浓缩苹果汁加工及生产线管理设备

浓缩苹果汁加工工艺及生产线设备 摘要：近年来，我国水果产量大幅度增长，2007年总产量达5200万吨，人均占有量达40千克。加快发展苹果汁已势在必行。本文以浓缩苹果汁生产线为主，对浓缩苹果汁生产过程中的主要技术装备做概括介绍。并对改善果汁浓缩方法提出自己的一些看法。关键词：浓缩，苹果汁，反渗透，无菌灌装Concentrated apple juice processing technology and production line equipmentAbstract：In rencent years,the fruit production of our country has increased sharply,with annual production having reached 52million tons and per capita being up to 40kg.So to speed up the development of apple juice is imperative.。The article maily concentrate apple juice production line,and introduce the main equipment.In addition,I also think of some suggestions to improve the method of concentrating apple juice.Key words: concentrated, apples juice, reverse osmosis, aseptic filling水果加工业是附加值很高的产业，从初级产品到深加工产品，增值潜力高达几十倍甚至几百倍。有关资料显示，我国水果业的深加工和市场开发每年都能带来几十亿元的收入。近年来，我国水果产量增长很快，但由于加工技术和产业化滞后，每年约有30的水果因缺乏贮藏及加工手段而腐烂。而浓缩果汁则能在一定程度上有效的克服这一缺陷。它是将果蔬汁或果蔬原浆经浓缩脱水或干燥而制成的汁液，容量小，可溶性固形物可高达6570，可节省包装和运输费用，便于贮运；果蔬汁的品质更加一致；浓缩后糖、酸含量均有所提高，增加了产品的保藏性；在浓缩过程中，通过调配可以克服因果蔬采收期和品种的不同产生的成分上的差异，使产品品质一致；浓缩果蔬汁用途广泛，可作为各种食品的基料。而我国是世界苹果生产第一大国，并已成为世界苹果生产中心因此大力发展浓缩苹果汁行业已成为发展饮料业的一种趋势。我国苹果种植面积已达225万公顷，2006年我国苹果产量达到2607万吨，占世界总产量的4086是世界第一生产大国虽然我国是一个生产大国，但是由于技术加工条件比较落后，所以我国在浓缩苹果汁方面还有很大的空间。近十年来，我国苹果加工业虽然有了较大的发展，浓缩苹果汁的生产量正逐年增加，但与发达国家相比，我国的苹果业仍存在较大的差距，首先，苹果的加工利用率低先进国家的苹果绝大部分用于苹果汁的深加工，从加工用的苹果占苹果产量的比例来看，我国的苹果加工率却不到15，而全球苹果加工率的平均水平为22-24，很多发达国家到了70，有的甚至超过了75我国苹果加工率与世界的平均水平相比差距不小，与发达国家相比差距更大，说明我国苹果加工业远远落后于其它苹果生产国州；其次，苹果加工专用品种缺乏、原料基地建设不足；第三，深加工关键技术尚需要解决，质量标准与控制体系有进一步完善，这些问题严重制约我国苹果加工业的可持续发展第四，对果汁加工过程中产生的废弃物利用不足，如：果皮、果核、果渣等下脚料，提出将苹果多酚作为高附加值的副产品进行开发。同时由于苹果在加工的过程中存在许多影响因素，如果汁褐变果汁褐变是指果汁加工和贮藏过程中颜色发生改变的一种现象。当新鲜苹果经过破碎或压榨成汁后，得到的产品很容易发生酶促褐变，从而导致产品的外观、风味和营养价值劣变，严重影响商品价值。我国苹果浓缩汁加工工艺：目前我国是苹果浓缩果汁的工艺流程：原铺料的验收初级清洗拣选破碎压榨过滤酶解澄清浓缩蒸发冷藏处理巴氏消毒无菌灌装残渣的综合利用 1.1 原铺料验收先对生产地进行验收，包括采土样，气候，温度，其中重要的还要包括最为重要的一项农药残留，这涉及到食品加工后的质量安全问题，重中之重。还要对无菌袋、液袋或罐箱及酶制剂等辅料进行验收，检验合格后入库，分类存放并做明确的标识。1.2初级清洗拣选在初级清洗过程中，分为两级。一级坑工位拣选工根据苹果进入果槽的顺序，用一级坑循环水将苹果从果槽输送至一级坑处，在这个流通过程中使苹果得到充分的浸泡、清洗，同时比重大的一些物质（泥沙、石块、金属等）沉入沉降坑中，经过隔栅，将水和苹果分离，苹果进入二级输送果道，水流入一级循环池，由泵继续打入果槽循环输送苹果。在一级坑隔栅处用自来水/软水对苹果进行喷淋清洗，确保一级坑水不倒流入二级坑。用二级坑循环水将苹果从二级输送果道始端输送至二级坑处，在这个流通过程中使苹果得到充分的浸泡、清洗，经过隔栅，将水和苹果分离，苹果进入一级提升工序。 图1 图2用一级刮板式提升机（图1）将苹果提升至拣选台（图2）。通过调节提升机变速箱调节原料进料量，以保证生产需要。在拣选台上随着苹果的滚动将霉烂果变质果、杂质拣选挑出，此工序保证拣选之后烂果率控制在2%以下，选果台上的苹果成单层摆放，每个选果台保证每平方米1人以上选果人，然后经过浮选，使苹果经过再次泡洗，严格保证果实的安全性。 在泡洗机（图3）中，一般使用消毒剂（二氧化氯）主要杀死苹果表面的耐酸耐热菌和一些微生物。到达加工工艺所需的条件。 图31.2 果实破碎破碎的目的是为了破坏果蔬原料的组织，将其细胞壁破碎以获得果汁。用提升机将苹果提升至破碎机，将清洗干净的苹果用破碎机（图4）破碎为4-6mm（依苹果成熟度调整破碎粒度，前期果硬度大，破碎粒度小，储存果糖化，破碎粒度大）的果浆，要求分前、中、后三期更换破碎机筛网，分别用小、中、大筛网。根据苹果的成熟度决定是否添加果浆酶及其加量或临时工艺通知单。果浆用泵通过不锈钢管道输送进入果浆加热器。果浆经过果浆加热器，使果浆的温度升温到20-35度，以利于果浆酶分解和压榨，提高出汁率。果浆加热器的使用根据果浆的温度而定。制成果酱以后通常需要酶解，达到所需的工艺条件。1.3 压榨过滤使用双螺旋压榨机（图5）对破碎后的果浆进行压榨，压榨后果汁进入一级过滤工序，果渣在本机内进行加水萃取并进行二级压榨。 使用布赫HP5005i榨机对破碎后的果浆进行压榨，压榨后果汁进入一级过滤工序， 使苹果的出汁率达到80-85%，果渣在本机内进行加水萃取并进行二级压榨。二级压榨后的果渣由螺旋输送器送出车间，连续排放，运出工厂作为非食品用，利用果渣进行深加工，提高食品的利用率，降低成本，减少污染。1.4 酶解澄清 果汁在果胶酶和淀粉酶的作用下，使果汁中的果胶和淀粉分解成可溶性的小分子物质（防止果汁出现沉淀和浑浊）.酶的浓度、酶化温度和时间因苹果品质不同而不同，一般情况下，酶化温度和时间分别为50-53和90分钟，酶解后的果汁用泵通过二级过滤装置输送至超滤循环罐。满罐后70分钟，化验员取样检测果胶、淀粉，如有异常立即通知生产部澄清工位操作工并报当班品控员。二级过滤装置是安装在酶解罐至超滤循环罐之间管道上，孔径为1.5mm左右的过滤器，除去可能的果肉大颗粒或其他杂质，每天清洗超滤时肉眼目视检查、清洗一次该过滤器的完整性，并做记录。经过二次过滤后，在经行一次超滤，除去果汁中水不溶性物质和分子大于0.02?m的物质（包括微生物）以及可能存在的金属碎屑等杂质。1.5 浓缩蒸发采用四效六段降膜蒸发装置，将果汁中的水份进行蒸发分离，冷凝水（即软水）作为苹果清洗用水或二榨萃取用水、超滤提糖用水，使果汁浓缩，糖度由918BX浓缩至70.30.2BRIX. 浓缩后的果汁在冷却板片中经冷却循环水和冰水迅速降温至25以下，化化验员每4h对四效出口果汁检测糖度、酸度、色值、浊度、透光率等指标，并目测果汁颜色，达到要求，满足生产工艺要求。1.6 冷藏处理巴氏消毒将进入贮存罐中的产品，在5以下的冷库中冷藏。需要灌装时将果汁用泵经管道输送至批次罐。巴氏灭菌装置（图7）中的果汁，在962（或执行临时工艺通知单的要求）的温度下，维持6秒以上（通过控制泵速，泵速控制在1500r/h）以杀灭细菌，大肠菌群，致病菌。在此步骤致病菌的消减可达到5-log消减。（但不能杀死芽孢）,灭菌后的果汁由管道送入冷却装置迅速降至20以。1.7 无菌灌装该工序采用无菌灌装机（图8），浓缩果汁经管道输送至无菌灌装机，利用灌装机灌装头腔室温度95的灭菌条件将果汁灌入无菌袋中（外围为保护袋和钢桶）,灌装重量通过质量流量计来控制。检验员要时刻注意灌装生产线，确保不会出现错误。每桶灌装满后，用蘸有75%酒精的干净毛巾擦干净无菌袋表面的水珠，操作工检查合格后，折叠好无菌袋和保护袋，盖上桶盖，对包装进行铅封。在钢桶外壁的标识框内贴上标签。根据市场需求可以将浓缩果汁，进行储存或者运输到市场销售，检验部门做好各方面的检验，确保质量安全。1.8 残渣的综合利用 对残渣进行深加工，提取纤维素，还可以做动物的饲料，会起到神奇的效果。选用适宜的酵母菌进行接种繁殖，对鲜苹果渣进行发酵，获得含有活菌、死菌和酵母代谢物的发酵苹果渣，然后对发酵苹果渣进行营养物质强化处理，添加益生元对酵母菌进行功能补偿处理。经生物处理的苹果渣不仅含有动物可利用的粗蛋白、脂肪等，并且含有微生态调节剂，这些活性因子对于提高奶牛的生产力和免疫机能有很好的作用.二，对目前摸弄果汁加工过程中的方法提出自己的一些建议1、目前果实浓缩的主要方法有常压浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩等几种方法。比较常用的是：真空浓缩的方法。即在减压条件下，使果汁中的水分在较低的温度下迅速蒸发。果汁受热温度低、时间短，既可保持果汁风味，亦减少营养物质的损失。目前采用较多的是中温真空浓缩设备，温度一般在4555左右。如片式蒸发器，离心式薄膜蒸发器等。另外，各种果汁的热稳定性差别很大。如葡萄汁加热到100时，品质变化较小，而苹果汁不宜超过55。但是易造成大部分芳香物质损失，并且长时间的加热还会产生“蒸煮味”。2、目前最有可能替代热浓缩的是膜分离技术。用于果蔬汁浓缩一般采用反渗透浓缩技术。它适用于分子量小于500 道尔顿的低分子无机物或有机物水溶液的分离, 操作压力也容易控制, 一般为0. 1 10Mpa 。人们对反渗透浓缩苹果、梨、柑桔、菠萝、葡萄及蕃茄等果蔬汁在近20年的时间内作了大量的研究。果蔬汁浓缩多用醋酸纤维素反渗透膜, 它对醇和有机酸的分离率较低,与蒸发法相比,反渗透浓缩的果汁可使浓缩果汁有更好的芳香感与清凉感。采用蒸发法浓缩的果汁,其中芳香成分几乎全部消失;采用速冻法浓缩的果汁芳香成分只保留8%,而采反渗透法芳香成分可保留30% 60% ,而且脂溶性部分比水溶性部分保留更多, Vc、氨基酸及香气成份的损失均比真空蒸馏浓缩要小得多。果汁浓缩时膜的透水速率随果汁种类、操作条件以及预处理条件而异。透过膜的液体成分因膜种类而异, 一般都含有一定量的无机盐和果酸, 透过液可作为矿泉水或天然饮料的用水。利用醋酸纤维膜管式反渗透装置浓缩苹果汁可以得到高质量的浓缩苹果汁。用高脱除率和低脱除率二种卷式反渗透组件所组成的反渗透流程,可以制取相对高浓度的苹果浓缩汁。采用反渗透法浓缩时,主要的问题是浓缩倍数的限制 。由于利用反渗透对果汁进行浓缩,其浓缩倍数取决于果汁的渗透压。为了使膜分离过程具有较高的效率, 膜分离的使用压力通常为数倍原果汁的渗透压。目前分离设备承压能力及膜和组件运转的稳定性不能将操作压力无限增加。如果采用二级浓缩, 即第一级先用对糖截留率高的膜浓缩至2 3 倍,第二级再用糖截留率低的膜, 最终可以浓缩到4 5 倍。这样虽能实现高倍率的浓缩, 但经济成本高。因此, 一般果汁的浓缩限度为25 30. Bx ,纤维素类膜和新发展的聚酰胺膜均能获得较高的透水速率以及果汁组分的保持率,同样由于高渗透压的限制很难以一级方式把果汁浓缩到蒸发法所达到的浓度。正是这一缺陷,使反渗透浓缩技术迟迟未能实现工业化。3、 利用联合膜分离进行果蔬汁浓缩膜材料及膜组件的发展以克服反渗透浓缩的缺陷成为主要的研究课题。利用联合的膜分离过程来浓缩果汁,对于工业化生产浓缩汁产品而言,越来越受到重视。通常, 果汁除含有糖、酸等可溶性成分外, 还含有果胶、蛋白质、纤维素等悬浮性固形物,这样果汁的粘度大。直接用反渗透浓缩,易造成严重的膜污染和较低的透水速率, 很难以一级方式把果汁浓缩到蒸发法所达到的浓度。一般而言,超滤适用于大分子( 如蛋白质、胶体、多糖) 与小分子( 无机盐及低分子有机物等) 溶液的分离, 微滤适用于细菌、微粒等组分的分离。如果在反渗透以前, 用超滤或微滤除去果汁中的果胶等悬浮性固形物, 这样可降低粘度, 减少膜污染程度, 从而显著提高反渗透的效率 。超滤和微滤自从80年代以来,已成功地实现了苹果、梨和柑桔等果汁的澄清, 通过选择合适膜孔径的适宜膜种类, 即用联合膜分离过程来浓缩果汁可克服单一膜分离过程的缺点。Separasystems LP研制出一套联合的膜分离装置, 包括超滤、反渗透、杀菌和调配等步骤, 称为Freshnote 系统, 能把橙汁浓缩到60. Bx 以上, 而且几乎完全保持了鲜果汁的风味芳香成分在Freshnote 系统的生产工艺流程中超滤是关键的第一步,是在一组板框式膜组件中进行, 当橙汁加压送到超滤装置中, 原汁就分成两部分。一部分是澄清果汁大约为原来体积的95% ,另一部分是浓缩的果浆, 大约占5% 。通过膜的选择和细心地控制操作条件,果浆中几乎含有所有的悬浮性固形物、果胶、细菌等, 这些组分需要及时杀菌, 迅速冷却,以保证产品的稳定性。于是就避免了果汁中芳香成分的热损失。然后,澄清果汁在一系列反渗透装置中进行浓缩,操作压力在10. 2MPa到13. 5MPa 之间。所用的膜是芳香性聚酰胺中空纤维式反渗透膜,能有效地截留果汁中的糖、酸、Vc 和矿质元素以及风味芳香成分, 而且中空纤维式膜组件在单位体积内装填密度大, 并耐高压。在浓缩过程中, 只要控制好操作条件, 很容易把果汁浓缩到60 Bx 以上。最后一步是将杀菌后的果浆和浓缩汁混合,得到了最终的浓缩产品。利用该装置生产的浓缩汁用水稀释复原后, 经气相色谱和感官鉴定证明, 其风味同鲜果汁的风味几乎没有区别。该装置的研制成功, 为工业化规模采用膜法加工浓缩果汁展现了广阔前景。4、 膜蒸馏和渗透蒸馏浓缩果蔬汁膜蒸馏是80 年代新发展的一种用于分离、纯化和浓缩的膜分离过程。它是以膜两侧温差而引起的水蒸气压力差为传质驱动力的膜过程。疏水性的微孔膜两侧存在一温差,可得到一纯水透过速率, 其传质过程可分为:水分子在热侧膜面处蒸发形成水蒸气;水蒸气通过膜的微孔从膜面的热侧扩散到冷侧;传递到冷侧膜面的水蒸气重新冷凝成水 。因而膜蒸馏是一蒸发过程。它能把非挥发性溶质的水溶液浓缩到极高浓度,甚至达到饱和状态。另外,一些廉价的能源和太阳能、地热能及工业废汽所产生的热能都可用于膜蒸馏过程,这样可大大降低能耗。由于膜蒸馏能在低温常压下运行,在用于浓缩热敏性和高渗透压的溶液具有十分广阔的应用前景。渗透蒸馏也是新发展的膜分离过程,从概念上讲与膜蒸馏过程极为相似。典型的渗透蒸馏是在膜的纯水侧添加饱和食盐水或高糖溶液( 通常为72Bx ) 作为渗透剂。渗透剂的添加浓度应足够使其渗透压远远高于果汁的渗透压。例如72 Bx的糖液的渗透压为83 个大气压,可将果汁浓缩到42Bx从传质过程看,膜蒸馏和渗透蒸馏这两个过程的脱水速度均依赖于在疏水性微孔膜的两侧保持一定的水蒸气压力差, 只有这样水蒸气才能穿过膜孔从进料液一侧传递另一侧。但是, 所不同的是, 膜蒸馏的水蒸气压力差是由膜两侧温差而引起, 而渗透蒸馏则取决于膜两侧的表观渗透压差与传统的蒸发法和反渗透浓缩相比, 这两个过程不需要加压, 在低温常压下运行, 特别是渗透蒸馏也能在室温下进行,这样避免了果汁受高温或高压的影响, 较好地保持了果汁原有的色香味;也可大大减少膜污染的程度,克服反渗透浓缩的缺点 。尤其在高倍浓缩时膜蒸馏的透水速率显著高于反渗透过程, 其对果汁中的各种糖、有机酸和矿质元素的截留率几乎均在100%。从过程机理来看, 膜两侧水蒸汽压力差、进料流速和浓缩度等因素对透水速率均有很大影响。提高温差和进料流速, 透水速率提高, 而随浓缩度的提高透水速率降低。结合超滤预处理果汁可降低果汁粘度和果胶量, 也能提高膜蒸馏速率。Sheng 等人 同样开展了渗透蒸馏和膜蒸馏浓缩甜橙汁、苹果汁和葡萄汁的研究, 他们根据所得结果初步建立了传质模型, 并对膜蒸馏和渗透蒸馏的质量和热量的传递机理作了比较。值得指出的是, 由于该系统透水性能低Os.motek 膜公司对渗透蒸馏的膜及组件作了改进 , 为该过程实现工业化提供了持续的高透水速率。采用该装置可把葡萄和甜橙等果汁浓缩到42. Bx。其生产工艺流程如下: 果汁被泵入连续多级的膜渗透蒸馏装置, 在每一级中, 果汁通过热交换器进行冷却, 再经过渗透蒸馏装置。通过控制和调节最后一级浓缩过程的脱水速率, 使果汁浓缩。作为渗透剂的饱和盐水或高糖液可在整个浓缩过程反相供给, 通过一个蒸发/ 热回收系统进持续性重复循环使用, 即渗透剂可通过蒸发过程达到饱和和再浓缩。故仅有渗透剂溶液需要高温处理。因此, 膜蒸馏和渗透蒸馏是很有发展前途的果汁浓缩技术, 也必将对果汁浓缩技术的革新起着推动作用。5、 膜分离过程与传统的理化分离方法结合的果蔬汁浓缩膜分离过程与其他理化分离方法相结合用来分离和浓缩溶液, 是当前膜分离技术研究及开发最富成果的领域之一。例如, 冷冻浓缩长期以来被认为是一种最有前途的果汁浓缩技术, 但迟迟不能用于商业化生产。其主要原因之一是由于迅速冷却而形成的微小冰晶, 不能彻底地从母液中分离出来,此外投资大成本高。一个把膜分离过程同冷冻浓缩相结合的过程, 即称之为. 低温过滤., 有望克服冷冻浓缩的缺点,待浓缩的果汁首先冷却到结冰温度, 并喷射到真空室, 在真空室蒸发和结冰同时发生, 在相当浓的母液中产生了浆状的微小冰晶。在蒸发器中除去的水蒸气在低温冷却器中冷凝成冰晶, 然后溶化的冰以纯水形式除去。冰/ 浓缩浆的混合物通过多级的横向流动膜过滤装置来除掉冰晶,产生不含冰晶的浓缩汁, 而分离的液态冰浆溶化成水, 可用于膜装置的反压冲洗。该系统的优点是将进料液分成浓缩物和水两部分, 但也存在缺陷, 如果汁中的某些组分( 如糖) 附着在冰晶上, 降低了产品的得率。6、果汁的澄清果蔬汁的澄清是除去果胶等会引起果蔬汁浑浊的成分。传统的果蔬汁澄清方法通常是用果胶酶长时间处理, 使果胶质分解, 然后再用硅藻土过滤除去悬浮物。用超滤法代替上述方法来澄清果蔬汁, 可减少人工及各种试剂，如：果胶酶、硅藻土、过滤助剂的耗费, 缩短生产周期可降低成本, 具有条件温和, 澄清效果好和营养成分损失少等特点。Hackert(1986)曾报道：对于一个日处理94.6立方米饿超滤系统来说，单省去过滤后111.111 2K的加热工艺这一项，每年就可以省去6.7万美元。应用超滤技术还可以使出汁率增长5%-7%，澄清度与风味质量也较传统方法有所提高。Blank(1985)报道：增加7%的出汁率可使日产量264.98立方米的工厂每天多赢利6000美元。 Ernesto Hernandez等人在超滤橙汁的研究中发现：使用截留分子量为5105聚砜中空纤维膜便可有效去除所有悬浮物，得到澄清透明的产品。由于原果胶，纤维素与果胶的缔合，又由于膜浓差极化和凝胶层等因素的影响使时机孔隙尺寸减少，因此分子量小于2105的果胶物质被截留了。同时，分子量在24100-27500之间的果胶甲基酯酶（PME）由于和悬浮物缔合形成不溶解性物质，所以也被截留于截留液中。超滤所得橙汁便于浓缩, 在相同温度和相同流速的蒸发器中, 清汁可被浓缩至7275Brix, 而未经超滤处理的原汁只能达到56 58Brix 。浓缩清液的粘度明显比浓缩原汁的粘度小。Emesto Hernandez 等人 对超滤处理后的橙汁透过液与截留液进行气相色谱分析, 结果表明, 各风味成分在透过液与截留液中的分配是不均衡的。许多易溶于水的风味物质如醇、醛、酯类等会顺利地通过膜,而象萜二烯、-蒎烯等极性较小的碳氢化合物则与果浆中的某些物质缔合而留在截留液中。经超滤去除了悬浮物的果蔬汁再用反渗透技术浓缩，便可得到42 Brix的产品。超滤法截留悬浮物的技术也可用于西番莲果汁脱酸的前处理和葡萄柚树脂吸附法脱苦德前处理，还可以用于葡萄酒的澄清。 此外，还对菠萝，桃，梨，葡萄等多种果汁的澄清进行了超滤的研究。目前已使用酶膜反应器的方法来连续处理果汁，这样的澄清果汁可以获得含有较高固形物的产品，比单独使用膜超滤会获得更好的风味，而且分离速率也可以获得大幅度的提高。传统的澄清方法和超滤方法的比较如下：目前世界浓缩果汁，无论是产量还是贸易量都处于增长的势头。而我国的浓缩汁的生产起步虽然较晚，但借鉴与外国的先进技术，加上本地遍野的水果资源，在不久的将来，必能晋身于世界浓缩果汁生产大国的前列地位。参考文献：(1)饮料专辑CFI6 (1) JAN 1999(2)冯建荣，崔春红。我国浓缩苹果汁产销现状及市场价格趋势，中国果菜。2000，