способ концентрирования раствора, содержащего олигосахариды, и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ концентрирования раствора, содержащего олигосахариды, предусматривающий его выпаривание с получением концентрата, отличающийся тем, что перед выпариванием в раствор вводят аммиак до достижения насыщения им раствора, выпаривание проводят в присутствии аммиака для поддержания рН раствора выше 7,0 и готовый концентрат обрабатывают двуокисью углерода до достижения исходного рН раствора с последующим нагреванием его до температуры не ниже 60^oС.

2. Установка для концентрирования раствора, содержащего олигосахариды, включающая сборник концентрируемого раствора, выпарной аппарат и сборник концентрата, отличающаяся тем, что она снабжена двумя смесителями для раствора аммиака и раствора двуокиси углерода, установленными до и после выпарного аппарата, и сборниками жидкого аммиака и жидкой двуокиси углерода, соединенными трубопроводами соответственно со смесителями, при этом сборник концентрата снабжен средством для его нагрева.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике и технологии консервной и ликероводочной промышленности и может быть использовано при концентрировании соков, сиропов и вин.

Известен способ концентрирования растворов, содержащих олигосахариды, предусматривающий его выпаривание с получением концентрата (Гельфанд С.Ю. Цимбалаев С.Р. и Гринь С.А. Моделирование накопления 5-оксиметилфурфурола с целью оптимизации тепловых режимов концентрирования яблочного сока. В сб. Проблемы энергетики теплотехнологии в отраслях АПК, перерабатывающих растительное сырье. Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции 20-21 января 1994 г. М. МГАПП, ВНПОКП, 1994, с.18-20).

Недостатком известного способа является накопление в процессе концентрирования 6-оксиметилфурфурола, которое тем выше, чем ниже рН обрабатываемого раствора.

Известна установка концентрирования растворов, содержащих олигосахариды, включающая сборник концентрируемого раствора, выпарной аппарат и сборник концентрата (Выпарная установка Центри-Терм.Модель СТ-6, Проспект фирмы Альфа-Лаваль, Швеция, 1986).

Недостатками известной установки являются накопление оксиметилфурфурола в процессе концентрирования и его низкая скорость.

Поскольку большинство соков растительного сырья в свежем или сброженном состоянии, используемых в консервной и ликероводочной промышленности, имеют значения рН ниже 7, чаще в интервале 4,5-3,8, а оксиметилфурфурол является проканцерогенным веществом, задачей настоящего изобретения является снижение накопления оксиметилфурфурола при нагреве раствора за счет увеличения значения рН на время концентрирования при отгонке пара с последующим восстановлением исходного состава сухих веществ.

В предлагаемом способе концентрирования растворов, содержащих олигосахариды, предусматривающем выпаривание с получением концентрата, согласно изобретению перед выпариванием в раствор вводят аммиак до достижения насыщения им раствора, выпаривание проводят в присутствии аммиака для поддержания рН раствора выше 7,0 и готовый концентрат обрабатывают двуокисью углерода до достижения исходного рН раствора с последующим его нагреванием до температуры не ниже 60^оС.

Это позволяет полностью исключить образование 5-оксиметилфурфурола в растворе, сведя его накопление только к общему повышению содержания сухих веществ.

Предлагаемая установка для концентрирования растворов, содержащих олигосахариды, включающая сборник концентриpуемого раствора, выпарной аппарат и сборник концентрата, согласно изобретению снабжена двумя смесителями для раствора аммиака и раствора двуокиси углерода, установленными до и после выпарного аппарата, и сборниками жидкого аммиака и жидкой двуокиси углерода, соединенными трубопроводами соответственно со смесителями, при этом сборник концентрата снабжен средством для его нагрева.

Такая установка снижает накопление оксиметилфурфурола и обладает повышенной за счет развития поверхности испарения производительностью.

На чертеже представлена схема установки для реализации предлагаемого способа.

Она содержит последовательно установленные сборник 1 концентрируемого раствора, смеситель 2, выпарной аппарат 3, смеситель 4 и сборник 5 концентрата, а также сборник 6 жидкого аммиака, соединенный со смесителем 2, и сборник 7 жидкой двуокиси углерода, соединенный со смесителем 4. Сборник 5 снабжен нагревателем 8.

Способ реализуется следующим образом.

Раствор, содержащий один или несколько олигосахаридов, смешивают со сжиженным аммиаком. При смешивании происходит частичное растворение аммиака в воде олигосахаридсодержащего раствора с образованием гидроокиси аммония, обладающей ярко выраженными основными свойствами, которая легко нейтрализует присутствующие в растворе органические кислоты такие как, например, лимонная, яблочная, щавелевая, виннная, глюконовая, аскорбиновая, фолиевая и другие, входящие в состав растительного сырья, из которого получен концентриpуемый раствор, и образует соответствующие аммонийные соли и воду. В результате рН раствора повышается до значений выше 7,0, т.е. реакция раствора становится щелочной. Полученная смесь далее поступает на выпаривание, в процессе которого ее нагревают и удаляют пары и избыток аммиака. При этом бурное газовыделение аммиака способствует развитию поверхности испарения раствора и ускоряет концентрирование. Независимо от температуры нагрева, даже при ее значениях больше 84^оС, при котором в необработанных растворах идет лавинообразное нарастание содержания 5-оксиметилфурфурола, в обрабатываемой смеси образование оксиметилфурфурола из фурановых групп олигосахаридов не происходит, поскольку все органические кислоты, способные ускорять его образование и входящие в состав растительного сырья, образуют аммонийные соли более термостойкие, чем сами кислоты, что одновременно способствует сохранению их в растворе, в процессе концентрирования значение рН остается выше 7,0.

После удаления необходимого количества влаги концентрат смешивают с жидкой двуокисью углерода. При смешивании происходит охлаждение концентрата и частичное растворение двуокиси углерода в остаточной воде с образованием сильной угольной кислоты, которая при реакции замещения образует аммонийные соли и восстанавливает органические кислоты до их исходного состояния.

Далее концентрат прогревается не ниже 60^оС. При постепенном прогреве происходит термодеструкция последовательно карбамата, полукарбоната, карбоната и бикарбоната аммония с образованием газовой фазы двуокиси углерода и аммиака. Наиболее термостойкий бикарбонат аммония имеет температуру термодеструкции 60^оС, поэтому значительное превышение этой температуры нецелесообразно. После завершения газовыделения концентрат содержит сухие вещества в соотношении, соответствующем исходному содержанию раствора. Исключением может быть потеря части термолабильных компонентов аромата, температура кипения которых ниже температуры кипения воды.

Установка работает следующим образом.

Раствор, содержащий один или несколько олигосахаридов, из сборника 1 и жидкий аммиак из сборника 6 подают в смеситель 2, в котором их смешивают для повышения рН больше 7,0. Из смесителя 2 раствор поступает в выпарной аппарат 3, в котором из него удаляется влага и избыток аммиака. Поскольку в аппарате 3 рН смеси не снижается, получаемый в нем концентрат имеет относительное содержание оксиметилфурфурола не выше исходного. Далее концентрат из выпарного аппарата 3 совместно с жидкой двуокисью углерода из сборника 7 поступает в смеситель 4, в котором в концентрате образуются аммонийные соли угольной кислоты и восстанавливается исходное значение рН раствора. Из смесителя 4 концентрат поступает в сборник 5, в котором прогревается нагревателем 8 до температуры термодеструкции аммонийных солей угольной кислоты. В процессе их термодеструкции в сборнике 5 происходит удаление из концентрата газовой фазы аммиака и двуокиси углерода и восстановление нативного состава сухих веществ.

П р и м е р 1. Гидролизат сока топинамбура смешивают с жидким аммиаком при температуре 25^оС и давлении 11 МПа в соотношении 5:1, упаривают в тонкой пленке под вакуумом при 85^оС, смешивают концентрат с жидкой двуокисью углерода при температуре 18^оС и давлении 6,5 МПа в соотношении 2:1, а затем нагревают до 60^оС и выдерживают 15 мин. Увеличение относительной массовой доли оксиметилфурфурола в сухих веществах составило 0,02%

П р и м е р 2. Яблочный сок смешивают с жидким аммиаком при температуре 19^оС и давлении 8 МПа в соотношении 2:1, упаривают в объеме при температуре 90^оС под вакуумом, смешивают концентрат с жидкой двуокисью углерода при температуре 16^оС и давлении 8,2 МПа в соотношении 1:1, а затем нагревают до 62^оС и выдерживают 5 мин. Увеличение относительной массовой доли оксиметилфурфурола в сухих веществах составило 0,38%

П р и м е р 3. Сброженный виноградный сок смешивают с жидким аммиаком при температуре 28^оС и давлении 6,6 МПа в соотношении 5:1, деалкоголизируют в тонкой пленке при температуре 70^оС, смешивают с жидкой двуокисью углерода при температуре 29^оС и давлении 5,5 МПа в соотношении 3:1 и нагревают до 60^оС с выдержкой 3 мин. Увеличение содержания оксиметилфурфурола в сухих веществах в пределах погрешности измерений.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют снизить накопление оксиметилфурфурола в процессе теплового концентрирования растворов олигосахаридов.