Concentratie in eten en drinken
Voedselconcentratie betekent het verwijderen van een deel van het oplosmiddel uit vloeibaar voedsel voor een betere productie, conservering en transport. Dit kan worden onderverdeeld in verdampings- en vriesconcentratie.
Verdampingsconcentratie
Verdamping werkt op basis van de vluchtigheidsverschillen tussen opgeloste stof en oplosmiddel. Wanneer de vluchtigheid van de opgeloste stof in de oplossing laag is en het oplosmiddel een duidelijke vluchtigheid heeft, wordt het oplosmiddel verdampt door verhitting om de oplossing te concentreren. De te concentreren voedingsoplossing wordt in een verdamper geplaatst en verwarmd door een externe warmtebron. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt het oplosmiddel (water) in de oplossing omgezet in damp, omdat het kookpunt van water relatief laag is en het gemakkelijk verdampt.
Tijdens het verdampingsproces ontsnapt de oplosmiddeldamp continu, terwijl de opgeloste stof (zoals suiker, eiwitten, mineralen, vitaminen, pigmenten en andere niet-vluchtige of moeilijk te verdampen componenten) in de resterende oplossing achterblijft vanwege het hogere kookpunt en de lagere vluchtigheid. De verdampte oplosmiddeldamp wordt vervolgens opgevangen en gekoeld door een condensor om deze weer vloeibaar te maken. Dit proces kan energie terugwinnen en het energieverbruik verminderen. Het gecondenseerde water kan worden hergebruikt of geloosd.
De oorspronkelijke oplossing wordt na verdamping en condensatie geconcentreerd tot een kleiner volume, naarmate de concentratie van de opgeloste stof toeneemt. De geconcentreerde voedseloplossing kan worden gebruikt voor verdere verwerking, zoals verdere droging, snoep, jam, sappen, of als tussenproduct voor voedselproductie.
Meertraps- of multi-effectverdampings- en concentratiesystemen worden vaak gebruikt in de praktische industriële productie. Afhankelijk van de behoeften van specifieke productieprocessen moet de voedselconcentratie nauwkeurig en in realtime worden gemeten om een stabiele productkwaliteit te garanderen en de concentratie-efficiëntie te verbeteren. ContactLengtemeter, een online leverancier van concentratiemeters, voor meeronline concentratiemeteroplossingen.
Belangrijkste kenmerken van verdamping en concentratie
De verwarmingstemperatuur en -tijd moeten serieus worden overwogen bij het verdampen van voedsel en dranken. "Lage temperatuur en korte tijd" is vooral bedoeld om de voedselkwaliteit zoveel mogelijk te waarborgen, terwijl "hoge temperatuur en korte tijd" vooral bedoeld is om de productie-efficiëntie te verbeteren.
Overmatige verhitting veroorzaakt degeneratie, verkoling en klontering van eiwitten, suikers en pectine. Het verwerkte materiaal dat nauw in contact komt met het warmteoverdrachtsoppervlak, is gevoelig voor kalkaanslag bij de hoogste temperatuur, vergeleken met de omgevingstemperatuur van het materiaal. Kalkaanslag kan de warmteoverdrachtsefficiëntie ernstig beïnvloeden en zelfs veiligheidsproblemen veroorzaken. De positieve maatregel om kalkaanslag op te lossen, is het verhogen van de vloeistofsnelheid. Ervaring heeft geleerd dat het verhogen van de vloeistofsnelheid de vorming van kalkaanslag aanzienlijk kan verminderen. Daarnaast kunnen elektromagnetische en chemische methoden worden toegepast om kalkaanslag te voorkomen.
Viscositeit
Veel voedingsmiddelen bevatten veel eiwitten, suiker, pectine en andere ingrediënten met een hoge viscositeit. Tijdens het verdampingsproces neemt de viscositeit van de oplossing toe met de concentratie, terwijl de vloeibaarheid afneemt. Dit belemmert de warmtegeleiding aanzienlijk. Daarom worden voor het verdampen van viskeuze producten doorgaans circulatie- of roertechnieken toegepast, die door externe krachten worden aangestuurd.
Schuimbaarheid
Voedingsmiddelen met meer eiwitten hebben een hogere oppervlaktespanning. Tijdens verdamping en koken ontstaan er steeds stabielere schuimen, waardoor de vloeistof gemakkelijk met de stoom de condensor instroomt en de vloeistof verliest. Schuimvorming is gerelateerd aan grensvlakspanning. Grensvlakspanning treedt op tussen stoom, oververhitte vloeistof en zwevende vaste stoffen, en vaste stoffen spelen een belangrijke rol bij de vorming van schuim. Over het algemeen kunnen oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt om de schuimvorming te beheersen, en diverse mechanische hulpmiddelen kunnen ook worden gebruikt om schuim te verwijderen.
Corrosiviteit
Sommige zure voedingsmiddelen, zoals groente- en vruchtensappen, zijn gevoelig voor corrosie van de verdamper tijdens het verdampen en concentreren. Bij voedingsmiddelen veroorzaakt zelfs lichte corrosie vaak verontreiniging waardoor het product niet geschikt is. Daarom moet de verdamper voor zure voedingsmiddelen gemaakt zijn van corrosiebestendige en thermisch geleidende materialen en moet het ontwerp eenvoudig te vervangen zijn. Voor de concentratie van citroenzuuroplossing kunnen bijvoorbeeld ondoordringbare grafietverwarmingsbuizen of zuurbestendige geëmailleerde sandwichverdampers worden gebruikt.
Vluchtige componenten. Veel vloeibare voedingsmiddelen bevatten aromatische en smaakcomponenten, die vluchtiger zijn dan water. Wanneer de vloeistof verdampt, ontsnappen deze componenten samen met de stoom, wat de kwaliteit van het geconcentreerde product beïnvloedt. Hoewel concentratie bij lage temperaturen het verlies van smaakcomponenten kan verminderen, is een betere methode om terugwinningsmaatregelen te nemen en deze na terugwinning aan het product toe te voegen.
Bevriezingsconcentratie
Vloeibare voedingsgrondstoffen (zoals sappen, zuivelproducten of andere oplossingen die veel water bevatten) worden gekoeld in een omgeving met lage temperaturen. Wanneer de temperatuur onder het vriespunt daalt, slaan de watermoleculen in de oplossing neer in de vorm van ijskristallen. Dit komt doordat water bij een bepaalde temperatuur en druk een evenwicht tussen vast en vloeibaar bereikt. Beneden deze temperatuur bevriest overtollig vrij water eerst, terwijl opgeloste stoffen (zoals suikers, organische zuren, pigmenten, smaakstoffen, enz.) vanwege hun verschillende oplosbaarheid niet gemakkelijk met water te bevriezen zijn, maar in het ontdooide concentraat achterblijven.
Scheiding van ijskristallen
De gevormde ijskristallen worden van het concentraat gescheiden door middel van centrifugatie, filtratie of andere fysische methoden. Bij dit proces is er geen verdamping van opgeloste stoffen nodig, waardoor de afbraak van warmtegevoelige ingrediënten en het verlies van aroma effectief worden voorkomen. Het concentraat na scheiding van de ijskristallen is het bevroren geconcentreerde product, met een aanzienlijk hogere concentratie opgeloste stoffen dan de oorspronkelijke oplossing, terwijl de oorspronkelijke kleur, smaak, voedingswaarde en aroma van het voedsel optimaal behouden blijven.
Beheersing van vriesomstandigheden
Tijdens het vriesconcentratieproces moeten factoren zoals de vriessnelheid, vriestemperatuur en -tijd nauwkeurig worden gecontroleerd om de grootte, morfologie en scheiding van de ijskristallen van het concentraat te optimaliseren en zo de kwaliteit van het eindproduct te waarborgen. Vriesconcentratietechnologie is met name geschikt voor warmtegevoelige voedingsmiddelen en dranken, zoals verse vruchten- en groentesappen, biologische producten, farmaceutische producten en hoogwaardige smaakmakers. Het kan de natuurlijke kwaliteit van grondstoffen maximaliseren en heeft de kenmerken van energiebesparing en hoge efficiëntie. Deze methode heeft echter ook bepaalde beperkingen. Zo kan het concentratieproces niet effectief worden gesteriliseerd en kan een aanvullende sterilisatiebehandeling nodig zijn. Bovendien kan het voor sommige oplossingen met een hoge viscositeit of die speciale ingrediënten bevatten, moeilijker worden om ijskristallen van het concentraat te scheiden, wat resulteert in een lagere concentratie-efficiëntie en hogere kosten.
Geplaatst op: 13-02-2025
