1

SOKOWNICTWO

Klarowanie soków

2

Wytłoczony sok owocowy jest układem koloidalnym z nierozpuszczalnymi cząstkami tkanki owocowej o wymiarach od 10-6 do 10-7 cm, zawieszonymi w soku.

Obok cech charakterystycznych dla roztworów koloidalnych, soki mają właściwości typowe dla roztworów substancji o złożonej budowie chemicznej i dużym ciężarze cząsteczkowym.

W sokach owocowych do takich substancji należą pektyny, białka, skrobia, związki garbnikowe, śluzy i barwniki.

Roztwory tych substancji charakteryzują się trwałością w układzie i nie rozwarstwiają się.

3

Odgrywają one dużą rolę w zmętnieniach i osadach jako koloidy ochronne.

Rozkład pektyn przed właściwym klarowaniem zapewnia dobre przeprowadzenie tego procesu.

Po hydrolizie enzymatycznej należy usunąć pozostałe krótkie łańcuchy pektyn i ich kompleksy z białkami i fenolami.

Pektyny

4

W soku jabłkowym pochodzi z niedojrzałych owoców, które zawierają jej znacznie więcej (około 1%) niż owoce dojrzałe (około 0,1%).

Skrobia w osadach i zmętnieniach może występować w połączeniu z białkami i fenolami.

Skrobia

5

Granulki skrobi są nierozpuszczalne w zimnej wodzie. Gdy ogrzewa się je w roztworze wodnym skrobia osiąga temperaturę przy której granulki pęcznieją i żelują. Dalsze ogrzewanie powoduje jej rozpuszczanie.

W formie rozpuszczonej może pozostawać w roztworze podczas klarowania i filtracji a następnie, podczas przechowywania może ulegać retrogradacji tj. łączenia się w długie łańcuchy. Proces ten przyspiesza niska temperatura, obecność alkoholu, tanin i białek oraz koncentracja.

Skrobia

6

W przypadku obecności granulek skrobi w soku należy hydrolizować je enzymem amylazą lub usuwać przez wirowanie lub osadzanie przed pasteryzacją.

Potencjalne zmętnienia skrobiowe można minimalizować przez przetwarzanie tylko w pełni dojrzałych jabłek, które mają niską zawartość skrobi.

Skrobia

7

Polifenole i białka Zmętnienia i osady, wywołane przez polifenole i białka w przeciwieństwie od skrobi i pektyn, podczas ogrzewania nie rozpuszczają się.

Wystąpienie osadów białkowo-polifenolowych może wystąpić po rozlewie soków do butelek w wyniku polimeryzacji następującej w wyniku utleniania się polifenoli w czasie przechowywania.

W praktyce trudno jest wyeliminować zmętnienia i osady polifenolowe i polifenolowo-białkowe gdyż występują one dopiero po przechowywaniu soków, uprzednio rozlanych do butelek jako soki klarowne.

Polifenole i białka

8

Zmętnienia tego rodzaju można ograniczać przez usuwanie polifenoli podczas klarowania żelatyną oraz pasteryzację soków bezpośrednio po ich otrzymaniu celem inaktywacji enzymów utleniających polifenole.

Zmętnienia białkowe mogą powstawać z powodu zbyt dużych dawek żelatyny.

Polifenole i białka

9

Niektóre jony metali takich, jak: żelazo, miedź, wapń, glin czy magnez mogą być przyczyną zmętnień. Na przykład w sokach przetrzymywanych w tankach aluminiowych mogą występować osady pektynianu aluminium.

Kationy wielowartościowe i kwasy.

10

Jony metali tworzą nierozpuszczalne kompleksy z białkami i polifenolami powodując zmętnienia i osady.

Mogą także katalizować utlenianie polifenoli przyspieszając ich polimeryzację i przechodzenie do osadów.

Stosowanie urządzeń ze stali nierdzewnej lub niemetali pozwala na uniknięcie obecności metali w sokach.

Kationy wielowartościowe i kwasy.

11

Kwasy, w tym szczególnie kwas winowy, mogą tworzyć zmętnienia krystaliczne jako sole potasu lub wapnia.

Proces ten przyspiesza schładzanie i koncentracja.

Ten problem może być ograniczany przez wytrącanie nadmiaru kwasu z użyciem węglanu wapnia lub potasu, zimną stabilizację lub zastosowanie wymieniaczy jonowych.

Kwasy

12

Araban jest substancją wielkocząsteczkową stanowiącą element ścian komórkowych owoców. Arabany są uwalniane w przypadku stosowania preparatów enzymatycznych do obróbki miazgi jabłkowej. W świeżo otrzymanym soku jabłkowym arabany są całkowicie rozpuszczone. Zmętnienia pojawiają się podczas kilkutygodniowego przechowywania koncentratu. Pod mikroskopem cząstki arabanu wyglądają jak komórki drożdżowe. Podgrzanie zagęszczonego soku, w którym wystąpiło zmętnienie arabanowe, do temperatury ok. 80oC, powoduje przywrócenie klarowności soku.

Arabany.

13

Aby zapobiec występowaniu zmętnień arabanowych niezbędna jest obróbka miazgi lub soku preparatem zawierającym arabinofuranozydazę, która jest zdolna rozszczepić araban na małe cząstki.

Arabany.

14

Mikroorganizmy martwe lub żywe mogą również powodować zmętnienia.

Obecność drożdży, bakterii czy pleśni można łatwo wykryć pod mikroskopem przy 500-1000 krotnym powiększeniu osadu.

Szybki dzienny wzrost osadu wskazuje na obecność żywych organizmów.

Obecność osadów i zmętnień mikrobiologicznych zależy od stanu sanitarnego surowca, aparatury, przetrzymywania w procesie produkcji soku.

Mikroorganizmy

15

Do usuwania zmętnień i osadów można stosować procesy biochemiczne, chemiczne i fizyczne.

Procesy biochemiczne polegają na stosowaniu enzymów: pektynolitycznych, amylolitycznych, proteolitycznych i innych.

Chemiczne to stosowanie czynników pomocniczych do usuwania kwasów, wytrącania substancji powodujących zmętnienia.

Fizyczne to: filtracja, wirowanie, cieplna i zimna stabilizacja oraz ultrafiltracja.

Usuwanie zmętnień i osadów .

16

Najbardziej efektywną metodą rozkładu związków powodujących zmętnienia do substancji o małej cząsteczce jest traktowanie preparatami enzymatycznymi, głównie pektynolitycznymi hydrolizującymi związki pektynowe oraz amylolitycznymi hydrolizującymi skrobię.

Stosowanie preparatów enzymatycznych

17

Spośród licznych enzymów zalecane są np.: Rohapect MB (pektynaza odporna na temperaturę), Pectinex 3XL 100L, Pectinex Ultra G, Pectinex AR.

Preparaty te charakteryzuje wysoka aktywność w kierunku szybkiej degradacji pektyn oraz arabanu do postaci arabinozy.

Wspomagającymi enzymami mogą być Amylaza AG 200L - wysokoaktywna amyloglukozydaza oraz Fungamyl 800L - alfa - amylaza otrzymywana z grzybów.

Stosowanie preparatów enzymatycznych

18

otrzymuje się klarowny, jasno zabarwiony, stabilny sok i koncentrat;

nie są wymagane czynniki klarujące i dodatki filtracyjne;

mniejszy jest problem z odpadami;

metoda ta nie wymaga PVPP, węgla aktywnego ani adsorbentów;

technologia jest prosta,

możliwa jest automatyzacja procesu.

Zalety enzymatycznej stabilizacji soku i koncentratu

19

Klarowanie soków ma na celu usunięcie zmętnień powstałych w procesach tłoczenia i dalszej obróbki.

Podczas klarowania istotne są następujące czynniki: –jakość i ilość środków klarujących, –ich przygotowanie do użycia, –pH –kolejność dodawania, –temperatura, –lepkość, –rodzaj tanku –technika mieszania.

Klarowanie

20

Podwyższenie temperatury przyspiesza proces klarowania, zmniejszenie lepkości przyspiesza sedymentację.

Tanki, w których prowadzi się klarowanie powinny mieć optymalny stosunek wysokości do średnicy, wynoszący 2:1, powinny być izolowane lub chronione przed zimnymi przeciągami, które mogą powodować zawirowania zawartości tanku. Do mieszania zawartości powinno być używane powoli obracające się płaskie mieszadło

Klarowanie

21

Do klarowania soków owocowych stosuje się przede wszystkim

–bentonity,

–żelatynę i

–zole krzemionkowe, • które dodaje się w podanej wyżej kolejności.

Klarowanie

22

Bentonit- naturalny mineral ilasty, zbudowany warstwowo z

wielokrzemianu glinu

Klarowanie

23

24

Bentonity, dzięki swojej dużej powierzchni zewnętrznej z ujemnymi ładunkami powierzchniowymi i dodatnimi ładunkami krawędziowymi posiadają właściwości szczególnie przydatne do klarowania i stabilizacji soków.

Specjalne rozłożenie ładunków powoduje, że bentonit może adsorbować zarówno dodatnio naładowane białka jak i ujemnie na ładowane fenole.

Klarowanie

25

Bentonity powodują:–podwyższenie trwałości soku przez adsorbcję białek i redukcję

polifenoli;

–poprawienie klarowności przez reakcję z dodatnio naładowanymi koloidami;

–przyspieszenie sedymentacji osadu przez podwyższenie ciężaru właściwego substancji tworzących osad;

–poprawienie cech jakościowych soków przez adsorbcję amin i pozostałości środków ochrony roślin;

–zmienny wpływ na barwę soku:• korzystny np. dla soku jabłkowego, poprzez adsorbcję dających

brunatne zabarwienie polifenoli, • niekorzystny dla soków z owoców kolorowych poprzez adsorbcję

antocyjanów.

Klarowanie

26

•Żelatyna

• Głównym zadaniem żelatyny jest obniżenie zawartości fenoli w roztworze.

• Cechy charakteryzujące żelatynę do klarowania to:

•wysoki dodatni ładunek elektryczny,

•średni poziom stopni Blooma (stopnie Blooma określają siłę żelowania żelatyny).

•Dobre właściwości flokulacyjne żelatyny umożliwiają wychwycenie i wytrącenie bardzo drobnych, mętnych substancji, co pozwala na otrzymanie klarownych, łatwo dających się klarować soków.

27

Zol krzemionkowy jest to czysty dwutlenek krzemu SiO2 w wodnej formie zolu.

Zol krzemionkowy umożliwia klarowanie na gorąco. Jeśli prowadzi się klarowanie bez dodatku zolu krzemionkowego lub doda się go za mało wówczas występują zmętnienia wtórne.

Ilość użytego zolu zależy od ilości dodanej żelatyny i przy jego użyciu można wytrącać jej nadmiar w klarowanym roztworze.

•Zol krzemionkowy

28

W ostatnich latach coraz większe zastosowanie mają techniki membranowe do oczyszczania soków.

Szczególnie technika ultrafiltracji coraz powszechniej wypiera klarowanie tradycyjne.

Metoda ta polega na oddzieleniu makrocząsteczek tj. białek, skrobi, pektyn na membranach zatrzymujących cząsteczki o wymiarach większych niż 1,0 m (10-9m).

Ultrafiltracja

29

Ultrafiltracja

30

31

Ultrafiltracja

32

Ultrafiltracja

33

Uzyskuje się w pełni klarowny sok, w wyniku usunięcia substancji pektynowych i innych wielkocząsteczkowych węglowodanów oraz zmniejszenia ilości kompleksów białek z taninami.

Polifenolooksydaza, odpowiedzialna za brązowienie enzymatyczne również jest zatrzymywana przez membrany;

wyższe wydajności soku od 5-8%, w stosunku do uzyskiwanych metodami tradycyjnymi;

koszty materiałów filtracyjnych są zredukowane, dzięki eliminacji pomocniczych środków filtracyjnych i środków do klarowania;

Zalety użycia ultrafiltracji:

34

koszty enzymów klarujących są zmniejszone, potrzebna jest tylko częściowa pektynoliza, istnieje możliwość równoczesnego przeprowadzania pektynolizy i ultrafiltracji, gdyż enzym podlega recyrkulacji;proces może być prowadzony w sposób ciągły, w pełni automatyczny, mniejszy jest nakład robocizny, koszty tanków, wirówek, filtrów, szybki rozruch;mniejsza jest ilość odpadów;właściwości organoleptyczne są wyższe, ogranicza się obróbkę termiczną soków, możliwa jest "zimna sterylizacja soków" i ich aseptyczne pakowanie, membrany eliminują bakterie, drożdże, pleśnie. nie możliwości przedawkowania żelatyny (nie przechodzi przez membrany)

Zalety użycia ultrafiltracji:

35

mała elastyczność systemu ultrafiltracji w doborze warunków zależnie od rodzaju i jakości soku.

Mała stabilność na zmętnienia pochodzące od polifenoli i białek. Niskocząsteczkowe polifenole nie są usuwane w czasie ultrafiltracji i w czasie przechowywania soków i koncentratów w wyniku polimeryzacji mogą powodować zmętnienia gotowych produktów.

Pewną niedogodnością ulrafiltracji jest lekkie ciemnienie soków zagęszczonych spowodowane reakcjami polifenoli z białkami, które nie zostały całkowicie usunięte przez ultrafiltrację.

Wadą procesu ultrafiltracji jest

36

Filtr próżniowy

37

38

39

40

W praktyce przemysłowej zabiegi depektynizacji i dearomatyzację soku wykonuje się przed zagęszczaniem z dwóch powodów:

Podczas depektynizacji mogą uwalniać się z pektyn do soku pewne ilości metanolu.

Podgrzewanie soku powoduje straty związków aromatycznych.

Zagęszczanie

41

Oddzielone z soku związki zapachowe zagęszcza się, a nastepnie dodaje w procesie odtwarzania soku z koncentratu. Wskaźnikiem koncentracji soku aromatów jest tzw. stopień kondensacji K.Obliczenie stopnia kondensacji jest potrzebne do prawidłowego dozowania aromatu w procesie odtwarzania soku.

42

Przebieg zagęszczania soku w stacji wyparnej UNIPECTIN przebiega następująco:świeży, mętny sok surowy zostaje zdearomatyzowany i wstępnie zagęszczony w drugim i pierwszym dziale wyparnym,jednocześnie w dziale aromatów następuje wzmocnienie zawartości aromatów i skierowanie ich do dbieralnika,odaromatyzowany, mętny sok przechodzi następnie do działu depektynizowania i klarowania,w dziale trzecim, czwartym i piątym stacji wyparnej odbywa się dalsze zagęszczanie soku

43

UNIPECTIN 1405S Sok surowy Sok filtrowany

Ilość soku wprowadzana do stacji wyparnej

15840 l/h 8870 l/h

Ekstrakt wejściowy soku 10,5 % 18,2 %

Ekstrakt wyjściowy po dearomatyzacji i koncentracji

18,2 % 72,0 %

Odparowanie wody z soku 14 000 kg/h