілки.
• Мобільність та планування - пересувні рами на базі скідів для дослідних установок та багатопродуктових заводів.

Застосування

Той самий принцип — низька температура разом із знищеною стінкою — підходить для будь-якого фруктового продукту, який є густим, чутливим до тепла або одночасно й тим, й іншим:

• Джеми та консервовані ягідні продукти - полуниця, малина, чорниця, ожина, чорна смородина, де колір є ключовим продавальним фактором.
• Пюре з кісточкових та тропічних фруктів - абрикос, персик, манго, маракуя, гуава, інжир, банан.
• Мармелад та цитрусові приготування - з цедрою та основою з гіркого апельсина.
• Фруктові приготування для промисловості - начинки для випічки, фруктові основи для молочних продуктів та йогуртів, шари у морозиві, компоненти для напоїв.
• Паста з фініків, загібі та інжиру - дуже високий вміст сухих речовин, дуже висока в’язкість.
• Яблучне масло та фруктові масла, приготовані повільним способом .
• Фруктові джеми з низьким вмістом цукру та без доданого цукру - де тверді фруктові частинки надають консистенції, а пошкодження від тепла видно одразу.
• Пюре для немовлят - де збереження поживних речовин та кольору є заявленою на етикетці характеристикою, а не побажанням.
• Концентрація томатного, перцевого та солонуватих фруктових пюре - ті самі проблеми з утворенням накипу та зміною кольору, той самий розв’язок.

Кип’ятіння фруктового пюре у глибокому вакуумі, яке видно через оглядове скло вакуумної концентраційної ємності зі скребковим типом перемішування.

Файл відеозапису процесу: assets/web/jam-concentration-1-h264.mp4

Як правильно підібрати потужність установки для вашого продукту

Концентрація — це масовий баланс, а параметр, що визначає розміри апарату, — це не об’єм партії, а кількість води, яку потрібно видалити, та швидкість її видалення.

Вода для випаровування = M_вхід × (1 − Brix_вхід ∕ Brix_вихід)

Приклад розрахунку. 500 кг фруктового пюре з вмістом 12 °Brix концентрують до 65 °Brix:

500 × (1 − 12 ∕ 65) = 500 × 0,815 = 408 кг води

Маса готової партії становить приблизно 92 кг джему. Поділіть 408 кг на тривалість партії у годинах — отримаєте необхідну швидкість випаровування у кг/год. Цей показник визначає площу нагрівальної поверхні, розміри конденсатора та потужність вакуумного насоса.

Надішліть нам ці шість параметрів, і ми підберемо апарат та надамо комерційну пропозицію:

3. Продукт та рецептура (фрукти, цукор, пектин, доданий спирт або тверді речовини).
4. Маса або об’єм вхідної сировини на партію та кількість партій на добу.
5. Brix (або загальний вміст сухих речовин) на вході та на виході.
6. Очікувана в’язкість або кінцева питома вага — а також наявність шматочків фруктів.
7. Доступне нагрівання: тиск пари, температура гарячої води або лише електроенергія.
8. Температура й витрата охолоджувальної води, а також обмеження щодо комунальних послуг і скидання.

Вибір між технологіями концентрування

Якщо ваш продукт наливається, як сік, то для його концентрування економічніше використовувати випарювач із низхідною плівкою. Якщо ж ваш продукт загусає в банці, то на стінці рубашки потрібен скребок.

Перегляньте процес у дії

Повна вакуумна концентраційна лінія: корпус концентратора, конденсаційна колона, дивне скло та регулювальні клапани на єдиному каркасі.

Відеофайл процесу: assets/web/jam-concentration-2-h264.mp4

Чому варто співпрацювати з Ruiyuan

Компанія Shanghai Ruiyuan Machinery Equipment Co., Ltd. проектує та виготовляє обладнання для екстракції, концентрування та рідинної переробки з 2011 року на своєму заводі в районі Фенсінь, Шанхай. Наш асортимент охоплює лабораторні та пілотні установки, а також промислові лінії для харчової, молочної, напійної, ферментаційної, фармацевтичної та спеціальної хімічної галузей: установки для екстракції та концентрування, плівкові випарювачі та випарювачі з одним ефектом, стерилізатори UHT, кристалізатори, спрей-сушарки та повні «під ключ» виробничі лінії.

Щодо проектів концентрування зокрема — це означає, що ви не купуєте просто посудину. Ви купуєте установку, яка точно підібрана під криву в’язкості вашого продукту, бажаний вміст сухих речовин, доступні комунальні ресурси та режим очищення — і яку підтримують під час монтажу, введення в експлуатацію та навчання операторів.

Поширені запитання

Який кінцевий вміст сухих речовин може досягти установка?

Стандартна серія розрахована на концентрацію до специфічної ваги понад 1,4, а практичним обмеженням зазвичай є в’язкість, а не рівень вакууму. Для більшості фруктових джемів це означає 65–68 °Brix. Повідомте нам бажану кінцеву точку, і ми підтвердимо досяжне значення для вашого продукту.

Чи пошкодить скребок шматочки фруктів або текстуру?

Леза рухаються вздовж стінки з контрольованим зазором і очищають нагріту поверхню, а не подрібнюють основну масу продукту. Шматочки фруктів зазвичай додають після концентрації, щоб зберегти їх цілісність; якщо шматочки мають витримати весь цикл, ми відповідно підбираємо геометрію й швидкість мішалки.

Чи достатньо низька температура для збереження пектину та кольору?

Так. Стандартні установки працюють при манометричному вакуумі 600–700 мм рт. ст., що відповідає температурі кипіння приблизно 45–60 °C для цукрової фруктової маси. Це значно нижче діапазону, у якому антоціани та пектин швидко розкладаються.

Які комунальні послуги мені потрібні?

Пара при тиску ≤ 0,15 МПа (достатньо низького тиску або відновленої пари), охолоджувальна вода для конденсатора й охолоджувача та стандартне електропостачання. Оскільки температура кипіння низька, різниця температур у рубашці залишається великою, тому достатньо невеликої нагрівальної площі.

Скільки часу триває одна партія?

Це залежить від кількості води, яку потрібно видалити, та швидкості випаровування, розрахованої для вашого агрегату. Скористайтеся наведеним вище матеріальним балансом, щоб визначити масу води у кг, а потім поділіть її на необхідний час обробки однієї партії — саме це значення використовуємо для розрахунку площі нагріву й конденсації.

Чи можна проводити очищення на місці?

Так. Змочувані деталі мають дзеркальне полірування й заокруглену внутрішню геометрію; спрей-кулі для CIP встановлено як стандартне обладнання. Скреберна конструкція розрахована так, щоб забезпечити регулярний огляд і заміну лез без необхідності повної розбирання.

Яка документація поставляється разом із обладнанням?

Сертифікати матеріалів для змочуваних частин, записи про виготовлення та гідравлічні випробування, електрична та інструментальна документація, а також керівництво з експлуатації та технічного обслуговування. Заводські приймальні випробування та навчання операторів можна організувати до відправлення.

Запросіть розрахунок вартості

Надішліть нам ваш продукт, розмір партії, вихідну та бажану концентрацію за шкалою Брикс і наявні енергоресурси. Ми надішлемо вам підібрану за розміром установку, опис технологічного процесу та комерційну пропозицію. У разі, якщо цей рецепт є для вас новим, ми можемо провести дослідні концентраційні випробування на вашому власному фруктовому пюре до того, як ви вирішите про введення виробничих потужностей.

Контакт

Тоні Чжан
Shanghai Ruiyuan Machinery Co., Ltd.
Вулиця Цінлін, будинок 168, парк Цінган, район Фенсінь, Шанхай, Китай
Мобільний телефон / WhatsApp: +86 136 0188 4162
Електронна пошта: [email protected]
Веб-сайт: www.ruiyuanextraction.com