Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 1 Conf.dr.ing. IOAN B ĂISAN OPERAȚII ȘI TEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA ALIMENTAR Ă (curs pentru studen ții specializării Mașini și Instalații pentru Agricultur ă și Industria Alimentar ă) 2015 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 2 C U P R I N S PARTEA I-A OPERA ȚII ȘI PROCESE 5 I. PROCESE DE TRANSFER 5 1.1. Similitudinea și analiza dimensional ă 5 1.2. Unit ăți de m ăsură și dimensiuni 8 1.3. Transferul de impuls 12 1.4. Transferul de c ăldură 13 1.5. Transferul de mas ă 13 II. OPERATII CU TRANSFER DE IMPULS 14 2.1. Transportul lichidelor alimentare 14 2.2. Separarea sistemelor eterogene 15 2.2.1. Separarea sistemelor eterogene gaz-solid și gaz-lichid 16 2.2.2. Separarea sistemelor eterogene lichid-gaz și lichid-lichid 19 2.2.3. Separarea sistemelor eterogene lichid-solid 20 2.3. Amestecarea fluidelor 25 III. OPERA ȚII CU TRANSFER DE C ĂLDUR Ă 31 3.1. No țiuni de baz ă în transferul c ăldurii 31 3.2. Transferul de c ăldură prin conductivitate 32 3.3. Transferul de c ăldură prin convec ție 34 3.4. Transferul de c ăldură prin radia ție 38 3.5. Transferul global de c ăldură 41 3.6. Opera ții cu transfer de c ăldură fără schimbarea st ării de agregare 43 3.6.1. Înc ălzirea 43 3.6.2. R ăcirea 43 3.6.3. Termosterilizarea 44 3.7. Opera ții cu transfer de c ăldură cu schimbarea st ării de agregare 44 IV. OPERATII DE TRANSFER DE MASA 55 4.1. Exprimarea compozi ției fazelor 55 4.2. Echilibrul dintre faze 56 4.3. Metode de separare a amestecurilor omogene 58 4.4. Difuziunea 58 4.4.1. Difuziunea molecular ă 59 4.4.2. Difuziunea convectiv ă 62 4.5. Transferul de mas ă global 64 4.5.1. Transferul de mas ă global la poten țial constant 64 4.5.2. Transferul de mas ă la poten țial variabil 66 4.6. Distilarea și rectificarea 67 4.6.1. Echilibrul lichid-vapori 67 4.6.2. Metode separare a amestecurilor lichide prin distilare 70 4.7. Uscarea 74 4.7.1. Statica procesului de uscare 75 4.7.2. Cinetica opera ției de uscare 80 4.8. Absorb ția 81 4.9. Adsorb ția 83 4.10. Extrac ția 86 4.11. Cristalizarea 92 4.12. Fluidizarea 95 PARTEA A II-A TEHNOLOGII ALIMENTARE 99 5. INTRODUCERE 99 5.1. Procese tehnologice și opera ții unitare 101 5.2. Bilan ț de materiale, energetic și termic 103 5.3. Materii prime și materiale utilizate în industria alimentar ă 105 5.3.1. Materii prime de origine vegetal ă 115 5.3.2. Materii prime de origine animal ă 122 5.3.3. Materii prime auxiliare și materiale folosite în industria alimentar ă 126 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 3 5.3.4. Ambalaje și materiale pentru ambalarea produselor alimentare 131 VI. TEHNOLOGII DE CONSERVARE ȘI INDUSTRIALIZARE A LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR 132 6.1. Tehnologii de conservare prin frig a legumelor și fructelor 133 6.2.. Tehnologia de conservare prin uscarea și deshidratarea legumelor și fructelor 146 6.3. Tehnologia de fabricare a semiconservelor din legume și fructe 148 6.4. Tehnologia fabric ării conservelor vegetale prin termosterilizare 15 0 6.5. Tehnologia de fabricare a produselor concentra te din legume și fructe 159 6.6. Tehnologia de fabricare a b ăuturilor din legume și fructe 163 6.7. Tehnologii de valorificare a subproduselor 166 VII. TEHNOLOGII DE FABRICARE A VINURILOR SI A PRODU SELOR PE BAZA DE MUST SI VIN 169 7.1. Tehnologii de vinifica ție 169 7.1.1. Tehnologia de producere a vinurilor propriu- zise 170 7.1.2. Tehnologia de ob ținere a vinurilor speciale 179 7.2. Tehnologii de ob ținere a produselor pe baz ă de must și vin 184 7.3. Prelucrarea produselor secundare de la vinific ație 188 VIII. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A BERII 190 8.1. Materii prime pentru fabricarea berii 190 8.2. Procedee de ob ținere a mal țului 191 8.3. Ob ținerea mustului de bere 195 8.4. Fermentarea și condi ționarea berii 203 IX. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A AMIDONULUI, DEX TRINEI SI GLUCOZEI 207 9.1. Fabricarea amidonului 207 9.2. Fabricarea dextrinei și glucozei 209 X. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A SPIRTULUI 212 10.1.Fabricarea spirtului din materii prime amidono ase 212 10.2. Fabricarea spirtului din melas ă 216 10.3. Fabricarea spirtului din de șeuri celulozice 217 10.4. Produse secundare rezultate la fabricarea spi rtului 218 XI. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A ZAHARULUI 220 11.1. Extragerea zah ărului din sfecl ă, obținerea zemii de difuzie și epuizarea borhotului 220 11.2. Purificarea și concentrarea zemii de difuziune 227 11.3. Cristalizarea zah ărului 234 11.4. Uscarea, condi ționarea și depozitarea zah ărului 238 11.5. Prelucrarea zah ărului brut din trestia de zah ăr 239 11.6. Valorificarea produselor secundare din indust ria zah ărului 241 XII. TEHNOLOGIA ULEIURILOR VEGETALE 244 12.1. Materii prime și materiale auxiliare pentru ob ținerea uleiurilor vegetale 244 12.2. Ob ținerea uleiului brut 245 12.3. Rafinarea uleiurilor vegetale 257 12.4. Hidrogenarea uleiurilor vegetale 263 12.5. Interesterificarea uleiurilor vegetale 266 12.6. Fabricarea margarinei și a gr ăsimilor vegetale comestibile 267 12.7. Tehnologia de fabricare a altor uleiuri veget ale 270 12.8. Tehnologia de fabricare a halvalei 272 12.9. Tehnologia de ob ținere a extractelor proteice din soia 273 XIII. TEHNOLOGIA C ĂRNII ȘI A PRODUSELOR DIN CARNE 275 13.1. Tehnologia de abator 275 13.2. Materii prime și auxiliare folosite în industria c ărnii 276 13.3. Conservarea c ărnii 277 13.4. Tehnologia produselor de tip catering 284 13.5. Tehnologia de fabricare a preparatelor din ca rne 285 13.6.Tehnologia de fabricare a conservelor din carn e 294 13.7. Tehnologia de fabricare a semiconservelor din carne 296 13.8. Tehnologia de ob ținere a concentratelor din carne 298 13.9 Tehnologii de prelucrare a subproduselor și deșeurilor din industria c ărnii 299 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 4 XIV. TEHNOLOGIA LAPTELUI ȘI A PRODUSELOR LACTATE 304 14.1. Tehnologia laptelui de consum 304 14.2. Tehnologia de fabricare a conservelor de lapt e 316 14.3. Tehnologia de fabricare a produselor lactate acide 325 14.4. Tehnologia de fabricare a smântânii 330 14.5. Tehnologia de fabricare a untului 332 14.6. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor 335 14.7. Tehnologia de fabricare a înghe țatei 346 14.8. Tehnologii de valorificare a subproduselor di n industria laptelui 347 XV. TEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA MOR ĂRITULUI ȘI A PRODUSELOR DE 350 PANIFICA ȚIE 350 15.1. Tehnologia mor ăritului și a crupelor 355 15.2. Tehnologia produselor de panifica ție 357 15.2.1. Tehnolgia de fabricare a pâinii și a produselor de franzel ărie 357 15.2.2. Tehnologia de fabricare a pastelor f ăinoase 359 15.2.3. Tehnologia de fabricare a biscui ților 361 15.2.4. Tehnologia de fabricare a produselor f ăinoase afânate 363 BIBLIOGRAFIE 365 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 5 PARTEA I-A OPERA ȚII ȘI PROCESE I. PROCESE DE TRANSFER 1.1. Similitudinea și analiza dimensional ă Descoperirea legilor dup ă care se desf ășoară fenomenele din natur ă este rolul investiga țiilor efectuate de omul de știință. Aceste investiga ții pot fi pur teoretice, pot fi cercet ări experimentale directe asupra unui fenomen, respecti v cercet ări asupra unui model experimental ce reproduce cât mai fidel fenomenul cercetat. Legile c ăutate exprim ă o rela ție cantitativ ă între diferitele m ărimi ce caracterizeaz ă fenomenul studiat, finalizat ă, de cele mai multe ori, în ecua ții. Caracteristic domeniului tehnic este faptul c ă elementele ecua țiilor simbolizeaz ă mărimi fizice. Dac ă legea c ăutată se exprim ă printr-o ecua ție matematic ă ce coreleaz ă principalele m ărimi ale fenomenului, atunci ecua ția constituie modelul matematic al acestuia. Folosirea modelelor sau a instala țiilor pilot în studiul unui proces, impune în primu l rând derivarea criteriilor de similitudine ce guverneaz ă acel proces, criterii ce pot fi deduse din ecuațiile diferen țiale ale procesului, fie cu ajutorul analizei dimen sionale, fie prin ambele metode. Ele scot în eviden ță condi țiile în care trebuie testat ă instala ția la scar ă mică, pentru ca rezultatele s ă poat ă fi transpuse la scar ă mare. Totodat ă se indic ă dacă exist ă efecte de scar ă apreciabile și se scot în eviden ță dacă sunt criterii de similitudine incompatibile, când un proces nu poate fi reprodus de la o scar ă mică la una mare și invers. Similitudinea este un principiu enun țat pentru prima dat ă de Newton și aplicat la sistemele de particule în mi șcare. Astfel, similitudinea se ocup ă cu rela țiile dintre sistemele fizice de diferite m ărimi, în scopul transpunerii la scar ă mai mic ă sau mai mare a propriet ăților fizice și chimice. La modul cel mai general, sistemele fizice pot fi caracterizate cu ajutorul a trei calit ăți: mărime, form ă și compozi ție, toate fiind variabile independente. Dou ă sisteme pot fi diferite ca mărimi, dar au aceia și form ă și compozi ție. În aceste condi ții ele pot fi similare din punct de vedere geometric. Configura ția spa țială și temporal ă a unui sistem fizic este determinat ă de raportul m ărimilor sistemului însu și și nu depinde de unit ățile în care sunt exprimate aceste mărimi. Similitudinea poate fi definit ă pe dou ă căi: ►cu ajutorul rapoartelor a diferitelor m ărimi (factori de form ă); ►cu ajutorul rapoartelor între m ărimi corespunz ătoare (rapoarte de scar ă). Similitudinea geometric ă. Consider ăm dou ă corpuri prev ăzute cu câte un sistem de axe rectangulare (figura 1.1.). Dou ă puncte B și B’ din cele dou ă corpuri, de coordonate x,y,z și x’,y’,z’ , se numesc puncte corespondente dac ă au raportul sc ării liniare constant, adic ă: .”’ constzz yy xx== = (1.1.) Toate perechile de puncte ale c ăror coordonate sunt exprimate sub form ă de rapoarte egale și constante, sunt puncte corespondente. Dou ă corpuri sunt geometric asemenea când pentru un punct dintr-un corp exist ă un punct corespondent în cel ălalt. Fig. 1.1. Corpuri geometric asemenea : a- model; b- prototip a b Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 6 O defini ție mai general ă a punctelor corespondente se face cu ajutorul rapo artelor de scară: 0 0 0 ‘;’;’ z y x lzzlyylxx= = = (1.2 .) Aceste rapoarte trebuie s ă fie constante dar nu și egale. O copie geometric ă asemenea prototipului, la o scar ă mai mic ă, cu rapoarte de scar ă egale dup ă toate direc țiile, se nume ște model, iar când rapoartele difer ă după direc ții, modelul este distorsionat. Utilizarea modelelor prezint ă avantajul c ă, în condi ții identice, în acesta au loc acelea și fenomene, dar în cantit ăți mai mici. Similitudinea mecanic ă. Similitudinea mecanic ă include trei tipuri de similitudine, static ă, cinematic ă și dinamic ă, considerate ca extinderi ale similitudinii geomet rice la sistemele staționare sau în mi șcare, supuse unor solicit ări. Similitudinea static ă face referire la corpurile solide care se defor- meaz ă sub ac țiunea unor solicit ări constante. Corpurile geometric asemenea sunt sim ilare static, când sub ac țiunea tensiunilor constante deforma ția lor relativ ă nu modific ă similitudinea geometric ă. Similitudinea cinematic ă studiaz ă sistemele solide sau fluide în mi șcare și introduc timpul ca o nou ă variabil ă. Măsurarea timpului începe de la un zero arbitrar, iar timpul corespondent este definit de timpul pentru care: .’0const ttt== (1.3.) Diferen țele dintre timpii coresponden ți poart ă denumirea de intervale corespondente. Sistemele geometrice similare în mi șcare sunt similare cinematic când traseul particule lor corespondente au traiectorii geometric asemenea, în intervale de timp corespondente. Deoarece raportul de scar ă al timpului este abstract, este mai comod s ă se lucreze cu viteze corespondente, care reprezint ă vitezele corpurilor corespondente la timpi corespo nden ți. Similitudinea cinematic ă este util ă la sistemele fluide geometric asemenea, care sunt similare cinematic și au condi ții de curgere geometric similare (viteza de transfe r de c ăldură și de masă se exprim ă prin rela ții simple). Similitudinea dinamic ă se ocup ă cu for țele corespondente care ac ționeaz ă asupra corpurilor dintr-un sistem dinamic. For țele de aceia și natur ă care ac ționeaz ă asupra unor corpuri corespondente, la timpi coresponden ți se numesc for țe corespondente. Sistemele geometric asemenea, în mi șcare, sunt similare dinamic atunci când toate rapoartele for țelor corespondente sunt egale: .’ 2′ 2 1′ 1constFF FF FF nn= = ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = (1.4.) În sistemele fluide ac ționeaz ă urm ătoarele for țe: iner țială, gravita țional ă, vâscoas ă, interfacial ă, și forța dat ă de presiune. Rapoartele acestor for țe aplicare în puncte corespondente, exprimate sub form ă de grupuri adimensionale, constituie criteriile si militudinii dinamice. În sistemele fluide, similitudinea dinamic ă este util ă pentru stabilirea c ăderii de presiune și a consumului de energie. Similitudinea termic ă. Întrucât c ăldura se transmite prin radia ție, convec ție și conduc ție, iar poten țialul transmiterii c ăldurii este diferen ța de temperatur ă, similitudinea termic ă introduce temperatura ca un nou parametru. Diferen țele de temperatur ă între dou ă perechi de puncte corespondente, la timpi coresponden ți, formeaz ă diferen țe de temperaturi corespondente. Sistemele similare geometric și cinematic, aflate în mi șcare, vor fi similare termic dac ă rapoartele diferen țelor de temperaturi corespondente sunt constante. R aportul diferen țelor de temperaturi corespondente se nume ște raportul de scar ă al temperaturii. Când aceste rapoarte sunt unitare, temperaturile în punctele coresponden te sunt egale sau difer ă printr-un num ăr fix de grade. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 7 Similitudinea termic ă impune ca vitezele corespondente de transfer de c ăldură să fie într- un raport constant. Astfel cantitatea de c ăldură ce se transfer ă prin unitatea de suprafa ță în unitatea de timp, prin conduc ție, radia ție și convec ție, în model (q) și prototip (q’), prin similitudinea termic ă impune condi ția: .0′ ‘ ‘ const qqq qq qq cvcv rr cc= = = = (1.5.) De obicei nu este posibil ă păstrarea simultan ă a celor trei rapoarte în toate punctele, astfel că se neglijeaz ă componenta a c ărei contribu ție la procesul de transfer de c ăldură este neesen țială. Similitudinea chimic ă. Similitudinea chimic ă se ocup ă cu sisteme în care au loc transform ări chimice și compozi ția variaz ă în spa țiu, iar la procesele discontinue sau ciclice, variaz ă și în timp. Pentru aceste sisteme se introduc unul s au mai mul ți parametri de concentra ție, în func ție de num ărul de componen ți chimici variabili și independen ți, în raport cu care se face similitudinea. Diferen țele de concentra ție între dou ă perechi de puncte corespondente din dou ă sisteme diferite, la timpi coresponden ți, formeaz ă diferen țe de concentra ție corespondente. Sistemele similare geometric, termic și cinematic, dac ă sunt în mi șcare, vor fi similare chimic atunci când rapoartele diferen țelor de concentra ție corespondente sunt constante Rapoartele care definesc similitudinea chimic ă, când exist ă similitudine termic ă și cinematic ă sunt: viteza de transformare chimic ă sau viteza de transformare chimic ă viteza de curgere viteza difuziunii moleculare Similitudinea între sisteme poate fi exprimat ă în termeni de criterii, care sunt rapoarte intrinseci ale parametrilor ce caracterizeaz ă sistemele. Aceste rapoarte se numesc criterii de similitudine. Prin urmare, dou ă sisteme sunt similare dac ă rapoartele parametrilor sunt constante. Criteriile de similitudine se exprim ă sub forma unor func ții. Func țiile în care variabilele și constantele dimensionale sunt înlocuite cu criter ii de similitudine se numesc func ții criteriale: . ) … ,………,(2 1 const fn m=−π ππ (1.6.) În cele mai multe cazuri, func țiile criteriale sunt puse sub forma unor ecua ții criteriale: . ……….3 2 1 3 2 1n n n ik π π π π ⋅ ⋅ ⋅= (1.7.) M ărimea π reprezint ă criteriul determinant pentru un proces anume și el con ține acel parametru necunoscut ce urmeaz ă a fi calculat. Utilitatea similitudinii sistemelor este dat ă de posibilitatea ca datele experimentale obținute pe modele sau sta ții pilot, s ă fie transpuse la scar ă în practic ă. Acest lucru este posibil dacă pentru procesul studiat se cunosc criteriile speci fice. În unele situa ții transpunerea la o alt ă scar ă a rezultatelor nu este posibil ă, întrucât criteriile sunt incompatibile. De aceea la studiul unui proces complex (fizic sau chimic) este mai convenabil alegerea acelor condi ții de lucru la care viteza procesului global s ă depind ă de un singur criteriu adimensional. Prin alegerea unui cr iteriu în func ție de procesul elementar determinant, ecua ția criterial ă se simplific ă și ajut ă la ob ținerea ecua țiilor de modelare. Analiza experimental ă reprezint ă acea tehnic ă folosit ă în exprimarea comport ării unui sistem fizic printr-un num ăr minim de variabile independente și în acea form ă ce nu este afectat ă de modificarea unit ăților de m ăsură. Pentru a putea utiliza analiza dimensional ă este necesar ă o cunoa ștere profund ă a acelui proces, prin luarea în considera ție a tuturor variabilelor care îl influen țează în mod semnificativ. O alt ă utilitate a analizei dimensionale este cea legat ă de convertirea unit ăților de m ăsură dintr-un sistem într-altul, precum și la verificarea ecua țiilor fizice pe baza omogenit ății lor dimensionale. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 8 1.2. Unități de măsură și dimensiuni Caracteristic ecua țiilor folosite în tehnic ă este faptul c ă elementele lor constituiente reprezint ă mărimi fizice și care se pot exprima prin unit ăți de m ăsură. În Sistemul Interna țional se disting trei clase de unit ăți SI: ♦ unități fundamentale; ♦ unități derivate; ♦ unități suplimentare. Din punct de vedere științific, aceast ă clasificare a unit ăților SI con ține un element arbitrar, ea nefiind impus ă în mod univoc de legile fizicii. Totu și, pentru a beneficia de avantajele adopt ării unui sistem practic unic, folosit în toate dome niile, Conferin ța General ă de Măsuri și Greut ăți (CGPM) a decis ca Sistemul Interna țional s ă aibă la baz ă șapte unit ăți bine definite, considerate independente din punct de ved ere dimensional (tabelul 1.1.). Aceste unit ăți SI sunt denumite unit ăți fundamentale. . Tabelul 1.1. Unități SI fundamentale Mărimea Denumirea Simbol Lungime metru m Masă kilogram kg Timp secund ă s Intensitate a curentului electric amper A Temperatur ă termodinamic ă Kelvin K Cantitate de substan ță mol mol Intensitate luminoas ă candel ă cd Unit ățile derivate pornesc de la unit ățile fundamentale și sunt date de expresii algebrice care utilizeaz ă simbolurile matematice de înmul țire și împ ărțire. Multe din aceste unit ăți derivate au căpătat o denumire special ă și au un anumit simbol care, la rândul lor pot fi fo losite pentru exprimarea unor unit ăți derivate, mai simplu decât pe baza unit ăților fundamentale. Unit ățile derivate se pot clasifica în trei grupe: • unități SI derivate exprimate în func ție de unit ățile fundamentale (tabelul 1.2.); • unități SI derivate cu denumiri speciale (tabelul 1.3.); • unități SI derivate care se exprim ă folosind denumiri speciale (tabelul 1.4.). O unitate derivat ă poate fi exprimat ă în mai multe moduri echivalente, folosind denumiri ale unit ăților fundamentale și denumiri ale unit ăților derivate. . Tabelul 1.2. Exemple de unit ăți derivate, exprimate în func ție de unitățile fundamentale Unitate SI Mărimea Denumire Simbol Arie metru p ătrat m2 Volum metru cub m3 Vitez ă metru pe secund ă m/s Accelera ție metru pe secund ă la pătrat m/s2 Num ăr de und ă 1 pe metru m-1 Densitate (mas ă volumic ă) kilogram pe metru cub kg/m3 Densitate de curent amper pe metru p ătrat A/m2 Câmp magnetic amper pe metru A/m Concentra ție (a cantit ății de substan ță) mol pe metru cub mol/m3 Volum masic metru cub pe kilogram m3/kg Luminan ță luminoas ă candel ă pe metru p ătrat cd/m2 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 9 Tabelul 1.3. Unități SI derivate cu denumiri speciale Unitatea SI Mărimea Denumire Simbol Expresia în alte unități SI Expresia în unități SI fundamentale Frecven ță hertz Hz s-1 Forță newton N m⋅kg⋅s-2 Presiune, tensiune mecanic ă pascal Pa N/m2 m-1⋅kg⋅s-2 Energie, lucru mecanic, cantitate de căldură Joule J Nm m2⋅kg⋅s-2 Putere, flux energetic watt W J/s m2⋅kg⋅s-3 Cantitate de electricitate, sarcin ă electric ă coulomb C s⋅A Poten țial electric, tensiune electric ă volt V W/A m2⋅kg⋅s-3⋅A-1 Capacitate electric ă farad F C/V m-2⋅kg-1⋅s4⋅A2 Rezisten ță electric ă ohm Ω V/A m2⋅kg⋅s-3⋅A-2 Conductan ță siemens S A/V m-2⋅kg-1⋅s3⋅A2 Fluxul induc ției magnetice weber Wb V/s m2⋅kg⋅s-2⋅A-1 Induc ție magnetic ă tesla T Wb/m2 kg⋅s-2⋅A-1 Inductan ță henry H Wb/A m2⋅kg⋅s-2⋅A-2 Temperatur ă Celsius grad Celsius oC K Flux luminos lumen lm cd⋅sr Iluminare lux lx lm/m2 m-2⋅cd⋅sr Doză absorbit ă, indice de doz ă absorbit ă, kerma gray Gy J/kg m2⋅s-2 Tabelul 1.4. Exemple de unit ăți SI derivate care se exprim ă folosind denumiri speciale Unitatea SI Mărimea Denumirea Simbol Expresia în unități SI fundamentale Vâscozitate dinamic ă pascal-secund ă Pa⋅s m-1⋅kg⋅s-1 Momentul unei for țe metru-newton N⋅m m2⋅kg⋅s-2 Tensiune superficial ă newton pe metru N/m kg⋅s-2 Densitate de flux termic, iluminare energetic ă watt pe metru p ătrat W/m2 kg⋅s-3 Capacitate termic ă, entropie joule pe kelvin J/K m2⋅kg⋅s-2⋅K-1 Capacitate termic ă masic ă, entropie masic ă joule pe kilogram- kelvin J/(kg ⋅K) m2⋅s-2⋅K-1 Energie masic ă joule pe kilogram J/kg m2⋅s-2 Conductivitate termic ă watt pe metru- kelvin W/(m ⋅K) m ⋅kg⋅s-3⋅K-1 Energie volumic ă joule pe metru cub J/m3 m-1⋅kg⋅s-2 Intensitatea câmpului electric volt pe metru V/m m⋅kg⋅s-3⋅A-1 Energie molar ă joule pe mol J/mol m2⋅kg⋅s-2⋅mol-1 Entropie molar ă, capacitate termic ă molar ă joule pe mol-kelvin J/(mol ⋅K) M2⋅kg⋅s-2⋅K- 1⋅mol-1 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 10 În cea de-a treia clas ă, numit ă „clasa unit ăților suplimentare”, sunt cuprinse doar dou ă unități pur geometrice (tabelul 1.5.). Acestea sunt folos ite la ob ținerea unor unit ăți derivate, câteva exemple fiind prezentate în tabelul 1.6. Tabelul 1.5. Unități SI suplimentare Unitatea SI Mărimea Denumirea Simbol Unghi plan radian rad Unghi solid steradian* sr Tabelul 1.6. Exemple de unit ăți derivate exprimate cu ajutorul unit ăților suplimentare Unitatea SI Mărimea Denumire Simbol Vitez ă unghiular ă radian pe secund ă rad/s Accelera ție unghiular ă radian pe secund ă la pătrat rad/s2 Intensitate energetic ă watt pe steradian W/sr Iluminan ță energetic ă watt pe metru p ătrat-steradian W/m-2⋅sr-1 * steradianul este unghiul solid care, având vârful în centrul unei sfere, delimiteaz ă pe suprafa ța acestei sfere o arie egal ă cu cea a unui p ătrat a c ărui latur ă este egal ă cu raza sferei. Acela și organism interna țional (CGPM) a stabilit denumirile și prefixele destinate form ării multiplilor și submultiplilor zecimali ai unit ăților SI (tabelul 1.7.). Tabelul 1.7. Prefixele SI Factorul de multiplicare Prefixul Simbolul Factorul de multiplicare Prefixul Simbolul 1018 exa E 10-1 deci d 1015 peta P 10-2 centi c 1012 tera T 10-3 mili m 109 giga G 10-6 micro µ 106 mega M 10-9 nano n 103 kilo k 10-12 pico p 102 hecto h 10-15 femto f 101 deca da 10-18 atto a S-a constatat c ă utilizatorii Sistemului Interna țional vor avea nevoie s ă foloseasc ă împreun ă cu acesta anumite unit ăți care nu fac parte din SI, dar care joac ă un rol important și sunt larg r ăspândite (tabelul 1.8.). În literatura de specialitate se mai întâlnesc și unele unit ăți ale sistemului CGS (centimetru-gram-secund ă) care au c ăpătat o denumire special ă dar care nu se recomand ă a fi folosite. În privin ța unit ăților care nu fac parte din Sistemul Interna țional și care nu se încadreaz ă în categoriile amintite anterior, este preferabil s ă fie evitate și înlocuite prin unit ăți ale Sistemul Interna țional. Câteva exemple de asemenea unit ăți sunt prezentate în tabelul 1.9. Descrierea proceselor fizice se face cu ajutorul un or ecua ții care, din punct de vedere dimensional, sunt omogene, acesta fiind și principiul omogenit ății dimensionale. Deoarece s-a demonstrat c ă o ecua ție corect ă și complet ă nu este obligatoriu și dimensional omogen ă, principiul omogenit ății dimensionale se modific ă astfel: “ o ecuație fizică este fie omogen ă dimensional, fie poate fi rezolvat ă în două sau mai multe ecua ții separate care sunt omogene dimensional” . Valabilitatea unei ecua ții trebuie s ă se p ăstreze dac ă se modific ă unit ățile de măsură. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 11 Tabelul 1.8. Unități folosite împreun ă cu Sistemul Interna țional Denumirea Simbolul Valoarea în unitatea SI Minut min 1 min=60 s Oră h 1 h =61 min=3600 s Grad o 1o=(π/180) rad Minut ′ 1’=(1/60)o=(π/10800) rad Secund ă ″ 1”=(1/60)’=( π/648000) rad Litru l 1 l=1 dm3=10-3 m3 Tonă t 1 t=103 kg Milă marin ă 1 mil ă marin ă =1852 m Nod 1 mil ă marin ă pe oră=(1852/3600) m/s Ar a 1 a=1 dam2=102 m2 Hectar ha 1 ha=1 hm2=104 m2 Bar bar 1 bar=0,1 Mpa=105 Pa Atmosfer ă normal ă atm 1 atm=101325 Pa Tabelul 1.9. Unități CGS și alte unități nerecomandate Denumire Simbol Valoarea în unități SI Denumire Simbol Valoarea în unități SI Erg erg 1 erg=10-7 J Torr torr 1 torr=(101325/76 0) Pa Dynă dyn 1 dyn=10-5 N Calorie cal 1 cal=4,1868 J Poise P 1 P=1 dyn ⋅s/cm2 =0,1 Pa ⋅s Kilogram forță kgf 1 kgf=9,80665 N Stokes St 1 St=1cm/c2 =10-4 m2/s Micron µ 1 µ=1 µm =10- 6m Într-o ecua ție fizic ă se pot g ăsi trei feluri de m ărimi: ► variabile fizice; ► constante dimensionale: au formele dimensionale si milare cu ale variabilelor fizice și pot fi considerate ca un factor de conversie introd us într-o ecua ție; ► constante numerice: valoarea lor numeric ă nu se schimb ă când se modific ă unitățile de măsură. Utilizând analiza dimensional ă, dintr-un num ăr dat de variabile fizice și constante dimensionale se poate ob ține un num ăr complet de criterii (grupuri) adimensionale, fiec are criteriu fiind independent de celelalte. Din acelea și variabile și constante se poate ob ține un alt grup adimensional, ca un produs de puteri ale crite riilor din setul complet. Cu ajutorul acestor grupuri adimensionale se pot ob ține ecua țiile criteriale. Teorema π sau teorema lui Buckingham face unele preciz ări: – solu ția unei ecua ții fizice, dimensional omogene, poate fi scris ă ca o func ție de setul complet de grupuri adimensionale (rela ția 1.6.); – o ecua ție format ă din „n” variabile și constante dimensionale independente, exprimat ă prin „m” unit ăți fundamentale independente, are ca solu ție o ecua ție criterial ă format ă din „n-m” grupuri adimensionale independente; func ția criterial ă se exprim ă sub forma unui produs de puteri (rela ția 1.7.) la care, pentru a stabili condi țiile de similitudine, exponen ții și constantele nu trebuie cunoscute. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 12 În general, pentru majoritatea proceselor fizice s au chimice din industria alimentar ă s-au stabilit ecua țiile diferen țiale, a c ăror rezolvare, de cele mai multe ori, nu este posib ilă. Doar procesele singulare ce se desf ășoară în dispozitive cu geometrie simpl ă permit uneori o simplificare a ecua țiilor diferen țiale, precum și integrarea lor. Criteriile de similitudine se pot ob ține în dou ă feluri: • din ecua țiile diferen țiale: metoda cea mai recomandat ă deoarece scoate în eviden ță semnifica ția fizic ă a criteriilor adimensionale; • prin analiza dimensional ă, când nu se cunosc ecua țiile diferen țiale; stabilirea setului complet de grupuri adimensionale se realizeaz ă prin metoda indicilor și metoda matricei dimensionale. Studiile și cercet ările pe model sau sta ție pilot și care reprezint ă un sistem omolog cu cel al instala ției prototip, au avantajul c ă în ecua țiile de modelare m ărimile corespondente se exprim ă în func ție numai de raportul de scar ă. Un sistem fizic poate fi static, dinamic, termic, c himic, etc., iar în cadrul lui se pot desfășura succesiv sau în paralel mai multe procese. Vite za global ă a procesului, pentru procese care se desf ășoară succesiv (în serie), este mai mic ă decât viteza procesului elementar a c ărui vitez ă este cea mai lent ă. Un astfel de proces se mai nume ște și proces determinant deoarece de viteza acestuia depinde viteza procesului global. Denumirea de regim este utilizat ă pentru a eviden ția procesul determinant și în func ție de acesta putem avea regim chimic, termic, dinamic, mi xt (când dou ă procese elementare sunt determinante), etc. Determinarea pe cale experimental ă a regimului determinant presupune observarea influen ței diferitelor variabile (cele mai importante fiind temperatura, condi țiile hidrodinamice și granula ția) asupra procesului global. În cazul studierii proceselor fizice și chimice complexe, acest lucru trebuie f ăcut în acele condi ții în care viteza procesului global s ă depind ă de un singur criteriu de similitudine (regimul să fie pur) sau de cel mult dou ă criterii de similitudine (pentru sistemele neomogen e). Deducerea criteriilor de similitudine și aducerea lor la forma ecua țiilor criteriale, permite determinarea diver șilor parametri și coeficien ți. În aceste condi ții, fiecare criteriu, izolat, este util în stabilirea ecua țiilor de modelare, ecua ții care reprezint ă rapoartele între m ărimile corespondente, pentru care exist ă similitudine. Prin urmare, pentru orice situa ție în parte trebuie s ă se stabileasc ă procesul elementar determinant ( de obicei pe cale experimental ă). Deoarece regimul pur depinde de un singur criteriu de similitudine, cu ajutorul acestuia se v or ob ține principalele ecua ții de modelare. 1.3. Transferul de impuls Transferul de impuls constituie un proces fundament al în industria alimentar ă deoarece, în foarte multe situa ții, realizarea unei opera ții presupune aducerea unor fluide în stare de curgere. Astfel, pentru a putea rezolva asemenea pr obleme sunt necesare cuno ștințe de baz ă privind statica și dinamica fluidelor. Fluidele sunt acea stare a materiei caracterizat ă printr-o mare mobilitate a moleculelor și printr-o rezisten ță foarte mic ă la deformare. Dac ă asupra unui fluid ac ționeaz ă o tensiune tangen țială constant ă, acesta se deformeaz ă, iar dac ă tensiunea nu-si înceteaz ă acțiunea, deforma ția poate atinge orice valoare. În aceste condi ții viteza de deformare este constant ă și depinde de vâscozitatea fluidului. Se nume ște curgere, deformarea continu ă a unui fluid sub acțiunea unei tensiuni. Statica se ocup ă cu studiul fluidelor în stare de echilibru și acțiunea lor asupra suprafe țelor solide cu care vin în contact. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 13 Odat ă cu introducerea conceptului de strat limit ă de c ătre Prandtl, teoria asupra dinamicii fluidelor a cunoscut o dezvoltare considerabil ă. Astfel a ap ărut „reologia” ca o ramur ă a fizicii ce se ocup ă cu comportarea corpurilor deformabile, care posed ă cel pu țin una din propriet ățile vâscozitate, elasticitate, plasticitate, fiind definit ă ca știința curgerii și a deform ării. 1.4. Transferul de c ăldură Fenomen complex, transferul de energie termic ă este rezultanta existen ței unei diferen țe de temperatur ă sau poten țial termic, care este de fapt for ța motrice. Prezen ța unui poten țial termic face ca, în mod spontan, transferul de energ ie să se realizeze de la corpul cu temperatura mai ridicat ă la corpul cu temperatura mai sc ăzută. Analiza fenomenelor termice din punct de vedere al transform ării de energie, din c ăldură în lucru mecanic sau trecerea unui tip de c ăldură în alt tip de c ăldură (călduri latente, c ălduri sensibile), face obiectul de studiu al termodinamic ii. Transferul c ăldurii poate fi realizat în trei moduri distincte: prin conduc ție, prin convec ție și prin radia ție. Deoarece în practic ă cele trei moduri de transmitere a c ăldurii se pot desf ășura simultan, dup ă studiul fiec ărui mod de transfer separat se face un studiu sinte tic al fenomenului de transfer de c ăldură, denumit transfer global de c ăldură. 1.5. Transferul de mas ă În urma transform ărilor fizice sau a reac țiilor chimice rezult ă amestecuri de substan țe solide, lichide sau gazoase, respectiv amestecuri d e dou ă sau trei faze. Deoarece nu pot fi folosite ca atare, substan țele din amestecuri trebuiesc fie separate, fie se m odific ă concentra ția unui component din amestec (aceasta presupune introducer ea sau îndep ărtarea unui component al amestecului). În cele ce urmeaz ă se va studia separarea fizic ă bazat ă pe transferul de substan ță dintr-o fază în alta (fenomenul fizic fiind difuziunea), folosi nd diferen țele de presiuni de vapori, concentra ții, solubilitate, uneori înso țite și de un gradient termic, spre deosebire de separare a mecanic ă pură ce face uz de diferen țele de densitate, dimensiunile particulelor, mediil e filtrante. Se poate constata o asem ănare mare între legile ce guverneaz ă transferul de mas ă și legile de baz ă ale transferului de c ăldură, analogia având îns ă anumite limite. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 14 II. OPERAȚII CU TRANSFER DE IMPULS 2.1. Transportul lichidelor alimentare Deplasarea lichidelor prin conducte și aparate se poate face sub ac țiunea unei energii primite din exterior sau sub ac țiunea energiei poten țiale, generat ă de o diferen ță de poten țial. Energia primit ă din exterior este transformat ă cu ajutorul pompelor în energie de presiune, energie poten țială sau energie cinetic ă, în func ție de necesit ăți. Pentru a determina un lichid s ă curg ă, să se deplaseze, se pot folosi mai multe metode: • prin ac țiunea for ței centrifuge: pompele transfer ă energia cinetic ă lichidului sub acțiunea for ței centrifuge; • prin deplasarea unui volum de lichid: introducerea în volumul dislocuit a altui lichid (pompe cu piston, pompe cu palete rotative); • prin folosirea unui impuls mecanic: metoda este co mbinat ă cu alt mijloc de producere a mișcării (pompa cu turbin ă); • prin transferul de impuls: accelerarea unui lichid pentru a transfera impulsul s ău unui alt fluid (injectoare, ejectoare); • prin folosirea unui câmp magnetic: lichidele bune conduc ătoare de electricitate pot fi puse în mi șcare de un câmp magnetic adecvat. O pomp ă deserve ște de obicei un sistem format din spa țiul de aspira ție, spa țiul de refulare, respectiv ansamblul de conducte și arm ături. M ărimile caracteristice se refer ă fie la pomp ă, fie la sistem, fie atât la pomp ă cât și la sistem. Debitul masic al pompei reprezint ă masa lichidului transportat de pomp ă în unitatea de timp. Mai frecvent este utilizat în calcule debitul volumic, care reprezint ă volumul de lichid transportat în unitatea de timp. Raportul dintre debitul volumic real (Q v) și cel teoretic (Q vt) reprezint ă randamentul volumic al pompei: vtv vQQ=η (2.1.) În sistemul din figura 2.1., la scrierea bilan țului energiilor pentru unitatea de mas ă de lichid ce se deplaseaz ă, când densitatea ρ rămâne constant ă, se folose ște ecuația: MLpf pv Hg =∆+∆+∆+∆ ⋅ρ ρ2 21 (2.2.) în care gH este energia poten țială; 1/2v2 – energia cinetic ă; p/ ρ – energia static ă; pf/ ρ – pierderea de energie la frecarea lichidului cu conductele; L M – energia mecanic ă ce trebuie transferat ă lichidului pentru a fi transportat între cele dou ă nivele. Se împarte rela ția (2.2.) prin g și se ob ține: Fig. 2.1. Schema de calcul a sistemului mMHgL gpf gp gvH = =⋅∆+⋅∆+∆⋅+∆ρ ρ2 21 (2.3.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 15 H m se nume ște în ălțimea manometric ă a sistemului și exprim ă fizic echivalentul în presiune a energiei pe care pompa trebuie s ă o transfere lichidului, pentru sistemul studiat. A cest lucru presupune c ă pompa va m ări viteza lichidului de la intrarea în camera de as pirație v 1, la valoarea v 2 la ie șirea din camera de refulare. De asemenea, va cre ște presiunea static ă a lichidului de la valoarea p 1 la valoarea p 2 și va ridica lichidul de la cota H 1 la cota H 2. În aceste condi ții ecua ția (2.3.) cap ătă forma: 1 21 22 12 2 2H Hgpf gp p gv vHm − +⋅∆+⋅−+−=ρ ρ (2.4.) Pentru o pomp ă aflat ă în func țiune bilan țul de energie transferat ă efectiv lichidului de către pomp ă, în termeni de în ălțimi, se scrie sub forma: 02 2 2Hgp p gv vHa r a r me +⋅−+−=ρ (2.5.) în care H me este în ălțimea manometric ă efectiv ă a pompei; v a – viteza lichidului la aspira ție în pomp ă; v r – viteza medie a lichidului la ie șirea din pomp ă; p a – presiunea static ă a lichidului la intrarea în pomp ă; p r – presiunea static ă a lichidului la ie șirea din pomp ă; H 0 – diferen ța pe vertical ă între punctele de m ăsurare a presiunilor. Dac ă se ține cont și de energia transmis ă lichidului pentru învingerea frec ărilor, atunci se obține în ălțimea manometric ă teoretic ă a pompei (H mt). Raportul celor dou ă înălțimi manometrice definesc randamentul hidraulic al pompe i: mtme hHH=η (2.6.) Amplasarea pompei în sistemul pe care îl deserve ște este dat ă de în ălțimea de aspira ție (înălțimea pân ă la care pompa mai aspir ă lichid, f ără ca acesta s ă se transforme par țial în vapori, în condi țiile în care se realizeaz ă aspira ția). Pentru determinarea în ălțimii de aspira ție H a se scrie ecuația bilan țului energiilor lichidului între sec țiunile 1-1 și a-a la nivelul pompei (cota axului racordului de aspira ție). gpfH Hgv gpHgv gpa aa a ⋅∆+ + + +⋅= + +⋅ ρ ρ ρ) (2 212 12 1 1 (2.7.) Când pompa aspir ă dintr-un spa țiu deschis, p 1 este presiunea barometric ă pb la suprafa ța lichidului. De asemeni, în corpul pompei presiunea, când se face aspira ția, nu trebuie s ă fie mai mică decât presiunea de vapori a lichidului p l, la temperatura de aspira ție. În general termenul cinetic are valori mici și se neglijeaz ă, astfel c ă înălțimea de aspira ție se calculeaz ă din condi ția: gpf gp gpHa l b a⋅∆−⋅−⋅≤ρ ρ ρ (2.8.) Cunoscând debitul volumic de lichid deplasat în si stem, din rela ția de mai sus se ob ține puterea necesar ă: 1000v m nQg HP⋅⋅⋅=ρ [kW] (2 .9.) 2.2. Separarea sistemelor eterogene Se numesc sisteme eterogene amestecurile de doi sa u mai mul ți componen ți, ce se g ăsesc în stări de agregare diferite. Un sistem neomogen este alc ătuit dintr-o faz ă dispers ă, fin divizat ă și dintr-o faz ă dispersant ă ce înconjoar ă particulele fazei disperse. Sistemele eterogene se pot clasifica, în func ție de starea de agregare a fazei disperse, ca în tabelul 2.1. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 16 Tabelul 2.1. Sisteme eterogene disperse Faza dispersant ă Faza dispers ă Sistemul lichid cea ță, aerosoli Gaz solid praf, fum gaz spum ă lichid nemiscibil emulsie Lichid solid suspensie În industria alimentar ă sistemele eterogene rezult ă în urma unor opera ții mecanice (mărunțire, cernere, amestecare, transport pneumatic), ope rații cu transfer de mas ă (uscare, extrac ție, cristalizare) sau opera ții cu transfer de c ăldură (evaporare). Separarea sistemelor eterogene în fazele component e urm ăreste fie utilizarea separat ă a fazelor, fie purificarea fazei dispersante și se realizeaz ă astfel: ♦ sub ac țiunea unei for țe ce ac ționeaz ă diferit asupra celor dou ă faze (for ță gravita țional ă, forță centrifug ă, forța câmpului electrostatic, for ța câmpului sonic, etc.); ♦ prin re ținerea fazei disperse pe materiale filtrante. 2.2.1. Separarea sistemelor eterogene gaz-solid și gaz-lichid Sedimentarea este o opera ție de separare a sistemelor eterogene fluide în faz ele componente. Acest lucru se datoreaz ă acțiunii for ței gravita ționale sau a for ței centrifuge asupra fazelor care au densit ăți diferite. În raport cu concentra ția fazei disperse, sedimentarea poate fi: • liber ă, când concentra ția este mic ă iar particulele se depun f ără a interac ționa între ele; • frânat ă sau încetinit ă, când concentra ția este mare iar particulele interac ționeaz ă între ele în timpul depunerii, încetinind procesul. Principalul parametru la separarea sistemelor etero gene este viteza de sedimentare. Asupra unei particule de mas ă m p din faza dispers ă, aflat ă în mediul fluid (faza dispersant ă) acționeaz ă următoarele for țe (fig.2.2.): F e – for ța exterioar ă, în N; F a – for ța lui Arhimede sau for ța de plutire, în N; F f – for ța de frecare de rezisten ță pe conturul particulei, în N. Cele trei for țe însumate vor da o rezultant ă care, va determina sensul de deplasare a particulei și care depinde de densit ățile celor dou ă faze: ρp – densitatea particulei și ρf – densitatea fluidului (în kg/m3). Pentru sistemele eterogene la care f pρ ρ> mișcarea particulei va fi dat ă de rela ția: dtdvm F F Fp f a e = − − (2.10.) unde dtdv este accelera ția mi șcării particulei. For ța de plutire este dat ă de rela ția: a ma V am F pf p f f f aρρρ =⋅ ⋅ =⋅ = ) ( (2.11.) în care m f este masa de fluid dislocat ă de particul ă; V f – volumul de fluid dislocat. For ța extern ă poate fi for ța de gravita ție sau for ța centrifug ă ( gm Fp e ⋅ = sau r m Fp e ⋅⋅ =2ω , r fiind raza particulei, în m). Fig. 2.2. Forțele ce acționează asupra particulei Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 17 For ța de rezisten ță se determin ă din condi ția că sedimentarea este de fapt o curgere în jurul unor corpuri imersate: 22vA Ff f ⋅⋅⋅= ρ ξ (2. 12.) în care A este aria sec țiunii transversale a particulei, în m2; ξ – coeficient de rezisten ță. În aceste condi ții rela ția (2.10.) devine: 22vA amamdtdvmf pf p p p ⋅⋅⋅− ⋅ −⋅ = ρ ξρρ (2.13.) sau sub forma: 212vA amdtdvmf pf p p ⋅⋅⋅− − ⋅ = ρ ξρρ (2.14.) La început particula se deplaseaz ă cu o mi șcare uniform accelerat ă. Ca urmare for ța de rezisten ță crește de la valoarea zero la o valoare maxim ă ce corespunde momentului când ∑ =0F , adic ă 0=dtdv. Rezult ă că viteza devine constant ă ( .0const vv = = ), ceea ce reprezint ă de fapt viteza de sedimentare liber ă și care este viteza maxim ă în cădere liber ă a particulei. Odat ă atins ă aceast ă valoare particula se va deplasa cu o vitez ă uniform ă. În aceste condi ții, pentru a=g, din rela ția (2.14.) se ob ține: pf p fp Ag mvρρ ρ ρξ− ⋅=2 0 (2.15.) Pentru particule sferice cu diametrul d, considerâ nd pp pmVρ= , viteza de sedimentare liberă este: ff pgdvρρ ρ ξ− ⋅=34 0 [m/s] (2.16. ) Pe de alt ă parte, viteza de sedimentare liber ă depinde de caracteristicile fizice ale fluidului, mi șcarea particulelor fiind caracterizat ă prin criteriul Reynolds [ ()Ref=ξ ], în func ție de care se ob țin vitezele de sedimentare liber ă în regim laminar ( )4 , 0 Re< , în regim intermediar ( )500 Re4 , 0 ≤ < și în regim turbulent ( )500 Re> , rela ții valabile pentru particule sferice. Toate rela țiile stabilite pân ă acum au aplicabilitate la sistemele eterogene la c are faza dispers ă are concentra ții mici. În cazul concentra țiilor mari viteza de sedimentare frânat ă are forma: 0v e vf ⋅= (2.17.) în care e este un factor ce ține cont de densitatea și vâscozitatea suspensiei. Dificult ăți mari apar la calculul vitezei de sedimentare a pa rticulelor foarte fine, ca urmare a num ărului foarte mare de factori ce influen țează sedimentarea. Alegerea metodei adecvate de separare a sistemelor gazoase eterogene depinde de mărimea particulelor fazei disperse, concentra ția fazei disperse, cantitatea de gaz supus ă separ ării, etc. Principalele metode folosite la separarea sistemel or eterogene gazoase se pot grupa astfel: ♦ purificarea mecanic ă sau uscat ă a gazelor; ♦ purificarea umed ă a gazelor; ♦ filtrarea gazelor; ♦ purificarea electric ă a gazelor; ♦ purificarea sonic ă a gazelor. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 18 Purificarea mecanic ă const ă în sedimentarea particulelor din masa unui gaz sub acțiunea unei for țe mecanice: de gravita ție, de iner ție sau centrifug ă. În primul caz pe traseul conductei de transport se realizeaz ă o m ărire semnificativ ă a secțiunii de curgere (fig. 2.3.). Ca urmare a sc ăderii turbulen ței, sub ac țiunea for ței gravita ționale particulele se vor depune. Pentru o sec țiune de curgere paralelipipedic ă productivitatea, exprimat ă în funcție de debitul de gaz prelucrat, este: vHB Qv ⋅⋅= (2.18.) în care v este viteza gazului la intrarea în sec țiunea paralelipipedic ă. Dac ă se ține cont c ă v=L/t, t fiind timpul de staționare a particulei în camera paralelipipedic ă și că, pen tru ca particula s ă sedimenteze, trebuie ca acesta s ă fie egal cu timpul de sedimentare t s=H/v o, rezult ă productivitatea sub forma: 0vLB Qv ⋅⋅= (2.19.) Fig.2.3. Principiul camerei de desprăfuire În asemenea camere de sedimentare se pot separa particule a c ăror diametru depășește 50 µm. La separarea iner țială, pe conducta de transport se pot instala șicane având diverse forme (fig.2.4.) sau gazul este trecut prin aparate speciale (fig.2.5.). Fig.2.4. Șicane pentru sedimentare Fig.2.5. Separator iner țial cu ajutaje La trecerea gazului prin zona șicanelor, ca urmare a inerției, particulele se vor separa prin depunerea lor la partea inferioar ă, de unde se pot evacua. Prin folosirea for ței centrifuge se m ărește viteza de sedimentare a particulelor, comparativ cu for ța gravita țional ă, mărind semnificativ eficacitatea la separarea particulelor de dimensiuni mici. Ciclonul (fig.2.6.) este aparatul ce func ționeaz ă pe acest principiu. Astfel, amestecul de gaz cu particule solide este introdus tangen țial și ca urmare a traiectoriei spiralate, particulele s e ciocnesc de peretele cilindric și se depun spre partea inferioar ă tronconic ă, gazul fiind evacuat prin tubul central. Purificarea umed ă a gazelor const ă în sp ălarea amestecului gaz-solid cu un lichid, de obicei ap ă, în scopul re ținerii particulelor solide și a compu șilor solubili din amestec. Cre șterea masei particulelor, ca efect al umezirii, favorizea ză separarea atât în câmp gravita țional, cât și în câmp centrifugal. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 19 Filtrarea gazelor const ă în trecerea amestecului printr-un material filtran t poros, pe a cărui suprafa ță se re țin particulele solide. În acest caz se define ște viteza de filtrare ca fiind cantitatea de gaz ce trece prin unitatea de suprafa ță filtrant ă, în unitatea de timp. Acest parametru determin ă capacitatea de filtrare și depinde atât de presiunea gazului, cât și de rezisten ța opus ă de stratul filtrant. Purificarea electric ă a gazelor presupune trecerea amestecului gazos printr-un câmp electric, creat de doi electrozi cu diferen ța de poten țial de 10-60 kV. Prin ionizare particulele primesc sarcini electrice și se descarc ă (totodat ă se depun) pe electrodul de semn contrar: Metoda este foarte folosit ă la separarea particulelor foarte mici (< 10 µm), având un randament foarte ridicat. Purificarea sonic ă a gazelor are la baz ă proprietatea particulelor solide și lichide de a se aglomera, sub influen ța undelor sonore. Odat ă aglomerate, particulele se supun separ ării într-un ciclon. Prin procedeul sonic se pot separa particule cu dimensiuni sub 10 µm, frecven ța undelor fiind cuprins ă între 1-100 kHz. Fig.2.6. Ciclon 2.2.2. Separarea amestecurilor lichid-gaz și lichid-lichid Aceste sisteme eterogene au o faz ă dispersant ă lichid ă și o faz ă dispers ă sub form ă de gaz (rezult ă spume) sau un alt lichid nemiscibil (rezult ă emulsii), fiind foarte stabile, fapt ce creaz ă dificult ăți la separarea lor în faze constituente. Separarea spumelor se bazeaz ă pe folosirea forței centrifuge în aparate speciale (fig.2.8.). Spuma p ătrunde între discurile 1, antrenate în mișcare de rota ție de axul 2 și ca efect al for ței centrifuge, lichidul se întoarce în cuv ă iar gazul este evacuat prin canalul din arbore. Pentru m ărirea eficacit ății separ ării, discurile sunt prev ăzute cu șicane radiale. Separarea emulsiilor. Emulsiile , în func ție de mărimea particulelor de lichid dispersat, pot fi: • coloidale, când dimensiunile particulelor sunt mai mici de 0,1 µm; • tulburi, când dimensiunile particulelor sunt cuprinse între 0,1-0,5 µm; Fig.2.8. Separator de spum ă • fine, când dimensiunile particulelor sunt cuprinse între 0,5-100 µm; • grosiere, când dimensiunile particulelor sunt mai mari de 100 µm; O tr ăsătură specific ă emulsiilor este posibilitatea invers ării fazelor. Ca urmare a cre șterii concentra ției fazei disperse aceasta se transform ă în faz ă dispersant ă, în care particulele celuilalt lichid devin faz ă dispers ă. Separarea emulsiilor are la baz ă principiul reducerii vâscozit ății și distrugerea peliculei stabilizante care învele ște particulele dispersate. În func ție de metodele folosite, separarea emulsiilor se po ate realiza prin: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 20 ♦ procedee fizice: prin tratare termic ă, filtrare, centrifugare, sp ălare cu ap ă fierbinte; ♦ procedee chimice: cu dezemulsionan ți; ♦ procedee combinate fizico-chimice. Fig.2.9. Separarea lichidelor nemiscibile Fig. 2.10. Separarea lichidelor nemiscibile c u talere În industria alimentar ă separarea prin centrifugare este metoda cea mai ut ilizat ă (la separarea smântânii din lapte, a apei din ulei, etc ) și se bazeaz ă pe ac țiunea for ței centrifuge obținută prin mi șcarea de rota ție a unui recipient, în care se afl ă emulsia (fig. 2.9.). Prin introducerea unor talere conice în interiorul recipientului cre ște suprafa ța de separare (fig.2.10.) și curentul de lichid se distribuie într-un num ăr mai mare de straturi sub țiri. 2.2.3. Separarea sistemelor eterogene lichid-solid Sistemele eterogene ce au particule solide dispers ate într-un mediu lichid, numite suspensii, se pot clasifica dup ă gradul de dispersie astfel: ► suspensii grosiere, când dimensiunile particulelor sunt mai mari de 100 µm; ► suspensii fine, când dimensiunile particulelor sun t cuprinse între 0,5-100 µm; ► suspensii tulburi, când dimensiunile particulelor sunt cuprinse între 0,1-0,5 µm; ► suspensii coloidale, când dimensiunile particulelo r sunt mai mici de 0,1 µm. În func ție de raportul dintre faza dispers ă și faza dispersant ă, suspensiile pot fi diluate sau concentrate. Separarea fazei solide sub form ă de precipitat sau purificarea lichidului de partic ulele în suspensie se poate realiza folosind for ța de gravita ție, for ța centrifug ă sau prin re ținerea fazei solide pe materiale filtrante. Particulele aflate în suspensie se depun sub ac țiunea for ței de gravita ție, formând precipitatul sau sedimentul, iar lichidul devine ma i limpede. În func ție de scopul urm ărit, opera ția de separare prin sedimentare se mai nume ște: ș limpezire sau clarificare, când se urmărește obți nerea fazei lichide; ș îngro șare, când se urm ărește ob ținerea fazei solide. Se nume ște decantare îndep ărtarea lichidului ob ținut în urma opera ției de sedimentare. Viteza de sedimentare și în acest caz va depinde de forma și dimensiunile particulelor solide, de densit ățile fazei lichide și a fazei solide, precum și de natura particulelor dispersate. Asupra unei particule sferice cu diametrul d p imersat ă într-un lichid ac ționeaz ă dou ă forțe: for ța de gravita ție F g și forța de rezisten ță Ff, de sens contrar (vezi cap. 2.2.1.1.). În aceste condi ții viteza de sedimentare liber ă are forma ecua ției (2.16.). M ărimea particulelor dispersate influen țează viteza de sedimentare astfel: particulele mici sedimenteaz ă mai încet, în timp ce particulele mari sedimenteaz ă mai repede. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 21 În cazul suspensiilor diluate, în timpul sediment ării libere, lichidul se limpeze ște treptat pân ă la un nivel H (fig. 2.9.), într-un timp t. Timpul de staționare a lichidului în decantor trebuie s ă fie cel pu țin egal cu timpul de sedimentare (t s=H/v o). Capacitatea de sedimentare a decantorului de sec țiune A se exprim ă în func ție de debitul de lichid limpezit Ql: Fig.2.9. Calculul unui deca ntor 0vAtHAQl ⋅=⋅= [m3/s] (2.20. ) Pentru calculul suprafe ței de sedimentare se pleac ă de la bilan țul de materiale al fazei lichide și al fazei solide: 1 0 l l l Q Q Q + = (2.21.) în care Q lo este debitul de faz ă lichid ă din suspensia ini țială, de concentra ție C 0 (kg solid/kg lichid); 1lQ- debitul de faz ă lichid ă din precipitatul de concentra ție C 1 (kg solid/kg lichid); respectiv: 1 01 0CQ CQl l ⋅ =⋅ (2.22.) Din cele dou ă relații se ob ține: =− =⋅= 100 0 11 0 CCQ QQ Q vA Q l ll l l (2.23.) Rezult ă suprafa ța de sedimentare necesar ă pentru limpezirea unui debit de lichid Q l dintr- o suspensie de concentra ție C 0, pân ă la ob ținerea concentra ției sedimentului C 1: 0 10 1 0vCC CQAl⋅−= [m2] (2.24 .) Ca efect al interac țiunii reciproce dintre particulele solide, la suspe nsiile concentrate sedimentarea se realizeaz ă în grupe de particule, aglomerate ca urmare a reac țiilor de suprafa ță și a particulelor mai mici antrenate de aceste grupe. Centrifugarea este opera ția de separare a sistemelor eterogene ca urmare a e fectului for ței centrifuge asupra particulelor solide aflate în sus pensii. Pentru a avea un câmp centrifugal, for ța centrifug ă trebuie s ă fie de câteva zeci de ori mai mare decât for ța gravita țional ă. Deplasarea unei particule se face sub ac țiunea câmpului centrifugal caracterizat prin: RvmFp c2⋅= (2.25.) în care R este raza de rota ție. Se define ște factorul de separare f s ca raportul dintre for ța centrifug ă și forța de gravita ție: 222 4nRgRv gmRvm f pp s ⋅ ≅⋅=⋅⋅ = (2.26.) Cu aceste date se ob ține viteza de sedimentare în câmp gravita țional (vezi cap. 2.2.1.1.) sub forma: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 22 s ff p p s fdgv ⋅− ⋅=ρρ ρ ξ34 (2.27.) Și în acest caz viteza de sedimentare se determin ă cu ajutorul criteriului Reynolds. Separarea prin centrifugare se poate realiza în do uă moduri (fig.2.10.): Fig.2.10. Principiul centrifug ării ♦ pe principiul sediment ării: particulele solide sedimenteaz ă și se depun pe peretele tamburului în straturi (dup ă densitate), lichidul clar r ămânând în interiorul centrifugei; ♦ pe principiul filtr ării: pere ții tamburului sunt perfora ți și acoperi ți cu un strat de material filtrant prin care trece faza lichid ă, particulele solide fiind re ținute pe materialul filtrant. Separarea suspensiilor în câmp centrifugal are apli cații în industria alimentar ă la sistemele eterogene cu densit ăți apropiate ale celor dou ă faze sau în cazul suspensiilor la care particulele solide sunt de dimensiuni foarte mici. O caracteristic ă specific ă centrifug ării este faptul c ă viteza de sedimentare nu este constant ă, ca efect al neomogenit ății câmpului centrifugal, ea crescând cu distan ța față de axa de rotație. Ca urmare, se determin ă o vitez ă medie de sedimentare de forma: 24 nRv fv vs s s s ⋅⋅⋅=⋅= (2.28.) în care sf este factorul mediu de separare; R- raza medie logaritmic ă. În cazul filtr ării, forma suprafe ței lichidului în centrifug ă este un paraboloid de revolu ție. Într-un punct M (fig. 2.11.) asupra unei particule de la suprafa ța lichidului acționeaz ă forțele F c și G care dau rezultanta F. Pentru un sistem de axe de coordonate ecua ția parabolei, ca sec țiune median ă a suprafe ței lichidului este: xgy22ω= (2.29.) în care ω este viteza unghiular ă a centrifugei (ω=πn/30). Fig. 2.11. Forma suprafe ței lichidului Filtrarea este opera ția de separare a sistemelor eterogene cu ajutorul u nor medii poroase care, permit trecerea unei singure faze (faza lichi dă), cealalt ă fază (solid ă) fiind re ținută de c ătre mediul poros. În urma filtr ării rezult ă lichidul limpede sau filtratul, respectiv precipit atul sau Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 23 particulele solide cu un con ținut redus de lichid. Ca proces hidrodinamic, filtrarea este o curgere p rintr-un mediu poros sub ac țiunea diferen ței de presiune aplicat ă pe cele dou ă părți ale mediului poros. For ța motrice a procesului, diferen ța de presiune, poate fi creat ă utilizând pompe (centrifuge, cu piston, de vid) sa u presiunea hidrostatic ă a coloanei de suspensie supus ă filtrării. La începutul filtr ării, lichidul ob ținut nu este suficient de limpede, deoarece nu toat e fracțiile solide sunt re ținute de materialul filtrant și de aceea lichidul va fi recirculat. Odat ă cu depunerea pe suprafa ța materialului filtrant a unui strat de precipitat, acesta va deveni el însu și mediu filtrant, astfel c ă lichidul rezultat va fi tot mai limpede. Numai c ă în acest caz rezisten ța la filtrare a suspensiei va fi o sum ă a rezisten țelor materialului filtrant și a stratului de precipitat depus, uneori fiind necesar îndep ărtarea precipitatului prin sp ălare. Cantitatea de lichid ce str ăbate unitatea de suprafa ță de material filtrant în unitatea de timp reprezint ă viteza de filtrare. Aceasta cre ște cu diferen ța de presiune dar nu întotdeauna direct propor țional cu ea. O mare varietate de factori influen țează opera ția de filtrare, unii dintre care cei mai importan ți fiind: • caracteristicile suspensiei: natura, granulometria și structura fazei solide, concentra ția în solide, debitul de prelucrat, vâscozitatea lichidul ui; • natura precipitatului: porozitate, compresibilitat e, rezisten ța hidraulic ă; • condi țiile de filtrare: temperatura suspensiei, diferen ța de presiune de pe cele dou ă fețe ale materialului filtrant. Deoarece atât materialul filtrant, cât și precipitatul se pot considera ca fiind straturi poroase, se poate aprecia c ă, într-o m ăsură oarecare, filtrarea poate fi asem ănată cu curgerea lichidelor prin straturi granulare fixe. Ipotezele simplificatoare sunt necesare pentru a putea determina o leg ătură între viteza de filtrare și diferen ța de presiune, filtrarea fiind un proces extrem de complex. Pentru a determina parametrii ce caracterizeaz ă filtrarea se pleac ă de la modelul fizic din fig. 2.12. Pe materialul filtrant de în ălțime H 1 se depune precipitatul de în ălțime H care cre ște în timp. Porii celor dou ă straturi au diametre foarte mici, astfel c ă curgerea lichidului prin aceste capilare (presupuse de form ă cilindric ă, cu raze și lungimi egale) poate fi considerat ă ca fiind laminar ă. Pentru ob ținerea vite-zei de curgere a lichidului se ia ca punct de plecare ecua ția căderii de presiune în conducte: ρ λ22v dLp=∆ (2.29.) în care L este lungimea porului (L ≠H); d- diametrul porului; v- viteza de curgere a lichidului; ρ- densitatea lichidului; λ- coeficient de frecare. În condi țiile curgerii laminare (λ=64/Re) rezult ă: Fig. 2.12. Modelul simplificat al filtr ării 232 dLvp⋅⋅⋅=∆η (2.30.) De unde se ob ține viteza de curgere a lichidului prin porii strat ului de precipitat: Ldpv⋅ ⋅⋅∆=η322 (2.31.) în care η este vâscozitatea lichidului. Volumul de lichid care curge printr-un por în timp ul t va fi: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 24 Lt dVp pηπ ∆=1284 (2.32.) Dac ă pe suprafa ța de filtrare A exist ă n pori pe unitatea de suprafa ță și ținând cont de defini ția vitezei de filtrare, se ob ține: Ln d dtdV Ap ηπ ∆=12814 (2.33. ) unde V=nV p și reprezint ă volumul de lichid ce curge prin unitatea de supraf ață. Lungimea porilor este necunoscut ă și se exprim ă în func ție de în ălțimea H, cu ajutorul unui factor de corec ție k c supraunitar (L=k cH). Se ob ține în final viteza de filtrare prin stratul de precipitat sub forma: Hn kd dtdV Acp∆ ⋅=ηπ 12814 (2.3 4.) Pe baza aceluia și raționament, se poate scrie și rela ția vitezei de filtrare prin stratul de material filtrant: 11 114 1 1281 Hn kd dtdV Acp∆ ⋅=ηπ (2.35. ) Deoarece m ărimi precum k c, n și d nu pot fi m ăsurate, se fac nota țiile: 14 11 14 128128 ndkkndkk c rc r ⋅⋅=⋅⋅= ππ (2.36.) cu specifica ția că reprezint ă rezisten țele specifice ale stratului de precipitat, respecti v ale materialului filtrant. Cu aceste nota ții ecua țiile vitezelor de filtrare cap ătă forma: 1 1 1 p rp r A kHdtdVA kHdtdV ∆ ⋅ =⋅⋅ ⋅∆ ⋅ =⋅⋅ ⋅ ηη (2.37.) Întrucât curgerea lichidului are loc la un poten țial total dat de suma celor dou ă diferen țe de presiune (1p p pT ∆+∆=∆ ), prin însumare rezult ă: ( )1 1 r rpT kH kHA dtdV ⋅ +⋅∆⋅=η (2.38.) Dac ă se exprim ă înălțimea stratului de precipitat în func ție de volumul de filtrat V și concentra ția ini țială a suspensiei C 0 ( AH CV ⋅=⋅0 ) se ob ține ACVH /0⋅= . În mod similar se admite c ă 0 1CV⋅ este volumul de precipitat de în ălțime H 1 ce opune curgerii o rezisten ță egal ă cu a stratului de material filtrant ( ACV H /0 1 1 ⋅= ). Dac ă se admite c ă și cele dou ă rezisten țe specifice sunt egale (1r rk k= ), se ob ține: ( )1 02 VVCkA dtdV rpT + ⋅⋅∆ ⋅=η (2.39.) Din încerc ările experimentale s-a constatat c ă rezisten ța specific ă kr depinde de diferen ța totală de presiune, rela ția empiric ă stabilit ă fiind: m pT rk k ∆ ⋅ =0 (2.40.) în care k 0 și m sunt coeficien ți stabili ți experimental. În aceste condi ții ecua ția diferen țială a filtr ării pentru precipitate necompresibile, dar corectat ă pentru a putea fi utilizat ă și la precipitate compresibile, are forma: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 25 ) (1 0 01 2 VVCkA dtdVm pT + ⋅⋅∆ ⋅=− η (2.41 .) În mod practic filtrarea se poate desf ășura la presiune constant ă sau la debit constant. La filtrarea la presiune constant ă, odat ă cu cre șterea stratului de precipitat, debitul filtratului scade iar la un moment dat filtrarea de vine neeconomic ă. Pentru integrarea ecua ției (2.41.) se separ ă variabilele și se ob ține: ∫ ∫⋅⋅∆ ⋅= +− V tm pTdtCkAdVVV 0 00 01 2 1) (η (2.42.) După integrare se aranjeaz ă sub forma: tCk AVV AVm pT 0 01 21 22 22⋅⋅∆ ⋅=⋅+− η (2.43) Raportul 0 / VAV = și reprezint ă capacitatea specific ă de filtrare (în m3 filtrat/m2 suprafa ță de filtrare). Raportul 1 1/ kAV = este o constant ă de rezisten ță a materialului filtrant și se define ște ca fiind volumul de filtrat ce trece prin unitat ea de suprafa ță de filtrare pentru a da un strat de precipitat de aceia și rezisten ță cu a materialului filtrant. De asemeni, se noteaz ă fracția 2 0 012kCkm pT=⋅⋅∆ ⋅− η, care este o constant ă caracteristic ă stratului de precipitat. Cu aceste nota ții rela ția (2.43.) cap ătă forma: tk Vk V ⋅ =⋅⋅+2 0 12 02 (2.44.) Relația (2.44.) reprezint ă ecua ția filtr ării la presiune constant ă și se utilizeaz ă la dimensionarea filtrelor, dac ă se cunosc cele dou ă constante ce caracterizeaz ă filtrarea. Atunci când filtrarea are loc la debit constant ecu ația (2.41.) devine: ( )1 0 01 2 VVCkA tV dtdVm pT + ⋅⋅∆ ⋅= =− η (2.45.) La momentul ini țial când începe filtrarea, volumul de filtrat este zero și poten țialul total este 1p∆, astfel c ă debitul de filtrat este: 1 0 01 12 VCkA tVm p ⋅⋅⋅∆ ⋅=− η (2.46. ) Dac ă se elimin ă V1 din rela țiile (2.45.) și (2.46.) se ob ține: ( )m pm pTCkAV− −∆ − ∆⋅⋅=1 11 0 02 2 η (2.47.) În cazul filtr ării cu debit constant capacitatea specific ă de filtrare este: 0 01 11 2 CkVm pm pT o⋅⋅∆ − ∆=− − η (2.4 8.) Mărimea exponentului m are valorile: ► 0, când se formeaz ă precipitate necompresibile, iar debitul de filtrat este direct propor țional cu diferen ța de presiune; ► 1, când se formeaz ă precipitate compresibile, iar debitul de filtrat e ste independent de diferen ța de presiune. 2.3. Amestecarea fluidelor Amestecarea este opera ția prin care se ob ține o omogenitate dorit ă pentru un sistem omogen sau eterogen. De asemeni, amestecarea poate fi și un mijloc de intensificare a unor Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 26 procese de transfer de c ăldură sau de mas ă, în sp ălare, dizolvare, ob ținerea de emulsii, etc. Fig. 2.13. Amestecuri omogene și eterogene Pot fi amestecate gaze, lichide și solide, rezultând amestecuri omogene sau eterogen e (fig. 2.13.), condi țiile de amestecare fiind diferite, în func ție de caracteristicile materialelor amestecate și a amestecului rezultat. În cazul fluidelor amestecarea trebuie s ă realizeze o distribu ție cât mai intim ă între fazele care se amestec ă. Acest lucru se ob ține printr-o mi șcare a fluidelor, cu realizarea unei turbulen țe intense în toat ă masa amestecului, iar mijloacele folosite la puner ea în mi șcare a lor pot fi mecanice sau pneumatice. Asupra opera ției de amestecare ac ționeaz ă un mare num ăr de factori, dintre care pot fi menționați: ♦ natura și caracteristicile componen ților care se amestec ă; ♦ debitul și raportul cantitativ al componen ților; ♦ intensitatea și durata opera ției de amestecare; ♦ scopul amestec ării și caracteristicile amestecului; ♦ tipul utilajului și caracteristicile geometrice ale acestuia. Din acest motiv nu s-a putut stabili o corela ție general ă, atât de necesar ă în proiectarea amestec ătoarelor, dar mai ales o m ărime prin care s ă se poat ă exprima eficacitatea de omogenizare a amestec ării. În func ție de instala ția folosit ă, amestecarea lichidelor se poate realiza astfel: ► cu agitatoare mecanice; ► direct în conduct ă; ► cu circula ție produs ă de pompe; ► prin barbotare cu gaze. În multe cazuri amestecarea este realizat ă în recipiente unde viteza fluidului difer ă în funcție de zona din vas. Pentru studiul dinamicii amestec ării cu agitatoare mecanice se urm ărește traseul curentului provocat de agitator în vasul de amestec are, caracterizat prin spectrele de curgere (linii de curent ce includ traseele cele mai caract eristice), în raport cu care exist ă trei tipuri de curgere: ● curgerea tangen țială (fig. 2.14.a), la care lichidul curge paralel cu t raseul descris de agitator; efectul de amestecare este minim iar antr enarea lichidului de c ătre agitator redus ă; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 27 ● curgerea radial ă (fig. 2.14.b), la care agitatorul trimite lichidul în lungul unor raze, generând dou ă zone de curgere; ● curgerea axial ă (fig. 2.14.c), la care lichidul intr ă în agitator și îl părăsește pe o direc ție paralel ă cu axa sa. Fig. 2.14. Spectrele principale de curgere la agita rea mecanică De obicei în vasele de amestecare curgerea este o combina ție a celor trei principale tipuri de curgere. Ecua ția criterial ă caracteristic ă transferului de moment pentru curgerea izoterm ă a unui fluid newtonian are forma: . ,lg, ,22 2 constvp v l v vlf = ∆ ρ σρ ηρ (2.49.) în care : ρ este densitatea fluidului; v – viteza fluidului; l – lungimea caracteristic ă; η – vâscozitatea fluidului; σ – tensiunea superficial ă; ∆p – c ăderea de presiune; g – accelera ția gravita țional ă. Num ărul Reynolds este raportul dintre for țele iner țiale și de vâscozitate: ηρvl=Re (2.50.) Num ărul Froude este raportul dintre for țele iner țiale și cele gravita ționale: lg2vFr= (2.51.) Num ărul Euler sau coeficientul de presiune, este raport ul dintre presiune și for țele inerțiale: 2vpEuρ∆= (2.52.) Num ărul Weber este raportul dintre for țele iner țiale și for țele de suprafa ță datorate tensiunii superficiale: σρl vWe2 = (2.53.) Criteriile de similitudine de mai sus se pot aplica la studiul opera ției de amestecare, cu condi ția ca ele s ă fie modificate corespunz ător mi șcării de rota ție. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 28 Ca urmare, criteriul Reynolds va avea nd v ⋅⋅=π și prin eliminarea num ărului π rezult ă: ηρ2 Rend a= (2.54.) Pentru criteriul Froude, nd v ⋅⋅=π și l=d, iar prin ignorarea num ărului π se ob ține: gdnFra2 = (2.55.) Pentru criteriul Weber, în cazul amestec ării, acesta va avea forma: σρ3 2dnWea= (2 .56.) Pe cale experimental ă s-a stabilit c ă pentru amestecarea cu agitatoare mecanice, valoare a criteriului Reynolds pân ă la care curgerea este laminar ă este cuprins ă între 20-30, dependent ă și de dimensiunile agitatorului. Ca urmare a num ărului foarte mare de factori care intervin în proce sul de amestecare, relațiile existente sunt exprimate în func ție de unele criterii de similitudine, fiind ob ținute pe baza analizei dimensionale, luând în considerare to ți acești factori. Prin determinarea pe cale experimental ă a constantelor și exponen ți- lor ce intervin în rela ții, se poate calcula puterea consumat ă și timpul de amestecare. Pentru caracteristicile geometrice se ia în considerare modelul general al unui sistem cu agita re mecanic ă (fig.2.15.). Întrucât nu se poate determina c ăderea de presiune prin amestec ător, se va folosi criteriul puterii sau criteriul Euler modificat, ce con ține puterea consumat ă pentru agitare: ρ5 3d nPEua= (2.57.) Cu aceasta se ob ține o ecua ție criterial ă general ă caracteristic ă amestec ării sub forma: Fig. 2.15. Modelul general al unui agitator mecanic 8 7 6 5 4 3 2 1 13 2 2 2 5 3n n n n n n n n dl d dh dH dd dn gdn ndk d nP =ρ σρ ηρ ρ (2.58) în care k, n 1-n8 sunt coeficientul și exponen ții ecua ției și care se determin ă pe cale experimental ă În anumite cazuri particulare ecua ția general ă se simplific ă astfel: ș când lichidele sunt nemiscibile, criteriul Weber nu mai apare; ș criteriul Froude se ia în considera ție doar când în fluide se formeaz ă un vârtej (tura ții mari). Dacă mai sunt îndeplinite și criteriile pentru similitudinea geometric ă, ecua ția criterial ă se simplific ă sub forma: 1 2 5 3nndk d nP =ηρ ρ (2.59 .) Din rela ția de mai sus se poate determina puterea necesar ă pentru ac ționarea agitatorului. Mărimile k și n1 se determin ă experimental pentru diverse tipuri de agitatoare. Când condi țiile pentru similitudinea geometric ă nu sunt îndeplinite, în ecua ția (2.58.) se introduc factori de corec ție. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 29 Pentru lichidele nenewtonine rela ția pentru calculul puterii de ac ționare se ob ține în mod asem ănător, diferen ța constând doar în expresia generalizat ă a num ărului Reynolds. Modelul cel mai simplu de curgere a unui fluid nen ewtonian, pentru curgerea prin forfecare simpl ă, este cel elaborat de Ostwald de Waele, numit și legea puterii: 'nkγ τ ⋅= (2.60.) în care k este indicele de consisten ță (are dimensiunea unei vâscozit ăți și nu depinde de viteza de forfecare); γ – viteza de forfecare; n’ - indicele de curgere. Cu aceste modific ări, criteriul Reynolds se va determina cu rela ția: ( )'' 12 2 '4 Renn ad n −− = πηρ (2.61.) Rela ția de calcul a puterii (2.59.) trebuie simplificat ă ca urmare a influen ței unor rezisten țe suplimentare care apar în amestec ătoare. Pentru amestecarea a dou ă lichide u șor miscibile se poate utiliza un echipament foarte simplu, format din dou ă conducte ce con țin lichidele, legate în una singur ă (în form ă de Y). În aceste condi ții, pentru ca amestecarea s ă fie foarte bun ă trebuie ca viteza de curgere s ă fie suficient de mare iar conducta de amestecare sufici ent de lung ă. Intensitatea amestec ării cre ște cu turbulen ța astfel c ă, pe interiorul conductei de amestecare se monteaz ă șicane de diverse forme. Un alt mod de amestecare în conducte folose ște injectoarele. Astfel, unul din lichide este injectat pe direc ția de curgere a celuilalt lichid, printr-un ajutaj. Și în acest caz, prin montarea de șicane se îmbun ătățește amestecarea. Tot pentru amestecarea în conduct ă se mai folose ște un tub Venturi sau o pomp ă centrifug ă, în cel de-al doilea caz rotorul pompei joac ă rol de agitator. Toate aceste moduri de amestecare în conduct ă necesit ă aparate simple, cu costuri reduse, dar randamentul sc ăzut la amestecare nu le recomand ă pentru practica industrial ă. Atunci când este necesar ă o mai bun ă omogenizare se practic ă amestecarea în vase sau recipiente la care con ținutul lor este circulat cu ajutorul unor pompe. Lichidul aspirat de la partea inferioar ă a vasului este refulat la partea superioar ă în dou ă moduri: ► cu ajutorul unui distribuitor deasupra nivelului l ichidului (fig. 2.16.); ►prin intermediul unor ajutaje amplasate în diverse moduri în vas (fig. 2.17.). Fig. 2.16. Amestecare cu Fig .2.17. Spectre de curgere pentru diverse distribuitor forme de ajutaje în recipien ți cilindrici Ajutajele au avantajul c ă, prin forma și modul de dispunere, permit ob ținerea unor spectre de curgere pentru lichide ce contribuie la cre șterea gradului de omogenizare a amestecului. Amestecarea lichidelor prin circula ția produs ă de pompe se aplic ă în mod deosebit la lichidele care au densit ăți diferite. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 30 O asemenea metod ă se poate aplica la acele sisteme la care procesul tehnologic permite utilizarea aerului, vaporilor sub presiune sau a al tor gaze. Se recomand ă a fi utilizat ă la amestecarea lichidelor a c ăror vâscozitate este mai mic ă de 0,2 Ns/m2, când amestecul con ține particule solide cu tendin ța de depunere sau când lichidele nemiscibile au den sități diferite. Agen ții de amestecare se introduc sub presiune în masa l ichidului ce urmeaz ă a fi amestecat, pe care îl str ăbat sub form ă de bule. Distribu ția gazului în lichid se poate realiza prin injectare în mai multe moduri: ♦ static ă, la care gazul este trimis prin orificii fixe, duz e sau injectoare amplasate în vasul de amestecare; ♦ dinamic ă, la care gazul este trimis printr-un agitator meca nic prev ăzut cu orificii, aflat la rândului lui în mi șcare de rota ție; ♦ combinat ă. Pentru a realiza o eficacitate ridicat ă a amestec ării, dispozitivele prin care se injecteaz ă gazul trebuie amplasate astfel încât traseul bulelo r să fie cât mai lung posibil. De asemeni, pentru mărirea turbulen ței în vasul de amestecare se pot amplasa site, șicane, straturi granulare care, intensific ă amestecarea. Cel mai important parametru îl constituie presiunea gazului care trebuie s ă fie suficient de mare pentru a învinge rezisten ța hidrostatic ă a coloanei de lichid din vas, rezisten țele datorate frecărilor și să creeze o presiune dinamic ă necesar ă amestec ării. Pentru calcule practice se poate utiliza rela ția presiunii gazului sub forma: H gv dLpl g ⋅⋅+ + =∑ ρ ρ ξ λ22 (2.62.) în care: λ este coeficientul de frecare în conducta distribui torului de gaz; L – lungimea conductei; d – diametrul conductei; ∑ξ- suma rezisten țelor locale din conducta de gaz; v – viteza gazului; ρg – densitatea gazului; ρl – densitatea lichidului. H – în ălțimea coloanei de lichid deasupra orificiilor de ie șire a gazului. Debitul de agent de lucru se determin ă cu rela ția: SqQv⋅ = (2.63.) unde q v este debitul specific de gaz, în m3/m2s; S – aria oglinzii de lichid, în m2. Pentru o mai bun ă barbotare orificiile țevilor sunt dispuse elicoidal și au diametrul cuprins între 3-6 mm, la valori sub 3 mm existând p ericolul înfund ării acestora. Cu aceste orificii trebuie asigurat un debit de gaz pe 1 m2 de suprafa ță liber ă a vasului de 0,4 m3/min pentru o agitare slab ă, 0,8 m3/min pentru o agitare de intensitate medie și 1 m3/min pentru o agitare intens ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 31 III. OPERAȚII CU TRANSFER DE C ĂLDURĂ 3.1. Noțiuni de bază în transferul c ăldurii S-a constatat c ă transferul de c ăldură nu are ca scop atingerea unui echilibru termic, ci se datoreaz ă diferen ței de temperatur ă dintre dou ă puncte din spa țiu, ca for ță motrice. Temperatura variaz ă în spa țiu și timp, iar ca un parametru scalar de stare este de finită prin ecua ția câmpului de temperatur ă, pentru un regim termic variabil: ) , , , (t z y x f T= (3.1.) Totalitatea valorilor temperaturilor la un moment dat, pentru sistemul considerat, se nume ște câmp de temperatur ă, iar totalitatea punctelor care, la timpul t au ac eiași temperatur ă, formeaz ă o suprafa ță izoterm ă. Dac ă se consi-der ă dou ă suprafe țe izoterme vecine (fig. 3.1.) cu temperaturile T și T+∆T, la timpul t varia ția temperaturii pe diferite distan țe va fi o m ărime vectorial ă de forma: ;..... ; 2 1lT lT ∆∆ ∆∆ (3.2.) Fig. 3.1. Varia ția temperaturii dintre dou ă suprafețe izoterme Se define ște gradientul de temperatur ă ca fiind limita raportului dintre varia ția temperaturii și distan ța normal ă ∆ln la cele dou ă suprafe țe izoterme: n l n lT lT n∂∂=∆∆ → ∆0lim ( 3.3.) Deoarece derivata par țială nlT ∂∂variaz ă cu direc ția și cu timpul, iar gradientul de temperatur ă este un vector, se poate scrie: T llTgradTn n∇= ∂∂=→ 0 , (3.4 .) unde → 0 ,nl este versorul normalei, iar ∇(nabla) este operatorul: ∂∂=∇→ 0 ,n nll (3.5.) Pentru coordinate carteziene, gradientul de temper atură se scrie sub forma: → → → ∂∂+∂∂+∂∂= kzTjyTixTgradT (3.6.) în care →→→ k j i, , sunt vectorii unitari. Pentru a putea caracteriza procesul de transfer de căldură, este necesar ă cunoa șterea vitezei procesului. Se define ște fluxul de c ăldură sau debitul de c ăldură, ca fiind cantitatea de căldură transferat ă în unitatea de timp: dtdQ tQQ ts =∆∆= →0lim (3.7.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 32 Se define ște fluxul termic unitar sau solicitarea termic ă, cantitatea de c ăldură transferat ă în unitatea de timp, prin unitatea de suprafa ță: dAdQ dtdAQdqs= =2 ( 3.8.) 3.2. Transferul de c ăldură prin conducție La baza procesului de transfer de c ăldură prin conduc ție în regim sta ționar st ă legea lui Fourier care, în cazul fluxului unidirec țional, are forma: dxTA Qx s∂− =λ, (3.9.) în care: Q s,x este fluxul de c ăldură pe direc ția x, în W; A – aria sec țiunii perpendiculare pe direc ția fluxului, în m; dxT∂ - gradientul de temperatur ă pe direc ția x; λ – coeficient de propor ționalitate (coeficient de conductivitate ter- mică, în W/mgrd. Semnul – pentru gradientul de temperatur ă semnific ă faptul c ă transferul de c ăldură se face în sensul descresc ător al temperaturii. Dac ă mediul este omogen și izotrop, fluxul unitar de c ăldură, când temperatura variaz ă pe toate cele trei direc ții, se scrie sub forma: ∂∂− =∂∂− =∂∂− = zTqyTqxTq zyx λλλ sau T q ∇−=λ (3.10.) Coeficientul de conductivitate termic ă este o m ărime fizic ă ce depinde de natura substan ței prin care se face transferul de c ăldură, fiind o func ție de temperatur ă și presiune: gradTq− =λ (3.11.) Ca urmare, λ va depinde, pentru fiecare corp în parte, de stare a de agregare, forma corpului, temperatur ă, umiditate, etc. În cazul gazelor, coeficientul de conductivitate s e deduce în baza teoriei cineto- moleculare, prin rela ția lui Maxwell: vc k⋅⋅=η λ (3.12.) în care: k este un coeficient ce ține cont de interac țiunea molecular ă; η – vâscozitatea dinamic ă; c v – căldura specific ă la volum constant. Dac ă se ține cont de faptul c ă λ este influen țat de temperatur ă prin intermediul vâscozit ății dinamice (ecua ția lui Sutherland), se ob ține: TkTkckv 21 1+⋅=λ (3.13.) în care k 1 și k2 sunt constante ce se determin ă experimental. Coeficientul de conductivitate termic ă pentru un amestec de gaze are expresia: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 33 ∑= toti i amVVλ λ (3.14.) unde: V i/Vtot este frac ția volumic ă a unui component al amestecului; λi – coeficientul de conductivitate pentru fiecare ga z. În cazul lichidelor, calculul coeficientului de co nductivitate termic ă se face în baza relației Bridgeman, pentru lichide r ău conduc ătoare de electricitate: 23−=m sl vNRgλ (3.15.) în care: Rg este constanta universal ă a gazelor; N – este num ărul lui Avogadro; v s – viteza sunetului în lichide; l m – distan ța medie dintre centrele de mas ă a dou ă molecule. Pentru materialele solide, coeficientul de conduct ivitate termic ă are valori mult diferite, în func ție de natura și propriet ățile materialului. Deoarece unele materiale prezint ă o structur ă poroas ă, spațiile goale fiind umplute cu gaz, conductivitatea te rmică va fi mic ă, având propriet ăți de izolant termic și care vor cre ște odat ă cu porozitatea. Dac ă în porii materialului intr ă apă sub form ă de umiditate, atunci coeficientul de conductivitat e termic ă va cre ște, mic șorând calit ățile izolante ale materialului. Valorile cele mai mari ale coeficientului de condu ctivitate termic ă, în cazul materialelor solide, se reg ăsesc la metale și aliaje. În acest caz, λ este o func ție cresc ătoare cu temperatura, după o varia ție aproximativ liniar ă de forma: ) 1 (0 kTT + =λ λ (3 .16.) unde k este un coeficient care depinde de natura ma terialului. Dac ă se cunoa ște modul de distribu ție a temperaturilor într-un corp, atunci se poate determina schimbul de c ăldură prin conduc ție. Pentru un element de volum cu laturile ∆x, ∆y, ∆z (fig.3.2.), din bilan țul termic al transferului de c ăldură se va determina ecuația diferen țială a câmpului de temperatur ă: e s i s a s Q Q Q, , , − = (3.17.) unde: Q s,a este fluxul termic acumulat; Q s,i – fluxul termic intrat; Q s,e – fluxul termic ie șit sau cedat. Pentru simplifi-carea calculelor se consider ă corpul ca fiind omogem, izotrop și imobil, regimul termic de tip nesta ționar și că nu mai exist ă alte surse interne de c ăldură. Fig.3.2. Transferul de c ăldură printr-un volum elementar În aceste condi ții, fluxul de c ăldură ce intră prin suprafa ță la punctul x este z y qx x∆∆ și fluxul de c ăldură care iese prin suprafa ță la punctul x+ ∆x este de forma zy qx x x ∆∆∆ +. În mod similar se pot scrie fluxurile de c ăldură și pentru celelalte suprafe țe, conform rela ției (3.17.): Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 34 ( ) ( ) ( ) xy q qz x q qz y q qdtTzcyx z z z zzy yyyy x x x xx p ∆∆ − ++∆∆ − +∆∆ − =∂∆∆∆ ∆ +∆ + ∆ +ρ (3.18.) Se împarte ecua ția cu ∆x∆y∆z și dup ă trecerea la limit ă se ob ține o rela ție de forma: qzq yq xq tTcz y x p −∇= ∂∂+∂∂+∂∂− =∂∂ρ (3.19.) Dac ă se ține cont de expresia fluxului unitar [ecua ția (3.10.)], se ob ține rela ția pentru schimbul de c ăldură prin conduc ție: ∂+∂+∂∂=∂ 22 22 22 dzT dyT xT dtTcp λ ρ (3.20.) Coeficientul λ se consider ă constant iar termenul din parantez ă reprezint ă operatorul Laplace. Ca urmare rela ția se poate scrie sub forma: Tc dtT p2∇ =∂ ρλ (3.21. ) Aceasta este ecua ția diferen țială a câmpului de temperatur ă la transferal de c ăldură în medii omogene, izotrope, imobile, în regim sta ționar și fără surse interioare de c ăldură, fiind cunoscut ă ca ecua ția diferen țială Fourier. Se nume ște coeficient de difuzivitate termic ă și se noteaz ă cu λ/cpρ, coeficientul ce caracterieaz ă ușurința cu care se transfer ă căldura într-un corp. Dacă exist ă surse interne de c ăldură și pentru c ă ρ, cp și λ sunt func ții de temperatur ă, iar corpul nu este omogen, ecua ția (3.20.) cap ătă forma: ( ) ( ) ' , ' , ' , , zyxqzT z yT y xT xT ctv z y x p + ∂∂ ∂∂+ ∂∂ ∂∂+ ∂∂ ∂∂=∂∂λ λ λ ρ (3.22.) în care: q v este fluxul termic generat de sursa intern ă, pe unitatea de volum, în punctul de coordonate x’,y’.z’; Rela ția este cunoscut ă sub numele de ecua ția diferen țială Fourier generalizat ă. 3.3. Transferul de c ăldură prin convecție Convec ția reprezint ă acel mod de transmitere a c ăldurii ce se realizeaz ă concomitent cu mișcarea unei mase de fluid, în lungul unei suprafe țe solide, mai reci sau mai calde. Se definesc două moduri de transfer de c ăldură prin convec ție: ● convecția liberă, este modul de transfer de c ăldură la care mi șcarea fluidului este determinat ă de diferen țele de densitate, cauzate de diferen țele de temperatur ă ce exist ă în masa fluidului; ● convecția forțată, este modul de transfer de c ăldură atunci când mi șcarea fluidului este determinat ă de ac țiunea unor gradien ți de presiune, produ și de o ma șină de transport. În condi țiile în care convec ția este înso țită de mi șcarea fluidului, legilor de transfer termic li se vor ad ăuga legile transferului de impuls (legile curgerii fluidelor). Totodat ă, se știe faptul c ă la limita dintre fluid și suprafa ța solid ă vitzele sunt mici (tind c ătre zero), iar conductivitatea se manifest ă puternic, fapt de care va trebui s ă se țină seama la studiul conven ției. Fluxul de c ăldură convectiv care trece printr-o suprafa ță A (fig. 3.3.), este dat ă de legea de răcire a lui Newton: ( )f pT T A Q − ⋅=α (3 .23.) unde: T p șiTf sunt temperatura peretelui, respectiv a fluidului la distan ța δ de suprafa ță. α - coeficient de transfer convectiv ( α=λ/δ) sau coeficient individual de transfer de căldură. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 35 Fig.3.3. Zona de varia ție maximă a temperaturii Atunci când α și (T p-Tf) variaz ă de la un punct la altul pe suprafa ța de schimb de c ăldură, se poate scrie: ( )dAT T dQf p s − =α (3.24.) Ca urmare a faptului c ă în stratul limit ă transferul de căldură se face prin conduc ție, iar fluxul de c ăldură este dat de legea lui Fourier: dAdydTdQs =λ (3.25.) Egalând cele dou ă relații se ob ține pentru coeficientul individual de transfer de c ăldură expresia: −=dydT T Tf pλα (3 .26.) Se poate observa c ă α crește cu gradientul de temperatur ă. Prin cre șterea vitezei, respectiv a num ărului Re, va cre ște și gradientul de temperatur ă și implicit α, mărind fluxul convectiv de căldură. Astfel se poate defini coeficientul individual de transfer de c ăldură ca reprezentând fluxul termic transferat pe unitatea de suprafa ță, sub ac țiunea unei for țe motrice de un grad. Se m ăsoară în W/m2grd. Fig.3.4. Modul de determinare experimental ă a lui α Coeficientul individual de transfer de căldură depinde de foarte mul ți factori, astfel c ă relația (3.26.) este foarte greu de rezolvat. El poate fi determinat pe cale experimental ă dup ă modelul din figura 3.4. Aerul din conducta de lungime L și diametrul d se înc ălzește de la temperatura ini țială Tf,1 la temperatura final ă Tf,2. Temperatura T p a peretelui conductei se consider ă constant ă pe toat ă suprafa ța de schimb de c ăldură. Pentru debitul masic de aer M m se poate scrie: ( )1 , 2 , f f p m s T TcM Q − = (3.27.) C ăldura transferat ă prin convec ție se poate scrie sub forma: ()( )mf p s T TdL Q − =πα (3.28.) Egalând cele dou ă relații se ob ține forma coeficientului mediu de transfer de c ăldură: ( ) ( )( )mf pf f p m T TdLT TcM −−=πλ1 , 2 , (3.29.) în care (T p –T f)m reprezint ă media aritmetic ă sau logaritmic ă în cazul temperaturii variabile a peretelui. Coeficientul individual local într-o sec țiune longitudinal ă x=L se determin ă din rela ția: ( ) ()( )x f p loc f x f p m T Td T TcM, 1 , , − = − πα (3.30.) Se face diferen țierea și rezult ă: ( )( )x f p locx f p m T TddxdTcM,,− = πα (3.31.) respectiv: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 36 ( )x f px f p m locT T dxdT dcM ,, 1 − =πα (3.32.) Când T p=constant, rela ția devine: ( ) [ ] dxT Td dcMx f p p m loc, ln −=πα (3.33.) În rela ția (3.33.) expresia derivatei se rezolv ă grafic. Pentru determinarea bilan țului de energie în cazul unui fluid în curgere neiz oterm ă, în regim nesta ționar, se pleac ă de la modelul din figura 3.5. La un moment dat, pe ntru elementul de volum aflat în interiorul fluidului, schimburile en ergetice între acesta și masa de fluid se pot scrie sub forma unui bilan ț: ( )( ) ( )M conde i convec L Q Q EcU EcU + − + + ∆= + ∆. . (3.34.) în care: ∆(U+Ec) este varia ția total ă de energie intern ă și cinetic ă a sistemului; ∆(U+Ec) convec. – varia ția total ă de energie intern ă și cinetic ă datorate efectului convec ției; (Q i-Qe)cond. – cantitatea de c ăldură transmis ă prin conduc ție; L M – lucrul mecanic efectuat de sistem în interac țiune cu mediul exterior. Fig .3.5. Bilanțul de energie pentru un element de volum În elementul de volum, acumularea de energie inter nă și cinetic ă se exprim ă sub forma: +∂∂∆∆∆2 21v Utz y x ρ ρ (3.35.) în care: v este viteza local ă a fluidului; U – este exprimat ă ca o energie pe unitatea de mas ă, în J/kg. Rela ția de mai sus este de natura unui flux, unitatea de măsură fiind J/s=W. Bilan țul datorat varia ției energiei interne și cinetice, ca efect al convec ției pe direc ția x, pentru suprafa ța elementului de volum din x (fluxuri intrate) și pentru suprafa ța din x+ ∆x (fluxuri ie șite), are forma: + − + ∆∆ ∆ +x xx xx v U v v U v z y2 2 21 21ρ ρ ρ ρ (3.36) Varia ția energiei cinetice și interne în elementul de volum pe cele trei direc ții va fi: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 37 + − + ∆∆ ∆ +x xx xx v U v v U v z y2 2 21 21ρ ρ ρ ρ + + − + ∆∆ ∆ +y yy yy v U v v U v z x2 2 21 21ρ ρ ρ ρ + (3.37.) + − + ∆∆ ∆ +z zz zz v U v v U v y x2 2 21 21ρ ρ ρ ρ în care v x, vy, vz sunt componentele vectorului v. Varia ția energiei termice datorat ă conductivit ății se scrie sub forma: ( ) ( ) ( )z z z y y y x x xq q yx q q z x q q z y∆ + ∆ + ∆ +− ∆∆ + − ∆∆ + − ∆∆ (3.38) în care q este fluxul unitar. Lucrul mecanic executat de elementul de volum poat e fi efectuat împotriva for țelor de gravita ție (de volum) și a for țelor de suprafa ță (forțe datorate presiunii și vâscozit ății). Pentru elementul de volum, lucrul mecanic efectuat în unit atea de timp pentru învingerea for țelor gravita ționale este: ( )z z y y x x g v gv g v z y xq + + ∆∆∆− (3.39.) în care g x, gy, gz sunt componentele accelera ției gravita ționale pe unitatea de mas ă. Lucrul mecanic efectuat în unitatea de timp pentru învingerea for țelor de presiune este: () () [ ] () () [ ] ( ) ( ) [ ]zz z z zyyy yy xx x x x pv pvyxpv pvz x pv pvz y − ∆∆ ++ − ∆∆ + − ∆∆ ∆ +∆ + ∆ + (3.40.) Lucrul mecanic în unitatea de timp efectuat de elem entul de volum pentru învingerea forțelor de vâscozitate este: ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) [ ] zz zz y zy x zxz zz zz y zy x zxyz yz y yy x yxy yz yz y yy x yxxz xz y xy x xxx xz xy y xy x xx v v v v v v z yv v v v v v z xv v v v v v z y τ τ τ τ τ ττ τ τ τ τ ττ τ τ τ τ τ + + − + + ∆∆+ + + − + + ∆∆+ + + − + + ∆∆ ∆ +∆ +∆ + (3.41.) Toate aceste rela ții se introduc în ecua ția bilan țului de energie (3.34.). Se împart to ți termenii cu ∆x∆y∆z și prin trecerea la limit ă se ob ține ecua ția diferen țială a energiei de forma: ( ) ( ) ( ) ( )+ +∂∂++ + +∂∂+ + +∂∂−− ∂∂+∂∂+∂∂− + + + ∂∂+∂∂+∂∂−− +∂∂+ +∂∂+ +∂∂− = +∂∂ z zz y zy x zxz yz y yy x yx z xz y xy x xxz y x z z y y x xz y x v v vzv v vyv v vxpvzpvypvxg v gv g vzq yq xqv Uzv Uyv Uxv Ut τ τ ττ τ τ τ τ τρρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ2 2 2 2 21 21 21 21 (3.42.) în care q x, qy, qz sunt componen ții vectorului q. Scris ă sub forma vectorial ă, ecua ția bilan țului de energie cap ătă forma: ( ) ( ) ( ) ( ) ∇ − ∇− +∇− + ∇− = +∂∂v pv vg q v Uv v Utτ ρ ρ ρ2 2 21 21 (3.43.) To ți termenii ecua ției reprezint ă varia ții de energii în unitatea de timp, raportate la unitatea de volum. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 38 Întrucât DtDUeste derivata substan țială a expresiei +2 21v U și pentru fluxuri necompresibile ()0=∇v , dac ă se scade expresia varia ției energiei cinetice, ecua ția (3.43.) cap ătă forma: ( ) ( ) ( ) v vpDtDU∇−∇−∇− = τ ρ ρ (3.44.) Rela ția (3.44.) reprezint ă bilan țul de energie și se nume ște ecua ția energiei termice (to ți termenii reprezint ă varia ția de energie în timp, raportat ă la unitatea de volum) și se exprim ă astfel: varia ția în timp a energiei interne a unui fluid în mi șcare este determinat ă de varia ția energiei introdus ă în sistem prin conductivitate, de cre șterea energiei datorat ă compresiei și de creșterea de energie determinat ă de for țele de frecare. Deoarece energia intern ă este o m ărime termodinamic ă greu de determinat pe cale experimental ă, iar întrucât U=f(v,T) aceasta se exprim ă în func ție de temperatur ă (parametru mult mai u șor de m ăsurat): ( ) ( ) ( ) v q v vTpTDtDTcv ∇−∇−∇ ∂∂− = τ ρ (3.45.) și care reprezint ă ecua ția energiei termice exprimat ă în termeni de temperatur ă. Pentru calcule practice se fac unele ipoteze simpl ificatoare: ► se neglijeaz ă efectul termic al frec ării vâscoase: ( ) ( ) q vTpTDtDTc vv ∇−∇ ∂∂− = ρ (3.46.) ►fluidul se consider ă incompresibil( 0=∇v ; cv=cp): ( )qDtDTcp ∇− = ρ (3. 47.) ► coeficientul de conductivitate termic ă nu depinde de temperatur ă: TDtDTcp2∇=λ ρ (3.4 8.) sau sub forma: ∂∂+∂∂+∂∂= ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂ 22 22 22 zT yT xT zTvyTvxTvtTcz y x p λ ρ (3.49.) Rela ția (3.49.) se nume ște ecua ția diferen țială Fourier-Kirchhoff sau ecua ția diferen țială a câmpului de temperatur ă pentru un fluid în mi șcare, în regim nesta ționar. Pentru fluide imobile v=0 și se ajunge la ecua ția diferen țială de distribu ție a temperaturilor la transferul de c ăldură prin conduc ție (vezi ecua ția 3.21.) 3.4. Transferul de c ăldură prin radiație În procesele industriale, de și emisia de radia ții termice are loc la oricare temperatur ă, transferul de c ăldură prin radia ție se produce simultan cu transferul de c ăldură prin conduc ție și convec ție. Energia radiant ă, de natur ă termic ă, este emis ă de orice corp care se afl ă la o temperatur ă mai mare ca zero absolut. Pentru întreg spectrul de radia ții acționeaz ă acelea și legi, care descriu fenomenele de schimb de energie, asociate undelor e lectromagnetice. Radia țiile electromagnetice au aceia și vitez ă de deplasare, dar difer ă prin lungimea de undă și origine. În vid este valabil ă corela ția: νλc= (3.50.) unde: c este viteza luminii; ν – frecven ța. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 39 Energia termic ă radiant ă emis ă de un corp depinde de temperatur ă și de natura suprafe ței. Prin cre șterea temperaturii se m ărește și frecven ța radia țiilor, corpul va emite mai mult ă energie în domeniul radia țiilor vizibile, iar corpul cap ătă culoarea galben spre alb. Puterea total ă de emisie, E, reprezint ă energia radiant ă emis ă de unitatea de arie a unui corp, în unitatea de timp, pe totalitatea lungimilo r de und ă ale spectrului s ău. Intensitatea monocromatic ă de radia ție I λ, în mmW1 2, este energia radiat ă de unitatea de suprafa ță a unui corp în unitatea de timp, pe o anumit ă lungime de und ă: λλddEI= (3.51.) Cunoscând legea de distribu ție a energiei radiante, în func ție de lungimea de und ă, ecuația diferen țială a puterii totale de emisie este: ∫∞ = 0λλd I E (3.52.) și are forma unui flux radiant unitar. Principiul conserv ării energiei în cazul radia țiilor electromagnetice are forma: p r a k k k E E EE + + = (3.53 .) în care: k a este coeficientul de absorb ție; k r – coeficientul de reflec ție; k p – coeficientul de permeabilitate. De aici se poate scrie : 1= ++p r a kk k (3. 54.) În practic ă se manifest ă următoarele situa ții limit ă: ● corpul alb, care reflect ă toate radia țiile incidente (k r=1; k a=kp=0); ● corpul absolut negru, care absoarbe toate radia țiile incidente (k a=1; k r=kp=0); ● corpul diaterm sau transparent, care permite trece rea tuturor radia țiilor termice (k p=1; ka=kr=0). Coeficien ții k a, kr și kp, pentru corpuri reale sunt func ții de temperatur ă, natura suprafe ței și lungimea de und ă. Repartizarea intensit ăților monocromatice ale corpului absolut negru, în func ție de lungimea de und ă, este dat ă de legea lui Plank: 11 / 51 , 02−=T kekIλ λλ (3.55 .) în care: I 0,λ este intensitatea monocromatic ă a radia ției pentru o suprafa ță neagr ă; k 1,k2 – constante care se determin ă experimental. Intensitatea radia ției cre ște cu temperatura, iar pentru o anumit ă izoterm ă, I0,λ are un maxim, corespunz ător unei lungimi de und ă. Valoarea maxim ă a intensit ății de radia ție se ob ține prin rezolvarea derivatei ecua ției de mai sus, care duce la solu ția: Tconst=maxλ (3.56.) Cunoscut ă și sub numele de legea de deplasare a lui Wien, rel ația de mai sus arat ă că la temperaturi ridicate, maximul intensit ății de radia ție se deplaseaz ă spre domeniul radia țiilor cu lungimi de und ă mici.. Prin integrarea ecua ției (3.55.) pentru întreg spectrul se ob ține puterea total ă de emisie a corpului negru sau legea Stefan-Bolzman: 4 0 0 T k E= (3.57.) în care k 0 este constanta de radia ție a corpului negru (8 0 107 , 5−⋅ =k , în4 2grdmW). Ea se mai poate scrie și sub forma: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 40 4 0 0100 =Tc E (3.58.) în care c 0 este coeficientul de radia ție al corpului negru. To ți ace ști parametri s-au dedus din condi ții limit ă, pentru corpul negru (k a=1). Corpurile cenu șii și corpurile reale care au coeficientul de absorb ție constant, respectiv variabil în func ție de λ, vor avea alte curbe de distribu ție a intensit ății de radia ție. Raportul dintre puterea total ă de emisie a unui corp oarecare și a corpului negru se nume ște coeficient de emisie (egal cu coeficientul de ab sorbție): akEE= = 0ε (3.59.) Coeficientul de emisie, numit și grad de negru, la corpurile reale este o func ție atât de temperatur ă, cât și de natura suprafe ței. În aceste condi ții ecua ția (3.57.) cap ătă forma: 4 0 0100 = =Tc E E ε ε (3.60.) Pentru studiul transferului de c ăldură prin radia ție între corpuri, se consider ă dou ă suprafe țe negre și plan-paralele, cu temperaturile T 1 și T2. Dac ă T1>T2, fluxul termic net primit de suprafa ța cu temperatura mai mic ă va fi: AT Tc Q Q Qs s s − = − =4 24 1 0 2 , 1 ,100 100 (3.61.) Dac ă cele dou ă corpuri au o aranjare reciproc ă arbitrar ă, ecua ția de mai sus ia forma: 2 , 1 14 24 1 0100 100k AT Tc Qs − = (3.62.) unde k 1,2 este coeficientul mutual de radiere și reprezint ă fracția de radia ție emis ă de suprafa ța A 1 cu temperatura T 1, pe care o prime ște suprafa ța A 2 cu temperatura T 2. În cazul a dou ă suprafe țe plane paralele ale unor corpuri reale, fluxul net are expresia: 1 , 2 24 24 1 1 , 2 0 2 , 1 14 24 1 2 , 1 0100 100 100 100k AT Tc k AT Tc Qs − = − = ε ε (3.63.) în care ε1,2 și ε2,1 sunt coeficien ții mutuali de emisie. Relația (3.63.) se mai poate scrie și sub forma: 2 , 1 14 24 1 0100 100KAT Tc Qs − = (3.64.) unde K 1,2 este un coeficient ce include atât factorul geomet ric, cât și coeficien ții de emisie. Calculele privind fluxul termic radiant la gaze es te mult mai complicat, întrucât gazele se află în spa ții limitate de suprafe țe solide de diverse forme, astfel c ă se complic ă mult fenomenul de radia ție. Dac ă se face o analogie cu radia ția reciproc ă a corpurilor solide, atunci fluxul unitar transmis de gaz prin radia ție către perete va fi: − =4 ,4 0100 100p g ag g p gTkTc q ε ε (3.65.) în care: εp și εg sunt coeficien ții de emisie a peretelui, respectiv al gazului; k a,g – coeficientul de absorb ție al gazului. Pentru calculele practice se admite c ă εg≅ka,g iar ecua ția se simplific ă sub forma: − =4 4 0100 100p g g p gT Tc q εε (3.66.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 41 3.5. Transferul global de c ăldură Schimbul de c ăldură dintre dou ă fluide în curgere, separate de un perete solid, es te un proces complex în care apar toate cele trei moduri de transfer de c ăldură. Pentru studiu se ia în considerare modelul din figura 3.6. unde T f,1 și Tf,2 sunt temperaturile constante pentru fluidul 1, respectiv fluidul 2. Fluxul termic este dat de inegalitatea T f,1>Tf,2 și este constant în orice secțiune, dac ă se consider ă regimul sta ționar. C ăderile par țiale de temperatur ă au forma: = − =∆= − = ∆= − =∆ AQ T T TAQ T T TAQ T T T s f ps p p ps p f 22 , 2 , 22 , 1 ,11 , 1 , 1 11 αλδα (3.67.) Fig. 3.6. Transferul global de c ăldură Dacă schimbul de c ăldură se face la temperaturi nu prea ridicate, se poate neglija fenomenul de radia ție. Căderea total ă de temperatur ă între cele dou ă fluide va fi: ++ = − 2 12 , 1 ,1 1 αλδ αAQT Ts f f (3.68.) Termenii din parantez ă au semnifica ția de rezisten țe termice de transfer ==αλδ 1 tR , iar rela ția de mai sus cap ătă forma: ( ) ∑= + + = −t t t ts f f Rq R R RAQT T3 , 2 ., 1 , 2 , 1 , (3.69.) Fluxul termic unitar pentru un perete plan omogen se scrie sub forma: ∑−= tf f RT Tq2 , 1 , (3.70.) Pentru peretele plan neomogen, rezisten ța termic ă prin perete va fi o sum ă de termeni: ∑ + +−=n iif fT Tq 1 2 12 , 1 , 1 1 α λδ α (3.71 .) Rela ția define ște fluxul unitar în transferul global de c ăldură, ca fiind raportul dintre diferen ța temperaturilor celor dou ă fluide și suma rezisten țelor termice. Expresia fluxului termic este: AT TqA Qn iif f s ∑ + +−= = 1 2 12 , 1 , 1 1 α λδ α (3.72.) Relația (3.72.) este ecua ția transferului global de c ăldură pentru dou ă fluide cu temperatur ă constant ă, separate de un perete plan, în regim termic sta ționar. Când cele dou ă fluide sunt separate printr-un perete cilindric (f ig.3.7.), prin analogie cu cazul precedent, sumând c ăderile de temperatur ă se ob ține egalitatea: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 42 Fig. 3.7. Transferul global de c ăldură între două fluide separate de un perete cilindric ( ) +−−+ = − 2 2 121 21 2 1 12 , 1 ,21 ln2 21 απλπ απ R RRR RR R Rq T Tf f (3.73.) În rela ția de mai sus lungimea peretelui cilindric se consider ă egal ă cu unitatea, ariile de transfer de c ăldură se exprim ă în func ție de raz ă, iar aria pentru transferul de c ăldură prin peretele cilindric este aria medie logaritmic ă. Fluxul termic unitar scris ca în raport cu diametrele are forma: ( ) 2 2 12 1 12 , 1 , 1ln21 1 α λ απ d dd dT Tqf f + +−= (3.74.) Dac ă peretele cilindrului este neomogen, fluxul termic unitar în acest caz va fi: ( ) 2 21 1 1 12 , 1 , 1ln21 1 α λ απ d dd dT Tq ii inf f + +−= +∑ (3.75.) În aceste condi ții, fluxul termic pe lungimea l a peretelui cilindric se exprim ă prin rela ția: ( ) l d dd dT Tl q Q ii inf f s 2 21 1 1 12 , 1 , 1ln21 1 α λ απ + +−=⋅= +∑ (3.76.) Rela ția (3.76.) reprezint ă ecua ția transferului global de c ăldură pentru dou ă fluide cu temperatura constant ă, separate de un perete cilindric, în regim termic staționar. Rela țiile (3.72.) și (3.76.) pot fi puse sub forma: ( )2 , 1 , f f s T T A K Q − ⋅= (3.77.) de unde se pot deduce valorile lui K: ∑ + +=n iiK 1 2 11 11 α λδ α (3.78.) l d dd dK ii in L 2 21 1 1 11ln21 1 α λ απ + += +∑ (3.79.) Coeficientul K reprezint ă inversul unei sume de rezisten țe termice și se nume ște coeficientul global de transfer de c ăldură, fiind definit ca fluxul termic unitar care se tra nsfer ă sub un poten țial de un grad Kelvin. Are dimensiunile grdmW2/ în ecua ția (3.78.) și de grdmW ⋅/ în ecua ția (3.79.). Ac ționând asupra coeficientului global de transfer de căldură se poate reduce sau intensifica transferul de c ăldură. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 43 3.6. Operații cu transfer de c ăldură fără schimbarea st ării de agregare Schimbul de c ăldură se realizeaz ă în aparate și instala ții termice care urm ăresc înc ălzirea, respectiv r ăcirea unui produs alimentar sau a unui agent termic de lucru. Schimb ătorul de c ăldură este aparatul care are ca scop transferul de c ăldură de la un mediu la altul. Agen ții termici sunt fluidele care au drept scop preluar ea sau introducerea de c ăldură dintr-un schimb ător de c ăldură. Într-un schimb ător de c ăldură are loc un proces simultan de înc ălzire-r ăcire. Astfel, fluidul cald cedeaz ă căldură fluidului mai rece care, se înc ălzește. 3.6.1. Încălzirea Opera ția de înc ălzire se realizeaz ă în schimb ătoare de c ăldură iar fluxul tehnologic solicit ă într-un anumit punct o înc ălzire a unui produs determinat, în anumite limite d e temperatur ă. Ca agen ți termici de înc ălzire se folosesc gazele de ardere, aerul cald, apa cald ă, vapori de ap ă. Un caz aparte în constituie înc ălzirea electric ă care, nu mai necesit ă un agent termic. Încălzirea electric ă are avantajul c ă permite amplasarea sursei termice în orice punct a l sistemului, reducerea pierderilor de c ăldură prin folosirea unor izola ții termice și reglarea fluxului de c ăldură. Se deosebesc mai multe moduri de transformare a e nergiei electrice în energie termic ă. Încălzirea prin rezisten ță electrică, are la baz ă introducerea în cir-cuitul electric a unui element (rezistor) cu rezistivitate electric ă mare. Fluxul termic emis se calculeaz ă cu rela ția: 2IR Qs ⋅= (3.80.) în care: R este rezisten ța electric ă a rezistorului, în Ω; I – intensitatea curentului din circuit, în A. Instala țiile cu înc ălzire indirect ă transform ă energia electric ă în c ăldură cu ajutorul unor elemente de înc ălzire executate din materiale cu rezistivitate ridi cată. Căldura ob ținută este transmis ă în instala ție prin radia ție, convec ție și conductivitate. Instala țiile cu înc ălzire direct ă folosesc drept rezistor materialul care trebuie în călzit. Astfel, la trecerea curentului prin corpul respecti v, conectat într-un circuit electric, acesta se va încălzi. Încălzirea dielectric ă, folose ște materiale caracterizate prin conductivitate mic ă (dielectrici sau semiconductori). Prin tendin ța de orientare a moleculelor într-un câmp electric, specific ă acestor materiale, se produc frec ări, pierderea de energie fiind transformat ă în căldură. Încălzirea cu arc electric , este caracterizat ă de desc ărcarea electric ă în gaze sau vapori de metal, cu un înalt grad de ionizare. Radia țiile electromagnetice cu lungimea de und ă de 0,7-20 µ, prin natura lor termic ă sunt foarte importante pentru industria alimentar ă. Astfel, înc ălzirea cu ajutorul radia țiilor infraro șii își poate g ăsi multiple aplica ții practice, având unele avantaje: înc ălzirea rapid ă a suprafe ței supus ă iradierii, randament termic și electric mare, controlul termic și posibilit ăți de automatizare a instala țiilor. Metoda este aplicat ă cu succes la acele corpuri care au un coeficient de absorb ție suficient de mare. 3.6.2. Răcirea R ăcirea presupune schimbul de c ăldură între dou ă fluide la care procesul determinant este răcirea unui fluid, cu ajutorul unui agent de r ăcire și care se poate realiza în dou ă moduri: ► agentul de r ăcire prime ște căldură de la un fluid mai cald, iar temperatura final ă a agentului de r ăcire r ămâne mai mic ă decât a fluidului ce trebuie r ăcit; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 44 ► răcirea se face la o temperatur ă mai sc ăzută decât cea a agentului de r ăcire, fiind necesar un proces endoterm; c ăldura necesar ă procesului endotern (cu schimbare de stare sau reacție chimic ă) se ia din mediul în care se afl ă corpul ce trebuie r ăcit. Ca agen ți de r ăcire se utilizeaz ă apa, ghea ța hidric ă mărunțită, bioxidul de carbon solid (ghea ța uscat ă), azotul lichid, amestecuri frigorifice, agen ți frigorifici, etc. Întrucât transferul de c ăldură se realizeaz ă prin toate cele trei moduri, pentru calculele practice se pleac ă de la ecua țiile stabilite în paragrafele anterioare, corespunz ător convec ției, radia ției și conductivit ății. Procedeele de ob ținere a frigului au la baz ă procese care pot fi clasificate astfel: ♦ procese cu agent frigorific: – în circuit deschis : cu ghea ță, cu amestecuri refrigerente, prin evaporarea ape i sau a altor lichide, prin vaporizarea unor lichide la satura ție; – în circuit închis prin vaporizarea unor lichide la saturație: în instala ții cu comprimare mecanic ă, în instala ții cu absorb ție, în instala ții cu ejectoare; ♦ procese f ără agent frigorific: prin fenomene termoelectric e, fenomene termomagnetice, fenomene termomagnetoelectrice. 3.6.3. Termosterilizarea Termosterilizarea constituie un procedeu de conser vare bazat pe inactivarea, prin tratament termic, a microorganismelor. Nivelul ridi cat al temperaturii ac ționeaz ă asupra microorganismelor dup ă un mecanism înc ă neelucidat în totalitate. Au fost puse în eviden ță procese de denaturare a proteinelor, de inactivare a enzimelor, un dezechilibru al proceselor vitale, etc. Pentru reducerea popula ției microbiene pân ă la anumite nivele sau pentru distrugerea ei, produsele alimentare sunt supuse la tratamente term ice precum pasteurizarea sau sterilizarea, procese asupra c ărora ac ționeaz ă mai mul ți factori. Durata și nivelul temperaturii reprezint ă criterii fundamentale și care condi ționeaz ă distrugerea sau inactivarea sporilor patogeni termo rezisten ți. Inactivarea sporilor de Clostridium botulinum (cei mai rezisten ți la temperaturi ridicate și capabili s ă se dezvolte în condi țiile anaerobe din conserve), constituie criteriul etalon asupra eficacit ății unui regim termosterilizant. S-a definit timpul de distrugere termic ă (TDT) ca fiind timpul necesar pentru distrugerea complet ă a microorganismelor dintr-o suspensie, la o anumit ă temperatur ă. 3.7. Operații cu transfer de c ăldură cu schimbarea st ării de agregare Atunci când unul sau ambele fluide, între care se produce schimbul de c ăldură, își schimb ă starea de agregare, studiul procesului și calculul for ței motrice trebuiesc privite din punctul de vedere al opera ției de baz ă. Congelarea. Procesul de congelare const ă în r ăcirea produselor pân ă la temperaturi inferioare punctului de solidificare a apei. Rezolv area ecua ției diferen țiale a propag ării căldurii în acest caz este mult mai dificil ă ca în cazul refriger ării, iar pentru calculul analitic al câmpurilor de temperaturi în produs, duratei proces ului și cantit ăților de c ăldură schimbat ă, apar dificult ăți semnificative. Fierberea. Transformarea unui lichid în vapori se nume ște evaporare și este un proces cu consum de c ăldură, fenomenul având loc la suprafa ța lichidului și la orice presiune. Atunci când evaporarea are loc în toat ă masa lichidului, cu formarea de bule de vapori, procesul se nume ște fierbere și se desf ășoară la presiune și temperatur ă constant ă. Căldura absorbit ă necesar ă evapor ării lichidului se nume ște căldură latent ă de vaporizare și este egal ă cu căldura latent ă de condensare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 45 Fig.3.10. Varia ția fluxului unitar cu temperatura peretelui la presiune constant ă Transferul de c ăldură dintre suprafa ța care cedeaz ă căldură și lichidul aflat în fierbere este deosebit de complex. Studiile și cercet ările experimentale au ar ătat modul de varia ție a fluxului termic în raport cu suprafa ța de înc ălzire (fig. 3.10.): ● O-A: reprezint ă încălzirea lichidului cu consum de c ăldură, fără formarea de bule de vapori; ● A-B: este zona pe care se formeaz ă bule de vapori, a c ăror num ăr cre ște cu temperatura; bulele se desprind de perete și circul ă prin lichid, ridicându-se la suprafa ța sa; pe aceast ă por țiune procesul se nume ște fierbere în bule sau fierbere nucleat ă; ● B: este punctul în care frecven ța de formare a bulelor de gaz este maxim ă, fiind caracterizat de temperature T c și fluxul q max; aici se schimb ă regimul de fierbere; ● B-C: este zona de fierbere pelicular ă, când la suprafa ța lichidului se formeaz ă o pelicul ă de vapori cu conductivitate termic ă mai sc ăzută; ca urmare și fluxul unitar q prezint ă o scădere apreciabil ă. Întrucât fierberea pelicular ă duce la sc ăderea transferului de c ăldură, în practic ă se urmărește asigurarea acelor condi ții pentru fierberea nucleat ă. Practic temperature de fierbere a unui lichid pur e ste mai mare decât temperatura de satura ție a vaporilor s ăi. Ca urmare, supraînc ălzirea u șoară a lichidului creaz ă o for ță termic ă ce determin ă un flux de c ăldură între lichid și vapori. Diferen ța de temperatur ă de la suprafa ța de separa ție lichid-vapori va fi: 5 , 0 4 , 0, , − = −s v f lT T 0C (3.81.) în care: T l,f este temperatura de fierbere a lichidului supraînc ălzit; T v,s – temperatura vaporilor satura ți. Frecven ța de formare a bulelor pe suprafa ța de înc ălzire determin ă intensitatea fierberii, precum și viteza de desprindere și de deplasare a bulelor prin lichid. Pe m ăsură ce cre ște difefren ța de temperatur ă Tp-Tv,s, cre ște num ărul centrilor de vaporizare de pe suprafa ța de încălzire, iar când bulele încep s ă se uneasc ă (Tc) apare fierberea pelicular ă. Frecven ța de apari ție a bulelor și viteza de deplasare a acestora este determinat ă de diferen ța de temperatur ă Tp-Tl,f, de tensiunea superficial ă a lichidului și de raza de curbur ă a bulelor formate. În func ție de domeniul de solicitare termic ă în care are loc fierberea, se stabilesc și ecuațiile criteriale ce descriu fenomenul fierberii nucl eate: ► la solicit ări termice mici (q=2000-11000 W/m2) schimbul de c ăldură nu este influen țat substan țial de procesul form ării bulelor de vapori; fierberea este lent ă și este determinat ă de aportul de c ăldură prin convec ție liber ă; ► la solicit ări termice mari (q>16500 W/m2) formarea unui mare num ăr de bule de vapori determin ă o agitare intens ă a lichidului, având loc o fierbere intensiv ă. Coeficientul de transfer prin convec ție, pentru apa care fierbe la presiunea atmosferic ă, se determin ă cu rela ția: qa ⋅ + = 077, 0 1100 α (3.82 .) Dacă fierberea are loc la o presiune diferit ă de cea atmosferic ă, coeficientul α se ob ține din rela ția: 15 , 0 7 , 014 , 3 pqa ⋅ =α (3.83. ) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 46 sau: ( )5 , 0 33 , 2 , 5 , 43 p T Tf l p a − =α (3.84.) În cazul unui lichid, altul decât apa, se poate ut iliza rela ția care d ă raportul coeficien ților de transfer ai lichidului, respectiv al apei: ș pentru fierberea lent ă: 25 , 0 25 , 0 ,25 , 0 5 , 0 75 , 0 − = a a pp a a a a cc ηη ββ ρρ λλ αα (3.85.) ș pentru fierberea intens ă: 94 , 0 12 , 0 ,7 , 0 75 , 0 − = a a pp a a a cc ηη ρρ λλ αα (3.86.) Pentru aprecierea solicit ării termice maxime se poate utilize rela ția Rohsenov-Griffith: 6 , 0 max 1 − ⋅= vl l vr k qρρρ (3.87.) în care: k=1,21×10-2 m/s; ρl – densitatea lichidului; ρv – densitatea vaporilor. Condensarea. Condensarea reprezint ă fenomenul de trecere a unor vapori în stare lichid ă, prin cedarea unei cantit ăți de c ăldură, numit ă căldură latent ă de condensare. Condensarea poate avea loc pentru vaporii unei sing ure substan țe sau pentru un amestec de substan țe, astfel: ● în picături, când vaporii condensați nu udă supra fața de răcire; ● pelicular ă sau în film, când condensul ud ă perfect suprafa ța de r ăcire, lichidul fiind present sub forma unui film continuu. Pentru a putea stabili valorile coeficientului individual de transfer de c ăldură, se va pleca de la modelul Nusselt (fig. 3.11.), unde are loc condensarea pelicular ă a vaporilor satura ți ai unei substan țe pure, pe suprafa ța unei țevi verticale. Se consider ă că fluxul de c ăldură care trece de la pelicula de condens la suprafa ța de r ăcire, ca fiind egal ă cu fluxul de c ăldură introdus în pelicul ă de vapori în condensare. Totodat ă, condensul va curge laminar, numai sub ac țiunea for țelor de gravita ție. Cum diametrul țevii este cu mult mai mare decât grosimea δ a peliculei de condens, supra- fața de condensare se poate asimila cu o suprafa ță plană (coordonatele cilindrice se pot substitui prin coordinate rectangulare). Fig. 3.11. Modelul Nusselt În aceste condi ții, ecua țiile Navier-Stokes pentru transferal de impuls ale componentei vitezei v y se pot scrie sub forma: ∂∂+ ∂∂+ ∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂ 22 22 221 zv yv xvvypg vzvvyvvxv tvy y y zy yy xy y ρ (3.88.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 47 Conform modelului Nusselt, ypvvyv tv z xy y ∂∂ ∂∂ ∂∂,,, , sunt egale cu zero, iar componentele vitezei v z pe direc țiile y și z sunt neglijabile. Cu acestea, rela ția (3.110.) se simplific ă până la forma: vg dxvdy− =22 ( 3.89.) Se integreaz ă succesiv și se ob ține: 2 121 21kx k xvgvkxvg dxdv yy + + − =+ − = (3.90.) Din condi țiile la limit ă (vy=0, x=0, x=δ și 0=dxdvy) se ob țin valorile constantelor de integrare. Relația (3.112.) se mai poate scrie sub forma: −⋅ =22xxvgvy δ (3.91 .) Integrând rela ția de mai sus pe toat ă grosimea peliculei și neglijând varia ția lui δ pe înălțimea peretelui, se ob ține viteza medie de curgere a condensului: ∫= == =δδx xyvgdxv v 03 31 (3.92.) Debitul unitar de condens la distan ța z fa ță de partea superioar ă a peretelui este: ρδρvgv my m3 ,31= = (3.93.) Prin diferen țiere se ob ține: δ ρδdvgdmy m2 ,= (3.94.) Pe de alt ă parte, debitul masic de condens rezult ă din bilan țul termic în care, fluxul de căldură transmis de pelicula de condens spre perete este e gal cu fluxul de c ăldură latent ă de condensare: ( )y m l p s v dmr dyT T, , = −δλ (3.95.) Egalând cele dou ă ecua ții se ob ține: ( )δηλδρ d pTs vTglr dy−= ,32 (3.96.) Integrarea ecua ției pentru y=0 și δ=0, va duce la rela ția: ( )p s vl T Tg ry−= ,4 2 4ηλδρ (3.97.) De aici rezult ă grosimea filmului de condens la nivelul z: ( ) 43, 4 δηλδ g rT T y lp s v y−= (3.98.) iar pentru coeficientul local de transfer de c ăldură αy: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 48 ( )4 ,3 2 4p s vl yT T ygr y −= =ηλρ δλα (3.99.) Pentru un perete vertical de în ălțime H, valoarea medie a coeficientului individual d e transfer termic are forma: ( )4 ,3 2 443 p s vl T THgr −=ηλρα (3.100.) și reprezint ă ecua ția lui Nusselt pentru vaporii în condensare pe supr afața unei țevi verticale. Rela ția (3.122.) este aplicabil ă doar în cazul curgerii laminare. Cum îns ă în practic ă pelicula ajunge, dup ă o anumit ă distan ță de curgere, la o grosime δ, unde curgerea devine turbulent ă (ηδρv4Re= ), mărind aria de contact și implicit pe α, în asemenea condi ții, ecua ția lui Nusselt a fost modificat ă în forma: ( )4 ,3 2 15 , 1 p s vl T THgr −⋅ =ηλρα (3.101.) iar pentru vaporii de ap ă satura ți, condensa ți pe țevi verticale: ( )4 ,1 04 , 2 p s vl aburT THrk−⋅⋅ = α (3.102.) unde k 1 este un coeficient ce depinde de temperatura pelic ulei de condens. Dintre factorii care influen țează procesul de condensare și odat ă cu aceasta și coeficientul individual de transfer termic, se pot men ționa: ► viteza, presiunea și direc ția de curgere a vaporilor; ► supraînc ălzirea vaporilor; ► prezen ța gazelor necondensabile, care inhib ă transferul de c ăldură. Evaporarea. Evaporarea este fenomenul fizic de trecere a unei f aze lichide în stare de vapori. Ca opera ție unitar ă ea reprezint ă procesul prin care se concentreaz ă o solu ție, format ă dintr-un dizolvant volatil și o substan ță solid ă sau lichid ă nevolatil ă natural, prin îndep ărtarea unei p ărți din dizolvant sub form ă de vapori. Ea se deosebe ște de distilare prin faptul c ă unul din componen ți fiind nevolatil, vaporii rezulta ți sunt forma ți dintr-un singur component. În industria alimentar ă, cele mai multe solu ții supuse evapor ării sunt apoase, solu ția concentrat ă fiind produsul valoros. Aparatele în care are loc procesul se numesc evaporatoare (schema de principiu este prezentat ă în figura 3.12.), iar ca agent de înc ălzire se folose ște cu preponderen ță vaporii de ap ă sau aburul. Corpul evaporatorului 1 este de form ă cilindric ă, prev ăzut cu un fascicul tubular 2, ce formeaz ă camera de înc ălzire 3. Spa țiul de degajare al vaporilor 4 se mai nume ște și camer ă de fierbere. Solu ția ini țială sau diluat ă 5 intr ă în evaporator și iese solu ția final ă sau concentrat ă 6. Vaporii de înc ălzire sau primari 7 determin ă degajarea din solu ție a vaporilor secundari 8, ca rezultat al evapor ării și care pot fi utiliza ți la încălzirea altor aparate (extraabur sau abur de priz ă 9), fie sunt trimi și prin conducta 10 la un condensator. Fig.3.12. Schema de principiu a unui evaporator Gazele necondensabile din vaporii de înc ălzire Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 49 sunt evacua ți prin racordul 11, iar condensul prin racordul 12, situat la partea inferioar ă a camerei de înc ălzire. În func ție de modul cum este folosit aburul primar și cel secundar ca agen ți de înc ălzire, se disting trei metode de evaporare: ș evaporare simplă; ș evaporare simplă cu pompă de căldură; ș evaporare multipl ă. Capacitatea de evaporare reprezint ă cantitatea de dizolvant evaporat, raportat ă la unitatea de timp și de suprafa ță de transfer de c ăldură: tAMCe e⋅= (3.103.) în care: M e este masa de solvent evaporat; A – suprafa ța de transfer de c ăldură; t – durata de evaporare. Concentra ția solu ției. Temperatura de fierbere a dizolvantului în stare pură difer ă de cea a soluției, fiind mai sc ăzută, aceast ă creștere de temperatur ă de fierbere a solu ției fiind determinat ă de concentra ția solu ției. Viteza de circula ție a solu ției. Cre șterea coeficientului de transfer de c ăldură are loc la circula ția for țată a solu ției și la curgerea sub form ă de film sub țire. Astfel se reduce suprafa ța de schimb de c ăldură necesar ă și crește capacitatea de evaporare. Poten țialul termic . Este un factor important, de m ărimea lui depinzând cantitatea de căldură transferat ă. El poate fi m ărit prin cre șterea temperaturii agentului de înc ălzire sau prin reducerea presiunii din camera de fierbere a solu ției (scade temperatura și cre ște poten țialul termic). Raportul dintre suprafa ța de schimb de c ăldură și volumul solu ției. Cu cât acest raport este mai mare, cu atât se schimb ă mai mult ă căldură, mărind productivitatea evaporatorului. Cele mai eficiente aparate, sub aspectul acestui raport, sunt cele cu fascicul tubular și cele cu film subțire. Formarea de cruste . Formarea crustei pe suprafa ța de înc ălzire m ărește rezisten ța la transferul de c ăldură. Acest fapt se datoreaz ă depunerii unor s ăruri pe care le con ține solu ția supus ă prelucr ării. Depunerile se fac mai greu la vite- ze mari de circula ție a solu ției, când apare un efect de continu ă erodare a depunerilor. Ca urmare, se recomand ă ca la solu țiile cu tendin ță de depunere a s ărurilor, circula ția să fie intens ă sau circula ția natural ă să fie înlocuit ă cu cea for țată. Formarea spumei . Unele solu ții au proprietatea de a forma spum ă la suprafa ță, în timpul fierberii. Acest fapt impune ca fierberea lor s ă fie lent ă sau s ă se adauge în solu ții substan țe antispumante. Dac ă fieberea este intens ă, spuma format ă poate umple tot spa țiul de fierbere, ieșind din aparat odat ă cu vaporii secundari. Presiunea din camera de fierbere determin ă temperatura de fierbere a solu ției. Astfel, soluția va fierbe la o temperatur ă cu atât mai ridicat ă, cu cât presiunea de lucru este mai mare. Deoarece aparatul de înc ălzire are o anumit ă temperatur ă, prin cre șterea punctului de fierbere, ca efect al cre șterii presiunii, se mic șoreaz ă diferen ța de temperatur ă sub care are loc transferul de căldură. Temperatura de fierbere în aparat cre ște de la suprafa ță spre partea inferioar ă, din cauza presiunii hidrostatice a coloanei de solu ție (efectul hidrostatic), cre ștere care, de cele mai multe ori se neglijeaz ă. La evaporarea simpl ă căldura cedat ă de vaporii de înc ălzire se folosesc o singur ă dată, iar vaporii secundari sunt evacua ți în atmosfer ă sau sunt trecu ți la un condensator. Principiul evapor ării simple este prezentat în figura 3.13. Solu ția diluat ă este introdus ă în corpul de evaporare 1 prin racordul 4, iar agentul de înc ălzire prin racordul 5. Vaporii secundari ies prin conducta 6 și sunt trecu ți prin condensatorul 2. Solu ția concentrat ă este evacuat ă prin racordul 7, iar condensul de la vaporii de înc ălzire prin racordul 8, a șezat în apropierea suprafe ței Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 50 de înc ălzire a fascicolului tubular 9. Pompa de vid prelim inar 3 are rolul de a elimina gazele necondensabile și de men ținere a vidului, când aparatul lucreaz ă sub vid. Pentru a determina cantitatea de dizolvant evaporat, în limitele cunoscute de varia ție a concentra ției, se pleac ă de la de bilan țul de materiale. Întrucât cantitatea de substan ță dizolvat ă rămâne aceia și pe tot timpul evapor ării, se poate scrie: mcc mdd CM cM = (3.104.) în care: M d este masa solu ției diluate; M c – masa solu ției concentrate; C md – concentra ția solu ției dilu-ate; C mc – concentra ția solu ției con-centrate. Diferen ța M d-Mc=M e reprezint ă masa dizolvantului evaporat. − = mcmd d eCCM M 1 (3.105.) Fig.3.13. Schema evapor ării simple Când trebuie determinat ă concentra ția solu ției, dup ă îndep ărtarea unei anumite mase de dizolvant, se folose ște rela ția: e dmd d mcM MCMC−= (3.106.) Pentru scrierea bilan țului termic se pleac ă de la figura 3.14. în care sunt prezentate fluxurile termice int rate și ieșite, la care se neglijeaz ă sursele de c ăldură interioare. C ăldurile intrate sunt: Q D cu aburul de înc ălzire și Q Md cu masa solu ției diluate. C ăldurile ie șite sunt: Q c cu masa condensului, Q Mc cu soluția concentrat ă, Q Me cu vaporii secundari și Q p pierdut ă prin pere ții aparatului. Ecua ția bilan țului termic va avea forma: p Me Mc c md D Q Q Q Q Q Q + + + = + (3.107.) Fig. 3.14. Schema bilan țului termic unde: m pc pc c McMe e Mec cd pdd MdD D TAK QTcM CiM QiD QTcM QiD Q ∆ ⋅⋅===⋅==⋅= ( 3.108.) în care: D este cantitatea de abur de înc ălzire; i D – entalpia aburului de înc ălzire; i c – entalpia condensului; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 51 i Me – entalpia vaporilor secundari; c pc – căldura specific ă a solu ției concentrate; c pd – căldura specific ă a solu ției diluate; T c – temperatura solu ției concentrate; T d – temperatura solu ției diluate; K – coeficient global de transfer de c ăldură; A – suprafa ța prin care se pierde c ăldura; ∆Tm – poten țialul termic global la care are loc pierderea de c ăldură cu exteriorul. Din acest bilan ț termic se poate afla necesarul de abur de înc ălzire: ( ) c Dm Me e d pdd c pc c iiT KA iM TcM TcMD−∆ + + −= (3.109.) Se define ște coeficientul de evaporare ca fiind cantitatea de apă evaporat ă cu ajutorul unui kilogram de abur primar: c pc Mec D Tc iii −−=α ( 3.110.) Se define ște coeficientul de autoevaporare ca fiind cantitate a de ap ă evaporat ă cu ajutorul căldurii elaborate de un kilogram de solu ție, care intr ă în evaporator cu o temperatur ă mai mare decât temperatura de fierbere și se r ăcește prin autoevaporare, pân ă la temperatura de fierbere din spațiul în care a intrat: c pc Mec d Tc iT T −−=β (3.1 11.) Plecând de la rela ția (3.129.) și ținînd cont de faptul c ă Mc=M d-Me, se ob ține: ( )Me e c pc e d c d pdd d iM TcM M iD TcMiD + − +⋅= +⋅ (3.112.) sau: ( ) ( ) ( )c pc Mee c d pdd c d Tc iM T TcM ii D − = − + − (3.113.) De aici se poate ob ține masa dizolvantului evaporat: β αpcd c pc Mec d pdd c pc Mec d e cM DTc iT TcMTc iiiD M +⋅=−−+−−= (3.114.) de unde consumul de abur primar va fi: αc pc d e TcM MD−= (3.115 .) Numitorul are numai valori pozitive deoarece i Me>cpc>Tc, în timp ce diferen ța T d-Tc poate fi negativ ă, zero sau pozitiv ă. Vaporii secundari ob ținuți la evaporare, dacă sunt trecu ți la un condensator, pierd toat ă căldura lor. Ei pot fi folosi ți, cu recuperarea unei părți din c ăldură, la înc ălzirea solu ției din care provin. O u șoară comprimare adiabatic ă a lor duce la ridicarea temperaturii cu 8-100 peste punctul de fierbere al solu ției, suficient ă pentru a produce transferul de c ăldură. Din diagrama comprim ării adiabatice (fig. 3.15.) trasat ă în coordonatele entropie-temperatur ă se poate observa c ă: Fig. 3.15. Diagrama de comprimare Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 52 ș 1-2 este izotropa ce reprezint ă comprimarea vaporilor a c ăror temperatur ă crește de la T 1 la T 2; ș 2-3-4 reprezint ă răcirea și condensarea vaporilor în camera de înc ălzire la T=T c; ș 5-1 are loc evaporarea prin fierbere, la temperatu ra T 1. Diferen ța T c-T1 este diferen ța de temperatur ă sub care se desf ășoară transferul de c ăldură. În practic ă se folosesc dou ă moduri de comprimare a vaporilor secundari: mecani că, cu un turbocompresor (fig. 3.16.a.) și termocompresie, cu un injector cu vapori de presi une înalt ă (fig. 3.16.b.). În ambele cazuri se face o mare eco nomie de abur, dar se consum ă în schimb un lucru mecanic. Fig. 3.16. Comprimarea vaporilor la evaporarea simp lă: a- mecanică b-cu termocompresie Procesul de lucru se desf ășoară după cum urmeaz ă. Solu ția intr ă în camera de fierbere 1, prin conducta 2, se înc ălzește cu aburul primar 3, pân ă ajunge la fierbere. Se opre ște alimentarea cu abur primar și se trece pe alimentarea cu abur secundar 4, recom primat în turbocompresorul sau injectorul 5, de unde intr ă în camera de înc ălzire 6 prin conducta 7. Condensul și solu ția concentrat ă se evacueaz ă prin conductele 8, respectiv 9. Evaporarea multipl ă folose ște vaporii secundari rezulta ți dintr-un evaporator, ca agent de încălzire la un alt evaporator, cu condi ția ca temperatura de fierbere a solu ției din al doilea evaporator s ă fie mai mic ă decât temperatura vaporilor rezulta ți din primul. Pe acest principiu se ajunge la sta țiile de evaporare cu pân ă la 10-11 corpuri, metoda fiind denumit ă evaporare multipl ă. Prin condensarea vaporilor secundari de la ultimul corp de evaporare, se creaz ă vid în condensator, vid care determin ă scăderea presiunii și implicit a temperaturii de fierbere din corpul de evaporare. În func ție de sensul de curgere a solu ției fa ță de vaporii secundari, exist ă patru modalit ăți de aranjare și func ționare a sta țiilor de evaporare: ► în echicurent; ► în contracurent; ► în curent mixt; ► cu alimentare separat ă a evaporatoarelor cu solu ție diluat ă. Pentru a determina consumul de abur primar și a suprafe ței de înc ălzire, se pleac ă de la schema unei instala ții de evaporare cu trei corpuri în echicurent (fig. 3.17.). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 53 Fig. 3.17. Schema sta ției de evaporare cu trei corpuri în echicurent Din rezervorul 1 solu ția diluat ă este trimis ă de pompa 2, prin schimb ătorul de c ăldură 3 și conducta 4, în primul corp de evaporare C 1. Prin conducta 5 este adus în camera de înc ălzire aburul primar. Vaporii secundari rezulta ți ies prin conducta 6 și ajung în camera de înc ălzire al celui de-al doilea corp de evaporare C 2. Solu ția concentrat ă iese prin conducta 7 și trece în corpul C2. Condensul din camera de înc ălzire iese prin racordul 8, iar gazele necondensabi le prin robinetul 9. Acela și lucru se petrece și între corpurile C 2 și C 3. Aburul secundar de la ultimul corp trece prin conducta 10 la condensatorul barometric 11, condensând cu apa ce intr ă prin racordul 12. Amestecul condens-ap ă se scurge prin conducta 13 la rezervorul 14. Gazel e necondensabile din condensator sunt eliminate cu pompa de vid 17, prin conducta 15 și separatorul de pic ături 16, men ținând astfel vidul în condensator. Deoarece corpul C 3 lucreaz ă sub vid, evacuarea solu ției concentrate nu poate fi f ăcută prin c ădere liber ă. Ca urmare, cu ajutorul pompei 19, solu ția ajunge prin conducta 18 în rezervorul 20. Circula ția solu ției de la un corp la altul se face ca urmare a dife renței de presiune ce exist ă între corpuri. Sunt realizate astfel condi țiile: p 1>p2>p3 și T1>T2>T3. Num ărul de corpuri de evaporare se stabile ște ini țial, pe lâng ă care mai trebuie știute: cantitatea de solu ție diluat ă, concentra ția ini țială și final ă, presiunea aburului primar și mărimea vidului din ultimul corp de evaporare. Fluxurile de c ăldură din corpurile de evaporare sunt: ( ) ( ) ( )3 2 3 3 3 3 3 32 1 2 2 2 2 2 21 0 1 1 1 1 1 1 TTAK TAK QTTAK TAK QTTAK TAK Q − =∆ =− =∆ =− =∆ = (3.116.) în care: K 1, K2, K3 sunt coeficien ții globali de transfer de c ăldură; A 1, A2, A3 – suprafe țele de înc ălzire; ∆T1, ∆T2, ∆T3 – căderile de temperatur ă pe cele trei corpuri. Dac ă suprafe țele de înc ălzire sunt egale (A 1=A 2=A 3) și fluxurile de c ăldură sunt egale (Q1=Q 2=Q 3), se ob ține: 3 3 2 2 1 1 TK TK TK ∆ =∆ =∆ (3.117.) sau: 33 22 11 1 1 1 KT KT KT ∆=∆=∆ Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 54 Notând ∑ ∆ + ∆ + ∆ = ∆3 2 1 T T T T și folosind proprietatea rapoartelor egale, se pot o bține căderile de temperatur ă pentru fiecare corp: ∑∑ ∑∑ ∑∑ ∆=∆∆=∆∆=∆ i i i KT KT KT KT KT KT11;11;11 33 22 11 (3.118.) Cu aceste valori ale c ăderilor de temperatur ă, din ecua țiile (3.116.) se pot afla temperaturile de fierbere T 1, T2 și T3. Se scriu bilan țurile termice pentru fiecare corp, în ipoteza c ă vaporii de înc ălzire sufer ă numai procesul de condensare și deci, temperatura condensului este egal ă cu cea a vaporilor din care provin. ( ) ( ) ( ) ( ) ( )3 3 3 2 3 2 1 2 22 2 2 1 2 1 1 11 1 0 1 1 0 0 rM TTc M M M rMrM TTc M M rMrM TTcMrD e p e e d ee p e d ee p d = − − − += − − ++ − = (3.119.) în care r 0, r1, r2 și r3 sunt c ăldurile latente de evaporare. Dac ă se ține cont c ă Me=M e1+M e2+M e3, se poate calcula cantitatea de ap ă evaporat ă în fiecare corp și consumul de abur primar D 0. Pentru suprafe țele de transfer de c ăldură pe cele trei corpuri de evaporare se ob ține: 3 32 2 32 21 1 21 10 0 1 TKrMATKrMATKrDA ee ∆=∆=∆= (3.120.) Un asemenea mod de calcul se poate extinde și la sta țiile de evaporare cu un num ăr oarecare de corpuri de evaporare. În acele cazuri î n care cre șterea punctului de fierbere, c ăldura de concentrare și efectul hidrostatic nu pot fi neglijate, se vor f ace corec țiile de rigoare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 55 CAPITOLUL IV. OPERA ȚII DE TRANSFER DE MASĂ În urma unor transform ări fizice și chimice, în industria alimentar ă rezult ă amestecuri de substan țe gazoase, lichide și solide, precum și amestecuri de dou ă sau trei faze. Întrucât majoritatea lor nu se pot folosi ca atare, este nec esar separarea componen ților sau modificarea concentra ției unui component al amestecului, fapt ce preupune îndep ărtarea sau introducerea unei substan țe din acel amestec. În cele ce urmeaz ă vor fi studiate doar transform ările fizice care se realizeaz ă prin transfer de mas ă dintr-o faz ă în alta, și care folosesc diferen țele de presiuni de vapori, solubilitatea, concentra ția, împreun ă cu un gradient termic. Este cunoscut faptul c ă la baza trecerii substan țelor dintr-o faz ă în alta st ă fenomenul de difuziune, astfel c ă: ● transferul de mas ă reprezint ă acel domeniu de studiu care se ocup ă cu legile și fenomenele de separare a amestecurilor omogene prin difuziune; ● opera țiile de transfer de mas ă sunt acele opera ții fizice care folosesc difuziunea (cele mai importante sunt: absorb ția, adsobr ția, extrac ția, rectificarea, uscarea și cristalizarea). 4.1. Exprimarea compozi ției fazelor În studiul transferului de mas ă se utilizeaz ă dou ă moduri de exprimare a compozi ției fazelor: frac ții sau rapoarte de mas ă, volumice sau molare. Fracția molar ă (C M) este raportul dintre num ărul de moli ai unui component și num ărul total de moli ai componen ților amestecului. Pentru un amestec format din n componen ți, fiecare cu N 1, N2, …..N n moli, frac ția molar ă pentru componentul i va fi: ni MiN N NNC+ ⋅ ⋅ ⋅ + += 2 1 , moli component i/moli amestec (4. 1.) dacă se exprim ă sub form ă de concentra ții masice (C m1, …. C mn) se ob ține: nmn mimi Mi MC MCMC C 0 0110 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ += , moli de component i/moli amestec (4.2.) în care M 0 este masa molar ă. Trebuie men ționat c ă numai la gaze frac țiile molare sunt egale numeric cu frac țiile de volum (C M=CV). Raportul molar (0 MC) reprezint ă raportul dintre num ărul de moli a doi componen ți. În cazul unui amestec cu n componen ți se poate scrie: ni n Mii o MiNNCNNC0 , 11 , ;;⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (4. 3.) Frac ția masic ă (C m) reprezint ă num ărul de kilograme de substan ță ale unui component, aflate într-un kilogram de amestec: ni miM M MMC⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + += 2 1, kg de component/kg amestec (4.4.) În practic ă, raportul masic este folosit în special la exprima rea concentra țiilor solu țiilor binare de s ăruri în ap ă sau al ți dizolvan ți. Frac ția volumic ă (C V) reprezint ă raportul dintre num ărul de unit ăți de volum al unui component aflat în unitatea de volum a amestecului: ni ViV VVVC⋅ ⋅ ⋅ + += 2 1, m3 de component i/m3 de amestec (4.5.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 56 Raportul volumic (o VC) se exprim ă în mod similar ca la raportul molar și de mas ă: ni n Vii ViVVCVVC = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =0 , 10 1 , ;; (4.6 .) 4.2. Echilibrul dintre faze O faz ă constituie o parte dintr-un sistem, fizic omogen ă, ce este separat ă de celelalte p ărți componente ale sistemului printr-o interfa ță. Unele faze pot fi separate pe cale mecanic ă, cum ar fi cazul transvaz ării unei faze, la sistemele alc ătuite din dou ă faze lichide nemiscibile sau o faz ă lichid ă și una solid ă. Dac ă sistemul este în mi șcare, fazele sunt amestecate între ele iar odat ă cu încetarea mișcării fazele încep s ă se separe în zone distincte, exceptând sistemele e terogene stabile. În cazul unui sistem fazele se pot afla în condi ții de echilibru sau în afara condi țiilor de echilibru. Procesul de transfer de mas ă se realizeaz ă atunci când fazele nu sunt în echilibru, viteza procesului fiind cu atât mai mare, cu cât pa rametrii de lucru ai fazelor sunt mai diferi ți de cei de echilibru. Poten țialul sub care se face transferul de mas ă arată diferen ța dintre condi țiile de lucru și cele de echilibru. Pentru a putea determina gradul și viteza de separare a componen ților unui amestec, trebuie știute condi țiile de echilibru de faze și condi țiile de lucru, pe baza c ărora se ob țin în final dimensiunile aparatului. Din punct de vedere fizic, legea fazelor exprim ă legătura dintre num ărul de faze, gradele de libertate și num ărul de componen ți ai amestecului, aflat în condi ții de echilibru: 2+=+ CLF (4.7.) în care: F este num ărul de faze; L – num ărul gradelor de libertate; C – num ărul de componen ți ce intervin în sistem; 2 – parametrii exteriori care pot ac ționa asupra sistemului (presiunea și temperatura). Prin grade de libertate sau grade de varian ță ale unui sistem se în țelege num ărul de variabile independente ce trebuie fixate, în vedere a definirii sistemului la echilibru. Pentru un sistem de tipul aer-azot-ap ă, se definesc dou ă faze (gaz, lichid) și trei componen ți. Dac ă se neglijeaz ă prezen ța vaporilor de ap ă în aer și solubilitatea aerului în ap ă, conform legii fazelor, num ărul gradelor de libertate este egal cu trei. Acest lucru înseamn ă că existen ța azotului în cele dou ă faze depinde de trei variabile independente. Cum î nsă mărimile variabile sunt patru (temperatur ă, presiune, concentra ție azot în aer și apă), prin fixarea unor trei mărimi variabile se poate vedea ce devine sistemul da t, în condi ții de echilibru. Legea lui Raoult. Aceast ă lege spune c ă presiunea par țială a unui component din faza de vapori, în echilibru cu faza lichid ă, este egal ă cu produsul dintre presiunea de vapori a componentului în stare pur ă și frac ția molar ă a componentului în faza lichid ă, la temperatura de fierbere a amestecului: Mii i C P p= (4.8.) în care: p i este presiunea par țială a componentului i; P i – presiunea de vapori a componentului i în stare pur ă; C Mi – frac ția molar ă a componentului i în faza lichid ă. Trecerea de la presiunea par țială la frac ția molar ă se face cu ajutorul legii lui Dalton, conform c ăreia frac ția molar ă a unui component dintr-un amestec gazos (vapori) e ste egal ă cu raportul dintre presiunea par țială a componentului p i și presiunea total ă a amestecului p: ppCi g Mi=, (4.9.) Conform aceleia și legi, presiunea total ă a unui amestec de gaze (vapori) este suma presiunilor par țiale ale componen ților A, B, C, …. N din amestec: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 57 N C B A p p p pp +⋅⋅⋅⋅⋅+ + + = (4.10.) Pentru un amestec binar cu componen ții A- u șor volatil și B- greu volatil, conform legii lui Raoult vom avea: MB B BMA A A CP pCP p == (4.11.) Presiunea total ă din faza de vapori va fi: MB B MA A CP CPp + = (4.12. ) Întrucât suma frac țiilor molare este egal ă cu unitatea se ob ține: ( )B MA B a P CP P p + − = (4.13.) Astfel frac țiile molare vor fi: MA MBB AB MA C CP PPpC −=−−= 1 (4 .14.) Legea lui Dalton se folose ște și în cazul în care se cere aflarea compozi ției fazei vapori în funcție de compozi ția fazei lichide. A șadar, presiu- nea p i se înlocuie ște cu legea Raoult scris ă pentru componen ții A, respectiv B: MAvMB A MBvMA A MAv CpCPCpCPC −= == 1 (4.15.) Legea lui Raoult este utilizat ă la separarea sistemelor lichide ideale prin distil are. Prin reprezentarea grafic ă a ecua țiilor (4.14.) și (4.15.) se ob ține curba de echilibru la sistemele bifazice lichid-vapori, folosite frecvent la analiz a func țional ă a coloanelor de rectificare. Legea lui Henry spune c ă presiunea par țială a unui gaz aflat în echilibru cu solu ția, este direct propro țional ă cu frac ția sa molar ă din solu ție și un coeficient de propor ționalitate (coeficient Henry): MA HA A Ck p= (4.16.) în care: p A este presiunea par țială a componentului A din amestec; k HA – coeficientul lui Henry pentru componentul A; C MA – frac ția molar ă a componentului A în faza lichid ă. Legea lui Henry a fost determinat ă pentru gaze greu solubile în contact cu o faz ă lichid ă, Astfel, dup ă un timp, în condi ții de temperatur ă și presiune constante, o parte determinat ă de gaz se dizolv ă în faza lichid ă, restul r ămânând într-un echilibru stabil cu solu ția format ă. Aceast ă lege se folose ște numai pentru corpul dizolvat și este considerat ă ca o form ă particular ă a legii lui Raoult. Legea lui Nernst. În industria alimentar ă se întâlnesc amestecuri din dou ă lichide miscibile sau un lichid și un solid, pentru care separarea c ărora este necesar ă prezen ța unui al treilea component (de exemplu la separarea uleiului din plante oleaginoase cu benzen), ca dizolvant selectiv. Rezult ă două faze lichide (la amestecurile lichid-lichid) sau u na lichid ă și alta solid ă (la amestecurile solid-lichid), cu compozi ții diferite. Ca urmare, substan ța care se extrage din amestec se distribuie, pe baza dublei solubilit ăți, între dizolvant și componentul insolu- bil din amestecul ini țial. Legea de distribu ție a substan țelor solubile, la echilibru, între solventul ad ăugat și cel în care se afl ă inițial, este cunoscut ă ca legea de reparti ție a lui Nernst sau mai general, legea de reparti ție a substan țelor între doi dizolvan ți: 2 1 MA N MA Ck C = (4.17.) unde: C MA1 este frac ția molar ă a substan ței extractibile aflat ă în dizolvant; k N – coeficientul de reparti ție a lui Nernst; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 58 C MA2 – frac ția molar ă a substan ței extractibile r ămasă în amestecul ini țial. Coeficientul de reparti ție a lui Nernst se determin ă experimental, fiind dependent de concentra ția substan ței dizolvate în amestecul ini țial și natura dizolvantului. El are o valoare constant ă doar în domeniul solu țiilor diluate. Legea lui Nernst este o lege cantitativ ă a echilibrului între dou ă lichide nemiscibile, fiind utilizat ă în procesul de extrac ție. 4.3. Metode de separare a amestecurilor omogene În practic ă amestecurile omogene se pot separa prin mai multe metode: ♦ difuziunea cu gradient de concentra ție; ♦ difuziunea cu gradient termic; ♦ difuziunea sub gradient de presiune; ♦ difuziunea de mas ă. Separarea prin difuziune cu gradient de concentra ție. La baza separ ării st ă procesul de difuziune molecular ă. Astfel, când între dou ă nivele din masa unui fluid exist ă o diferen ță de concentra ție, apare un flux difuzional de la nivelul cu conce ntrația mai mare la cel cu concentra ția mai mic ă, atunci când între acestea nu este o frontier ă limitativ ă. Se nume ște gradient de concentra ție, varia ția concentra ției unui component în masa unei faze pe unitatea de lungime și acesta constituie for ța motrice a multor procese de transfer de masă. Transferul de mas ă este cu atât mai intens, cu cât gradientul de conc entra ție este mai mare. Practic s-a constatat c ă între masa transferat ă (M) și diferen ța de concentra ție (∆C) exist ă o dependen ță direct ă: M=f( ∆C) (4.18.) În mod normal, procesul de transfer de mas ă decurge pân ă la momentul în care concentra țiile fazelor puse în contact ajung la un echilibru stabil, adic ă se egalizeaz ă concentra țiile iar gradien ții de concentra ție sunt egali cu zero. Separarea prin difuziune cu gradient termic sau te rmodifuziune . Prezen ța gradien ților termici determin ă apari ția difuziunii moleculare în masa unui gaz. Astfel, moleculele mai grele se concentreaz ă în zona mai rece a gazului, iar cele mai u șoare în zona mai cald ă. La mas ă molar ă egal ă, moleculele cu diametru mai mare se concentreaz ă în zona mai rece, iar moleculele cu diametru mai mic se concentreaz ă în zona mai cald ă. Separarea sub gradient de presiune folose ște presiunea creat ă de un câmp centrifugal, unde moleculele cu mas ă mai mare se deplaseaz ă spre periferia aparatului aflat în mi șcare de rotație, iar cele cu mas ă mai mic ă se deplaseaz ă spre axa de rota ție. Cu toate c ă este simplu ca principiu de separare, în practic ă sunt necesare aparate centrifugale cu tura ții foarte mari care ridic ă probleme constructive și de rezisten țe mecanice. Separarea prin difuziunea de mas ă sau atmoliz ă este specific ă separ ării amestecurilor de gaze și are la baz ă diferen ța vitezelor de difuziune a moleculelor dintr-un ame stec gazos, într-un mediu dat. Pentru aceasta, amestecul gazos cu doi componen ți se aduce în contact cu un alt gaz, prin intermediul unui perete poros. Gazul de contactare va fi mediul în care va difuza, prin peretele poros, moleculele din amestecul de separat. 4.4. Difuziunea Difuziunea va fi studiat ă numai prin gradientul de concentra ție și prin care se în țelege migrarea moleculelor unei substan țe printre moleculele altei substan țe, ca efect al agita ției termice a moleculelor sau a curen ților de convec ție. Astfel, în primul caz vom avea de a face cu o difuziune molecular ă, iar în al doilea caz cu o difuziune convectiv ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 59 Difuziunea molecular ă este predominant ă la viteze mici ale fazelor și poate exista f ără difuziunea convectiv ă. La viteze mari predomin ă difuziunea convectiv ă care, este înso țită totdeauna de difuziunea molecular ă. Deoarece difuziunea molecular ă este un proces lent, ce poate fi intensificat prin creșterea temperaturii, în practic ă se urm ărește asigurarea unei difuziuni convective, la care in tensitatea procesului de transfer este mai mare. 4.4.1. Difuziunea molecular ă Pe baza teoriei cinetice a gazelor, la deplasarea u nei molecule cu vitez ă uniform ă, pe o distan ță anumit ă, apare ciocnirea cu o alt ă molecul ă, fapt ce determin ă schimbarea vitezei acesteia ca direc ție și mărime. Procesul se repet ă continuu, rezultând un traseu sub form ă de zig- zag foarte complex. Chiar dac ă viteza moleculelor este foarte mare, ca urmare a c iocnirilor repetate, viteza rezultant ă pentru separarea masei sub un gradient de concentr ație este mic ă. Mai mult decât atât, viteza rezultant ă scade cu presiunea, datorit ă creșterii num ărului de ciocniri, prin micșorarea distan ței dintre molecule și cre ște odat ă cu temperatura, ca efect al intensific ării agita ției termice. Fenomenul este valabil și în cazul lichidelor, cu men țiunea c ă, datorit ă reducerii distan ței dintre molecule și creșterii num ărului de ciocniri, viteza de difuziune scade consid erabil. Se define ște fluxul de masă ca fiind cantitatea de substan ță ce difuzeaz ă printr-o anumit ă suprafa ță în unitatea de timp. Acesta este echivalentul debi tului din cadrul transferului de impuls care, sub form ă diferen țială este: dtdMN= (4.19.) în care: M este masa transferat ă; t – durata transferului. Se define ște fluxul unitar de mas ă ca fiind masa transferat ă în unitatea de timp, printr-o suprafa ță egal ă cu unitatea: tdAdMn⋅= (4.20.) unde A este aria suprafe ței de transfer. În func ție de modul de exprimare al substan ței transferate, unitatea de m ăsură poate fi: kg/(m2s), mol/(m2s) sau m3/(m2s). Fluxul unitar de mas ă mai este cunoscut și sub numele de vitez ă de transfer sau de difuziune. Direc ția celor dou ă fluxuri este normal ă la suprafa ța de transfer, iar sensul este cel care corespunde sc ăderii concentra ției. Pentru difuziunea molecular ă s-a stabilit legea lui Fick, conform c ăreia fluxul unitar de mas ă într-un sistem sta ționar este propor țional cu un coeficient numit de difuziune și cu un gradient de concentra ție. La un amestec format din componen ții A și B, legea lui Fick se scrie astfel: dldCD ndldCD n B BA BA AB A − =− = ( 4.21.) unde: D AB este coeficientul de difuziune a componentului A în B; D BA – coeficientul de difuziune al componentului B în A; dl – lungimea pe care se produce varia ția de concentra ție dC A sau dC B. Din rela țiile (4.20.) și (4.21.) se ob ține ecua ția diferen țială a cantit ății de mas ă difuzat ă: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 60 dtdldCdAD dMdtdldCdAD dM B BA BA AB A − =− = (4.22.) Semnul – indic ă faptul c ă difuziunea se desf ășoară în sensul sc ăderii concentra ției. Modelul care st ă la baza legii lui Fick este prezentat în figura 4.1. Se consider ă o sec țiune printr-o faz ă gazoas ă format ă din componen ții A și B, cu concentra țiile C A și C B, respectiv vitezele liniare v A și vB. Pentru elementul de strat de grosime dl, ca urmare a difuziunii, are loc o varia ție de concentra ție a elementului A (dC A), propor țional ă cu viteza relativ ă a lui A fa ță de B (v A-vB), cele dou ă concentra ții C A și CB, grosimea dl și un coeficient k A caracteristic fiec ărui amestec: Fig. 4.1. Modelul difuziunii moleculare ( )B A B A ABAv vCCkdldC− − = (4.23.) Termenul dldCA reprezint ă poten țialul sub care se desf ășoară difuziunea, iar termenul din dreapta ecua ției constituie for țele de rezisten ță. Cum îns ă A A A vC n= și B B B vC n= , ecua ția de mai sus devine: ( )A B B A ABACn CnkdldC− − = (4.24.) Aceasta reprezint ă ecua ția diferen țială ce descrie, sub forma cea mai general ă, cinetica difuziei. Prin integrare și particularizare ea poate fi aplicat ă în practic ă. Un asemenea caz particular este cel al difuziei echimoleculare în c ontracurent în care, num ărul de moli ce difuzeaz ă într-un sens este egal cu cel ce difuzeaz ă în sens contrar (n A=-n B). În aceste condi ții ecuația diferen țială a cineticii difuziei cap ătă forma: ( )B A A ABAC CnkdldC+ − = (4.25.) sau: ( ) dldCDdldC C CknA ABA B A ABA − =+− =1 (4.26.) Prima frac ție corespunde coeficientului de difuziune din legea lui Fick, astfel c ă relația (4.26.) reprezint ă ecua ția diferen țială a difuziei echimoleculare. Demonstrat ă pentru faza gazoas ă, legea a fost extins ă și la difuziunea prin lichide, respectiv solide. Deoarece masa unui component se r ăspânde ște atât prin difuziune molecular ă, cât și prin turbioanele ce apar într-o mi șcare turbulent ă, s-a definit difuziunea turbulent ă la care fluxul unitar turbulent se exprim ă tot prin legea lui Fick: ( ) dldCD nA t At− = (4.27.) în care ()tD este coeficientul de difuziune turbulent ă. Fluxul de mas ă difuzat prin cele dou ă procedee va fi: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 61 ( )( )dldCDdldCDD n nA eA t At A − = +− = + (4.28.) unde: D e este coeficientul efectiv de difuziune. Coeficientul de difuziune depinde de temperatur ă, presiune și natura componen ților. El se determin ă experimental sau se calculeaz ă cu rela ții empirice. Fig. 4.2. Contactarea fazei lichide cu faza gazoasă Odat ă ce dou ă faze au fost puse în contact, începe procesul de difuziune. Între faze se formeaz ă o suprafa ță de contact numit ă interfa ță, de o parte și de alta a sa apărând dou ă straturi limit ă sau filme (fig. 4.2.). În straturile limit ă difuziunea molecular ă este determinant ă și fiind mai lentă decât cea turbulent ă, va condi ționa viteza proceselor de transfer de mas ă. Transferul de mas ă nu este caracterizat prin coeficientul de difuziune, ci printr-un alt parametru mai cuprinz ător, coeficientul de transfer de mas ă. Acesta are în vedere to ți factorii care particip ă la transferul dintr-o faz ă în alta și nu doar difuziunea molecular ă propriu-zis ă, legea lui Fick con ținând acest coeficient de transfer de mas ă. Se integreaz ă ecua ția (4.21.) pentru componentul A care, pe grosimea δ a stratului li mit ă de difuziune (fig. 4.3.) are limitele de varia ție ale concentra ției C A1 și C A2, (C A1>CA2) iar coeficientul de difuzie este constant: ∫∫− =2 1 0A AC CA AB A dC D dlnδ (4.29.) Se ob ține dup ă integrare: ( )2 1 A A AB A C C D n − =δ sau: ( ) ( )2 1 2 1 A A c A AAB A C Ck C CDn − = − =δ (4.30.) Fig. 4.3. Transferul de mas ă prin stratul limită Ecua ția de mai sus se nume ște ecuația transferului de mas ă, iar k c este definit ca fiind coeficientul individual de tr ansfer de masă. Pentru difuziunea echimolecular ă în contracurent, în cazul elementului B se poate s crie: ( )2 1 B B c B C Ck n − = (4.31.) Diferen ța de concentra ție constituie poten țialul sub care are loc procesul. Deoarece grosimea stratului limit ă δ nu se poate măsura, el se determin ă experimental sau cu rela ții empirice. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 62 În cazul gazelor poten țialul se poate exprima prin presiunile par țiale. Astfel, pentru un gaz cu comportare ideal ă, pentru componentul A, din legea gazului perfect v om avea: RTNVpA A= (4.32.) Cu N A/V=C A, rezult ă: RTpCA A= (4.33.) în care: p A este presiunea par țială a componentului A; R – constanta universal ă a gazelor; T – temperatura absolut ă; N A – num ărul de moli ai componentului A; V – volumul total. Dac ă se ține cont de rela ția (4.30.) se ob ține: ( ) ( )2 1 2 11 A A p A AAB A p pk p pRTDn − = − =δ (4.34.) Unit ățile de m ăsură ale coeficientului de transfer de mas ă sunt în func ție de unit ățile de exprimare ale fluxului unitar și ale poten țialului, îns ă din punct de vedere fizic el reprezint ă cantitatea de mas ă transferat ă prin unitatea de suprafa ță în unitatea de timp, sub ac țiunea unui poten țial unitar. Rela țiile (4.30.) și (4.34.) definesc fluxurile unitare, iar pentru af larea cantit ăților transferate prin suprafa ța A, în timpul t, se înlocuiesc cu fluxurile de mas ă: ( ) ( )2 12 1 A A pAA A cA p pktdAdMC CktdAdM − =⋅− =⋅ (4.3 5.) 4.4.2. Difuziunea convectiv ă Difuziunea convectiv ă face referire la fluidul în mi șcare, respectiv la substan ța transferat ă odată cu deplasarea masei de fluid. Comparativ cu difuzi unea molecular ă, difuziunea convectiv ă este mult mai intens ă și depinde de gradul de turbulen ță al fazei. Mi șcarea convectiv ă se realizeaz ă cu mijloace mecanice (agitare, deplasarea fluidelo r sub ac țiunea for ței gravita ționale, centrifuge sau sub o diferen ță de presiune), regimurile de curgere fiind laminar, intermediar sau turbulent, ultimul fiind cel mai indicat. Agitarea are ca scop mic șorarea grosimii stratului limit ă, mărind astfel coeficientul individual de transfer de mas ă. Din punct de vedere matematic procesul difuziei co nvective se exprim ă prin ecua ția diferen țială a distribu ției concentra ției unui fluid în mi șcare. La stabilirea ei se pleac ă de la un sistem binar izoterm, cu moleculele A și B, în care are loc difuziunea. Se consider ă un element de volum ∆x, ∆y, ∆z (fig. 4.4.) imobil fa ță de sistemul de axe de coordonate, în care difuzia nu este înso țită de reac ție chimic ă (nu dispar molecule ale componentului A prin reac ție chimic ă). Componentul A intr ă în elementul de volum prin fe țele aflate la distan țele x, y și z și iese prin cele opuse la distan țele x+ ∆x, y+ ∆y și z+∆z, ca efect a dou ă procese: difuzie convectiv ă la trecerea fluidului prin elementul de volum și difuzie molecular ă, ca efect al gradientului de concentra ție. Pentru elementul de volum, legea conserv ării masei spune c ă într-un regim nesta ționar fluxul de mas ă acumulat în interiorul elementului de volum este e gal cu diferen ța dintre fluxul intrat și cel ie șit. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 63 Fig. 4.4. Modelul de calcul al difuziei convective pentru un element de volum Fluxul de mas ă pentru componentul A acumulat în elementul de volu m, prin difuzie molecular ă și convectiv ă se ob ține înmul țind viteza de acumulare, în valoare absolut ă, a componentului ∂∂ tCA cu volumul elementar. Prin difuzie convectiv ă, pentru componentul A, între fluxurile intrate și cele ie șite se poate scrie: yx vCyx vCozz x vCz x vCoyz y vCz y vCox z z z A z z Ay y y A y y Ax x x A x x A ∆∆ −∆∆∆∆ −∆∆∆∆ −∆∆ ∆ +∆ +∆ + ::: (4.36.) Prin difuzie molecular ă, pentru componentul A, între fluxurile intrate și ieșite se poate scrie: ∆∆∂∂−− ∆∆∂∂− ∆∆∂∂−− ∆∆∂∂− ∆∆∂∂−− ∆∆∂∂− ∆ +∆ +∆ + yxzCD yxzCD ozz xyCD z xyCD oyz yxCD z yxCD ox z zA AB zA ABy yA AB yA ABx xA AB xA AB ::: (4.37.) Fluxul de mas ă total va fi: [ ][ ] [ ] ∆ ∆∆ +∂∂ −− ∆ ∆ ∂∂ − ++ ∆ ∆∆ +∂∂ −−∆ ∆ ∂∂ − ++ ∆ ∆∆ +∂∂ −−∆ ∆ ∂∂ − +∆ ∆∆ +−∆ ∆ ++∆ ∆∆ +−∆ ∆ +∆ ∆∆ +−∆ ∆ =∆ ∆ ∆ ∂∂ y xzzzAC ABD y x zzAC ABDz xyyyAC ABD z xyyAC ABDz yxxxAC ABD z yxxAC ABD y xzzzvACy xz zvACz xyyyvACz x y yvAC z yxxxvACz y x xvACz y x tAC (4.38.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 64 Aceast ă relație se împarte la z y x∆∆∆ și se trece la limit ă rezultând: ( )( )( ) ∂∂+∂∂+∂∂+ ∂∂+∂∂+∂∂− =∂∂ 22 22 22 zC yC xCDzvC yvC xvC tCA A A ABz A y A x A A (4.39.) A doua parantez ă reprezint ă operatorul Laplace (AC2∇ ), iar prin diferen țiere și gruparea unor termeni, se ob ține: ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂= ∇zv yv xvCzCvyCvxCvtCC Dz y x AA zA yA xA A AB2 4.40.) Rela ția reprezint ă ecua ția diferen țială a difuziunii într-un mediu mobil, în forma complet ă. Suma primilor termeni reprezint ă derivata substan țială sau material ă a concentra ției dtDCA, iar paranteza înmul țită cu concentra ția reprezint ă divergen ța vitezei ( )vdiv⋅. Cu acestea, ecua ția (4.40.) devine: A AB AAC DvdivCdtDC2∇ =⋅ = (4.41.) Dac ă regimul este sta ționar, 0=∂∂ tCAși ecua ția cap ătă forma: A ABA zA yA x C DzCvyCvxCv2∇ =∂∂+∂∂+∂∂ (4.42.) În cazul lichidelor necompresibile, vdiv⋅=0 și ecua ția are forma: A ABAC DdtDC2∇ = (4.4 3.) 4.5. Transferul de mas ă global În practic ă, procesele elementare de difuzie se desf ășoară în serie, astfel c ă transferul global de mas ă ia în considerare toate procesele care au loc. În mod corespunz ător, to ți coeficien ții individuali de transfer sunt cuprin și într-un coeficient global de transfer de mas ă, util la studiul procesului în ansamblul s ău. Acela și lucru se poate spune și în cazul poten țialelor fazelor care, însumate, vor da un poten țial global. De asemeni, trebuie men ționat c ă diferen ța de concentra ție dintre faze, în timpul transferului de mas ă, poate fi constant ă sau variabil ă, motiv pentru care studiul transferului global se face în două situa ții distincte. 4.5.1. Transferul de mas ă global la poten țial constant Studiul pleac ă de la modelul din figura 4.5. unde sunt reprezenta te straturile limit ă la interfa ța unui sistem gaz-lichid. Se noteaz ă frac țiile molare cu x pentru faza lichid ă și y pentru faza gazoas ă, iar rapoartele molare cu X, respectiv Y. În faza gazoas ă componentul care se transfer ă are presiunea par țială pA iar la interfa ță presiunea par țială pAi. În faza lichid ă are concentra ția x A, în masa lichid ă și xAi la interfa ță. Conform legii lui Henry se poate scrie leg ătura dintre presiunile par țiale din gaz, cu concentra țiile corespunz ătoare din lichid: A HA A xk p= . Pentru un regim sta ționar, fluxul unitar de mas ă este acela și pentru am- Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 65 bele straturi limit ă: ( ) ( )A Ai l AAi A g A x xk np pk n − =− = (4.44.) în care: k g este coeficientul individual de transfer prin faza gazoas ă; k l – coeficientul individual de transfer prin faza lichid ă. Cu ajutorul legii lui Henry se exprim ă concentra țiile din faza lichid ă, în raport cu presiunile par țiale: HAA AHAAi Ai kpxkpx * == (4.45.) unde p* A este presiunea par țială de echilibru ce corespunde concentra ției x A din lichid. Din ultimele dou ă relații se ob ține: ( )* 1 A Ai HAl A p pkk n − = (4.46.) Poten țialul total sub care se desf ășoară procesul va fi suma poten țialelor par țiale rezultate din rela țiile (4.44.) și (4.46.): lHA A AgA Ai A kkp pkn p p = −= − *1 (4. 47.) Poten țialul total va fi: + = − lHA gA A Akk kn p p1* (4.48.) De aici se ob ține ecua ția transferului de mas ă global, la poten țial constant: ( ) ( )* * 11 A A p A A lHA gA p pK p p kk kn − = − += (4.49.) în care K p este coeficientul global de transfer de mas ă și care reprezint ă cantitatea de mas ă transferat ă dintr-o faz ă în alta, printr-o unitate de suprafa ță, în unitatea de timp, sub ac țiunea unei unități de poten țial. Indicele coeficientului arat ă unitățile de m ăsură ale acestuia. Dac ă se înlocuiesc presiunile par țiale cu concentra țiile, se ob ține fluxul de mas ă sub forma: ( )A c A A c A xAK x x A K N ∆ ⋅ = − =* (4.50.) în care: ∆xA este poten țialul procesului; K c – coeficientul global de transfer de mas ă corespunz ător lui ∆xA dat sub form ă de diferen ță a frac țiilor molare += l HAgc k k kK1 11. Fig. 4.5. Modelul transferului de mas ă la potențial constant Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 66 4.5.2. Transferul de mas ă la potențial variabil În practic ă, poten țialul sub care se desf ășoară procesul variaz ă continuu în lungul suprafe ței de transfer, astfel c ă pentru calcule se va determina un poten țial mediu, pe tot domeniul de varia ție al concentra ției. Pentru un sistem gaz-lichid la care fazele se depl aseaz ă în echicurent (fig. 4.6.), poten țialul ( )* A AY Y− scade continuu de la AiY∆ (inițial) la AfY∆ (final). Acela ți lucru este valabil și la fazele care se deplaseaz ă în contracurent. M ărimile notate cu asterix corespund condi țiilor de echilibru, iar concentra ția este exprimat ă sub forma rapoartelor molare din faza de gaz. Pentru elementul dA fluxul de mas ă are expresia: ( )* A A g A Y YdAK dN − = (4.51.) La transferarea masei dN A, concentra ția fazei gazoase variaz ă cu dY A, iar bilan țul de masă pentru elementul de suprafa ță dA va fi: A A dYM dN ⋅−= (4.52.) Se egaleaz ă cele dou ă rela ții și după separarea variabilelor se integreaz ă pentru suprafa ță, respectiv poten țial: ∫∫∆ ∆ −− =Af AiY Y A AA gA Y YdY KMdA* 0 (4.53.) respectiv: ∫∆ −=Ai AfY Y A AA g Y YdY KMA* (4.54.) Prin integrarea ecua ției (4.52.) se obține: ( )∫− = − =Af AiY YAf Ai A A Y YM dYM N (4.55.) Înlocuind pe M din rela ția de mai sus în rela ția (4.54.) se ob ține ecua ția transferului de mas ă la poten țial variabil: Fig. 4.6. Modelul transferului de mas ă la potențial variabil ∫∆ ∆ −−= Ai AfY Y A AAAf Ai g A Y YdYY YAK N * (4.56.) În mod similar se ob țin și ecua țiile transferului global de mas ă pentru alte moduri de exprimare a poten țialului: ► exprimarea sub form ă de presiuni par țiale: ∫∆ ∆ −−= i fp p A AAAf Ai p A p pdpp pAK N * (4.57.) ► exprimarea sub form ă de rapoarte molare raportate la faza lichid ă: ∫∆ ∆ −−= Af AiX X A AAAi Af l A X XdXX XAK N * (4.58.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 67 4.6. Distilarea și rectificarea Distilarea reprezint ă opera ția de separare a componen ților unui amestec omogen de lichide, pe baza diferen ței de volatilitate a componen ților. Rectificarea reprezint ă opera ția de separare a componen ților cu volatilit ăți apropiate, printr-o succesiune de evapor ări urmate de condens ări. Prin distilare și rectificare se por separa amestecuri de lichide c e con țin doi sau mai mul ți componen ți, miscibili, par țial miscibili sau nemiscibili. 4.6.1. Echilibrul lichid-vapori În procesul de distilare o importan ță deosebit ă au propriet ățile amestecurilor de lichide. Pentru studiu se vor lua doar cele mai simple amest ecuri cu propriet ățile lor și anume amestecurile binare. La descrierea st ării de echilibru se ia ca baz ă conceptul de amestec sau soluție ideal ă. Un amestec este considerat ca fiind ideal atunci când for țele de coeziune ale diferi ților componen ți sunt egale cu cele dintre moleculele aceluia și component. Pentru componen ții A și B acest lucru se exprim ă astfel: B A AB f f f = = (4.59.) în care: f AB este for ța de coeziune dintre componen ți; f A – for ța de coeziune dintre moleculele componentului A; f B – for ța de coeziune dintre moleculele componentului B. În cazul amestecurilor reale, for țele de coeziune dintre moleculele celor doi compone nți sunt diferite de cele dintre moleculele aceluia și component, acestea numindu-se amestecuri azeotrope: ● azeotrop pozitiv, când f AB>fA și fAB>fB; ● azeotrop negativ, când f AB1, presiunea par țială pa este mai mare ca în cazul amestecului ideal, abaterea fa ță de acest caz fiind pozitiv ă iar presiunea total ă a vaporilor înregistreaz ă un maxim (fig. 4.7.b.). Totodat ă temperatura de fierbere depinde de compozi ția amestecului și variaz ă după o curb ă cu un mi-nim (fig. 4.7.e.), iar linia de echilibru este împ ărțită în dou ă părți (fig. 4.7.h.): prima este deasupra diagonalei, pân ă la compozi ția corespunz ătoare tempe-raturii minime de fierbere, iar a doua sub diagonal ă. Punctul de intersec ție I al curbei cu diagonala (yA=xA) arat ă că vaporii au aceia și compozi ție cu faza lichid ă, un asemenea amestec se nume ște azeotrop pozitiv și el nu se poate separa printr-odistilare obi șnuită. Atunci când k a<1 varia ția mărimilor din diagrame este invers ă. Astfel, presiunea total ă are un minim (fig. 4.7.c.), temperatura de fierbere un maxim fig. 4.7.f.) iar curba de echilibru (fig. 4.7.i.) are prima parte sub diagonal ă, iar partea a doua deasupra diagonalei. Asemenea amestecuri se numesc azeotrope negative și nici ele nu se por separa prin distilare. Solubilitatea componen ților unui amestec poate fi mai mare sau mai mic ă, practic neexistând lichide complet nemiscibile. Atunci când solubilitatea reciproc ă este foarte mic ă, lichidele se consider ă nemiscibile. Amestecurile binare nemiscibile sunt formate din dou ă faze Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 69 lichide și una de vapori, fiecare component emi țând vapori în spa țiul de lucru, ca și cum cel ălalt component nici nu ar exista. Fig. 4.8. Diagramele de echilibru la sistemele bina re nemiscibile: a- izoterma; b- izobara; c- curba de echilibru. Conform legii fazelor astfel de amestecuri sunt det erminate prin fixarea unui singur parametru (sunt sisteme univariante). Presiunea tot ală este suma presiunilor par țiale a componen ților în stare pur ă (fig. 4.8.a.), iar temperatura de fierbere este m ai mic ă decât a componentului u șor volatil, pe toat ă durata fierberii acesta, cât și compozi ția vaporilor fiind constante (fig. 4.8.b.). Aceste amestecuri se numes c amestecuri azeotropice eterogene. Fig. 4.9. Diagrame de echilibru la sistemele binare parțial miscibile: a- izoterma; b- izobara; c- curba de echilibru. Atunci cînd componen ții unui amestec formeaz ă solu ții omogene pe un domeniu al concentra țiilor, iar în rest formeaz ă solu ții eterogene, amestecul se nume ște par țial miscibil. În zonele miscibile (fig. 4.9.a.) presiunile par țiale variaz ă după legea lui Raoult pentru amestecuri reale, iar în zona nemiscibil ă presiunile par țiale și total ă sunt constante. Volatilitatea este u șurința cu care un lichid trece în stare de vapori și se define ște ca raportul dintre presiunea par țială din faza de vapori și frac ția molar ă din faza de lichid a acelui component. Pentru componen ții A și B ai unui amestec binar volatilitatea se poate s crie sub forma: BB BAA A xpvxpv == (4.62.) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 70 Atunci cînd amestecul respect ă legea lui Raoult, adic ă A A A xP p= atunci volatilitatea este egală cu presiunea de vapori a componentului în stare pu ră: A AA A A PxxPv = = (4.63.) Acest lucru este valabil și în cazul lichidelor pure (x A =1), astfel c ă volatilitatea va avea acela și sens fizic ca și presiunea de vapori. Separarea prin distilare a doi componen ți cu temperaturi de fierbere apropiate va fi cu atât mai u șoară, cu cât cei doi componen ți au volatilit ăți mai diferite. Se define ște volatilitatea relativ ă ca fiind raportul volatilit ății celor doi componen ți: A BB A BBAA ABxpxp xpxp v = = (4 .64.) În cazul amestecurilor ideale volatilitatea relati vă este dat ă de raportul presiunilor de vapori ale componen ților puri. 4.6.2. Metode separare a amestecurilor lichide prin distilare Separarea amestecurilor lichide prin distilare se realizeaz ă prin mai multe metode, cele mai uzuale fiind distilarea simpl ă, rectificarea, distilarea molecular ă și distilarea azeotrop ă. În funcție de caracteristicile componen ților ce formeaz ă amestecul, se alege și metoda de separare prin distilare. Distilarea simpl ă sau diferen țială este opera ția prin care se separ ă amestecuri de lichide cu puncte de fierbere diferite și care nu formeaz ă azeotropi. Schema de principiu a distil ării simple este prezentat ă în figura 4.10. Amestecul de distilare este introdus în blaza 1, pr evăzută cu o serpentin ă prin care circul ă căldura necesar ă vaporiz ării. Vaporii de la partea superioar ă a blazei trec printr-o conduct ă în condensatorul r ăcitor 2. Colectarea distilatului se poate face în v asele 3, pe frac țiuni, în func ție de concentra ția în componentul ușor volatil. Gradul de separare al componen ților cre ște atunci când o parte din distilat este reintrodu s în blaz ă. Numit și reflux, acesta se ob ține prin condensarea par țială a vaporilor într-un condensator. Dac ă se noteaz ă cu M i masa amestecului ini țial, M f masa final ă sau masa reziduului și cu MD masa distilatului, atunci cantitatea de distilat o bținut va fi: f i D M M M − = (4.65.) La distilare este necesar ă determinarea masei reziduului atunci când concentra ția compozi ției variaz ă de la cea ini țială xAi la cea final ă xAf, cunoscute. Pentru evaporarea unei cantit ăți de amestec mic ă dM, ecuația bilan țului de materiale a componentului u șor volatil va avea forma: Fig. 4.10. Schema de principiu a di stilării simple Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 71 ( )( ) dMy dx x dM M MxA A A A + − − = (4.66.) Se desfac parantezele se regrupeaz ă termenii și dup ă neglijarea produsului Adx dM⋅ se obține: A AA x ydx MdM −= (4 .67.) Prin integrarea ecua ției între limitele de varia ție ale amestecului și ale concentra ției rezult ă: ∫−=Ai Afx x A aA fi x ydx MMlg 3 , 2 (4. 68.) Integrala se rezolv ă analitic atunci când se cunoa ște leg ătura dintre x A și yA sau grafic. Din ecua ția bilan țului global de mas ă și ecua ția bilan țului componentului u șor volatil, se obține compozi ția medie a distilatului: Ad D Aff Ai i xM xM xM + = (4.69.) în care xAd este compozi ția medie a distilatului. Se ob ține în final: DAff Ai i AdMxM xMx−= (4.70.) Pentru separarea amestecurilor nemiscibile se folo sește antrenarea cu vapori de ap ă sau gaz care nu reac ționeaz ă cu componen ții amestecului. O asemenea instala ție (fig. 4.11.) este compus ă din blaza 1 în care se afl ă barbotorul 2, aflat în masa de amestec 3. Bulele de vapori trec prin lichid unde se satureaz ă cu vaporii componentului de antrenat de unde, împreun ă, trec prin conducta 4 la condensatorul 5. Aici fie are loc condensarea doar a vaporilor se ap ă, componentul antrenat r ămânând în stare de vapori, fie sunt condensate atât vaporii de ap ă, cât și vaporii componentului antrenat. Cele dou ă faze lichide 6 și 7 se separ ă în decantorul 8. Practic antrenarea cu vapori este o distilare simpl ă la care se adaug ă al treilea component, ca agent de antrenare. Fig. 4.11. Schema de principiu a distil ării cu antrenarea cu vapori În cazul componen ților amestecurilor care nu suport ă temperaturi ridicate și au masa molecular ă mare, se folose ște distilarea molecular ă. Procesul are loc sub vid când drumul liber mediu al moleculelor dep ășește distan ța dintre suprafa ța cald ă și cea rece de condensare. Scăderea presiunii de lucru duce la sc ăderea temperaturii de distilare. Între cele dou ă suprafe țe cilindrice sau tronconice concentrice (fig.4.12.) , una cald ă și alta rece, spa țiul existent 1 se conecteaz ă la o pomp ă de vid. Amestecul curge pe suprafa ța cald ă 2 sub forma unui film sub țire, de unde moleculele componentului volatil pleac ă spre suprafa ța rece 3 și condenseaz ă. Curgerea filmului de amestec și de condensat se face sub ac țiunea for ței centrifuge sau a for ței gravita ționale. Vaporii condensa ți formeaz ă distilatul 4 iar cel neevaporat formeaz ă reziduul 5. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 72 Fig. 4.12. Schema de principiu a distil ării moleculare: a- aparat tronconic rotativ; b- apa rat cilindric gravita țional Distilarea molecular ă este, sub aspectul structurii opera țiilor, tot o distilare simpl ă, care se desf ășoară sub un vid înaintat. Prin rectificare se în țelege o distilare repetat ă care se desf ășoară în acela și aparat, numit coloan ă de rectificare. Rectificarea permite separarea în cea mai mare parte a amestecurilor total miscibile cu comportare ideal ă. Scopul opera ției de rectificare este acela de a ob ține produse cu un grad mare de concentra ție sau pure. În principiu, rectificarea se poate face prin lega rea în serie a mai multor instala ții de distilare simpl ă, distilatul de la o instala ție constituind amestecul brut pentru urm ătoarea instala ție. Un exemplu este prezentat în figura 4.13. unde sunt reprezentate trei instala ții de distilare simpl ă legate în serie. Fig. 4.13. Schema de principiu a rectific ării: a- distilări simple în serie; b- distil ări simple cu antrenare cu vapori; c- coloan ă de rectificare cu talere: 1,3,5- blaz ă; 2,4,6- condensator; 7-vas colector distilat. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 73 Principiul barbot ării directe a vaporilor în masa lichidului din apar atul urm ător st ă la baza coloanelor de rectificare. Astfel opera țiile mai multor instala ții de distilare simpl ă pot fi reproduse într-o coloan ă, imaginat ă ca fiind alc ătuită dintr-o serie de blaze cu barbotare direct ă, suprapuse. Pentru simplificarea aparatelor, în locu l blazelor se folosesc talere, coresponden ța între elementele cu acela și rol fiind ar ătată în figur ă. Aranjarea pe vertical ă a talerelor determin ă apari ția a dou ă fluxuri: unul ascendent, corespunz ător vaporilor și unul descendent corespunz ător lichidului. Pentru un proces continuu, compozi ția lichidului de pe un taler este aceia și, dar variaz ă de la un taler la altul. Astfel, lichidul este tot mai bogat în componentul ușor volatil începând de la blaz ă spre vârful coloanei, fapt ce determin ă și o sc ădere a temperaturii de jos în sus. Fenomenele care au loc pe talere sunt prezentate în figura 4.14. Pentru dou ă talere succesive n și n+1 vom avea temperaturile Tn>Tn+1. Pe durata barbot ării vaporilor compozi ția ambelor faze variaz ă în sensul stabilirii echilibrului. De pe talerul n, în condi ții de echilibru, pleac ă vapori de compozi ție yn și lichid de compozi ție xn și sosesc vapori de compozi ție yn-1, respectiv lichid de compozi ție xn+1 care, î și vor modifica compozi ția în sensul stabilirii echilibrului. Astfel, vaporii vor ceda, prin condensare, o parte din componentul greu volat il (trec de la compozi ția yn-1 la yn), iar lichidul pierde, prin vaporizare, o parte din componentul u șor volatil (trece de la compozi ția xn+1 la xn). Căldura necesar ă pentru vaporizare este cea cedat ă prin condensarea componentului greu volatil, cele dou ă fenomene contribuind la îmbog ățirea vaporilor în component ușor volatil. Pe lâng ă echilibrul care se realizeaz ă între faze, se mai stabile ște și un echilibru termic, prin faptul c ă vaporii care vin pe talerul n-1 au o temperatur ă mai ridicat ă față de talerul n, cedând o parte din c ăldura sensibil ă lichidului provenit de pe talerul n+1. Și acest fenomen contribuie la cre șterea conținutului vaporilor în componentul u șor volatil, astfel c ă în practic ă vor fi respectate întotdeauna Fig. 4.14. Fenomenul de pe taler condi țiile: 11 +− <> n nn n x xy y (4.71.) Rolul refluxului este acela de a crea stratul de l ichid necesar barbot ării pe talere și de a constitui un absorbant pentru componentul greu vola til. Reflu- xul poate fi extern (reprezint ă lichidul returnat de la condensator în coloan ă) și intern (lichidul care trece de pe un taler superior pe unul inferior ), cele dou ă frac ții fiind considerate egale. Aceast ă egalitate, precum și men ținerea constant ă a refluxului, presupun îndeplinirea unor condi ții: ♦ căldurile latente molare de evaporare a celor doi com ponen ți sunt egale; ♦ pierderile de c ăldură, căldura de amestec și varia ția căldurilor sensibile în lungul coloanei sunt neglijabile. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 74 Cifra de reflux (R) reprezint ă raportul dintre frac ția de lichid returnat și distilat. Dac ă se noteaz ă cu M vn masa vaporilor ce urc ă și cu M Rn masa lichidului care coboar ă, pentru un taler cifra de reflux este raportul dintre masa vaporilor care ies și masa lichidului care intr ă pe taler: RMM MM MM MM DR Rnvn Rnvn Rnvn= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = =− + ++ 1 1 21 (4.72.) în care: M R este masa lichidului returnat de la condensator; M D – masa distilatului. Se observ ă că pe un taler intr ă și pleac ă dou ă fluxuri de lichide și vapori. Dac ă se presupune c ă cele dou ă faze în contact ajung la echilibru sub aspectul te mperaturii și concentra ției, acel taler sau treapt ă se nume ște taler teoretic de contact. Eficien ța au randamentul unui taler reprezint ă raportul între îmbog ățirea real ă a vaporilor pe un taler și îmbog ățirea teoretic ă, în condi ții de echilibru: 1*1 −− −−= n nn n y yy yη (4.73.) în care: yn și yn-1 sunt concentra țiile vaporilor în component u șor volatil, la intrarea și ieșirea de pe talerul n; * ny – concentra ția de echilibru a vaporilor la ie șirea din acela și lichid. În func ție de concentra țiile din faza lichid ă, randamentul talerului are forma: * 11 n nn n x xx x −−= ++η (4.74.) unde * nx este concentra ția fazei lichide în component u șor volatil, aflat ă în echilibru cu a fazei lichide (* ny). În practic ă exist ă amestecuri greu sau imposibil de separat prin meto dele de distilare obi șnuite, aici fiind incluse și amestecurile azeotropice. Ca urmare se folo ște un al treilea component cu rolul de a deplasa echilibrul lichid-vapori spre o direc ție favorabil ă separ ării. Se deosebesc dou ă metode de distilare: ► distilarea azeotrop ă, când prin ad ăugarea celui de-al treilea component se urm ărește formarea cu unul sau ambii componen ți azeotrop pozitiv , respectiv negativ; ► distilarea extractiv ă, când prin ad ăugarea celui de-al treilea component nu se formeaz ă azeotrop, dar se m ărește de câteva ori volatilitatea relativ ă. 4.7. Uscarea Uscarea este un proces de difuziune prin care, cu a jutorul energiei termice, este îndep ărtată apa din materialele solide sau lichide, prin evapo rarea umidit ății și îndep ărtarea vaporilor forma ți. În industria alimentar ă uscarea este folosit ă și ca o metod ă de conservare a produselor. Fiind un proces de transfer simultan de c ăldură și mas ă, uscarea este influen țată de factori ce țin de: ● materialul supus usc ării: debit, umiditatea ini țială și final ă, natura și forma de prezentare, sensibilitatea la temperatur ă; ● agentul de uscare: temperatură, umiditate relativ ă, presiune; ● opera ția de uscare: temperatura de uscare, durata usc ării, modul cum se realizeaz ă uscarea (continuu sau discontinuu). Un factor important referitor la materialul supus u scării îl constituie modul de legare a umidit ății cu materialul și care se poate împ ărți în trei categorii: legat ă chimic, legat ă fizico- chimic și legat ă mecanic. Apa legat ă chimic este cel mai puternic legat ă de material și nu poate fi îndep ărtată prin uscare, întrucât duce la distrugerea materialului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 75 Apa legat ă fizico-chimic reprezint ă apa legat ă osmotic și prin adsorb ție fizic ă. Apa legat ă mecanic este apa con ținută în capilarele materialului, în plus față de cea legat ă fizico-chimic și se datoreaz ă forțelor de adeziune la suprafa ța acestuia. De regul ă umiditatea materialului se prezint ă sub dou ă forme: liber ă și higroscopic ă. În primul caz viteza de evaporare a umidit ății libere este determinat ă de legea evapor ării de pe o suprafa ță liber ă. Umiditatea la care presiunea par țială de deasupra materialului uscat devine mai mic ă decât presiunea vaporilor satura ți la aceia și temperatur ă, se nume ște umiditate higroscopic ă. Fiind mult mai strâns legat ă de material, îndep ărtarea acesteia este mai dificil ă. Umiditatea de echilibru este umiditatea la care pr esiunea vaporilor deasupra materialului va fi egal ă cu presiunea vaporilor din aer. Materialele pot fi uscate numai pân ă când se atinge umiditatea de echilibru. Ca agen ți de uscare cel mai frecvent folosi ți în industria alimentar ă sunt aerul, gazele de ardere, aburul supraînc ălzit. Cel mai bun purt ător de c ăldură în procesul de uscare este aerul umed care, pe de o parte aduce c ăldura necesar ă evapor ării umidit ății din material, iar pe de alt ă parte preia și evacueaz ă umiditatea evaporat ă. 4.7.1. Statica procesului de uscare Statica usc ării este cea care stabile ște leg ătura dintre parametrii ini țiali și finali ai substan țelor ce intervin în procesul usc ării și care se determin ă din ecua țiile bilan țului de materiale și termic. Umiditatea gazului poate fi exprimat ă în dou ă moduri: ♦ umiditatea absolut ă (vρ), reprezint ă masa de vapori de ap ă dintr-un m3 de gaz, în kg/m3; ♦ umiditatea relativ ă (ϕ), reprezint ă raportul dintre masa vaporilor de ap ă conținuți într- un m3 de gaz umed și masa lor maxim ă (la satura ție) care poate fi con ținută în acela și volum, la aceia și presiune total ă și temperatur ă, sρ: 100⋅ = sv ρρϕ (4.75.) Pentru aerul umed cu volumul V, temperatura T și presiunea barometri- că p, conform legii lui Dalton se poate scrie: v ap pp + = (4.76.) în care: p a este presiunea par țială a aerului uscat; p v – presiunea par țială a vaporilor de ap ă conținuți în aerul umed. Dac ă pentru amestecul de vapori și gaze se aplic ă ecua ția de stare a gazelor ideale, se obține: sv v sv v pp TRpTRp= = 00ϕ (4 .77.) unde p s este presiunea de satura ție a vaporilor de ap ă. Con ținutul de umiditate al gazului reprezint ă masa vaporilor de lichid raportat ă la masa gazului uscat: av mmx= (4.78.) Întrucât componentele ocup ă acela și volum și au aceia și temperatur ă, ecua țiile de stare vor fi: ► pentru 1 kg aer uscat: 0TRVpa a= ; ► pentru x kg ap ă asociat ă: 0TRx V pv v ⋅= . Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 76 Va rezulta: ϕϕ ss vv a vv a ppp ppp pRpRx−=−= = 622, 0 622, 0 (4.79.) în care: R a este constanta gazului ideal pentru aer uscat rapo rtat la un kg; R v – constanta gazului ideal pentru vaporii de ap ă raportat la un kg. Dearece φ variaz ă între 0 și 1 (de la 0 la 100), con ținutul de umiditate va varia între zero și valoarea maxim ă corespunz ătoare satura ției: ss sppx−=1622, 0 (4. 80.) Când temperatura gazului atinge punctul de fierber e a lichidului ( ps=p și ∞=x ), evaporarea trece în fierberea lichidului. Gradul de satura ție(ψ) este raportul dintre con ținutul de umiditate a aerului x și cantitatea maxim ă de umezeal ă care poate exista în aerul umed la satura ție, la aceia și presiune și temperatur ă: vs ss s pppp pppp xx −−=−−= = ϕϕϕ ψ (4.81.) Se define ște entalpia gazului umed ca fiind suma entalpiei ga zului uscat și a vaporilor de apă care se g ăsesc în acesta. În practic ă se exprim ă cantitatea (1+x) de aer umed, compus dintr- un kg de aer uscat la care se adaug ă x kg de vapori de ap ă ce înso țesc acel kg de aer uscat: ( )Tcr x Tcx i iipv pa v a + + = += (4.82.) în care: ia este entalpia unui kg de aer uscat; i v – entalpia unui kg de vapori de ap ă supraînc ălziți la temperatura T; c pa – căldura specific ă a aerului, se consider ă constant ă și egal ă cu 1 kJ/kg·grd; c pv – căldura specific ă a vaporilor; c pv= 2kJ/kg·grd. Entalpia vaporilor se determin ă când vaporizarea are loc la 00C când c ăldura de vaporizare a apei este de 2500 kJ/kg. Cu specifica țiile de mai sus entalpia aerului umed se determin ă cu rela țiile: ( ) ( ) x T x iT xTi 2500 212 2500 + +=+ += (4. 83.) Se define ște temperatura termometrului umed sau temperatura l imitei de r ăcire a corpurilor umede, temperatura la care gazul umed, r ăcindu-se la o entalpie constant ă, devine saturat ( φ=1). Deoarece aerul umed este caracterizat prin trei va riabile independente (presiune, temperatur ă și con ținut în umiditate), prin eliminarea uneia dintre ac estea ( p=const .) se poate trasa o diagram ă de stare. Diagrama Mollier (i-x) sau diagrama de stare a aer ului umed reprezint ă varia ția entalpiei în func ție de umiditatea x, de temperatur ă și umiditatea relativ ă (ecua ția 4.83.). Construc ția diagramei este prezentat ă în figura 4.15. Pe axa Ox se noteaz ă valorile con ținutului de umiditate x. Liniile de umiditate const antă vor fi perpendiculare ce trec prin punctele de pe a bscis ă. Se duce perpendiculara AD și pe aceasta se ia lungimea AB=2500x. Se duce dreapta OB din origine. Se fixeaz ă punctul C la distan ța 2Tx și se duce dreapta OC, astfel c ă între OC și OB s ă fie reprezentat termenul (2500+2T)x. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 77 Fig. 4.15. Construc ția diagramei i-x Pe perpendiculara AD se fixeaz ă mărimea T, în care T=10, 20, 30, ….. 0C și dac ă se duc paralele la OC se ob țin izotermele care se intersecteaz ă cu abscisa în zona negativ ă. Izotermele sunt linii oblice cu panta 2T. Lungimea BD reprezint ă entalpia aerului umed la temperatura izotermei care trece prin punctul D, la un con ținut de umiditate corespunz ător abscisei x a punctului D. Întrucât entalpia vaporilor de ap ă crește cu temperatura, panta izotermelor se m ărește și ea cu temperatura. Liniile de entalpie constant ă sunt drepte echidistante, paralele cu dreapra OB. Pe diagrama i-x se traseaz ă și curbele umidit ății relative constante conform ecua ției (4.79.), astfel c ă se ob ține diagrama aerului umed (fig. 4.16.). Fig. 4.16. Diagrama i-x a aerului umed Diagrama i-x este utilizat ă și la determinarea temperaturii de rou ă (T r) și a temperaturii termometrului umed (T um). Din punctul A ce define ște starea aerului umed în diagram ă (fig. 4.17) se coboar ă pe linia x=const . și se duce linia i=const ., la intersec ția cu curba de satura ție (φ=100 ) se citesc izotermele ce trec prin acele puncte. Acestea repre zintă temperatura de rou ă, respectiv temperatura termometrului umed. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 78 Fig. 4.17. Determinarea grafic ă a temperaturii de rou ă și a tempe-raturii termometrului umed Bilan țul de materiale permite determinarea cantit ății de ap ă evaporat ă și a consumului de aer necesar pentru uscare. Pentru aceasta trebuie cunoscute umiditatea ini țială și final ă a materialului supus usc ării, cantitatea de material ce trebuie uscat ă, respectiv con ținutul în umiditate a aerului. Umiditatea materialului poate fi exprimat ă procentual raportat ă la cantitatea total ă (C m) sau raportat ă doar la substan ța uscat ă, prima variant ă fiind utilizat ă cu prec ădere în calculele practice. Bilan țul total de materiale la uscare se scrie sub forma: mf mi M W M + = (4.84.) în care: W reprezint ă cantitatea de ap ă evaporat ă iar indicii i și f fac referire la intrare, respectiv ieșire. Bilan țul par țial pentru substan ță uscat ă are forma: ( ) ( )mf mf mi mi C M C M − = − 100 100 (4.85.) Din rela țiile de mai sus se ob țin cantitatea de ap ă evaporat ă și cantitatea de material uscat: mfmi mi mf mfmf mi miCCM MCC CM W−−=−−=100100;100 (4.86.) Necesarul sau consumul de aer pentru uscare se ob ține din bilan țul umi- dității la intrarea și ieșirea din usc ător: 2 1100 100xMCM xMCMmamf mf mami mi + = + (4.87.) unde: M ma este debitul de aer; x 1 – con ținutul în umiditate a aerului la intrare; x 2 – con ținutul în umiditate a aerului la ie șire. Înlocuind pe M mf cu M mi din rela ția (4.86.) se ob ține pentru debitul de aer rela ția: 1 2 1 2100 x xW x xCC CM Mmfmf mi mi ma−=−−− = (4.88.) Consumul specific de aer reprezint ă cantitatea de aer necesar ă pentru îndep ărtarea unui kilogram de umiditate: 1 21 x x WMmma −= = (4.89. ) Pentru îndep ărtarea umidit ății dintr-un material se consum ă o mare cantitate de c ăldură. La întocmirea bilan țului termic se scrie egalitatea dintre c ăldurile intrate, respectiv cele ie șite din sistem, plecându-se de la schema de principiu din f igura 4.18. Aici materialul circul ă în contracurant cu aerul reducându- și umiditatea de la C mi la C mf. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 79 În sistem intr ă căldurile: ► căldura introdus ă de materialul umed Q Mi sub dou ă forme: c ăldura adus ă de materialul uscat și căldura adus ă de umiditatea eliminat ă din material; Fig. 4.18. Schema de calcul a bilan țului termic ► căldura adus ă de aerul necesar usc ării Q ai; ► căldura adus ă cu dispozitivul de transport Q ti; ► căldura dat ă de aerul din bateria de înc ălzire Q sb; ►căldura introdus ă de un calorifer dispus în usc ător Q ss; Din sistem ies c ăldurile: ♦ căldura ie șită cu materialul uscat Q Mf; ♦ căldura ie șită cu aerul Q af; ♦ căldura scoas ă de dispozitivul de transport Q tf; ♦ căldura pierdut ă în mediul înconjur ător Q sp. Se ob ține pentru bilan țul termic egalitatea: sp tf af Mf ss sb ti ai Mi Q Q Q Q Q Q Q Q Q + + + = + + + + (4.90.) Înlocuind fiecare termen cu expresiile lor se ob ține: ( ) sp f pt t ma f pf mfss sb ti pt t ma i pa i pf mi Q TcMiM TcMQ Q TcMiM TcWTcM + + + == + + + + ⋅+ 20 (4.91.) în care: M t este masa mijlocului de transport; c pa, cpf, cpt – căldurile specifice pentru ap ă, material uscat și mijloc de transport; T t – temperatura mijlocului de transport. Cantitatea de c ăldură necesar ă a fi introdus ă în sistem, în timpul opera ției de uscare va fi: ( ) ( ) ( ) i pa spti tf pt t ma i f pf mf ss sb s T Wc QT TcM ii M T TcM Q Q Q − ++ − + − + − = + =0 2 (4.92.) Consumul specific de c ăldură necesar pentru evaporarea unui kg de umiditate se obține împărțind rela ția de mai sus cu W: ( )i pa sp t ss sb s Tc qq ii m q q q − ++ − = + =0 2 (4.93.) Consumul specific în bateria de înc ălzire este: ( ) 0 20 1 0 1x xiiii m qsb−−= − = (4.93.) Cu indicele 0 se noteaz ă parametrii aerului la intrarea în bateria de înc ălzire, cu 1 parametrii aerului la intrarea în usc ător și cu 2 la ie șirea din uscător. Înlocuind pe q ss în rela ția (4.92.) se ajunge la forma: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 80 ∆ = −− − + =−− sp t m i pc ssiqq qTc qx xii 0 22 (4.94.) Termenul notat cu ∆ reprezint ă surplusul de c ăldură introdus în usc ător, toate c ăldurile fiind raportate la un kg de ap ă evaporat ă. Întrucât x2>x1 semnul lui ∆ este dat de diferen ța i2-i1. Dac ă ∆=0 (i1=i2) uscarea are loc f ără varia ția entalpiei aerului în usc ător, iar usc ătorul se nume ște ideal. Când 0≠∆ uscătorul este real și cel mai frecvent întâlnit este cazul când i2T 2 [K], se define ște fluxul de c ăldură transmis prin conduc ție Φcond exprimat prin: δλ2 1TTScond−⋅= Φ (6.10) în care λ este coeficientul de conductibilitate termic ă [W/m]. În acest caz densitatea de flux termic este: ) ( 2 1TT qcond − =δλ (6.11) Convecția termică reprezint ă transferul de c ăldură între un fluid în mi șcare și suprafa ța unui corp solid cu care vine în contact. Pentru un solid cu suprafa ța S, temperatura Ts la suprafa ța de contact și un fluid cu temperatura medie Tm T 2 , ca fiind: − ⋅⋅ = Φ4 24 110 12100 100T TSCerad (6.13) în care: 12e este coeficientul de emisie mutual între cele dou ă corpuri, în func ție de natura și modul de a șezare a suprafe țelor care schimb ă căldura; C0 –coeficientul de radia ție a corpului negru (C 0 =5,667 W/m2K4). De obicei în industria alimentar ă transferul de c ăldură dintre dou ă fluide se face printr-un perete desp ărțitor (fig.6.1). Fluxul termic în acest caz este dat de rela ția: 2 12 1 1 1) ( αλδ α++−=ΦTT S (6.14) în care 21,αα sunt coeficien ții de convec ție termic ă pe cele dou ă părți ale peretelui, iar S este suprafa ța peretelui omogen. Dacă se noteaz ă cu k numitorul rela ției (2.14) și se define ște ca fiind coeficientul global de transfer termic [ W/m2K], atunci fluxul de c ăldură devine: ) ( 2 1TTSk − ⋅=Φ (6.15) Procedeele de ob ținere a frigului au la baz ă procese care pot fi clasificate astfel: a) procese cu agent frigorific – în circuit deschis : cu ghea ță, cu amestecuri refrigerente, prin evaporarea ape i sau a altor lichide, prin vaporizarea unor lichide la satura ție; – în circuit închis prin vaporizarea unor lichide la saturație: în instala ții cu comprimare mecanic ă, în instala ții cu absorb ție, în instala ții cu ejectoare; b) procese f ără agent frigorific: prin fenomene termoelectric e, fenomene termomagnetice, fenomene termomagnetoelectrice. Fig. 2.1. Transferul de c ăldură între două fluide separate de un perete plan omogen Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 137 Ghea ța hidric ă și cea uscat ă (bioxid de carbon solid) produc temperaturi sc ăzute prin absorb ția căldurii latente de topire (la 00C), respectiv de sublimare (la -78,90C), ambele la presiunea atmosferic ă. Rezultate bune se ob țin atunci când este asigurat ă o suprafa ță de transfer de căldură cât mai mare, între agentul de r ăcire și produsele alimentare. Azotul lichid, bioxidul de carbon lichid și unii freoni lichizi sunt utiliza ți ca agen ți de răcire prin vaporizare în sistem deschis, la congelar ea unor produse alimentare prin imersie sau stropire, la r ăcirea containerelor, a vagoanelor și autovehiculelor frigorifice. Tehnologiile frigorifice din industria alimentar ă sunt deservite, aproape exclusiv, de instala ții frigorifice cu comprimare mecanic ă de vapori, a c ăror schem ă simplificat ă este prezentat ă în figura 6.2. Modul în care se face transportul c ăldurii de la produsul supus r ăcirii către mediul înconjur ător este ilustrat în figura 6.3. Fig. 2.2. Schema de principiu a instala ției frigorifice cu comprimare mecanic ă de vapori C ăldura cedat ă de produsul alimentar cald pΦ este preluat ă de c ătre aerul cu debitul aerD și transportat ă la vaporizator unde, este transferat ă agentului frigorific care se vaporizeaz ă (căldura schimbat ă la răcitorul de aer fiind r a−Φ ). Compresorul aspir ă vaporii, îi comprim ă și-i refuleaz ă în condensator unde c ăldura cΦ este transferat ă mediului de r ăcire a condensatorului. Fig. 2.3. Schema global ă simplificată a răcirii Procesul de refrigerare const ă în r ăcirea produselor pân ă la temperaturi apropiate de punctul de congelare, în cele mai multe cazuri refr igerarea fiind aplicat ă în scopul conserv ării propriu-zise a produselor alimentare. Ea poate fi u tilizat ă și în scopul asigur ării condi țiilor optime de desf ășurare a proceselor biochimice, necesare fabric ării unor produse sau poate constitui o faz ă preliminar ă de răcire în cazul tehnologiilor de congelare a produsel or alimentare. Opera țiile preliminare refriger ării propriu-zise difer ă semnificativ în func ție de natura produsului și constau în: sp ălare, sortare, calibrare, dezinfectare, tratamente de prevenire a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 138 bolilor fiziologice, sterilizare, ambalare, etc. Ac este opera ții sunt de o deosebit ă importan ță întrucât de corecta executare a lor depinde atât ca litatea produselor refrigerate, cât și mărimea duratei acceptabile de p ăstrare. Metodele și procedeele de refrigerare aplicate depind d e natura și caracteristicile fizice ale produsului, precum și de scopul urm ărit. Astfel, refrigerarea se poate realiza cu aer răcit, cu ap ă răcită, în vid, cu ghea ță de ap ă, în aparate cu perete desp ărțitor. Întrucât procesul de refrigerare este unul de tip nesta ționar, se accept ă drept criteriu de compara ție a intensit ății acestui proces viteza de r ăcire global ă, definit ă ca raportul dintre scăderea total ă a temperaturii medii a produsului și durata total ă a procesului de refrigerare. Durata procesului de refrigerare . Din punct de vedere matematic rezolvarea probleme i propag ării căldurii la r ăcirea unui produs alimentar, în regim nesta ționar, const ă în determinarea câmpurilor de temperatur ă și a cantit ăților de c ăldură transmise în timp, pentru orice punct al corpului supus r ăcirii. Dac ă se cunosc temperaturile ini țială și final ă a produsului, prin rezolvarea problemei propag ării căldurii se poate determina și durata procesului de r ăcire. S-au stabilit nomograme cu câmpurile de temp eratur ă și cantit ățile de c ăldură extrase de la corpul supus r ăcirii în func ție de doi invarian ți, Biot ( λδα⋅=aBi ) și Fourier (2δτ⋅=aFo ), în care a este coeficientul de difuzibilitate termic ă, aα este coeficientul de convec ție termic ă la suprafa ța produsului, iar δ este lungimea caracteristic ă. Exist ă de asemeni și relații simplificate de calcul a duratei proceselor de r ăcire. În cazul unui corp de dimensiuni mici, de mas ă m, suprafa ță exterioar ă S și căldură specific ă pc, pentru temperatura aerului at, durata procesului de r ăcire de la temperatura ini țială 0t la cea final ă ft, la care se presupune c ă nu exist ă un gradient de temperatur ă în interiorul corpului, va fi: f aa ap tttt Scm −−⋅⋅⋅ =0lnατ (6.16) Pentru corpuri de dimensiuni mai mari, la care exis tă un gradient important de temperatur ă în interiorul lor, se utilizeaz ă două metode de calcul: a) metoda lui Rutov – pentru un produs în form ă de plac ă cu grosimea 2δ [m], r ăcită cu aer pe ambele fe țe, durata de r ăcire se determin ă cu rela ția aa f aa a a tttt a αλδαλδ δαλδδ τ 3 , 14 , 2101, 0lg 4 , 292 , 0 2 0 ++ ⋅ +−−⋅ + ⋅ = (6.17) – pentru un produs de forma unui cilindru circular drept cu raza R [m], durata de r ăcire este: aa f aa a RR Ra ttttRRa αλαλ αλτ 85 , 285 , 2084, 0lg 85 , 2383, 0 2 0 ++ ⋅ +−−⋅ + ⋅ = (6.18) – pentru un produs de form ă sferic ă cu raza R, durata de r ăcire va fi aa f aa a RR Ra ttttRRa αλαλ αλτ 1 , 22 , 3073, 0lg 2 , 3223, 0 2 0 ++ ⋅ +−−⋅ + ⋅ = (6.19) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 139 în cele trei cazuri trebuie respectate restric țiile: a/ 25 , 02δ τ ⋅ > și aR o / 25 ,2⋅ >τ ; b) metoda duratei de înjum ătățire a diferen ței de temperatur ă; durata de înjum ătățire Z [h] a diferen ței de temperatur ă este timpul necesar ca diferen ța dintre temperatura ini țială a produsului 0t și temperatura at a aerului s ă se reduc ă la jumătate ( τ =0,69/Z). Cunoscând valoarea experimental ă a lui Z se calculeaz ă attt −=∆0 0 , ce corespunde momentului ini țial al răcirii oτ, se calculeaz ă duratele nτ ττ ,….,21 (figura 6.4): – se calculeaz ă diferen țele 2…. ,………21 0 1−∆=∆∆=∆n ntttt , calculul oprindu-se la acea valoare a lui n pentru care f a n t ttt ∆=−≤∆ ; Fig. 2.4. Diagrama de calcul a duratei de – se calculeaz ă pe intervalul ( )n n τ τ −−1 refrigerare durata procesului de r ăcire: ( ) 11 −−∆ − ∆∆−∆ − − = n nn f n n nt tt t τ τ ττ (6.20) Pierderile în greutate în procesul de r ăcire a unui produs alimentar depind de mai mul ți factori. Pentru o perioad ă de timp în care se poate admite c ă diferen țele dintre presiunea parțială a vaporilor de ap ă la suprafa ța produsului vpp și cea a vaporilor de ap ă din aer vap, precum și diferen ța dintre temperatura suprafe ței produsului spt și cea a aerului at , sunt constante, pierderile de mas ă ale unui produs se pot exprima prin rela ția: p a spva vpi Ct tp p m ∆ ⋅⋅−− =∆ (6.21) în care C este o constant ă, iar pi∆ diferen ța entalpiilor ini țială și final ă pentru intervalul de timp considerat. În cazul depozit ării produselor refrigerate pierderile de mas ă se calculeaz ă cu rela ția: ( ) τ β ∆⋅⋅ − ⋅=∆ S p p mva vp (6.22) unde S este suprafa ța exterioar ă a produsului, iar β este coeficientul de difuzie a vaporilor de ap ă la suprafa ța produsului. Refrigerarea cu aer r ăcit este cea mai r ăspândit ă metod ă, fiind pretabil ă la majoritatea produselor alimentare. Procesul de refrigerare se p oate desf ășura în mod continuu, semicontinuu sau discontinuu, principalii parametri ai aerului u tilizat fiind: – temperatura : este variabil ă în procesul de r ăcire (discontinuu și semicontinuu), având valori mai ridicate la începutul procesului și ajungând în final la valori cu 4 0C ……..10 0C mai scăzute decât temperatura produselor refrigerate, resp ectiv constant ă (procese continue), cu valori mult mai coborâte decât în cazul anterior; – viteza aerului: are o importan ță determinant ă în ceea ce prive ște durata procesului de răcire, din cercet ările efectuate rezultând c ă aceasta trebuie s ă creasc ă până la o valoare limit ă, peste care cre ște sensibil consumul de energie, iar distribu ția ei în spa țiul de refrigerare s ă fie uniform ă; – umiditatea aerului : influen țează pierderile în greutate a produselor supuse r ăcirii și de aceea se recomand ă ca umiditatea aerului s ă aibă valori cât mai ridicate. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 140 Refrigerarea cu ap ă răcită se realizeaz ă prin imersia produselor, prin stropire sau mixt, temperatura la care este r ăcită apa fiind cu câteva grade deasupra punctului de co ngelare. Pe lângă viteza mare de r ăcire, refrigerarea cu ap ă răcită mai prezint ă și avantajele evit ării pierderilor în greutate prin evaporare, spa ții tehnologice mai mici și în general o calitate mai bună a produselor r ăcite în raport cu refrigerarea cu aer r ăcit. Procedeele de r ăcire cu ap ă au la baz ă principiile schimb ătorilor de c ăldură și se împart în două grupe: – răcire în circuit deschis : se folose ște cu prec ădere la condensarea vaporilor sau la coborârea temperaturii diferitelor fluide; – răcirea cu apă în circuit închis : necesit ă la rândul s ău răcirea apei (care este recirculat ă) de către o alt ă sursă de frig. Refrigerarea cu ghea ță hidrică are la baz ă principiul absorb ției căldurii necesare topirii gheții, căldură care se preia de la produsele supuse r ăcirii. Întrucât durata procesului de r ăcire (transferul c ăldurii între produs și ghea ță) depinde în mare m ăsură de suprafa ța de schimb de căldură, este necesar ca dimensiunile buc ăților de ghea ță să fie cât mai mici. Ghea ța hidric ă natural ă sau artificial ă se folose ște atât la refrigerarea produselor alimentare vegetale, cât și la transportul acestora în mijloacele frigorifice (auto sau feroviare). Refrigerarea în vid se bazeaz ă pe efectul de r ăcire care se ob ține prin vaporizarea la presiuni sub cea atmosferic ă a unei anumite p ărți din apa con ținută în produs și a apei cu care este stropit în prealabil produsul. Tabelul 6.4 . Condițiile și durata de păstrare a legumelor refrigerate Produsul temperatura de păstrare, 0C umiditatea relativ ă a aerului, % durata de p ăstrare Ardei 7….10 85-90 8-10 zile Cartofi timpurii 3….4 85-90 3-4 s ăptămâni Cartofi de consum 4,5…10 88-93 4-8 luni Castrave ți 10…11 85-90 2 s ăptămâni Ceap ă -3…0 70-75 5-6 luni Ciuperci 0…1 85-90 3-7 zile Dovlecei 10…13 70-75 4-6 luni Fasole verde 2…7 85-90 10-15 zile Mazăre verde -0,5…0 85-90 1-3 s ăptămâni Morcovi 0…1 90 2 s ăptămâni Pătrunjel 0…1 85-90 1-2 luni Salat ă 0…1 90-95 1-3 s ăptămâni Sfecl ă 0…1 90-95 1-3 luni Tomate maturate 0…1 85-90 1-2 s ăptămâni Țelină 0…1 90-95 0,5-2 luni Usturoi -1,5-…0 70-75 6-8 luni Varz ă 0…1 85-90 2-6 luni Vinete 6…9 85-90 10-12 zile Refrigerarea în vid este aplicat ă în special la legumele frunzoase care prezint ă o suprafa ță specific ă mare, favorizând schimbul de c ăldură și mas ă. Refrigerarea în aparate schimb ătoare de căldură cu perete desp ărțitor este o metod ă utilizat ă la răcirea lichidelor. R ăcirea se realizeaz ă în schimb ătoare de c ăldură în care, de o parte a peretelui desp ărțitor circul ă un agent de r ăcire, iar de cealalt ă parte lichidul ce trebuie r ăcit. Ca agen ți de r ăcire se recomand ă aceia care, în cazul unor sc ăpări prin neetan șeități, să nu afecteze calitatea produsului r ăcit. Astfel de agen ți sunt apa, solu ția de ap ă-alcool, ș.a. În cazul utiliz ării apei se pot folosi scheme care cuprind în circuitu l apei și un acumulator de frig sub form ă de ghea ță. În tabelele 6.4 și 6.5 sunt prezentate condi țiile de depozitare și duratele de p ăstrare la principalele produse vegetale în stare refrigerat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 141 Tabelul 6.5 . Condițiile și durata de păstrare a fructelor refrigerate Produsul temperatura de păstrare, 0C umiditatea relativ ă a aerului, % durata de p ăstrare Caise -1…0 70 2-4 s ăptămâni Căpșuni 0 – 1-5 zile Cireșe -1…0 85-90 1-4 s ăptămâni Gutui 0…4 90 2-3 luni Mere 1…3 85-90 4-8 luni Pere -0,5…1 85-90 2-6 luni Nuci 5…7 70 1 an Pepene verde -1…1 85-90 2-3 s ăptămâni Pepene galben 0…1 85-90 5-7 s ăptămâni Piersici -1…1 85-90 1-4 s ăptămâni Prune -0,5…1 85-90 2-8 s ăptămâni Struguri -1…0 85-90 3-5 luni Vișine -1…0 85-90 1-4 s ăptămâni Procesul de congelare const ă în r ăcirea produselor alimentare pân ă la temperaturi inferioare punctului de solidificare a apei. Rezolv area ecua ției diferen țiale a propag ării căldurii în acest caz este mult mai dificil ă ca în cazul refriger ării, iar pentru calculul analitic al câmpurilor de temperaturi în produs, duratei proces ului și cantit ăților de c ăldură schimbate, apar dificult ăți semnificative. Procesul de congelare a unui produs alimentar poate fi separat în trei faze distincte (fig.6.5): -răcirea produsului de la temperatura ini țială it până la temperatura ct, la care începe procesul de congelare propriu-zis ă (solidificarea apei din produs); – congelarea produsului, când temperatura este ct=const. iar din produs se extrage căldura latent ă de congelare (solidificarea solu țiilor apoase din produs); – răcirea produsului de la temperatura de congelare ct la temperatura final ă ft. Pentru determinarea duratei procesului de congelare se admit unele ipoteze simplifica- toare, din integrarea ecua țiilor diferen țiale rezultând: a) în cazul unui flux de c ăldură unidirec țional – pentru un produs sub forma unei pl ăci de grosime h, densitate ρ, căldura latent ă de congelare cpl, coeficientul de convec ție termic ă α, coeficientul de conductibilitate termic ă λ și temperatura mediului de r ăcire mt, durata de congelare propriu-zis ă cτ va fi Fig. 6.5. Varia ția temperaturii unui produs în timpul procesului de congelare + ⋅−⋅ =λ αρ τ8 22h h ttl m ccp c (6.23) – pentru un produs în form ă de cilindru drept cu diametrul d, durata de congelare este Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 142 + ⋅−⋅ =λ αρ τ16 42d d ttl m ccp c (6.24) – pentru un produs de form ă sferic ă cu diametrul d, durata de congelare este: + ⋅−⋅ =λ αρ τ24 62d d ttl m ccp c (6.25) b) în cazul unui flux de c ăldură bidirec țional (pe dou ă direc ții perpendiculare), pentru un paralelipiped cu dimensiunile l, b și h, (l>b>h ), căldura fiind extras ă de pe dou ă fețe cu dimensiunile b l⋅ și dou ă fețe cu dimensiunile h l⋅, durata de congelare se determin ă cu rela ția ( )( ) −+ −−⋅++⋅⋅−⋅ =hbhb hb hb hbhb ttl m ccp c ln32 161 212 λ αρ τ (6.26) c) în cazul unui flux de c ăldură tridimensional durata de congelare are o expresie matematic ă complicat ă, un caz aparte fiind produsele de form ă cubic ă (l=b=h ) la care se ob ține forma: + ⋅ −⋅ = λ αρ τ 24 62h h ttl m ccp c (6.27) În timpul conserv ării prin congelare pierderile în greutate se datoresc în exclusivitate unor procese fizico-chimice. Pân ă la congelarea primelor straturi de produs pierderile se datoreaz ă evapor ării apei de la suprafa ța acestuia, în fazele de congelare, r ăcire la temperatura finală și depozitare, pierderile în greutate se produc prin sub limarea ghe ții de la suprafa ța produsului. Dintre factorii care afecteaz ă intensitatea procesului de pierdere în greutate, cei mai importan ți sunt: natura produsului, temperatura și umiditatea relativ ă a aerului, calitatea ambalajului produsului, viteza aerului la suprafa ța produsului. Pierderile în greutate cresc cu temperatura și viteza aerului, dar scad cu umiditatea acestuia. Procesul tehnologic de conservare prin congelare a pr oduselor alimentare de origine vegetal ă cuprinde o serie de opera ții, schemele tehnologice pentru legume și fructe fiind prezentate în figura 6.6. Înainte de a fi supuse procesului de congelare, produ sele alimentare vegetale se supun unor opera ții și tratamente specifice tipului de produs, metodei de congelar e și destina ției produsului. Materia prim ă destinat ă congel ării este supus ă unor opera ții de sp ălare, cur ățire, calibrare, divizare, tratamente antioxidante. De corectitudine a realiz ării acestor opera ții pregătitoare depinde calitatea produsului congelat. Op ărirea este o opera ție tehnologic ă indispensabil ă pentru unele specii vegetale, prin distrugerea complexelor enzimatice, reducerea microflorei d e la suprafa ța produsului, stabilizarea culorii, eliminarea gazelor din materia prim ă și men ținerea vitaminei C r ămasă după opărire. Tratamentele aplicate produselor vegetale vizeaz ă în special fenomenul de oxidare (brunificare), mai ales la fructele cur ățate. Blocarea activit ății enzimatice și reducerea oxid ării se realizeaz ă prin tratarea cu: clorur ă de sodiu, zah ăr, acizi alimentari (acid malic, acid ascorbic), bioxid de sulf. R ăcirea sau refrigerarea produselor ce urmeaz ă a fi congelate este important ă în păstrarea culorii acestora, putând fi privit ă și ca o opera ție preliminar ă. Congelarea unui produs alimentar este un proces de r ăcire în care se produc fenomene importante precum solidificarea unei p ărți a apei din produs, m ărirea volumului și a consisten ței produsului. Pentru a caracteriza un proces de congelare din punct de vedere al intensit ății răcirii, se alege drept criteriu viteza medie liniar ă de congelare, care are expresia: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 143 00 τδ=mw [cm/h ] (6.28) în care 0δ este distan ța cea mai mic ă dintre centrul termic (punctul cu temperatura cea mai ridicat ă la un moment dat) și suprafa ța produsului [ cm], 0τ este durata congel ării de la temperatura ini țială uniform ă de 0oC, pân ă la temperatura care se urm ărește a se ob ține în centrul termic [ h]. În raport cu aceast ă vitez ă medie liniar ă de congelare, metodele de congelare utilizate se pot clasifica astfel: congelare lent ă (mw≅0,2 cm/h), congelare rapid ă (mw=0,5 ….3 cm/h), congelare foarte rapid ă (mw=5 ….10 cm/h) și congelare ultrarapid ă (mw=10 ….100 cm/h). Ca și în cazul refriger ării, se deosebesc trei sisteme de congelare: cu func ționare discontinu ă, cu func ționare semicontinu ă și cu func ționare continu ă. Din punct de vedere al mediului și metodei de preluare a c ăldurii de la produse, congelarea se poate face cu aer răcit, prin contact direct cu agen ți intermediari sau frigorifici și prin contact cu suprafe țe metalice răcite. Fig. 6.6. Schema tehnologic ă de conservare prin congelare pentru: a-legume, b-f ructe . Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 144 Congelarea cu aer r ăcit este metoda cea mai r ăspândit ă prin faptul c ă majoritatea produselor alimentare se preteaz ă la acest tip de conservare. Aceast ă metod ă presupune existen ța unui spa țiu izolat termic, un r ăcitor de aer și un sistem de distribu ție a aerului r ăcit peste produse. Tabelul 6.6. Durata de păstrare a legumelor congelate la -18 oC Produsul durata de p ăstrare Ardei – neop ăriți – op ăriți 4-6 luni 8-10 luni Castrave ți 5-6 luni Cartofi 8-12 luni Ceap ă minim 12 luni Ciuperci – individual – în bloc cu solu ții acide și sosuri 4-6 luni 6-12 luni Dovlecei 7-8 luni Fasole verde – neop ărită – op ărită 4-5 luni 11-12 luni Mazăre verde 11-12 luni Morcov – neop ărit – op ărit 4-6 luni 10-12 luni Pătrunjel r ădăcină – neop ărit – op ărit 4-6 luni 6-10 luni Pătrunjel frunze 12-14 luni Spanac 16-18 luni Tomate 5-6 luni Țelină rădăcină 6-8 luni Țelină frunze 14-16 luni Varz ă albă și roșie 10-12 luni Vinete întregi sau divizate 10-12 luni Vinete salat ă 5-6 luni Tabelul 6.7 .Durata de păstrare a fructelor congelate la -18 oC Produsul Durata de p ăstrare Caise – individual – în sirop de zah ăr 4-6 luni 9-10 luni Cireșe – individual – în sirop de zah ăr 5-6 luni 9-10 luni Gutui – individual – în sirop de zah ăr 5-8 luni 8-11 luni Mere – individual – în sirop de zah ăr 3-5 luni 6-8 luni Pepene galben – divizat – în sirop de zah ăr 6-8 luni 10-12 luni Pepene verde în sirop de zah ăr 2-3 luni Pere – individual – în sirop de zah ăr 4-5 luni 9-10 luni Piersici – individual – în sirop de zah ăr 3-4 luni 6-8 luni Prune – individual – în sirop de zah ăr 5-6 luni 9-12 luni Struguri – individual – în sirop de zah ăr 4-8 luni 8-10 luni Vișine- individual – în sirop de zah ăr 7-8 luni 11-12 luni Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 145 Dacă se ține cont de starea produsului pe întreaga durat ă a congel ării, în raport cu suportul material pe care sunt a șezate, se deosebesc: sisteme de congelare cu pozi ție fixă a produselor și sisteme de congelare a produselor în strat fluidizat (răcirea se realizeaz ă prin insuflarea unui gaz pe la partea inferioar ă a unui suport material perforat, pe care se g ăsește produsul sub form ă de particule și care se fluidizeaz ă sub ac țiunea gazului). Congelarea prin contact cu agen ți intermediari ofer ă avantajul unor durate de congelare mai mici decât în cazul r ăcirii cu aer. Coeficien ții de convec ție termic ă la suprafa ța produselor supuse congel ării sunt de cel pu țin 10 ori mai mari decât la r ăcirea cu aer. Congelarea prin contact cu agen ți criogenici const ă în absorb ția căldurii latente de vaporizare, la presiune atmosferic ă, a unor agen ți frigorifici, dar și a căldurii sensibile, m ărindu- și temperatura pân ă la un nivel apropiat celei la care se congeleaz ă produsul alimentar. Agen ții criogenici nu trebuie s ă fie toxici, inflamabili sau explozibili, cei mai utiliza ți în practic ă fiind azotul lichid, bioxidul de carbon lichid și unii freoni lichizi. Congelarea prin contact cu suprafe țe metalice răcite const ă în preluarea c ăldurii de la produs prin transfer direct de c ătre suprafa ța răcită (cu agent frigorific care vaporizeaz ă sau cu un agent intermediar), transferul acesteia realizându-se d e cele mai multe ori prin conduc ție, fapt care constituie un avantaj energetic în raport cu convec ția for țată în aer r ăcit. În tabelele 2.6 și 2.7 sunt prezentate duratele de p ăstrare și depozitare la principalele sortimente de legume și fructe congelate. Procesul de liofilizare sau criodesicare const ă în eliminarea apei dintr-un produs congelat, prin sublimarea ei în vid (trecerea apei direct d in stare solid ă în stare de vapori). Comparativ cu alte procedee de uscare, liofilizarea realizea ză o mai bun ă conservare a calit ăților produsului proasp ăt, capacitate mare de rehidratare și temperaturi sc ăzute pentru depozitare și transport, dar consumurile energetice sunt net superio are. În ansamblul ei tehnologia de liofilizare cuprinde urm ătoarele opera ții: tratamente preliminare, congelare, sublimarea (uscarea primar ă), uscarea secundar ă, condi ționarea, ambalarea, depozitarea. Tratamentele preliminare sunt caracteristice fiec ărui produs, dintre acestea pot fi amintite cele de natur ă mecanic ă (cur ățire, t ăiere, m ărunțire, sortare), de natur ă fizic ă (concentrarea produselor lichide) și de natur ă chimic ă (adaosul unor substan țe de gust și arom ă, substan țe care favorizeaz ă procesul de liofilizare, substan țe cu rol de protec ție la ac țiunea microorganismelor). Congelarea influen țează desf ășurarea fazelor urm ătoare ale liofiliz ării produsului. Este recomandat ă o congelare rapid ă, cu formarea de cristale de ghea ță de dimensiuni mici și uniform repartizate în masa produsului. Temperaturile finale de c ongelare trebuie s ă fie de –40 0C ……..-60 0C, astfel încât toat ă apa din produs s ă fie solidificat ă. Uscarea primar ă const ă în deshidratarea produsului (eventual m ărunțit dup ă congelare) prin sublimarea apei. Acest fenomen determin ă o sc ădere a temperaturii produsului cu 2…….15 0C sau chiar mai mult, fiind urmat ă de o umezire superficial ă a acestuia. Uscarea primar ă este considerat ă ca fiind terminat ă atunci când întreaga mas ă de ap ă cristalizat ă din produs a sublimat. Vaporii de ap ă care rezult ă în urma sublim ării ghe ții sunt dirija ți spre un schimb ător de căldură răcit, pe a c ărui suprafa ță se face condensarea lor. Uscarea secundar ă (desorbția) este faza în care are loc îndep ărtarea apei r ămasă în produs dup ă terminarea sublim ării. Întrucât nu poate fi eliminat ă complet apa din produs, opera ția de desorb ție se opre ște atunci când con ținutul în ap ă al acestuia a sc ăzut sub valoarea umidit ății reziduale acceptat ă (se stabile ște experimental și depinde de natura produsului, modul de ambalare, durata de depozitare, etc.). Temperatura în timpul usc ării este cuprins ă între 20….60 0C, iar durata usc ării secundare este cuprins ă între 1..6 ore. Dup ă terminarea fazei de uscare se face presurizarea incin tei de uscare, cu gaz neutru, de la presiunea sc ăzută pân ă la o presiune pu țin mai mare decât cea atmosferic ă. Se evit ă astfel contactul imediat al produselor cu aerul exterior, gazul neutru asigurând și o bun ă protec ție a acestora în timpul manipul ărilor și depozit ării. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 146 Condiționarea și ambalarea produselor liofilizate . În vederea omogeniz ării umidit ății reziduale, produsele liofilizate trebuie depozitate timp de 2…3 zile în containere vacuumate. Condi ționarea se face în vederea elimin ării sau reducerii totale a cauzelor care determin ă modific ări în calitatea produselor pe perioada depozit ării și transportului lor. Ambalarea produselor liofilizate se face de regul ă sub vid sau în atmosfer ă de gaz inert (azot sau bioxid de carbon și aer uscat cu o umiditate relativ ă de 10….20 %), în ambalaje perfect etanșe, impermeabile la gaze, arome, vapori de ap ă, grăsimi. Depozitarea produselor liofilizate se face la temperaturi variind între 0…..30 0C, în funcție de natura produsului, prin sc ăderea temperaturii de depozitare putându-se m ări considerabil durata de p ăstrare. 6.2. Tehnologia de conservare prin uscarea și deshidratarea a legumelor și fructelor Uscarea sau deshidratarea este procedeul tehnologic prin care din legumele și fructele considerate ca materie prim ă, se îndep ărteaz ă o anumit ă cantitate de ap ă cu ajutorul c ăldurii, în urma c ăreia se realizeaz ă atât o stare fizico-chimic ă propice men ținerii valorilor lor nutritive, cât și condi ții defavorabile activit ății microorganismelor Dac ă la eliminarea apei se folose ște energia solar ă avem de a face cu un proces de uscare, iar dac ă pentru ob ținerea energiei termice se folose ște un combustibil sau alt ă sursă de energie, procesul se nume ște deshidratare. Mi șcarea apei în materia prim ă supus ă deshidrat ării este condi ționat ă de formele în care se găsește în produse (ap ă liber ă, apă legat ă coloidal și apă legat ă chimic). Pe parcursul procesului, eliminarea apei din produse se realizeaz ă prin difuzie care poate fi: extern ă (se datore ște evapor ării apei de pe suprafa ța produsului) și intern ă (reprezint ă fenomenul de deplasare a apei din interiorul produsului c ătre suprafa ță). În procesul de deshidratare o importan ță deosebit ă o are raportul dintre difuzia intern ă și cea extern ă. O vitez ă de difuzie extern ă mare și una de difuzie intern ă mică determin ă uscarea suprafe ței produsului, provocând apari ția fenomenului de scorojire. Aceasta va îngreuna desfășurarea în continuare a procesului, provocând în anumite condi ții rupturi la suprafa ța produsului, cu pierderi importante de suc celular. Procesul de deshidratare se desf ășoară în trei faze succesive (fig.6.7) astfel: – etapa I corespunz ătoare curbei 1-2; produsul se înc ălzește și doar o parte din căldură este folosit ă la evaporarea apei; – etapa a II-a corespunz ătoare curbei 2-3; viteza de deshidratare este constant ă, având loc eliminarea apei din produs; etapa dureaz ă pân ă când nu se mai produce difuzia intern ă; – etapa III-a corespunz ătoare curbei 3-5; pe zona 3-4 se elimin ă o parte din apa coloidal ă, iar pe zona 4-5 se elimin ă o parte din apa de absorb ție. Viteza de deshidratare este cu atât mai mare cu cât temperatura este mai ridicat ă, rezisten ța la difuziune și grosimea produsului sunt mai mici, raportul dintre suprafa ța produsului și con ținutul s ău de ap ă este mai mare și viteza de mi șcare a aerului cald este mai mare. Umiditatea relativ ă a aerului are o influen ță considerabil ă asupra vitezei de deshidratare. Cre șterea umidit ății relative a aerului reduce capacitatea acestuia d e a absorbi vaporii de ap ă din produs, încetinind evaporarea, în timp ce o umidita te relativ ă scăzută determin ă o eliminare for țată a apei din produs, cu rupturi ale membranelor celulare. Randamentul teoretic al procesului de deshidratare se sta bilește cu rela ția: Fig. 6.7. Varia ția umidității produsului în funcție de viteza de deshidratare Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 147 %100100100⋅−−= fitaaη (6.29) în care faia, sunt con ținuturile ini țial și final de ap ă ale produsului. Schema tehnologic ă a procesului de deshidratare a legumelor și fructelor cuprinde mai multe opera ții (fig. 6.8). Materiile prime, corespunz ătoare din punct de vedere calitativ, se p ăstreaz ă o perioad ă de timp urm ărindu-se definitivarea matur ării sau men ținerea calit ăților, prin asigurarea condi țiilor de temperatur ă și umiditate cerute de produse. Supuse unor opera ții de sortare, calibrare, spălare, materiile prime sunt prelucrate astfel încât s ă fie eliminate p ărțile anatomice necomestibile și cele care împiedic ă eliminarea apei. Op ărirea și sulfitarea sunt tratamente care se aplic ă atât legumelor și fructelor întregi, cât și celor sec ționate, prin aceasta urm ărindu-se reducerea activit ății microorganismelor și a proceselor de oxidare care afecteaz ă negativ calitatea lor. Opera ția de baz ă, deshidratarea, se poate realiza folosind mai multe metode și anume: – deshidratarea în vid : apa este evaporat ă la temperatura de 45 0C, procedeul fiind utilizat la produsele vegetale sensibile la c ăldură; – deshidratarea prin sublimare : se aplic ă la produsele vegetale congelate în absen ța oxigenului, condi ții care nu permit desf ășurarea reacțiilor de oxidare; – dehidrocongelarea : se realizeaz ă, într-o prim ă fază, deshidratarea par țială a produsului până la o umiditate de cca 50 % , dup ă care sunt congelate; – dehidroconservarea : în prima faz ă produsele vegetale sunt deshidratate pân ă la jumătate din greutatea lor, în faza a doua acestea sunt introduse în ambalaje ermetice și supuse procesului de sterilizare; – deshidratarea cu radia ții infraroșii: produsele vegetale sunt înc ălzite, prin conduc ție sau convec ție, cu radia ția pe care o emite un corp cald de la suprafa ța sa, în mediul în care se produce deshidratarea; – deshidratarea în strat de spum ă: este o metod ă aplicat ă la produsele sub form ă de paste în care se introduce un stabilizator, spuma astfel obținută se deshidrateaz ă și prin măcinare rezult ă o pulbere cu capacitate de rehidratare mare; – deshidratarea prin pulverizare : se aplic ă în special la produsele sub form ă de paste și lichide, constând în reducerea aproape instantanee a umi dității pân ă la 6 %, urmat ă de m ăcinare, cernere și ambalare a produsului ob ținut. Legumele și fructele deshidratate sunt p ăstrate în ambalaje speciale, caracteristice fiecărui produs, în spa ții bine aerate, la temperatura de 15-18 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 70-75 %. În tabelele 6.8 și 6.9 sunt prezentate limitele de varia ție ale celor mai importante componente din S.U. în grame raportate la 100 g substan ță deshidratat ă, pentru principalele specii de legume și fructe. Fig. 6.8. Schema tehnologic ă a procesului de deshidratare a legumelor și fructelor Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 148 Tabelul 6.8. Limitele de varia ție a componentelor din S.U. la unele specii de legu me Specia zah ăr total, g protide, g amidon, g cenu șă, g alcalinitate cenu șă, ml NaOH n/10 Cartofi 0,50-4,16 2,06-2,38 15,1-23,1 0,94-1,14 5,2 6-6,30 Ceap ă 5,52-10,5 1,3-1,59 0,35-1,59 0,49-0,60 3,29-3,37 Morcovi 6,85-8,70 0,99-2,20 1,32-1,40 1,23-1,25 2,0 4-2,28 Roșii 2,17-3,98 0,90-1,03 0,10-0,46 0,42-0,53 1,61-1,7 3 Varz ă 1,49-5,57 1,17-1,36 0,74-4,20 0,64-0,78 2,13-2,23 Tabelul 6.9. Limitele de varia ție a componentelor din S.U. la unele specii de fruc te Specia zah ăr total, g aciditate total ă în acid malic, g protide, g cenu șă, g alcalinitate cenu șă, ml NaOH n/10 Caise 8,40-13,66 0,56-1,67 0,73-1,34 0,28-0,83 3,6- 9,88 Mere 7,98-14,90 0,16-1,14 0,18-0,64 0,10-0,37 1,26- 5,63 Pere 9,26-14,15 0,10-0,54 0,24-0,58 0,14-0,50 1,70- 4,69 Piersici 5,35-11,36 0,28-1,23 0,39-1,20 0,30-0,65 3 ,26-6,67 Prune 9,97-14,15 0,33-1,90 0,24-0,98 0,25-0,59 3,2 1-8,53 Produsele deshidratate se deosebesc de materia prim ă prin concentra ția substan ței uscate (determin ă scăderea volumului, cre șterea masei volumetrice, cre șterea valorii energo-plastice), modificarea raportului între principalele elemente compon ente ale substan ței uscate, sc ăderea cantitativ ă a unora, cre șterea altora, dispari ția par țială sau total ă a unor componente și apari ția altora. În timpul p ăstrării produselor deshidratate pot s ă apar ă următoare modific ări importante: – decolorarea: desverzire (spanac, verde țuri, fasole p ăstăi, maz ăre boabe), brunificare (mere, pere, caise, gutui, piersici, cartofi), îng ălbenire (ceap ă, varz ă, pătrunjel r ădăcină, păstârnac, țelină), alb-rozare (ceap ă, varz ă); – zaharisire, mai ales la fructe întregi și tăiate. 6.3. Tehnologia de fabricare a semiconservelor din legume și fructe Pentru a asigura conservarea unor produse vegetale pr in împiedicarea fenomenelor de alterare, se apeleaz ă la substan țe chimice cu ac țiune bactericid ă, dar care nu afecteaz ă starea de sănătate a omului. Aceste substan țe distrug și opresc dezvoltarea sporilor microorganismelor, fiind cunoscute sub denumirea de conservan ți alimentari. Dintre substan țele antiseptice se folosesc bioxidul de sulf, benzoatul de sodiu și acidul formic, deoarece prin fierbere acestea se elimin ă și dispar din produsul finit. Durata de p ăstrare a produselor conservate cu substan țe antiseptice depinde de concentra ția solu țiilor ad ăugate și condi țiile de p ăstrare. Prepararea pulpelor de fructe . Pulpele de fructe, fierte sau nefierte, sunt produse ob ținute prin prelucrarea mecanic ă sau termic ă a fructelor, întregi sau t ăiate în buc ăți (jum ătăți sau sferturi). Schema tehnologic ă de preg ătire a pulpelor de fructe cuprinde urm ătoarele opera ții: sortare, sp ălare, t ăiere și conservare. Sortarea are ca scop înl ăturarea corpurilor str ăine, a fructelor nematurate, muceg ăite sau necorespunz ătoare din punct de vedere calitativ, opera ția executându-se de obicei manual. Fructele sunt sp ălate, opera ție obligatorie prin care se elimin ă toate impurit ățile. T ăierea se aplic ă la fructele semin țoase, când acestea sunt prea mari, se îndep ărteaz ă pedunculii și se scot în mod facultativ sâmburii. Pulpa astfel preg ătită se introduce în butoaie (din stejar, gorun sau fag, par afinate la interior), bazine sau rezervoare (din beton armat sau c ărămidă, cu strat protector de parafin ă) sau în bidoane mari metalice, închise ermetic, peste aceasta fiin d turnat lichidul conservant care trebuie s ă acopere bine fructele. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 149 Ca antiseptic, bioxidul de sulf se recomand ă pentru toate speciile de fructe, în cazul fructelor moi, pentru înt ărirea texturii ad ăugându-se și bisulfit de calciu. Indiferent de conservantul utilizat, diluarea se face astfel ca solu ția ce se adaug ă la produsul supus conserv ării să nu dep ășească 10 % din cantitatea sa. Dup ă introducerea conservantului butoaiele se înfund ă și se depoziteaz ă în spa ții răcite sau depozite obi șnuite, iar bazinele se etan șează bine, pentru a evita orice contact cu aerul atmosferic. Pulpele de fructe pot fi supuse și unei conserv ări prin sterilizare, fapt care impune, pe lângă opera țiile prezentate și fierberea cu adaos de 10-15 % ap ă, urmat ă de introducerea în recipiente și sterilizarea sau autosterilizarea lor. Singura pulp ă de legume este cea din tomate, pentru ob ținerea c ăreia se aplic ă aceia și schem ă tehnologic ă, ca și în cazul fructelor. Prepararea marcurilor de fructe . Marcurile sunt produse ob ținute din fructe pe baza unor prelucr ări mecanice și termice (mai rar crude), partea necomestibil ă fiind îndep ărtată în urma trecerii lor printr-o pasatrice (sit ă). În general, toate etapele fluxului tehnologic sunt înglo bate în cadrul unei linii automate ce func ționeaz ă în flux vertical. Întrucât marcurile sunt pulpe de fructe fierte și pasate, primele opera ții din fluxul tehnologic sunt identice. Dup ă spălare și tăiere, pulpa fructelor tari este înc ălzită și trecut ă printr- o pasatrice, opera ție prin care se îndep ărteaz ă sâmburii și părțile necomestibile, rezultând marcul propriu-zis. Pentru a- și păstra mai bine aroma, fructele moi nu se înc ălzesc, ele strecurându-se în stare crud ă. Marcul r ăcit este amestecat cu conservantul (bioxid de sulf sau benz oat de sodiu) și după tratamentul cu substan țe antiseptice este pus în butoaie sau bazine de p ăstrare, prev ăzute la interior cu o pelicul ă de lac rezistent la ac țiunea acizilor. Acidul lactic, acidul acetic, clorura de sodiu și zah ărul, în anumite propor ții și concentra ții, pot juca rolul de substan țe antiseptice, împiedicând alterarea unor preparate ob ținute din legume și fructe. Produse fermentate lactic (acidificare natural ă). Au la baz ă procesul de fermenta ție lactic ă, astfel c ă în urma ac țiunii bacteriilor lactice asupra zah ărului din legume, în solu ție de clorur ă de sodiu, se ob ține ca produs determinant acidul lactic. Fig. 6.9. Schema tehnologic ă de obținere a produselor fermentate lactic Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 150 În concentra ții de 3-12 %, clorura de sodiu poate extrage apa și substan țele solubile din vacuolele celulelor, asigurând astfel mediul favorabil c reșterii și dezvolt ării bacteriilor lactice. Prin acoperirea legumelor cu solu ție de sare se creeaz ă un mediu anaerob, favorabil doar fermenta ției lactice. Schema tehnologic ă de ob ținere a produselor fermentate lactic (varz ă, castrave ți, gogonele, mur ături asortate) este prezentat ă în fig.6.9. Opera ția cea mai important ă este fermentarea acido-lactic ă și care se desf ășoară în trei etape: – etapa preliminar ă în care bacteriile heterofermentative (Streptococcus, Bacter ium coli, etc.) transform ă o parte din zaharuri în acid lactic, acid acetic, alco ol etilic și bioxid de carbon; durata acestei etape depinde de temperatura de fermentar e și natura produsului; – etapa ferment ării propriu-zise în care procesul de fermentare este continuat de c ătre bacteriile homofermentative (Lactobacillus plantarum, La ctobacillus cucumeris), care produc numai acid lactic; aciditatea cre ște pân ă la 2 % iar pH-ul are valori între 3,5-4,3; – etapa ferment ării finale când fermentarea este continuat ă de bacterii precum Lactobacillus brevis și Lactobacillus pentoaceticum, care transform ă ultimele cantit ăți de zah ăr în acid lactic și produ și secundari, realizând în final o concentra ție de 2,5 % în acid lactic. Fermentarea și păstrarea produselor se face în bazine de ciment acoperite cu lac antiacid, căzi și butoaie de lemn sau material plastic, în care, pentru î mbun ătățirea însu șirilor organoleptice, se adaug ă condimente (tulpini de m ărar, cimbru, r ădăcini de hrean, usturoi, frunze de țelină și vișin, etc.) În scopul omogeniz ării concentra ției de clorur ă de sodiu și acid lactic, periodic se efectueaz ă pritocul. Produse acidificate artificial . Folosirea acidului acetic sau o țetul și a clorurii de sodiu, în soluții cu anumite concentra ții, determin ă o ac țiune antiseptic ă, iar prin ad ăugarea de condimente legumele astfel conservate cap ătă un gust picant și plăcut. O țetul folosit la conservarea legumelor este ob ținut din vin sau pe cale industrial ă. Legumele conservate prin acidificare artificial ă se mai numesc produse marinate, fiind pregătite dup ă tehnica produselor acidificate natural, deosebirea cons tând în aceea c ă drept conservant se folose ște oțet, concentra ția final ă în acid acetic fiind de 2-3 %, sare pân ă la concentra ția de 2-3 % și uneori zah ăr pân ă la 2-5 %. Pentru a imprima gust și arom ă legumelor conservate, o țetul se condimenteaz ă cu piper, muștar, frunze de dafin, cui șoare, tarhon, m ărar, etc. Dintre legumele care se conserv ă prin aceast ă metod ă se pot aminti: castrave ți, ardei din soiul Kapia, gogo șari, țelină, fasole verde, ardei. Produse conservate prin s ărare și suprasărare. Substan ță higroscopic ă, clorura de sodiu are capacitatea de a scoate apa din țesuturile legumelor prin fenomenul de osmoz ă. Prin cre șterea presiunii osmotice se produce deshidratarea par țială a celulelor (plasmoliza), fapt care împiedic ă desfășurarea normal ă a activit ății bacteriilor, mucegaiurilor sau drojdiilor. Legumele recoltate la maturitate sunt sortate, cur ățate, sp ălate și introduse în butoaie peste care se adaug ă sare, în stare solid ă sau solu ții în concentra ții de pân ă la 30 %. Supras ărarea se aplic ă la conservarea unor legume precum țelina, morcovul, conopida, varza de Bruxelles, fasole verde, ceapa, tomate, ardei, sparanghel. 6.4. Tehnologia fabric ării conservelor vegetale prin termosterilizare Termosterilizarea constituie un procedeu de conservare bazat pe inactivarea prin tratament termic, a microorganismelor din produsele de o rigine vegetal ă. Nivelul ridicat al temperaturii ac ționeaz ă asupra microorganismelor dup ă un mecanism înc ă neelucidat în totalitate. Au fost puse în eviden ță procese de denaturare a proteinelor, de inactivare a en zimelor, un dezechilibru al proceselor vitale, etc. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 151 Pentru reducerea popula ției microbiene pân ă la anumite nivele sau pentru distrugerea ei, produsele alimentare sunt supuse la tratamente termice precum pasteurizare sau sterilizare, procese asupra c ărora ac ționeaz ă mai mul ți factori. Durata și nivelul temperaturii reprezint ă criterii fundamentale și care condi ționeaz ă distrugerea sau inactivarea sporilor patogeni termorezisten ți. Inactivarea sporilor de Clostridium botulinum (cei mai rezisten ți la temperaturi ridicate și capabili s ă se dezvolte în condi țiile anaerobe din conserve), constituie criteriul etalon asupr a eficacit ății unui regim termosterilizant. S-a definit timpul de distrugere termic ă (TDT) ca fiind timpul necesar pentru distrugerea complet ă a microorganismelor dintr-o suspensie, la o anumit ă temperatur ă. Aciditatea mediului influen țează termorezisten ța microorganismelor, constatându-se experimental c ă nivelul temperaturilor necesare conserv ării cre ște cu pH-ul produselor. Num ărul de microorganisme din produsul vegetal ce urmeaz ă a fi tratat termic are o influen ță semnificativ ă asupra regimului termic, o metod ă simpl ă de reducere a lor fiind sp ălarea produsului. Prezen ța enzimelor în produse determin ă regimul termic, constatându-se c ă folosirea unor temperaturi ridicate pe o perioad ă scurt ă de timp realizeaz ă o inactivare mai lent ă a enzimelor, comparativ cu microorganismele. Termopenetra ția. De modul în care se transmite c ăldura spre zona cel mai greu accesibil ă pentru atingerea temperaturii de inactivare, depinde reu șita tratamentului termic. Cei mai importan ți factori ce influen țează transferul de c ăldură sunt: conductibilitatea termic ă a produsului și a ambalajului, regimul termic aplicat, temperatura ini țială a produsului, agitarea recipientului în timpul înc ălzirii. Presiunea osmotic ă a lichidului din capilarele mediului are o importan ță deosebit ă asupra dezvolt ării microorganismelor, care este diminuat ă pe m ăsură ce presiunea cre ște. Aceast ă influen ță este exprimat ă prin gradul higrometric al produsului, definit ca raportul dintre presiunea vaporilor de ap ă din produs și presiunea vaporilor de ap ă din atmosfer ă la satura ție și la aceia și temperatur ă. Prin pasteurizare se urm ărește distrugerea formelor vegetative ale microorganismelor, fără afectarea integral ă a sporilor. Produsele sunt înc ălzite la temperaturi inferioare punctului de fierbere al apei (50-95 0C), men ținute o perioad ă de timp, dup ă care sunt r ăcite la temperatura următoarei opera ții din fluxul tehnologic sau la cea de p ăstrare. Pasteurizarea se poate aplica atât la produsele nea mbalate (sub form ă de vrac, lichide sau paste), cât și la produsele ambalate, caz în care se folosesc ambala je din materiale metalice, sticlă, materiale plastice. Fig. 6.10. Schema tehnologic ă a pasteurizării produselor neambalate Opera ția de pasteurizare a produselor neambalate se realizeaz ă în general prin intermediul unui schimb ător de c ăldură cu pl ăci (fig. 6.10), având urm ătoarele zone: – I și II sunt zonele de preînc ălzire a produsului nepasteurizat nP, de la temperatura inițială la cca 60 0C, prin r ăcirea produsului pasteurizat pP; – III este zona de înc ălzire la temperatura de pasteurizare (75-95 0C), cu ajutorul aburului; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 152 – IV este zona de men ținere a produsului la temperatura de pasteurizare; – V și VI sunt zonele de prer ăcire și răcire final ă, folosind un agent frigorific. Regimul termic corespunz ător fiec ărei zone se alege în func ție de caracteristicile produsului alimentar ce urmeaz ă a fi supus pasteuriz ării. În cazul produselor ambalate, instala ția de pasteurizare cel mai des utilizat ă este cea de tip tunel (fig. 6.11). Aceasta este prev ăzută cu 5-7 trepte în care se poate realiza regimul termic, pentru toate tipurile de ambalaje în care se afl ă produsele. Astfel dac ă la produsele Fig. 6.11. Schema tehnologic ă a pasteurizării produselor ambalate ambalate în cutii metalice înc ălzirea și răcirea se face într-o singur ă fază, la ambalajele din sticl ă acestea se fac treptat, pentru a se evita șocul termic. Pe zona I are loc înc ălzirea produsului ambalat pân ă la cca 60 0C, dup ă care banda transportoare aduce produsul în zona II, aici realizându-s e înc ălzirea și men ținerea produsului la temperatura de pasteurizare. În zonele III, IV și V se face r ăcirea în trepte a produsului, corespunz ător tipului de ambalaj. Ca agent de înc ălzire și răcire a produselor ambalate se folose ște apa la diferite temperaturi, iar pentru atingerea temperaturii de pasteurizare se folose ște abur sau un schimb ător de c ăldură. Cei mai importan ți factori ai pasteuriz ării sunt durata în timp τ și temperatura de pasteurizare pt, a căror dependen ță este dat ă de rela ția: pt b a ⋅−=τln (6.30) în care: a este coeficient de stabilitate la temperatur ă a microorganismelor; b – coeficient de stabilitate la temperatur ă a mediului în care se afl ă microorganismele. Cei doi coeficien ți se determin ă pe cale experimental ă, în condi țiile distrugerii complete a microflorei patogene, dar și a evit ării producerii unor modific ări fizico-chimice din produs, provocate de temperatur ă. Aprecierea ca efect a opera ției de pasteurizare se poate face folosind criteriul Past eur (Pa), definit prin rela ția: ∫⋅ = θτd Pa1 (6.31) unde θ este durata, în secunde, a ac țiunii termice (când θ=τ pasteurizarea este complet ă). Ecua ția (2.30) presupune faptul c ă produsul a fost adus instantaneu la temperatura de pasteurizare. În realitate efectul termic începe din perioada de înc ălzire, odat ă cu dep ășirea temperaturii minime cu ac țiune letal ă (cca 60 0C), continu ă în perioada de men ținere și răcire, până la aceia și temperatur ă minim ă. Efectul bactericid al aparatelor universale de pasteuriza re se determin ă cu rela ția: 13 2 1 ≥ = + + Pa Pa Pa Pa (6.32) în care 1Paeste criteriul Pasteur pentru zona de înc ălzire a produsului; 2Pa- criteriul Pasteur pentru zona de men ținere a temperaturii produsului; 3Pa- criteriul Pasteur pentru zona de r ăcire a produsului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 153 Durata de men ținere a produsului la temperatura de pasteurizare este dat ă de rela ția: wlmm=θ (6.33.) unde ml este lungimea zonei de men ținere, în m; w – viteza produsului în acest ă zonă, în m/s. În raport cu temperatura și durata de men ținere la temperatura de pasteurizare, se folosesc următoarele variante tehnologice: – pasteurizare lent ă, joasă sau de durată, la care înc ălzirea se face la 63-75 0C timp de 5- 30 min, în func ție de natura produsului și gradul de contaminare, r ăcirea fiind lent ă (pe cale natural ă) sau rapid ă; – pasteurizare rapid ă, la care înc ălzirea se face rapid pân ă la temperaturi de 85-90 0C într-un interval de timp de 10-60 secunde, urmat ă de o r ăcire rapid ă; – pasteurizare ultrarapid ă, la care înc ălzirea se face foarte rapid la temperatura de cca 150 0C, men ținerea timp de maxim o secund ă, urmat ă de o r ăcire foarte rapid ă; – uperizarea , se bazeaz ă pe faptul c ă în timpul pasteuriz ării produsul este pulverizat foarte fin, iar în contact cu aburul supraînc ălzit, folosit ca agent termic, se înc ălzește foarte repede; – tyndalizarea este o pasteurizare repetat ă la intervale de timp necesare trecerii sporilor în forme vegetative, forme ce pot fi distruse printr-o nou ă pasteurizare. Sterilizarea este opera ția de distrugere a tuturor formelor vegetative a organi smelor vii, inclusiv a celor sporulate și se poate realiza pe cale chimic ă, cu ajutorul radia țiilor sau pe cale termic ă. Alegerea unui regim de sterilizare termic ă este determinat de termorezisten ța microorganismelor ce provoac ă deprecierea calitativ ă a produsului, în recipientul ales. Calculele în acest sens sunt extrem de complicate, de aceea s-a de terminat experimental curba de distrugere a microorganismelor dat ă de rela ția: τ= ⋅ 10lg3 , 2 NN C (6 .34) în care 2,3/C este timpul necesar reducerii popula ției microbiene la jum ătate (C fiind un coeficient ce ține cont de natura microorganismelor); 10,NN – num ărul de microorgamisme ini țial și final. Experimental s-a constatat c ă timpul de distrugere termic ă este o func ție exponen țială de temperatur ă, legătura timp-temperatur ă fiind dat ă de rela ția: ttt mtmt ∆−=2 1 21lgττ ( 6.35) unde 2 1,mt mtτ τ sunt duratele medii de distrugere la temperaturile 1t, respectiv 2t; t∆- creșterea de temperatur ă necesar ă reducerii la 0,1 a valorii lui τ (∆t=5-40 0C). Dac ă temperatura este variabil ă relația de baz ă este: ∫ ∆−+=τ τττ 0 ) (lg 10 10lg ttrt rd NN (6.36) În ecua ția de mai sus rτși rt sunt valori de referin ță determinate experimental (ex. pentru sporii bacterieni rt=121,1 0C). Integrala se rezolv ă grafic punând în abscis ă τ și în ordonat ă ,/ 1mt mt fiind egal cu numitorul frac ției de sub integral ă. Prin integrarea rela ției timp- temperatur ă se determin ă procesul de letalitate total ă. Pentru timpul de distrugere termic ă (TDT) a microorganismelor se d ă relația: zt140lg1 −=ττ (6.37) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 154 în care 1τ este durata în minute pentru distrugerea microorga nismelor la temperatura de 140 0C; τ – TDT la temperatura t 0C; z – panta curbei TDT. În aceste condi ții viteza de sterilizare a produsului se poate dete rmina cu rela ția: ztanti−=140lg1 1 1ττ (6. 38) Durata procesului de sterilizare se mai poate dete rmina și din probabilitatea de supravie țuire a microorganismelor în recipient, plecând de l a rela ția: rsm N N’ 0 1 10τ− ⋅ = (6.39) unde smeste mortalitatea în recipient; ‘ rτ- durata în minute necesar ă distrugerii la 140 0C a 90 % din microorganisme. Ca și în cazul pasteuriz ării, pentru fiecare produs, tip și format de recipient se stabile ște o formul ă de sterilizare de tipul t3 2 1 τ ττ − −, în care 321,,τττ sunt duratele în minute ale perioadelor de înc ălzire, men ținere la temperatura de sterilizare și răcire, t fiind temperatura de sterilizare. Opera ția de sterilizare se realizeaz ă de obicei în instala ții cu func ționare discontinu ă, de tipul autoclavelor orizontale și verticale (fig.6.12). Cre șterea temperaturii produselor ambalate peste 100 0C se face prin înc ălzirea apei în care sunt introduse, folosind abur d irect, dup ă care se introduce în autoclav ă aer sub presiune pân ă la valori de 0,15-0,2 MPa. Aceast ă presiune se păstreaz ă constant ă pe toat ă durata de men ținere și pe jum ătate din cea de r ăcire, respectiv pân ă ce temperatura apei scade sub 100 0C. Capacul autoclavei se poate deschide dup ă ce presiunea din interior se egalizeaz ă cu presiunea atmosferic ă iar temperatura apei ajunge la 40-50 0C. Fig. 6.12. Schema instala ției de sterilizare cu func ționare discontinu ă cu suprapresiune de aer: 1- autoclavă; 2-compresor; 3-rezervor de aer sub presiune; 4-po mpă centrifugă; 5-hidrofor; 6-conduct ă abur; 7-supap ă de siguranță; 8-ventil de aerisire; 9-termometru; 10-preaplin; 11- conductă golire; 12-manometru. Legumele care de țin cea mai mare pondere în categoria acestor conser ve sunt maz ărea verde sub form ă de boabe, p ăstăile de fasole verde și tomatele depelate. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 155 Tehnologia conservelor de maz ăre. Maz ărea este consumat ă sub form ă de boabe verzi conservate, reprezentând peste 20 % din produc ția de conserve de legume. Deoarece în stare proasp ătă își păstreaz ă calitatea un timp scurt, de la recoltare și pân ă la introducerea ei în fluxul de fabrica ție trebuie s ă treac ă cel mult dou ă ore, transportul f ăcându-se în cisterne izoterme. Schema tehnologic ă de ob ținere a conservelor de maz ăre este prezentat ă în figura 6.13. Maz ărea se supune unei opera ții de sortare în trioare (instala ții cu site având diametrul diferit), fiind diferen țiată pe calit ăți în func ție de m ărimea boabelor. Opera ția de op ărire are ca scop îndep ărtarea substan țelor de la suprafa ța boabelor, scurse de la strivirea țesuturilor vegetale (în urma batoz ării), înmuierea țesuturilor, provocând dilatarea celulelor și îndep ărtarea gazelor și a oxigenului intercelular. Maz ărea se op ărește la 90-95 0C, timpul de op ărire oscilând între 3-10 minute, în func ție de calitatea ei (3-4 min. la maz ăre foarte fină și 7-10 min. la maz ăre obi șnuită). Se va evita supraop ărirea întrucât prin înmuierea pronun țată a bobaleor este favorizat fenomenul de amidonare. Limitarea ac țiunii c ăldurii se face prin r ăcire, opera ție urmat ă de o sortare final ă. Umplerea recipien ților se face astfel ca raportul între saramur ă și boabe s ă fie cel optim (la maz ăre partea solid ă trebuie s ă fie cca 60-65 % din volumul recipientului). Peste boabe se adaug ă saramura care în prealabil a fost înc ălzită la 90 0C, favorizând eliminarea aerului din recipient. Fig. 6.13. Schema tehnologic ă de fabricare a conservelor de maz ăre verde O problem ă sensibil ă este închiderea recipien ților care, în cazul cutiilor se face ermetic, de obicei sub vid, iar la borcane sub ac țiunea vidului ce se creeaz ă în timpul steriliz ării (capacul joacă rol de supap ă care la sterilizare permite eliminarea aerului din borcan, etan șarea realizându-se prin vacuumul creat în borcan la r ăcire). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 156 Opera ția de sterilizare se face dup ă formula stabilit ă pe cale experimental ă și ea trebuie respectat ă cu stricte țe, orice abatere determinând afectarea calit ății produselor conservate (ex: la mazărea fin ă și foarte fin ă, ambalat ă în cutii 1/1, rela ția este ) 8 , 1 (1201520 15atm− −, în care este precizat ă și presiunea din autoclav ă la care se face sterilizarea). Condi ționarea recipien ților se face în func ție de tipul ambalajului și const ă după caz, în ștergerea sau uscarea lor, marcare și etichetare. Tehnologia conservelor de fasole verde . Pentru aceste conserve materia prim ă o constituie p ăstăile verzi de fasole, ajunse la maturitate tehnologi că și care trebuie s ă fie fragede dar lipsite de „a ță”. În mod obi șnuit opera țiile din fluxul tehnologic de fabrica ție sunt prezentate în figura 6.14. Fig. 6.14. Schema tehnologic ă de fabricare a conservelor de fasole verde Într-o prim ă fază se execut ă opera țiile de sortare, de t ăiere a vârfurilor și eventual t ăierea păstăilor în buc ăți de diverse lungimi. Sortarea materiei prime se fa ce de obicei în func ție de lungimea p ăstăilor, excep ție făcând fasolea gras ă care nu se sorteaz ă pe dimensiuni. Tăierea vârfurilor se poate face atât înainte, cât și dup ă sortarea p ăstăilor. Opera țiile de prelucrare cuprind în principal op ărirea, umplerea recipientelor și sterilizarea. Op ărirea se face în mod discontinuu la fasolea extrafi nă și continuu la celelalte sorturi (într-un interval de timp cuprins între 3-8 minute), realizând o inactivare a enzimelor și eliminarea aerului din țesuturi. R ăcirea se face cu jeturi de ap ă rece, pe o plas ă de sârm ă ce asigur ă și scurgerea apei, urmat ă de un control final ce urm ărește îndep ărtarea p ăstăilor sfărâmate și a eventualelor impurit ăți. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 157 Dozarea p ăstăilor în recipiente se execut ă manual, dup ă care se adaug ă saramura , în concentra ție de 1-2 % și înc ălzită la 80-85 0C. Sterilizarea se face în instala ții cu func ționare continu ă (produse ambalate în cutii) sau cu func ționare discontinu ă (produse ambalate în borcane), regimul termic fiind caracteristic fiec ărui sortiment în parte. Dup ă sterilizare și răcire recipientele cu produsul conservat se spal ă la exterior, se usuc ă, se eticheteaz ă și se ambaleaz ă în vederea depozit ării. Tehnologia conservelor de tomate depelate . Materia prim ă o constituie tomatele cu textur ă tare și care rezist ă bine la opera ția de sterilizare. Schema tehnologic ă de fabrica ție este prezentat ă în figura 6.15. Îndep ărtarea pieli ței tomatelor sau depelarea se poate face prin: op ărire cu ap ă sau abur, prin înc ălzire cu gaze de ardere (300-340 0C și viteza gazelor de 84 m/s) sau pe cale chimic ă cu soluție de hidroxid de sodiu. Dup ă umplerea recipien ților se pun capacele și se face o prim ă roluire a acestora. Următoarea opera ție este exhaustarea, obligatorie la aceste conserve , prin care se aduce temperatura din recipient la cca 75 0C și se elimin ă o parte din aerul r ămas în interior. Fig. 6.15. Schema tehnologic ă de fabricație a tomatelor depelate Dup ă închiderea definitiv ă se face sterilizarea și condi ționarea recipientelor, conservele astfel ob ținute fiind depozitate la temperaturi de pân ă la 20-30 0C Compotul este un produs alimentar ob ținut prin tratarea termic ă a fructelor în sirop de zahăr, ambalate în recipiente închise ermetic, siropul de zah ăr având rolul de a favoriza atât sterilizarea, cât și de a îmbun ătăți calitatea compotului. Fructele pot fi întregi sau divizate, cele mai fol osite la fabricarea compoturilor fiind: cireșele, vi șinile, prunele, piersicile, caisele, strugurii, mer ele, perele, gutuile, ananasul, etc. Schema general ă de ob ținere a compoturilor este prezentat ă în figura 6.16, liniile tehnologice fiind structurate pe grupe de fructe (m ere-pere-gutui, cire șe-vișine, piersici-caise). Toate fructele sunt supuse opera țiilor de sp ălare și sortare-calibrare, în urma c ărora sunt îndep ărtate impurit ățile, fructele v ătămate sau nematurate. Urm ătoarele opera ții depind de soiul de fructe și au ca scop eliminarea unor p ărți necomestibile, divizarea sau op ărirea lor. Prin fierberea apei cu zah ăr și filtrarea acestei solu ții se ob ține siropul de zah ăr, a c ărui concentra ție depinde de concentra ția final ă a compotului și de con ținutul în zah ăr al fructelor, fiind cuprins de obicei între 35-45 %. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 158 Dup ă un ultim control se face dozarea fructelor manual sau mecanizat, în recipien ți de sticlă sau metalici, peste care se toarn ă siropul înc ălzit la 60-70 0C pentru cire șe, vișine și prune, respectiv 80-85 0C pentru restul fructelor. Fig. 6.16. Schema tehnologic ă de fabricare a compotului Închiderea recipien ților se face odat ă cu exhaustarea, astfel c ă se asigur ă o depresiune cuprins ă între 150-350 mm Hg, diferen țiat în func ție de soi, evitând pe cât posibil prezen ța aerului în recipien ți. Tratamentul termic de pasteurizare presupune înc ălzirea recipien ților la cca 100 0C, răcirea la cca 40 0C, iar pentru definitivarea difuziei între fructe și sirop se face o p ăstrare timp de dou ă săptămâni la temperaturi de 10-20 0C. Prin aceasta se instaleaz ă starea de echilibru iar compoturile pot fi expediate c ătre consum. Cremele din legume și fructe sunt produse alimentare ob ținute prin strecurarea sau pasarea materiei prime, în urma omogeniz ării rezultând o past ă cu structur ă fină. Preg ătirea și condi ționarea materiei prime depinde de specie și const ă în sp ălare, sortare, eliminarea p ărților necomestibile. Pentru înmuierea texturii și creșterea randamentului opera ției de pasare, materia prim ă este înc ălzită la 90-95 0C. Strecurarea se realizeaz ă cu o pasatrice iar pentru ob ținerea unor creme fine se utilizeaz ă grupuri de strecurare având site cu orificii de pân ă la 0,4-0,6 mm, sau folosind mori coloidale. Pentru corectarea însu șirilor fizice și senzoriale se face cupajarea cremelor, iar la cre mele îndulcite se adaug ă zahăr. Cremele preînc ălzite se ambaleaz ă în recipiente care, se supun unui tratament de conservare prin sterilizare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 159 6.5. Tehnologia de fabricare a produselor concentra te din legume și fructe Prin îndep ărtarea unei importante cantit ăți de ap ă din produsele alimentare se reduce sau chiar înceteaz ă activitatea microorganismelor, produsele concentra te prezentând o mai bun ă conservabilitate. Concentrarea se poate realiza pri n evaporare, crioconcentrare și osmoz ă invers ă. Concentrarea produselor prin evaporare . Procedeele de concentrare sunt continue sau discontinue, iar în func ție de presiunea la care are loc sunt: concentrare l a presiune normal ă și concentrare sub presiune sc ăzută. Crioconcentrarea const ă în cristalizarea unei p ărți din apa con ținută de solu ție și separarea cristalelor din concentratul format. Aces t procedeu prezint ă unele avantaje calitative foarte importante, deoarece evit ă modific ări de natur ă chimic ă sau organoleptic ă ale produsului, dar solicit ă costuri investi ționale și de exploatare mari. Fig. 6.17. Reprezentarea fenomenului de osmoz ă: a-osmoză directă, b-echilibru osmotic, c-osmoz ă inversă, 1-membrană semipermeabil ă. Concentrarea prin osmoz ă invers ă se bazeaz ă pe fenomenul prin care, dac ă un lichid concentrat este supus unei presiuni care dep ășește presiunea osmotic ă, se produce fenomenul de osmoz ă invers ă, adic ă apa din lichidul concentrat va trece prin membrana semipermeabil ă spre apa pur ă (fig.6.17.). În sortimentul produselor concentrate ob ținute din legume, pasta de tomate și bulionul au ponderea cea mai mare, gradul de concen trare fiind cuprins între 18-40 %, în func ție de tipul produsului. Materia prim ă, tomatele, trebuie s ă aibă un con ținut cât mai ridicat în substan ță uscat ă, să fie maturate uniform, cu pulpa fructelor suficien t de consistent ă și culoare ro șie intens ă. Creșterea sau sc ăderea substan ței uscate cu 1 % fa ță de valoarea standard (5 %), determin ă modific ări ale randamentului instala țiilor de concentrare cu 15-20 %, a duratei procesul ui de fabrica ție, cu implica ții asupra eficien ței economice. Principalele etape ale procesului tehnologic (fig .6.18) sunt: ob ținerea sucului, concentrarea și pasteurizarea sucului, condi ționarea și ambalarea produsului. Pentru ob ținerea sucului tomatele se spal ă, se sorteaz ă, dup ă care se zdrobesc, realizând totodat ă și separarea semin țelor din masa de pulp ă înainte de preânc ălzirea ei. În acest fel se evită trecerea substan țelor tanante în suc, rezultând o past ă de calitate. Preînc ălzirea pulpei determin ă trecerea protopectinei în pectin ă (se îmbun ătățește consisten ța produsului), o inactivare par țială a activit ății microorganismelor și cre șterea randamentului la strecurare. Întrucât prin înc ălzire se produce și o închidere a culorii pastei, la unele linii tehnologice pulpa este strecurat ă la temperaturi sc ăzute. Strecurarea are ca scop separarea sucului de pieli țe, opera ție realizat ă cu ajutorul pasatricelor, iar pentru cre șterea randamentului ea se face în dou ă sau trei trepte. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 160 Fig. 6.18. Schema tehnologic ă de valorificare integral ă a tomatelor Concentrarea sucului este un proces ce depinde de concentra ția, temperatura și debitul produsului la intrarea în instala ție, precum și de concentra ția final ă corespunz ător celor dou ă categorii de concentrate. Deoarece condi țiile de temperatur ă în care se desf ășoară procesul permite unei p ărți din microflor ă să rămână în stare viabil ă, opera ția de pasteurizare a pastei devine obligatorie. O a doua pasteurizare se poate face dup ă ce produsul este ambalat în recipiente ermetice (borcane, cutii metalice de dif erite capacit ăți, butoaie, etc.). Produse concentrate ob ținute din fructe. Sunt produse ob ținute din fructe la care se adaug ă zahăr într-o propor ție în care, prin presiunea osmotic ă obținută în stare lichid ă, are o acțiune anabiotic ă. Zah ărul exercit ă o ac țiune de conservare a produselor fa ță de bacterii și drojdii neosmofile, dar pentru mucegaiuri și drojdiile osmofile sunt necesare tratamente termi ce de conservare. În aceia și categorie de produse se reg ăsesc și sucurile concentrate de fructe, f ără adaos de zahăr, tratate cu enzime pectolitice și depectinizate, în figura 6.19 fiind prezentat ă o schem ă de principiu a liniei tehnologice de ob ținere a lor. Fierberea, proces complex de difuzie-osmoz ă, este opera ția caracteristic ă acestor produse, având ca scop saturarea fructelor cu zah ăr și eliminarea unei p ărți din ap ă. Ca metode de fierbere se deosebesc: fierberea cu zah ăr, fierberea cu sirop de zah ăr, în aparate cu depresiune, fierberea dup ă osmoza la rece a fructelor cu zah ăr. Produsele care se ob țin prin concentrarea și adaus de zah ăr se împart în produse gelificate și negelificate. Produsele concentrate gelificate sunt geluri de fructe cu zah ăr, pectin ă și acizi alimentari, fiind reprezentate de gemuri, marmelade și jeleuri. Materia prim ă o constituie fructele întregi sau divizate (gemuri), marcuri, pulpe sau paste de fruc te (marmelad ă), sucuri de fructe (jeleuri), la acestea ad ăugându-se zah ăr, acizi alimentari (acid citric, acid tartric) și pectin ă, ca substan ță gelifiant ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 161 Fig. 6.19. Schema liniei tehnologice de ob ținere a sucului concentrat din fructe Proprietatea pectinei de a forma gel cre ște cu masa molecular ă a sa, gradul de gelificare (exprimat în grade) reprezentând cantitatea de zah ăr în grame, capabil ă să transforme un gram de pectin ă într-un gel de consisten ță standard. Procesul tehnologic de fabricare a produselor geli ficate este prezentat în figura 6.20 iar caracteristicile unor produse finite în tabelul 6.1 0. Fig. 6.20. Schema tehnologic ă generală de fabricare a gemului și marmeladei Gemul constituie un produs ob ținut din fructe proaspete sau semiconservate, în ca re trebuie s ă se disting ă fructe sau buc ăți de fructe. Condi ționarea materiei prime cuprinde opera țiile de sortare, sp ălare, cur ățire, t ăiere sau divizare. Dup ă eliminarea p ărților necomestibile se face concentrarea prin fierbe re, îmbibarea fructelor cu zah ăr și formarea gelului depinzând de raportul dintre pec tină, zah ăr și acid. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 162 Procesul de fierbere trebuie astfel condus încât fr uctele s ă se p ăstreze pe cât posibil întregi, cu aroma și culoarea specific ă. R ăcirea este opera ția prin care se reduce temperatura produsului pân ă la 75-80 0C, evitându-se astfel caramelizarea zah ărului și creșterea vâscozit ății. Marmelada se ob ține din fructe proaspete, marcuri și pulpe de fructe, fierte cu zah ăr, cu sau f ără adaus de pectin ă și acizi alimentari, conform re țetei de fabrica ție. Tabelul 6.10. Caracteristicile principale ale produselor concentr ate gelificate Caracteristicile Gem Marmelad ă Jeleu Substan țe solubile la 200C, min 0 ref. 61 61 67-69 Aciditate (malic) %, min 0,5 0,5-1,8 0,7-1,3 Impurit ăți minerale insolubile %, max 0,1 0,05 – Cupru mg/kg, max 7 15 – Staniu mg/kg, max 100 100 – Jeleurile sunt produse gelificate ob ținute din sucurile de fructe cu adaus de zah ăr, acizi alimentari și pectin ă. Sucurile folosite ca materie prim ă provin din fructe cu arom ă și culoare bine definite care, în prealabil sunt limpezite, fa pt ce determin ă obținerea unor produse transparente, str ălucitoare. Produsele concentrate negelificate sunt reprezentate de c ătre dulcea ță, siropul de fructe magiunul, pasta de fructe și fructele confitate. Principalele caracteristici a le unor astfel de produse sunt prezentate în tabelul 6.11. Dulceața este un produs ob ținut prin înglobarea fructelor (întregi sau diviza te) într-o masă de sirop concentrat, negelificat. Materia prim ă o constituie fructele proaspete de cea mai bun ă calitate, de la o singur ă specie. Principalele etape ale procesului de fabric ație cuprind condi ționarea materiei prime, fierberea sau concentrarea și ambalarea produsului finit. Condi ționarea cuprinde sp ălarea, obligatorie pentru toate speciile de fructe, sortarea (care se repet ă de 2-3 ori), iar în func ție de specia de fructe eliminarea p ărților necomestibile (codi țe, sâmburi, cas ă seminal ă) și divizarea sau t ăierea în diferite forme (jum ătăți, sferturi, cuburi, t ăiței, etc.). Tabelul 6.11. Caracteristicile principale ale unor produse concen trate negelificate Caracteristici Dulcea ță Sirop de fructe Past ă de fructe Fructe % 45-55 – – Substan țe solubile la 200C, min 0 ref. 72 68 58 Aciditate (malic) %, min 0,7 1 0,8-1,5 Impurit ăți minerale insolubile %, max 0 0,07 0,10 Cupru mg/kg, max 10 12 10 Staniu mg/kg, max 100 100 100 Fierberea fructelor cu zah ăr sau sirop de zah ăr se face într-o perioad ă de timp de 20-40 minute, în func ție de specie, dup ă care produsul este r ăcit atât pentru asigurarea unei mai bune omogeniz ări și difuzii, cât și pentru a evita caramelizarea zah ărului. Dup ă ambalarea în recipiente ermetice, dulcea ța se supune unei opera ții de pasteurizare, putând fi astfel livrat ă către consumatori. Siropurile de fructe sunt produse ob ținute din sucuri de fructe la care s-au ad ăugat zah ăr și acizi alimentari, fiind folosite la fabricarea b ăuturilor r ăcoritoare sau a produselor de cofet ărie. Materia prim ă o constituie de regul ă, sucurile de fructe conservate cu bioxid de sulf. Tehnologia de fabricare prevede desulfitarea sucuri lor cu recuperarea aromelor, sub form ă de produs concentrat și încorporarea lui în sirop. Fierberea sucului cu z ahăr trebuie atent condus ă pentru a evita pierderile de arom ă. Totodat ă, o fierbere îndelungat ă determin ă invertirea zahărului cu îmbun ătățirea calit ății siropului, iar pentru favorizarea fierberii se a daug ă acid tartric și acid citric, propor țional cu aciditatea ini țială a sucului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 163 Fructele confitate sunt produse ob ținute prin impregnarea fructelor cu cantit ăți mari de zaharuri (pân ă la 80 % S.U. solubil ă). Materia prim ă sunt fructele proaspete (întregi sau divizate) sau fructele conservate prin sulfitare. Dup ă o condi ționare primar ă (spălare, sortare, cur ățire, divizare) fructele se op ăresc, opera ție prin care se elimin ă agentul conservant, se înmoaie par țial țesuturile vegetale favorizând procesul ulterior de osmoz ă. Confitarea este opera ția prin care fructele se trec prin b ăi cu sirop de concentra ții crescute progresiv, de la 36 0ref. la 800ref. , la temperaturi apropiate de 100 0C, dup ă care fructele destinate consumului direct sunt acoperite cu un st rat de cristale fine de zah ăr (glasare). Magiunul este produsul ob ținut la concentrarea prin fierbere a prunelor, de r egulă fără adaus de zah ăr, umiditatea produsului ajungând la cca 35 %. 6.6. Tehnologia de fabricare a b ăuturilor din legume și fructe Dup ă modul de ob ținere b ăuturile din legume și fructe se pot clasifica astfel: 1 – b ăuturi nealcoolice (sucuri limpezi sau cu pulp ă, băuturi r ăcoritoare); 2 – b ăuturi alcoolice: nefermentate (lichioruri, vi șinate), fermentate (cidru, suc fermentat) și distilate (rachiuri de fructe); Tehnologia de fabricare a sucurilor limpezi din fru cte. Materiile prime sunt speciile de fructe suculente, cu consisten ță moale și con ținut redus în substan țe pectice și amidon, iar raportul zah ăr/aciditate este mai mare de 10/1. În acest fel suc urile ob ținute sunt bogate în fructoz ă, acid malic, citric și tartric, vitamine și săruri minerale. Fig. 6.21. Schema tehnologic ă generală de fabricare a sucurilor limpezi de fructe: I-meto da Alfa-laval, II-filtrare sterilizant ă și saturare cu bioxid de carbon, III-conservare prin frig. Procesul tehnologic de fabricare depinde de metoda de conservare a sucului de fructe (fig.6.21). Mărunțirea este o opera ție care se realizeaz ă prin r ăzuire sau zdrobire și se aplic ă la fructele mai consistente, m ărind astfel randamentul la separarea sucului. Un tr atament preliminar aplicat în unele cazuri este macerarea enzimatic ă a pulpei cu preparate enzimatice, timp de dou ă ore la temperaturi de 40-45 0C, având ca scop degradarea substan țelor pectice din pere ții celulelor, extragerea mai bun ă a aromelor și coloran ților din pulpa de fructe. Extragerea sucului se poate face prin mai multe pr ocedee: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 164 – extragerea prin presare : este cea mai folosit ă metod ă, rezultând un suc cu vâscozitate mare și procent ridicat de particule în suspensie, randam entul la extrac ție fiind îns ă scăzut (60-70 %); – extragerea prin centrifugare : se ob ține un suc limpede, randamentul opera ției depinzând de gradul de m ărunțire al materiei prime și timpul de centrifugare; – extragerea prin difuziune : sucul ob ținut este de bun ă calitate, realizeaz ă cel mai bun randament (90-95 %) iar productivitatea este ridica tă; sucul este diluat îns ă cu apa de difuzie și este necesar separarea ei. Limpezirea sucului are ca scop îndep ărtarea particulelor aflate în suspensie (grosiere s au fine) și schimbarea sistemului coloidal al sucului, pentru aceasta folosindu-se mai multe metode: – autolimpezirea : proces complex biochimic de decantare prin care d upă un timp sucul se separ ă în dou ă faze, lichid ă și solid ă, prin ac țiunea enzimelor asupra pectinei care, demetoxilat ă formeaz ă cu ionii metalelor pectan ți care sedimenteaz ă și prin formarea tanan ților insolubili rezulta ți în urma reac ției dintre substan țele proteice și tanoide din suc; – limpezirea prin înc ălzire rapid ă: realizeaz ă separarea suspensiilor din suc ca rezultat al coagul ării proteinelor; acest lucru se ob ține prin înc ălzirea sucului la 75-80 0C timp de 8-10 secunde, urmat ă de răcire rapid ă la 10-20 0C; – limpezirea enzimatic ă: se bazeaz ă pe hidroliza pectinei din suc cu ajutorul unor preparate pectolitice (Aspergol, Pectinol), favoriz ând sedimentarea suspensiilor și se realizeaz ă în dou ă moduri: la rece (la 10-12 0C timp de 12-24 H) sau la cald (la 40-45 0C timp de 1-4 h); – limpezirea prin cleire ; se aplic ă la toate sucurile folosind solu ții de tanin și gelatin ă care, trec în stare insolubil ă coloizii și proteinele din suc; cleirea se realizeaz ă prin ad ăugarea în prima fază a taninului (1%) și dup ă agitare a gelatinei (3%); – limpezirea cu bentonit ă: în concentra ție de 0,1-0,3 % bentonita are proprietatea de a absorbi, agrega și sedimenta coloizii din suc, în prezen ța ei substan țele tanoide formând combina ții insolubile cu proteinele; – limpezirea prin centrifugare : îndep ărteaz ă suspensiile grosiere, o mare parte din microorganisme dar nu și suspensiile coloidale, metoda având o productivit ate ridicat ă; – limpezirea prin filtrare : asigur ă stabilitatea sucului prin îndep ărtarea sedimentelor, ca materiale filtrante folosindu-se pânza, celuloza, a zbestul, p ământul de infuzori (kiselgur, diatomita, siliciul fosil). Sucul de fructe ob ținut dup ă limpezire, atât cel destinat consumului imediat, c ât și cel care urmeaz ă a fi p ăstrat o perioad ă de timp, se supune opera ției de conservare prin pasteurizare rapid ă sau joas ă (la sucuri ambalate), cu bioxid de carbon (15 g de CO 2 asigur ă conservarea în anumite condi ții de temperatur ă și presiune, a unui litru de suc), prin congelare, c u conservan ți chimici ( bioxid de sulf, acid sorbic, vitamina K), prin concentrare și deshidratare. Tehnologia de fabricare a sucurilor cu pulp ă păstreaz ă integral valoarea alimentar ă a legumelor și fructelor, gustul și aroma lor. Materia prim ă, care trebuie s ă îndeplineasc ă acelea și condi ții ca la ob ținerea sucurilor limpezi, dup ă condi ționarea primar ă este supus ă unei preînc ălziri la 92-95 0C, în vederea înmuierii texturii, inactiv ării enzimelor și creșterii randamentului în suc. Ob ținerea sucului cu pulp ă se realizeaz ă prin: – strecurare , rezultând un suc cu fluiditate redus ă; – presare , se ob ține un suc mai fluid și con ținut sc ăzut în pulp ă; – dezintegrare , se ob ține o m ărunțire fin ă a materiei prime. Calit ățile senzoriale și caracteristicile fizice ale produsului se corecte ază prin cupajare (amestecarea diferitelor sucuri) sau prin ad ăugarea de sirop de zah ăr (40-60 %). Pentru îmbun ătățirea aspectului și stabilit ății (au tendin ța de a sedimenta în timp) sucurile cu pulp ă se supun opera țiilor de omogenizare (prin mic șorarea dimensiunilor particulelor la 50-100 µ) și dezaerare. Datorit ă faptului c ă aerul solubilizat în produs determin ă oxidarea substan țelor organice, dezaerarea este o opera ție obligatorie. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 165 Dup ă îmbuteliere sucurile cu pulp ă se supun unui tratament de conservare, cea mai utilizat ă metod ă fiind termosterilizarea. Sucurile cu pulp ă obținute prin omogenizarea pireurilor de fructe cu sir op de zah ăr, cu adaus de acid ascorbic sau citric, se numesc nectar e. Tehnologia de fabricare a b ăuturilor răcoritoare. Băuturile r ăcoritoare sunt produse alimentare ob ținute din sucuri naturale diluate cu ap ă, la care se adaug ă zahăr, arome, coloran ți, supuse satur ării cu bioxid de carbon (fig.6.22). Ambalarea b ăuturilor r ăcoritoare se face în butelii din sticl ă sau materiale plastice, la presiunea de 0,2 MPa, purtând pe ele denumirea fruc telor din care provin. Fig. 6.22. Schema tehnologic ă de fabricare a b ăuturilor răcoritoare Băuturi alcoolice nefermentate din fructe . Se ob țin prin alcoolizarea, îndulcirea și aromatizarea unui suc de fructe. Fructele recoltate la maturitate deplin ă se supun unei condi ționări primare, dup ă care se pun în recipiente. Peste acestea se adaug ă 35-45 % zah ăr iar dup ă 4-5 zile, ca urmare a ferment ării se separ ă o por ție de suc care, filtrat ă se alcoolizeaz ă în concentra ția dorit ă. Aromatizarea rezult ă din sucul extras sau se poate face și cu macerate din plante. Băuturi alcoolice fermentate din fructe . Cea mai reprezentativ ă băutură este cidrul, obținut prin fermentarea alcoolic ă a sucurilor din fructe. Materia prim ă pentru fabricarea cidrului sunt merele, dar se pot folosi și pere, coac ăze, vi șine și mai rar prune, c ăpșuni sau afine. Dup ă extragere, sucul se supune corect ării con ținutului în zah ăr și al acidit ății. Opera ția de baz ă este fermentarea care se aseam ănă cu fermentarea alcoolic ă. Pentru ob ținerea unui cidru de calitate superioar ă se folosesc drojdii selec ționate, iar pentru p ăstrarea aromelor și înglobarea unei cantit ăți mari de CO 2 în suc, temperaturi de fermentare sc ăzute. Limpezirea se face prin filtrare, cleire, centrifu gare, iar conservarea prin pasteurizare sau sulfitare, produsul p ăstrându-se la temperatura de 8-10 0C. Băuturi alcoolice distilate din fructe . Sunt produse ob ținute prin fermentarea borhotului și sucurilor din fructe fermentate, se numesc rachiu ri naturale și au ca principale componente apa și alcoolul etilic. Procesul tehnologic de fabricare a distilatelor (f ig.6.23.) are ca etape principale: pregătirea materiei prime, fermentarea, distilarea, rect ificarea, condi ționarea și învechirea. Pentru transformarea materiei prime într-un produs ușor fermentabil, aceasta se zdrobe ște, se strecoar ă sau se dizolv ă în ap ă cald ă. Pentru fermentarea borhoturilor și a sucurilor de fructe se recomand ă folosirea drojdiilor Saccharomices cerevisiae și Saccharomices elipsoideus, preg ătindu-se în prealabil o maia cu care Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 166 se îns ămânțează masa de fructe zdrobite (cantitatea este de 5-10 % ). Fermenta ția alcoolic ă realizeaz ă transformarea, sub ac țiunea drojdiilor, a zah ărului din fructe în alcool etilic și CO 2. Durata procesului de fermentare este cuprins ă între 7-14 zile, în func ție de natura și cantitatea de produs supus ferment ării, calitatea drojdiilor și temperatur ă. Fermentarea se recomand ă a începe la 17-20 0C, valoarea optim ă fiind de 26-28 0C, procesul desf ășurându-se normal când pH-ul materiei este cuprins între 3,0-4 ,0. Fig. 6.23. Schema tehnologic ă de fabricare a rachiurilor naturale din fructe Produsul fermentat este supus opera ției de distilare prin care se extrage alcoolul și produ șii volatili. La distilare trebuie știut c ă la acest proces se aplic ă trei legi generale: – temperatura de fierbere a unui amestec depinde d e raportul concentra țiilor celor dou ă componente și este func ție de concentra ția în substan ța cea mai volatil ă; – raportul concentra ției componentelor în vapori depinde de raportul con centra țiilor în lichidul supus distil ării; – concentra ția alcoolic ă a vaporilor condensa ți este mai mare decât a lichidului supus distil ării și depinde de temperatura de fierbere; Rectificarea este o distilare frac ționat ă , în scopul ob ținerii unui lichid cu concentra ție alcoolic ă mai mare și de o puritate înalt ă. În prima faz ă se degaj ă vapori ce con țin cele mai volatile substan țe precum acetone, aldehide, alcool metilic și care se numesc frun ți. În faza următoare se degaj ă alcoolul etilic care reprezint ă rachiul propriu-zis, iar în faza final ă se degaj ă vapori care au un con ținut sc ăzut în alcool, purtând denumirea de cozi. Condi ționarea rachiurilor naturale reprezint ă un proces complex ce cuprinde opera ții de cupajare, diluare, corec ție și limpezire, opera ții care se execut ă în vederea ob ținerii unui produs omogen, cu gust pl ăcut. Învechirea rachiurilor se face prin depozitarea ti mp de 1-3 ani în butoaie de lemn. În timpul învechirii are loc dizolvarea în alcool a su bstan țelor polifenolice din lemnul vaselor, procese de oxidare a alcoolilor cu formarea de aciz i care reac ționând cu alcoolii formeaz ă esteri. În afara rachiurilor ob ținute prin metoda prezentat ă mai exist ă și rachiuri speciale, obținute prin tehnologii specifice, precum: țuica superioar ă, șlibovi ța, rachiul superior de caise, de pere, etc. 6.7. Tehnologii de valorificare a subproduselor În urma prelucr ării legumelor și fructelor rezult ă cantit ăți importante de de șeuri, reziduuri, resturi, bogate în principii nutritive și care, prin prelucr ări ulterioare, pot duce la obținerea unor produse alimentare sau materii prime au xiliare. În aceast ă categorie pot fi incluse oțetul alimentar din fructe, pectina, enzime și coloran ți naturali. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 167 Oțetul alimentar este produsul de fermenta ție ob ținut prin oxidarea enzimatic ă a alcoolului din unele lichide cu un con ținut moderat în alcool. Oxidarea alcoolului în acid Fig. 6.24. Schema tehnologic ă pentru obținerea oțetului din fructe acetic are loc în procesul de fermenta ție acetic ă, sub ac țiunea unor microorganisme din grupul Bacterium aceti. Schema tehnologic ă de ob ținere a o țetului alimentar din fructe este prezentat ă în figura 6.24. Materia prim ă la fabricarea o țetului o constituie fructele (mere, pere, prune) și vinul slab alcoolizat. Se folose ște cu deosebire sucul de fructe, bogat în substan țe organice și care constituie un mediu favorabil ferment ării acetice. Dup ă fermentarea alcoolic ă sucul se separ ă de sediment, se limpeze ște și dup ă corec ția cu alcool alimentar se supune ferment ării acetice, ad ăugându-se în prealabil, în lichidul alcoolic, un amestec nutritiv format din fosfat de amoniu, de ma gneziu, de calciu și de potasiu. Procesul de acetificare propriu-zis are o durat ă ce depinde de metoda de ob ținere (rudimentar ă, lent ă, rapid ă). O țetul colectat se p ăstreaz ă minimum o lun ă în vase pentru maturare-limpezire, dup ă care se face eventual o corec ție de compozi ție urmat ă de filtrare, îmbuteliere, depozitare temporar ă și livrare. Pectina alimentar ă se ob ține din tescovina de mere rezultat ă de la fabricarea sucurilor și se poate prezenta ca solu ție concentrat ă, respectiv uscat ă sub form ă de pulbere. Tescovina proasp ătă, ce reprezint ă aproximativ 35 % din materia prim ă supus ă prelucr ării, ca și cea umed ă, trebuie supus ă proceselor tehnologice deoarece la câteva ore ea începe s ă fermenteze, sc ăzând astfel puterea de gelificare a pectinei. P ăstrarea tescovinei în condi ții corespunz ătoare se face prin deshidratare la 78-90 0C pân ă la umiditatea de 6-8 % și tratat ă periodic cu bioxid de sulf pentru a combate atacul dăunătorilor. În stare deshidratat ă tescovina are un con ținut în pectin ă cuprins între 5-20 %. Materia prim ă folosit ă frecvent la ob ținerea pectinei, în zonele unde nu exist ă culturi de citrice, este tescovina de mere, schema tehnologic ă de ob ținere a pectinei fiind prezentat ă în figura 6.25. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 168 Fig. 6.25. Schema tehnologic ă de obținere a pectinei din tescovina de mere Înainte de a fi supus ă prelucr ării, tescovina de mere se spal ă cu ap ă până la temperatura de 40 0C, condi ții în care pierderile de pectin ă sunt minime, fiind antrenat ă doar pectina solubil ă cu putere de gelificare redus ă. În vederea extrac ției pectinei tescovina se aciduleaz ă până la un pH = 2-3 cu o solu ție de acid clorhidric sau acid sulfuros. Se înc ălzește la 85-95 0C cu ad ăugarea apei pentru extrac ție în trei etape succesive, ultima f ără acidulare. Cele trei solu ții de extract proteic rezultate la scurgere sunt r ăcite la 40 0C și se omogenizeaz ă cu lichidul rezultat la presarea tescovinei. Proce sul de extrac ție trebuie condus și urm ărit cu aten ție, pentru a putea ob ține o pectin ă cu grad ridicat de gelificare. Extractul pectic este supus opera ției de purificare cu ajutorul preparatelor enzimat ice sau a cărbunelui activ, în urma c ăreia se îndep ărteaz ă amidonul, substan țele proteice, precum și compu șii care dau tulbureala și culoarea închis ă a lichidului. Soluția de extract con ține circa 0,15-0,40 % substan țe pectice și de aceea se concentreaz ă în instala ții sub vid, unde temperatura maxim ă nu trebuie s ă depășească 60 0C, ajungând la o concentra ție de aproximativ 12 %. Pectina se precipit ă cu alcool etilic în mediu de acid clorhidric, rezultând o mas ă fibroas ă ce se separ ă prin filtrare. Alcoolul folosit la sp ălare și precipitare se recupereaz ă, fiind reintrodus în circuit. În unele situa ții, precipitarea pectinei se face cu ajutorul ionilor metalici polivalen ți (cum ar fi cei din aluminiu), direct din extractu l pectic, caz în care concentrarea în vid nemaifiind necesar ă. Precipitatul pectic se supune deshidrat ării în instala ții de uscare în vid, la temperaturi maxime de 75-80 0C, pân ă când produsul finit atinge umiditatea de 4-5 %, es te m ăcinat și ambalat în saci, depozitarea fiind f ăcută în înc ăperi uscate, cu atmosfer ă controlat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 169 VII. TEHNOLOGII DE FABRICARE A VINURILOR ȘI A PRODUSELOR PE BAZ Ă DE MUST ȘI VIN Strugurii, ca materie prim ă pentru industrializare, sunt folosi ți la ob ținerea unor produse alimentare precum must, suc, vinuri, distilate, etc . Compozi ția chimic ă a strugurilor este foarte complex ă și variaz ă de la un soi la altul, în raport cu gradul de matu rare și condi țiile pedoclimatice. În func ție de soi și gradul de maturare depinde și compozi ția fizic ă a boabelor (tabelul 7.1), în raport cu care rezult ă o cantitate mai mare sau mai mic ă de must, cu efecte asupra randamentului la vinifica ție. Tabelul 7.1. Compoziția fizică medie a boabelor la principalele soiuri de strugur i pentru vin Masa Masa Masa Masa Masa Masa Zah ăr Soiul 100 pulp ă must tesco- pieli ță semin țe boabe vin ă (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g/l) Aligote 179 154 127 38 17 8 204 Feteasc ă albă 184 163 128 40 14 7 202 Feteasc ă regal ă 199 177 148 42 16 6 197 Riesling italian 163 145 117 36 13 5 195 Sauvignon 195 148 129 42 14 8 206 Pinot gris 140 116 101 28 16 8 213 Traminer roz 190 165 128 38 15 10 200 Chasselas dore 278 243 149 68 28 7 195 Muscat Ottonel 225 198 164 48 18 9 209 Chardonnay 200 180 148 38 14 6 197 Galben ă de Odobe ști 320 296 252 92 14 10 202 Gras ă de Cotnari 400 372 301 78 19 9 195 Tămâios ă româneasc ă 290 264 199 58 18 8 213 Șarba 295 267 224 51 16 12 186 Merlot 160 139 127 36 14 7 209 Cabernet Sauvignon 145 125 103 32 14 6 206 Feteasc ă neagr ă 195 172 138 41 15 8 197 Băbeasc ă neagr ă 225 197 165 45 15 13 202 Pinot noire 155 135 107 37 13 7 200 Busuioac ă de Bohotin 260 234 182 58 16 10 217 Tehnologiile de prelucrare a strugurilor sunt și ele complexe, depinzând de soiul de vi ță de vie și de produsul ce urmeaz ă a fi ob ținut. 7.1.Tehnologii de vinifica ție Vinul constituie b ăutura ob ținută prin fermentarea alcoolic ă, par țială sau total ă, a zaharurilor din strugurii zdrobi ți sau a mustului de struguri. Pentru ca vinul s ă fie cât mai bogat în microelemente, este necesar ca strugurii din car e a provenit s ă fie recolta ți la maturitatea tehnologic ă și să nu fie ataca ți de boli criptogamice, calitatea acestuia depinzân d și de tehnologia de prelucrare folosit ă. Principalii factori tehnologici care influen țează în mod hot ărâtor calitatea vinurilor sunt: metodele de ob ținere a mustului, conducerea fermenta ției, îngrijirea și condi ționarea vinului. În conformitate cu ultimele reglement ări în vigoare, vinurile produse în țara noastr ă se clasific ă astfel: A. Vinuri propriu-zise 1. Vinuri de consum curent Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 170 1.1. Vin de mas ă (VM); 1.2. Vin de mas ă superior (VMS); 2. Vinuri de calitate 2.1. Vin de calitate superioar ă (VS); 2.2. Vin de calitate superioar ă cu denumire de origine: 2.2.1. Vin cu denumire de origine controlat ă (VDOC); 2.2.2. Vin cu denumire de origine controlat ă și trepte de calitate (VDOCC): – cules la maturitate deplin ă (CMD); – cules târziu (CT); – cules la înnobilarea boabelor (CIB); – cules la stafidirea boabelor (CSB); 3. Vinuri de hibrizi. B. Vinuri speciale: 1. Vinuri cu con ținut în CO 2 (efervescente): vin spumant, vin spumos, vin perla nt, vin petillant; 2. Vinuri aromatizate: vermut, vin pelin, alte vinu ri aromatizate; 3. Vinuri licoroase; 4. Alte vinuri speciale. În ultimul timp o dezvoltare important ă o cunoa ște producerea de b ăuturi cu con ținut scăzut în alcool, ale c ăror caracteristici de compozi ție sunt: 3-5 % vol. alcool, aciditate 3-5 g/l H2SO 4, zaharuri 70-110 g/l, CO 2 în func ție de preferin ța consumatorului, arome (citrice struguri, fructe, etc.). Ca și sortimente ce se realizeaz ă mai frecvent, se pot men ționa: – petillantul de struguri: are 3 % vol. alcool și este îmbuteliat la 2,5 atm, aroma fiind specific ă soiului; – berea de struguri: are 3 % vol. alcool; – vinul dezalcoolizat: este ob ținut prin dezalcoolizarea par țială sau total ă a vinurilor, cu sau f ără adaos de arome și îndulcitori; – vinul gazeificat: este îndulcit sau ob ținut prin adaos de suc de struguri și impregnat cu dioxid de carbon. Mai nou, se prepar ă băuturi de tip cocktail prin cupaje de vinuri albe cu sucuri de citrice sau vinuri ro șii cu sucuri de fructe de p ădure, în circa 40 de variante denumite „cooler”. În raport cu procedeele și opera țiile cu ajutorul c ărora se transform ă strugurii în vin și de succesiunea desf ășurării lor, se deosebesc dou ă tehnologii generale de vinifica ție: – tehnologia de producere a vinurilor albe, la car e mustul se separ ă cât mai repede de boștină și se fermenteaz ă separat; – tehnologia de producere a vinurilor ro șii, la care mustul se macereaz ă odat ă cu bo știna, iar dup ă separare se definitiveaz ă fermentarea. 7.1.1. Tehnologii de producere a vinurilor propriu- zise Tehnologia de producere a vinurilor albe. În categoria vinurilor albe intr ă vinurile de consum curent și vinurile de calitate superioar ă, pentru prepararea lor folosindu-se în general schema tehnologic ă din figura 7.1 Deosebirile constau în utilajele ca re compun schema și în însușirile organoleptice și fizico-chimice ale vinurilor. Schema de principiu a liniei tehnologice de producere a vinurilor albe este prezentat ă în figura 7.2. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 171 Fig. 7.1. Schema tehnologic ă de producere a vinurilor albe Recepția strugurilor se face cantitativ prin cânt ărire și calitativ prin determinarea conținutului în zaharuri din must, a acidit ății titrabile, precum și a st ării de s ănătate (gradul de atacare cu mucegaiul cenu șiu), moment în care se face și un tratament cu bioxid de sulf. Tratamentul cu bioxid de sulf este necesar deoarec e pe suprafa ța boabelor de strugure, în mod natural, se dezvolt ă o microflor ă format ă din drojdii folositoare, drojdii mycodermice, mucegaiuri, bacterii lactice și bacterii acetice care, odat ă cu zdrobirea, trec în must și determin ă ferment ări bolnave, cu alterarea final ă a vinului. Zdrobirea ciorchinilor const ă în spargerea boabelor prin comprimare sau lovire și eliberarea mustului, f ără a se produce spargerea semin țelor sau strivirea rahisului. Desciorchinarea sau dezbrobonirea este opera ția prin care se separ ă boabele de ciorchine și se realizeaz ă concomitent cu zdrobirea. Aceast ă opera ție este înc ă discutat ă deoarece prezen ța ciorchinilor favorizeaz ă presarea bo știnei, fermentarea și determin ă, prin taninul s ău, o conservare mai bun ă a vinului. Totodat ă prin desciorchinare se asigur ă obținerea unor vinuri de calitate superioar ă, mai pu țin astringente, f ără gustul ierbos, vinurile se limpezesc mai repede ia r conținutul în alcool cre ște cu cca 0,5 % vol. alcool. Separarea mustului . Pentru ob ținerea unor vinuri albe de calitate este necesar s ă se extrag ă din bo ștină o cantitate cât mai mare de must. Separarea p ărții lichide de frac țiile solide (semin țe, pieli țe, ciorchini, etc.) se face în dou ă faze: în prima faz ă se separ ă prin scurgerea mustului ravac (bogat în zah ăr, acizi, substan țe azotoase, tanin), iar în faza a doua prin presare a boștinei, rezultând mai multe frac ții de must. Mustul de pres ă conține în suspensie pieli țe, părți de ciorchini, pulp ă, frac ții care m ăresc depozitul de drojdie și reduc prin aceasta capacitatea de fermentare. Presele pentru struguri realizeaz ă următorii indici calitativi: – presele pneumatice: randament 78-80 %, burb ă în must 5-8 % și pierderi de maxim 1,5 %; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 172 – presele continue: randament 80-83 %, burb ă în must 30-35 % și pierderi maxime de 1,5 %. Fig. 7.2. Linia tehnologic ă de producere a vinurilor albe: 1-zdrobitor-descior chinător; 2,9,11- pompe; 3-scurg ător; 4-transportor; 5-pres ă; 6-rezervor must ravac; 7-rezervor must pres ă I; 8-rezervor must presă II; 10-rezervor asamblare must; 12,14-rezervoare t ampon; 13-centrifug ă; 15-pasteurizator; 16-rezervor termostatat pentru fermentare. În func ție de calitatea vinului ce urmeaz ă a se ob ține, se face asamblarea diferitelor frac ții de must. Corectarea mustului . În raport cu condi țiile climatice, exist ă posibilitatea ca în anumi ți ani s ă nu se ob țină struguri și respectiv musturi cu o compozi ție chimic ă armonic ă, motiv pentru care este necesar ă opera ția de corectare: – corectarea zah ărului ( șaptalizare), const ă în ad ăugarea de zah ăr sau must concentrat care să asigure o t ărie alcoolic ă cerut ă pentru vinurile de consum, cre șterea gradului alcoolic nu trebuie s ă depășească în acest caz 3 %; – corectarea cu alcool: în locul zah ărului se poate utiliza alcool etilic sau distilat d e vin, adăugat în propor ții care ridic ă tăria vinului cu cel mult 2-3 % vol. alcool; – corectarea prin cupajare, const ă în amestecarea unor partizi mari de must cu concen trații diferite în zah ăr, din care s ă rezulte vinuri de consum; metoda nu implic ă costuri semnificative iar vinurile ob ținute au o compozi ție chimic ă armonioas ă; – corectarea acidit ății: reducerea acidit ății se face prin precipitarea tartra ților cu carbonat de calciu (nu mai mult de 2 g/l), iar cre șterea acidit ății se face prin cupajare cu un must cu aciditate mare sau prin ad ăugarea de acid tartric și acid citric; – corectarea con ținutului în tanin: la musturile s ărace în tanin se adaug ă coloran ți extra și din pieli ța boabelor sau se cupajeaz ă cu soiuri tinctoriale, iar la musturile bogate în tanin prin tratarea lor cu bentonit ă care sedimenteaz ă excesul de tanin. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 173 Limpezirea mustului . În urma opera ției de presare rezult ă un must tulbure, bogat în resturi de pieli țe, fragmente de ciorchini, praf, p ământ, sulf, cupru, precum și o microflor ă dăunătoare sănătății vinului. Pentru îndep ărtarea acestora, înainte de fermentare mustul se li mpeze ște astfel: – prin decantarea în vase sau bazine timp de 18-24 h, cu ad ăugarea de bentonit ă (60-100 g/hl) și bioxid de sulf (5-15 g/hl); – prin r ăcirea mustului cu frig artificial, la temperaturi l a care suspensiile se depun; – prin centrifugare, când mustul nu mai vine în co ntact cu aerul, opera ția de limpezire realizându-se pe m ăsură ce se vinific ă mustul. Bentonita, argil ă natural ă, constituie o substan ță cu ac țiune de limpezire și deproteinizare atât a mustului , cât și a vinului, având o compozi ție chimic ă complex ă (70-72 % bioxid de siliciu-SiO 2, 13-15 % trioxid de aluminiu-Al 2O3, 1,0-1,5 % trioxid de fier-Fe 2O3, 2,0-2,4 % oxizi- CaO și MgO, 3,0-4,0 % oxizi alcalini- Na 2O și K2O). Caracterul s ău coloidal și sarcina electronegativ ă a particulelor sale confer ă bentonitei o putere de absorb ție foarte mare, în special fa ță de proteinele din must și vin. Din punct de vedere chimic bentonita nu intr ă în reac ție cu compu șii din must și vin, dar produce o u șoară scădere a acidit ății Suspensia separat ă din must, denumit ă și burb ă, este colectat ă și prelucrat ă ulterior prin fermentare și distilare. Fermentarea mustului . Mustul din struguri începe s ă fermenteze în scurt timp de la obținerea lui, dac ă nu se aplic ă tratamente pentru inhibarea fermenta ției. Fermentarea este perioada de trecere a mustului în vin, timp în care zah ărul se transform ă în alcool etilic, bioxid de carbon și o serie întreag ă de produ și secundari care confer ă vinului anumite însu șiri. Având un rol esen țial în ob ținerea unor vinuri s ănătoase, cu caracteristici calitative superioare, fermentarea trebuie condus ă cu o grij ă deosebit ă. Temperatura optim ă de desf ășurare a proceselor fermentative este cuprins ă între 22-27 0C. O temperatur ă mai sc ăzută reduce viteza de fermentare iar una mai ridicat ă accelereaz ă fenomenul, favorizând dezvoltarea bacteriilor și eliminarea substan țelor de arom ă și buchet, la 42 0C fermentarea încetând brusc. Fermentarea mustului de struguri se face cu drojdi i selec ționate de tipul Saccharomyces apiculata, Saccharomyces pasteurianus, Saccharomyce s ellipsoideus sau Saccharomyces oviformis, preg ătite sub form ă de maiele de drojdii (pentru îns ămânțarea mustului limpezit este necesar 2-4 % maia). Fermentarea mustului decurge în trei etape. 1. Etapa de înmul țire a drojdiilor sau fermentarea ini țială, dureaz ă 1-3 zile și se caracterizeaz ă prin înmul țirea intens ă a drojdiilor cu consum mare de zah ăr, tulburarea mustului, o ridicare u șoară a temperaturii și o slab ă degajare de bioxid de carbon. 2. Etapa fermenta ției tumultoase , dureaz ă 6-8 zile și se caracterizeaz ă prin transformarea unei mari cantit ăți de zah ăr în alcool, cu degajare puternic ă de bioxid de carbon, înso țite de o creștere brusc ă a temperaturii (în aceast ă fază sunt necesare m ăsuri de reducere și men ținere a ei în limitele optime). 3. Etapa fermenta ției lente, finale sau lini știte, este cea mai lung ă (de la câteva zile pân ă la câteva luni). Într-o prim ă fază alcoolul produs și con ținutul mic de zah ăr fac ca activitatea drojdiilor s ă scad ă sim țitor, o parte din ele î și înceteaz ă activitatea și se depun sub form ă sporulat ă, iar ca urmare a reducerii degaj ărilor de bioxid de carbon temperatura vinului scade treptat, pân ă la valoarea specific ă mediului ambiant. În faza urm ătoare în vin iau na ștere o serie de elemente noi care îi imprim ă gustul și aroma, iar în lipsa degaj ării de bioxid de carbon s ărurile tartrice și suspensiile se depun, vinul limpezindu-se. Tragerea vinului de pe drojdie sau pritocul este opera ția de tragere a vinului de pe depozitul de drojdie de la fundul vasului în care a avut loc fermentarea, pentru a provoca o limpezire a lui, o oarecare aerisire în vederea eli minării bioxidului de carbon și a bioxidului de sulf, favorizând astfel maturarea vinului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 174 Condiționarea vinului . Dup ă terminarea ferment ării în masa vinului au loc o serie de transform ări de natur ă complex ă (fizico-chimice, biochimice), timp în care vinul î și dezvolt ă calitățile gustative, c ăpătând personalitatea specific ă fiec ărui vin. Transform ările se petrec în perioade de timp îndelungate și se pot grupa în trei faze principale: – formarea vinului , este perioada cuprins ă între fermentarea final ă și primul pritoc, când se depun celulele de drojdii, suspensiile, substan țele pectice și proteice, o parte din s ărurile acidului tartric, se degaj ă bioxidul de carbon r ămas de la fermentare, iar prin autoliza drojdiilor vinul se îmbog ățește în substan țe azotoase; – maturarea vinului , are o durat ă cuprins ă între 0,5-1,5 ani iar dintre procesele chimice și biochimice, cel de oxidare s-a dovedit a fi mai imp ortant (oxigenul realizeaz ă insolubilizarea substan țelor nestabile favorizând procesele de maturare, vi nurile noi în absen ța aerului menținându- și prospe țimea și aroma); – învechirea vinului , este perioada în care se ob țin calit ățile maxime, cu formarea aromei de învechire ca urmare a reac țiilor de esterificare și de acumulare a aceta ților, alcoolilor superiori, acizilor volatili, etc. Egalizarea reprezint ă amestecarea vinurilor din mai multe vase, provenit e din aceia și recolt ă, soi sau tip, în scopul alc ătuirii de partizi de vin uniforme, în cantit ăți mari. Cupajarea const ă în amestecarea vinurilor din soiuri diferite, avân d rolul de a îmbun ătăți sau compensa unele deficien țe, defecte sau excese, pentru unul sau mai multe vi nuri. Condi ționarea prin egalizare și cupajare asigur ă: obținerea de partizi mari de vinuri cu compozi ție constant ă, corectarea lipsurilor constitutive naturale (alco ol, aciditate, extract) și defectelor de gust, miros, culoare, transformarea v inurilor prea îmb ătrânite prin amestecarea cu vinuri noi. Stabilizarea vinurilor . În evolu ția lor normal ă vinurile pot suferi o serie de modific ări anormale (floarea vinului, o țetirea, b ăloșirea), fie ca urmare a unor agen ți patogeni, fie ca urmare a unor transform ări denumite defecte (gust și miros de hidrogen sulfurat, cass ă feric ă sau cupric ă, depuneri tartrice). Prin stabilizare se în țelege îndep ărtarea cauzelor care ar putea duce atât la tulburarea lui ulterioar ă, cât și la modificarea calit ăților gustative. Stabilizarea fizico-chimic ă a vinurilor are ca scop principal asigurarea limpidit ății vinului și se poate realiza prin mai multe metode. 1. Tratamente termice : – refrigerarea, urm ărește precipitarea tartra ților, a unei p ărți din substan țele coloidale, în special a proteinelor, substan țelor pectice, unele substan țe colorante și dizolvarea oxigenului; – pasteurizarea, este o metod ă energic ă de stabilizare care determin ă precipitarea substan țelor termolabile (mai ales a proteinelor), distruge rea microorganismelor, maturarea selectiv ă în func ție de prezen ța oxigenului. 2. Cleire . Are ca scop limpezirea vinurilor, substan țele dispersate în vin formând particule coloidale înc ărcate electric și cu mare capacitate de adsorb ție. Procesul de cleire este frânat de prezen ța substan țelor gumice și mucilaginoase care au rolul de a forma coloizi protectori. Temperatura optim ă de cleire este cuprins ă între 5-15 0C. Pentru limpezirea vinului se folosesc urm ătoarele substan țe de natur ă proteic ă: gelatina (5-30 g/hl), uleiul de pe ște (1-4 g/hl), cazeina (5-10 g/hl), laptele (în fun cție de con ținutul de substan țe proteice). Dintre substan țele minerale cele mai utilizate sunt caolinul (100- 150 g/hl) și bentonita (25-200 g/hl). 3. Demetalizare . Metalele prezente în vin sunt atât de provenien ță natural ă, cât și din procesul tehnologic de fabrica ție. Când ionii de Fe2+, Cu2+, Ca2+ și K+ depășesc anumite limite apar alter ări specifice ale culorii, limpidit ății și gustului. Pentru îndep ărtarea metalelor din vin se folosesc urm ătoarele metode: – cleirea albastr ă sau tratarea vinului cu ferocianur ă de potasiu, având ca rezultat precipitarea fierului, odat ă cu acesta precipitând și unele proteine; – tratarea vinului cu fitat de calciu, realizeaz ă precipitarea fierului și a plumbului din vin; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 175 – tratarea vinului cu r ășini cationice, acestea putând re ține fierul, cuprul, zincul, calciul și aluminiul, realizând totodat ă și acidifierea vinului. 4. Stabilizare împotriva depunerilor tartrice . Sărurile de calciu și potasiu ale acidului tartric au solubilitate redus ă, iar prin reducerea temperaturii acestea precipit ă sub form ă de sediment. Pentru a preveni formarea precipitatului metoda cea mai utilizat ă este refrigerarea vinului, urmat ă de filtrare. Mai nou se folose ște acidul metatartric care, în concentra ție de 8-10 g/hl, împiedic ă depunerea tartrului timp de un an. 5. Filtrare și centrifugare . Majoritatea metodelor de stabilizare fizico-chimi că sunt completate cu filtrarea, opera ție prin care nu se introduc substan țe str ăine în vin, se re ține tulbureala și un mare num ăr de microorganisme, se execut ă mai rapid decât cleirea și se poate aplica oricând și la orice temperatur ă. Pentru filtrare se folosesc filtre de colmatare, cu celuloz ă, kiselgur și filtre cu pl ăci. Centrifugarea realizeaz ă o limpezire preliminar ă a vinurilor, u șurând filtrarea. Vinurile maturizate și aproape limpezi nu se pot limpezi foarte bine pri n centrifugare. Stabilizarea biologic ă a vinurilor este extrem de important ă și rezolv ă trei mari probleme: – oprirea ferment ării vinului când acesta mai con ține zah ăr fermentascibil; – prevenirea cas ării enzimatice a vinului, mai ales atunci când prov ine dintr-o recolt ă depreciat ă calitativ; – conservarea vinului pentru a preveni procesele d e refermentare și ferment ările maladive. Se cunosc mai multe metode de stabilizare biologic ă , cele mai importante fiind: 1. Tratarea vinurilor cu substan țe stabilizatoare ; din aceast ă categorie fac parte: – bioxidul de sulf, este un puternic antioxida nt și antiseptic, fiind folosit în solu ție lichid ă sau gazos, dozele în care se administreaz ă depinzând de caracteristicile vinului; – acidul sorbic și sorbatul, au o ac țiune fungistatic ă iar în lipsa ac țiunii antioxidante, se utilizeaz ă în combina ție cu bioxidul de sulf; – esterul dietilic al acidului pirocarbonic, n ecesit ă o tehnologie special ă și în anumite condi ții poate avea efecte toxice; – alte substan țe antiseptice: se mai pot folosi benzoatul de sodiu , vitamina K, propionatul de sodiu, acidul monobromacetic, utiliz area lor fiind limitat ă. 2. Pasteurizarea , const ă în înc ălzirea vinurilor limpezi la 60-70 0C timp de 2-3 minute, în absen ța aerului, opera ție ce se poate aplica atât înainte, cât și dup ă îmbuteliere. 3. Filtrarea sterilizant ă, se realizeaz ă cu ajutorul pl ăcilor sterilizante care re țin în porii lor drojdiile și microorganismele de dimensiunile cele mai mici. F iltrarea steril ă nu influen țează cu nimic asupra calit ății vinului, prin faptul c ă nu introduce nimic în vin și nu îi modific ă temperatura. A. Producerea vinurilor albe de consum curent Vinurile albe de consum curent sunt în general cu u n con ținut de 8-10,5 % vol. alcool, aciditate total ă de 3,2-5,0 g/l H 2SO 4 și cu extract sec minim de 14 g/l. Se ob țin din toate soiuri și sortimente de mare produc ție, dup ă schema tehnologic ă general ă, cu urm ătoarele observa ții: – recoltarea strugurilor se face la maturitatea te hnologic ă; – transportul recoltei se face cu bene basculante special amenajate; – recep ția cantitativ ă se face prin cânt ărire iar recep ția calitativ ă prin analize sumare, dintre care obligatorie este determinarea procentul ui de zah ăr din boabe; – desciorchinatul este o opera ție facultativ ă; – mustuiala se sulfiteaz ă cu 40-50 mg/l SO 2 când strugurii sunt s ănătoși și cu 60-120 mg/l SO 2 dacă sunt ataca ți de mucegai; – presarea bo știnei se poate face mecanic sau hidraulic; – asamblarea mustului const ă în amestecarea tuturor frac țiilor cu mustul ravac; – limpezirea mustului se ob ține prin decantare timp de 6-12 ore, cu asigurarea unui conținut de 25-30 mg/l SO 2 liber; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 176 – corec ția de compozi ție se face numai în anii cu condi ții nefavorabile, administrându-se până la 1,5 g/l acid tartric și maxim 30 g/l zah ăr; – fermentarea mustului se face în cisterne sau bud ane, iar umplerea vaselor se face imediat dup ă încetarea ferment ării tumultoase și apoi periodic la 4-5 zile, pân ă la tragerea vinului de pe drojdie și în continuare; – tragerea vinului de pe drojdie se face imediat d upă terminarea fermenta ției alcoolice, când provine din recolte depreciate și la 3-4 s ăptămâni, când provine din struguri s ănătoși; – p ăstrarea se face timp de maxim un an la 10-14 0C, cu pritocurile și sulfitarea necesar ă, în general acestea fiind consumate ca vinuri tinere (începând chiar dup ă tragerea lor de pe drojdie); – condi ționarea vinurilor înainte de livrare este obligator ie, fiind comercializate ca vinuri neîmbuteliate (la butoi) sau îmbuteliate. B. Producerea vinurilor albe seci de calitate superioar ă Vinurile de calitate superioar ă au o t ărie alcoolic ă de minim 10,5 % vol, aciditate total ă de 3,5-4,0 g/l H 2SO 4 și extract minim de 17 g/l extract sec. Se ob țin din soiuri și sortimente recomandate și autorizate, pe eticheta c ărora trebuie men ționat ă zona viticol ă de provenien ță, respectiv soiul sau sortimentul de soiuri din care este ob ținut. Opera țiile tehnologice care se aplic ă la prepararea acestor vinuri sunt în general acele ași ca la precedentele, cu urm ătoarele mențiuni: – desciorchinatul este o opera ție obligatorie; – se poate face o macerare de scurt ă durat ă în vederea cre șterii con ținutului de extract al vinurilor; – asamblarea se va face între mustul ravac și prima frac ție de la presare; celelalte frac ții se asambleaz ă separat și sunt destinate ob ținerii de vinuri inferioare; – tratarea mustului cu bentonit ă în timpul sau imediat dup ă limpezire în vederea asigur ării ferment ării pe bentonit ă; – fermentarea se va face la o temperatur ă care s ă nu dep ășească 20 0C; – vinurile se matureaz ă în butoaie de maxim 3000 litri timp de 6-12 luni, în func ție de capacitatea vasului, soi și tipul de vin; – condi ționarea vinurilor tinere se face înainte de livrare , iar a celor destinate matur ării se face imediat dup ă pritoc și egalizare; – stabilizarea vinurilor cuprinde opera țiile: cleire albastr ă (obligatorie când con ținutul în fier dep ășește 6 mg/l), stabilizare tartric ă (prin refrigerare), pasteurizare (la 70-75 0C) și filtrare steril ă; – se recomand ă ca îmbutelierea s ă se fac ă în condi ții sterile. C. Producerea vinurilor albe demiseci, demidulci și dulci de calitate superioar ă Fa ță de vinurile seci la prepararea vinurilor cu rest d e zah ăr, se aplic ă opera țiile prev ăzute în schema general ă, cu urm ătoarele observa ții: – oprirea fermenta ției se face astfel ca o por ție de zah ăr să rămână nefermentat ă, vinul obținut având o dulcea ță corespunz ătoare tipului (demisec, demidulce, dulce); ea trebu ie executat ă atunci când t ăria alcoolic ă este mai mic ă cu 0,5-1,0 % fa ță de cea proiectat ă, cea mai simpl ă metod ă fiind sulfitarea cu 20-30 g/hl SO 2 concomitent cu bentonizarea (1 g/l); – condi ționarea se face imediat dup ă oprirea ferment ării iar pentru asigurarea stabilit ății biologice procentul de SO 2 liber nu trebuie s ă scad ă sub 25-30mg/l; – maturarea vinului se face la butoi între 8-18 lu ni și facultativ la sticle cu o durat ă de până la 18 luni. Asemenea vinuri se ob țin fără adaus de zah ăr, alcool sau must concentrat, din soiuri de calitate cu struguri s ănătoși și bine matura ți. D. Producerea vinurilor albe aromate de calitate superioar ă Opera țiile din fluxul tehnologic sunt similare cu cele care se aplic ă la ob ținerea vinurilor albe de aceia și calitate, diferen ța față de acestea constând în faptul c ă mustul nu se mai separ ă rapid de bo ștină. Astfel el este men ținut un timp oarecare în contact cu bo știna în vederea Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 177 extragerii substan țelor aromate din pieli ță. În raport cu soiul, gradul de maturare și starea de sănătate a strugurilor, macerarea se face timp de 12-18 ore, la temperaturi de 25-28 0C, în unele cazuri putând atinge și 4 zile. Tehnologia de producere a vinurilor ro șii. La vinurile ro șii, în afar ă de limpiditate, miros și gust, un rol important în aprecierea lor calitati vă îl joac ă culoarea, iar la cele aromate și aroma. Pentru realizarea acestor însu șiri, al ături de celelalte opera ții tehnologice comune obținerii tuturor vinurilor, mai intervine una specifi că, macera ția (fig.7.3) care modific ă sensibil ordinea utilajelor în fluxul de fabrica ție (fig.7.4). Fig. 7.3. Schema tehnologic ă de producere a vinurilor ro șii Macerația este o opera ție tehnologic ă prin care bo știna este men ținută în contact cu mustul o perioad ă determinat ă, în vederea extrac ției anumitor componente din p ărțile solide ale strugurelui. Dintre acestea substan țele colorante și compu șii fenolici, mai ales cei coloran ți, prezint ă un interes deosebit pentru vinifica ție. Extragerea substan țelor colorante se face rapid printr-o macera ție de 24-36 ore, îns ă extragerea compu șilor fenolici este mai complex ă și de durat ă. În prima faz ă se produce dizolvarea substan țelor colorante în must, iar în faza a doua, datorit ă mișcărilor interne provocate de diferen țele de temperatur ă și degaj ările de bioxid de carbon, are loc difuzia substan țelor colorante în toat ă masa de must. Ca urmare a proceselor de dizolvare și difuzie a antocianilor, intensitatea colorant ă a lichidului cre ște progresiv pân ă atinge valoarea maxim ă. Dup ă aceasta intensitatea scade datorit ă adsorb ției substan țelor colorante de c ătre p ărțile solide (ciorchini, semin țe, levuri), precum și transform ării ireversibile a unor antociani în forme incolore sau distrugerii par țiale a lor. Exist ă o mare diversitate de procedee pentru macerarea bo știnei și care în raport cu fermentarea se clasific ă astfel: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 178 a) procedee tehnologice unde macera ția se desfășoară simultan cu fermentarea , sunt cuprinse într-o singur ă opera ție numit ă macerare-fermentare sau fermentare pe bo ștină; b) procedee tehnologice unde macera ția precede fermentarea : sunt dou ă procedee distincte, iar din aceast ă categorie se folosesc macera ția carbonic ă și macera ția la cald. Fig. 7.4. Linia tehnologic ă de producere a vinurilor ro șii: 1-zdrobitor-desciorchin ător; 2,8-pompe; 3-cisterne rotative de macerare-fermentare; 4-schim bător de căldură; 5-scurgător-transportor; 6- cisterne pentru vin ravac; 7-pres ă; 9-rezervor termostatat pentru fermentare. Tragerea vinului de pe bo ștină const ă în separarea p ărții lichide de bo ștină către sau la sfârșitul macer ării, cu trecerea lui într-un vas unde î și va definitiva fermentarea. În func ție de momentul când trebuie s ă se execute exist ă trei cazuri: – tragerea înainte de sfâr șitul fermenta ției: vinul este dulce și se recomand ă să se aplice la vinurile pentru consum curent; – tragerea imediat dup ă sfârșitul fermenta ției sau tragerea la cald : vinul mai are pu țin zahăr și se recomand ă la vinurile de calitate mai pu țin dure, comercializate rapid; – tragerea dup ă câteva zile de la sfâr șitul fermenta ției sau tragerea la rece : se recomand ă la vinurile care vor fi p ăstrate în vederea matur ării și învechirii. A. Producerea vinurilor ro șii de consum curent Vinurile ro șii de consum curent se ob țin dup ă tehnologia general ă, cu urm ătoarele observa ții: – sulfitarea mustuielii este mai redus ă, fiind cuprins ă între 30-80 mg/l; – se administreaz ă maia de drojdii în procent de 3-5 %, favorizând de clanșarea fermenta ției; – macerarea-fermentarea trebuie condus ă ca intensitate și durat ă pentru ob ținerea colora ției corespunz ătoare tipului de vin; – termomacerarea, total ă sau par țială, a mustuielii poate înlocui macerarea-fermentarea, când strugurii sunt slab pigmenta ți sau sunt deprecia ți calitativ; în primul caz termomacerarea se face la 60-65 0C timp de 30 minute, iar în al doilea caz la 70-80 0C timp de 15-30 minute; – definitivarea fermenta ției alcoolice se face în vase unde este controlat ă și dirijat ă, iar dacă extrac ția culorii s-a f ăcut prin termomacera ție, se adaug ă maia 3-5 %; – stimularea fermenta ției malolactice imediat dup ă terminarea fermenta ției alcoolice, prin menținerea vinului la cca 20 0C, evitarea sulfit ării, adaus de vin în plin ă fermentare malolactic ă; – condi ționarea și stabilizarea vinurilor se face la fel ca la vinur ile albe, cu deosebirea c ă în loc de bentonizare se poate aplica o cleire cu g elatin ă, iar sulfitarea este mai slab ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 179 B. Producerea vinurilor ro șii de calitate superioar ă În general aceast ă tehnologie este asem ănătoare cu precedenta cu urm ătoarele deosebiri: termomacerarea este mai pu țin acceptat ă, asamblarea se face între mustul ravac și prima frac ție de la presare, des ăvârșirea fermenta ției alcoolice va fi astfel condus ă încât temperatura s ă nu depășească 25 0C, fermentarea malolactic ă este obligatorie, maturarea dureaz ă 6-12 luni ob ținând un câ știg în calitate, cleirea se face cu albu ș de ou sau gelatin ă, asigurând o mai bun ă limpiditate, iar învechirea se face la sticle timp de minimum 6 luni. 7.1.2. Tehnologii de producere a vinurilor speciale Vinurile speciale sunt produse ob ținute pe baz ă de vin la care se folosesc adaosuri de zahăr, de must concentrat, mistel sau alcool alimentar, substan țe aromatizante și care se ob țin după o anumit ă tehnologie. Tehnologii de producere a vinurilor spumante. Prin vin spumant se în țelege b ăutura obținută din vin printr-o a doua fermentare în vase închise ermetic și care la temperatura de 20 0C dezvolt ă în vase o presiune de minimum 3,5 atmosfere, bioxi dul de carbon pe care îl con ține fiind de natur ă endogen ă. Cele mai importante caracteristici ale vinului spu mant sunt perlarea (const ă în degajarea bulelor mici de bioxid de carbon dup ă destuparea și umplerea paharelor) și spumarea (este dat ă de formarea la suprafa ța vinului a unui strat de spum ă care se reînnoie ște continuu). Dup ă conținutul în zah ăr vinurile spumante se împart în urm ătoarele categorii: brute (sub 4 g/l), seci (între 4-15 g/l), demiseci (între 15-4 0 g/l), demidulci (între 40-80 g/l) și dulci (peste 80 g/l). A. Prepararea vinurilor spumante dup ă metoda “Champanoise” Șampania este vinul spumant ob ținut prin a doua fermentare la sticle numai în zona viticol ă Champagne, ciclul de fabrica ție fiind de minimum 12 luni. Vinurile spumante ob ținute după aceia și metod ă, dar în afara acestei regiuni, se numesc vinuri sp umante dup ă metoda “Champanoise” și au ciclul de fabrica ție de minim 9 luni, schema tehnologic ă de fabrica ție fiind prezentat ă în figura 7.5. Recepția vinurilor de baz ă. Vinurile de baz ă trebuie s ă îndeplineasc ă o serie de condi ții de calitate: minim 9,7 % vol. alcool la 15 0C, aciditatea titrabil ă de minim 4,5 g/l în H 2SO 4, extract redus maxim 16 g/l, maxim 150 mg/l SO 2 total, maxim 4g/l zah ăr reduc ător, maxim 15 mg/l Fe, s ă fie limpezi, f ără corpuri str ăine în suspensie, lipsite de miros, astringen ță, amăreală. Chiar și în aceste condi ții vinurile se supun unei opera ții de filtrare. Cupajarea. Dup ă recep ție și eventualele filtr ări, vinurile se cupajeaz ă în vederea ob ținerii unor partizi mari, t ăria alcoolic ă a cupajului trebuind s ă fie cuprins ă între 10,5-11,5 % vol. În afara acestor limite fermentarea secundar ă fie decurge greu sau înceteaz ă, fie se tulbur ă vinul la adăugarea licorii de expedi ție. Condiționarea vinurilor const ă în tratamentul cu ferocianur ă de potasiu, când vinul de bază conține peste 6 mg/l fier și filtrare sterilizant ă, iar stabilizarea fa ță de compu șii tartrici prin folosirea acidului metatartric, ad ăugat împreun ă cu licoarea de expedi ție. Nu se recomand ă tratarea cupajelor cu frig deoarece scad propriet ățile de spumare și perlare a vinurilor finite. Pregătirea amestecului de tiraj și tirajul . Amestecul de tiraj este alc ătuit din vinul de baz ă, licoarea de tiraj, maiaua de drojdii selec ționate și substan țe clarifiante. Licoarea de tiraj este o solu ție de zah ăr (de regul ă din trestie de zah ăr) în concentra ție de 500 g/l cu vin cupaj și acid citric, ultimul servind pentru invertirea za hărului. Cultura de drojdii se înmul țește în laborator, înainte de introducerea în tiraj t rebuind s ă prezinte urm ătoarele caracteristici: alcool 10,5-11,5 % vol. , a ciditate total ă 3,5 g/l în H 2SO 4, zahăr 30-50 g/l, puritatea 100 %, temperatura de 15-18 0C. Ca substan țe clarifiante se introduc în amestecul de tiraj gelatin ă (2 g/hl) și tanin (4 g/hl). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 180 Fig. 7.5. Schema tehnologic ă de producere a vinurilor spumante dup ă metoda “Champanoise” Amestecul de tiraj este trecut la îmbuteliere în s ticle. Acestea se umplu pân ă la 3-5 cm sub marginea gâtului sticlei, gol necesar pentru ac umularea bioxidului de carbon și care produce pocnitura la degorjare. Sticlele se astup ă cu dopuri care se fixeaz ă cu agrafe metalice de gâtul sticlei. Fermentarea în sticle . Sticlele se pun pe stive în înc ăperi speciale cu temperaturi de 11- 14 0C, condi ție în care bacteriile nu concureaz ă drojdiile, depunerea excesului de s ăruri tartrice este mai rapid ă iar fermentarea decurge lent, cu cre șterea treptat ă a presiunii. Astfel se m ărește capacitatea de absorb ție a vinului fa ță de CO 2, ducând în final la o mai bun ă perlare și spumare. Viteza și durata ferment ării în sticle depinde de rasa de levuri folosit ă, de temperatura încăperii, con ținutul în alcool al vinului de baz ă, densitatea și viabilitatea levurilor (culturilor de drojdii selec ționate). În timpul ferment ării are loc degajarea de CO 2 care în mare parte este absorbit de c ătre vin, mersul fermenta ției necesitând un control permanent deoarece pot ap ărea anomalii precum: fermentare incomplet ă sau deloc, depuneri anormale și absen ța luciului vinului. Dup ă cca 6 luni de la efectuarea tirajului sticlele se reclădesc, efectuându-se cu acest prilej și o agitare a lor, având ca efect schimbarea s tructurii depunerilor, fermentarea complet ă a zah ărului și o stabilizare sporit ă a vinurilor prin stimularea activit ății drojdiilor. Remuajul este o opera ție mecanic ă și cuprinde un grup de manipul ări făcute în scopul aducerii integrale a sedimentului pe dop, f ără afectarea limpidit ății, opera ția considerându-se terminat ă atunci când depozitul este adus și tasat pe dop, iar vinul din sticl ă devine perfect limpede, f ără aderen țe pe pere ții sticlei. Degorjarea este opera ția de aruncare a depozitului de drojdie adunat pe d op, prin desfacerea agrafei dopul fiind aruncat de c ătre presiunea de bioxid de carbon din interior, opera ție executat ă numai de persoane calificate și în spa ții special amenajate. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 181 Odat ă ce degorjarea a fost efectuat ă se adaug ă licoarea de expedi ție. Aceasta este o soluție de zah ăr dizolvat în vin vechi de cel pu țin trei ani, de bun ă calitate, care se adaug ă vinului spumant în scopul de a-i imprima diferite grade de dulcea ță, în raport cu tipul de vin dorit. Întrucât prin dizolvarea zah ărului în vin con ținutul acestuia în alcool și aciditate scade, licoarea de expedi ție se alcoolizeaz ă (alcool rafinat cu bonificatori sau macerate) și se acidifiaz ă (acid citric), iarna se adaug ă acid metatartric (75 mg/ 750 ml vin spumant), iar în timpul verii sorbat de potasiu (120 mg/ 750 ml vin spumant). Pentru evitar ea dezvolt ării microorganismelor patogene, licoarea de expedi ție se sulfiteaz ă cu 350 g SO 2 la 1000 l licoare. Dozarea licorii de expedi ție și completarea sticlelor se face cu ajutorul ma șinilor semiautomate, urmate de dopuire și agrafare. Omogenizarea licorii de expedi ție în vin se face prin agitarea puternic ă a sticlelor, dup ă care acestea se p ăstreaz ă minimum 15 zile la temperaturi de 10-15 0C. Dup ă păstrare sticlele se examineaz ă cu lampa de control, îndep ărtându-se cele necorespunz ătoare, restul fiind trecute la etichetare și ambalare. B. Prepararea vinurilor spumante dup ă metoda ferment ării în rezervoare Prin folosirea rezervoarelor metalice din o țeluri inoxidabile de mare capacitate, metoda de ob ținere a vinurilor spumante se simplific ă , devine mult mai rapid ă și economic ă comparativ cu fermentarea la sticle, permi țând un grad ridicat de mecanizare și automatizare. Schema tehnologic ă a acestei metode este prezentat ă în figura 3.6. Dup ă opera țiile de condi ționare, vinurile de baz ă se introduc în recipiente la acestea adăugându-se licoarea de tiraj, licoarea de expedi ție și culturile de drojdii, fiind astfel preg ătite pentru fermentarea secundar ă. Procesul de fabrica ție poate continua în dou ă variante. Fig. 7.6. Schema tehnologic ă de producere a vinurilor spumante dup ă metoda fermentării în rezervoare I. Ca urmare a îns ămânțării cu maia fermentarea se declan șează rapid iar presiunea cre ște, procesul durând 10-15 zile. Când presiunea atinge 5 atmosfere fermentarea se opre ște prin refrigerare la -5 0C, vinul fiind p ăstrat la aceast ă temperatur ă în rezervoare timp de câteva zile. După filtrarea în contrapresiune (pentru a evita pierde rile de CO 2) se trece în rezervorul tampon al instala ției de îmbuteliere. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 182 II. Fermentarea secundar ă are loc în rezervoare la presiune sc ăzută, bioxidul de carbon format fiind aspirat și păstrat într-un recipient la presiune ridicat ă, în acest fel fermentarea decurgând mai rapid. După terminarea ferment ării se face saturarea vinului cu bioxidul de carbon propriu, la o presiune de 4 atmosfere. Prin durata și natura proceselor biochimice ce au loc, vinurile spumante ob ținute prin fermentarea în rezervoare nu egaleaz ă, sub aspect calitativ, pe cele ob ținute prin fermentarea în sticle. C. Prepararea vinurilor spumante dup ă metoda mixtă sau a transvaz ării La aceast ă metod ă tirajul se face în sticle mari (între 1,5-2,3 l) c u respectarea principiului dublei ferment ări la temperatura de 10-12 0C. Dup ă fermentare sticlele sunt r ăcite la –1 0C, transvazate cu o ma șină special ă într-un recipient metalic r ăcit și umplut ini țial cu un gaz inert. Pentru golirea complet ă a sticlelor presiunea din recipient trebuie s ă fie mai mic ă decât cea din sticle. Licoarea de expedi ție se poate ad ăuga în recipientul gol sau dup ă ce acesta a fost umplut. Conținutul recipientului se r ăcește la –50C și se las ă în repaos 3-4 zile la aceia și temperatur ă, după care filtrat sub presiune este trecut din nou la s ticle. Metoda are urm ătoarele avantaje: fermentarea în sticle mari cu eco nomie de spa țiu, eliminarea opera țiilor de remuaj și degorjare, administrarea licorii de expedi ție la recipient și nu individual (la sticle), pierderi minime de vin și presiune, ob ținerea unui vin spumant mai limpede ca efect al filtr ării, costuri de fabrica ție mai sc ăzute. D. Prepararea vinurilor spumante naturale dup ă metoda “Asti Spumante” Tehnologia de ob ținere recurge la stabilizarea vinurilor prin caren ță de azot și a fost folosit ă pentru prima dat ă în regiunea italian ă Asti, la prepararea vinurilor spumante din soiul Muscat alb. Ca materie prim ă se folose ște mustul ravac și cel provenit de la prima pres ă. Dup ă sulfitare și deburbare mustul este centrifugat și răcit la 00C, fiind apoi trecut în vase izoterme unde este limpezit cu tanin și gelatin ă. Dup ă un repaos de câteva zile la temperatur ă scăzută, mustul se separ ă de depuneri, se filtreaz ă și se supune centrifug ării. Dup ă aceasta este p ăstrat la temperatura mediului ambiant, motiv pentru care mustul intr ă în fermenta ție. Procesul se întrerupe prin filtrare sau centrif ugare, fiind urmat de tratamente cu tanin, cleiri și filtr ări pân ă când se ob ține un vin cu 6-7 % vol. alcool și o concentra ție în zah ăr de 80-100 g/l (num ărul cleirilor și filtr ărilor depinde de calitatea strugurilor și a mustului ob ținut). Fermenta ția secundar ă se face în vase închise la temperatura de 14-15 0C, dup ă cca dou ă săptămâni realizându-se în vase o presiune de 5 atm. Co nținutul se r ăcește la 0 0C, se filtreaz ă, se refrigereaz ă la –4 0C, temperatur ă la care se p ăstreaz ă timp de 10-15 zile. Dup ă o ultim ă filtrare vinul spumant se îmbuteliaz ă. Prin opera țiile de deburbare, cleiri și filtr ări repetate, se elimin ă partea cea mai mare din drojdii și odat ă cu ele substan țele azotate asimilabile. S ărăcirea în azot confer ă vinului spumant o stabilitate biologic ă ridicat ă, conservând în acela și timp aroma caracteristic ă soiului. Tehnologia de producere a vinurilor spumoase. Vinurile spumoase sunt b ăuturi ob ținute pe baz ă de vin impregnat cu CO 2 și adaus de licoare de expedi ție. Spre deosebire de vinurile spumante, vinurile spumoase sunt mai pu țin armonioase, perlarea și spumarea fiind de scurt ă durat ă, presiunea dezvoltat ă în sticl ă la 20 0C fiind de minim 2,5 atmosfere. Prepararea vinurilo r spumoase se face dup ă schema din figura 7.7. Materia prim ă o constituie vinul care trebuie s ă îndeplineasc ă acelea și condi ții de calitate ca la prepararea vinurilor spumante, s ă fie s ănătos, sec, f ără defecte, limpede și cu arom ă specific ă. Vinul este supus unor opera ții și tratamente având ca scop ameliorarea gustului, corectarea con ținutului în alcool și a acidit ății, asigurarea stabilit ății fizico-chimice și biologice. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 183 Fig. 7.7. Schema tehnologic ă de producere a vinurilor spumoase Licoarea de expedi ție are caracteristicile organoleptice similare ca l a vinurile spumante, cantitatea ad ăugată fiind cuprins ă între 20,4-41,8 ml/750 ml, în func ție de tipul de vin dorit. Înainte de impregnare cu CO 2 vinul este r ăcit la 3-5 0C dup ă care este introdus în instala ția de saturare. Presiunea normal ă de turnare a vinului la sticle este de 2,5 atmosfe re. Dup ă îmbuteliere sticlele se p ăstreaz ă în înc ăperi uscate, ferite de soare și bine aerisite, la temperaturi de 5-15 0C, o perioad ă de timp de cel pu țin 30 zile pentru înfr ățire. Tehnologia de producere a vinurilor aromatizate. Vinurile aromatizate sunt produse viticole care se ob țin din vin cu adaos de zah ăr sau must, distilat de vin sau alcool alimentar și substan țe aromatizante ob ținute din plante. Din aceast ă categorie de vinuri fac parte vinul pelin, vermutul și bitterul. Prepararea vinului pelin . Este un vin sec sau dulceag, cu gust am ărui și miros de pelin. Se prepar ă din vinuri de consum curent la care se adaug ă macerat ob ținut dintr-un num ăr mare de plante (floare de pelin uscat ă, floare de pelini ță, rădăcină de gen țiană, coriandru, cui șoare, etc.), schema tehnologic ă fiind prezentat ă în figura 7.8. Macerarea plantelor m ărunțite se face în solu ție alcoolic ă de 45 vol. %, timp de câteva zile, dup ă care se separ ă lichidul macerat iar bo știna se trimite c ătre sec ția de distilare în vederea recuper ării alcoolului. Fig. 7.8. Schema tehnologic ă de producere a vinului pelin Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 184 Vinul stabilizat se pune într-un vas peste care se adaug ă maceratul de plante, în cantit ăți ce depind de re țeta de fabrica ție. Pentru omogenizarea și înfr ățirea cu maceratul vinul se amestec ă 4-5 ore , apoi se las ă în repaos câteva zile dup ă care se filtreaz ă și se trece la linia de îmbuteliere. Vinul pelin se consum ă imediat deoarece printr-o eventual ă învechire, î și pierde aroma și stabilitatea. Prepararea vermutului și a bitterului . Vermutul este b ăutura alcoolic ă obținută din vinuri albe sau ro șii, cu adaos de alcool, zah ăr, macerat de plante și alte ingrediente, caracteristicile principale fiind: t ăria alcoolic ă 16-18 vol. %, con ținutul în zah ăr 40-180 g/l, arom ă caracteristic ă de vermut. Fig. 7.9. Schema tehnologic ă de preparare a vermutului și a bitterului Bitterul este b ăutura alcoolic ă aperitiv ă obținută din vin alb sau ro șu cu adaos de zah ăr, alcool, macerate de plante și fructe. La fabricarea acestei b ăuturi nu se admite folosirea substan țelor conservante, sintetice sau a acizilor minerali . Se deosebe ște de vermut printr-un grad alcoolic mai ridicat (23-25 0), o aciditate mai sc ăzută și un gust mai amar. Principalele opera ții din fluxul tehnologic de fabrica ție a celor dou ă tipuri de b ăuturi sunt prezentate în figura 7.9. Vinurile folosite ca materie prim ă trebuie s ă provin ă din struguri s ănătoși, să fie bine condi ționate și stabilizate, cu grad alcoolic moderat (10-11 vol. %) și aciditate total ă scăzută (3- 3,5 g/l în H 2SO 4), vinurile ro șii trebuind s ă aibă terminat ă fermenta ția malolactic ă. Maceratele de plante dau produsului gustul, aroma și mirosul specific, calitatea b ăuturilor depinzând în mare m ăsură de num ărul și propor ția plantelor ce intr ă în re țeta de fabrica ție. Acidul citric se folose ște la corectarea acidit ății și la prevenirea cas ării ferice (cu fierul din vin d ă citra ți de fier u șor solubili). Vinurile condi ționate și stabilizate se trec în vase cu malaxor unde se ad augă componentele în urm ătoarea ordine: zah ărul, alcoolul, acidul citric dizolvat în vin și în final maceratul de plante. Con ținutul vasului se omogenizeaz ă timp de 4-5 ore dup ă care se las ă la limpezit. B ăutura ob ținută se filtreaz ă și se trage în rezervoare unde se las ă timp de 20-40 de zile pentru înfr ățire și omogenizare. Dup ă aceast ă perioad ă produsul se filtreaz ă și se trece la îmbuteliere. 7.2. Tehnologii de ob ținere a produselor pe baz ă de must și vin Din grupa acestor produse fac parte sucul de strugu ri, mustul de struguri, distilatele din tescovin ă și vin învechite. Tehnologia de producere a sucului de struguri. Sucul de struguri este un produs obținut din must c ăruia i s-au aplicat tratamente de stabilizare și conservare. În func ție de natura acestor tratamente se deosebesc: sucuri ob ținute din must conservat prin metode fizice și sucuri obținute din must conservat prin metode fizico-chimice . Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 185 Pentru ob ținerea sucurilor se folosesc soiuri de struguri de mare productivitate (peste 10 t/ha), cu un con ținut în zah ăr de minim 150 g/l și o aciditate ridicat ă 5-6 g/l în H 2SO 4). Prepararea sucului natural de struguri . Sucul natural de struguri este b ăutura nealcoolic ă obținută din soiuri de calitate superioar ă, prin aplicarea unei tehnologii care îi asigur ă men ținerea caracteristicilor ini țiale exclusiv prin procedee fizice (fig.7.10.). Strugurii recolta ți, înainte de zdrobire se supun unei sp ălări și zvânt ări, prin care se îndep ărteaz ă impurit ățile și o mare parte din microflora de pe suprafa ța boabelor. La prepararea sucului natural se folose ște numai mustul ravac și cel de la prima pres ă. Urm ătoarele opera ții care se aplic ă au ca scop evitarea proceselor de oxidare și fermentare a mustului. Dup ă centrifugare mustul este înc ălzit la 45 0C și tratat cu enzime pectolitice, dozele variind în func ție de con ținutul acestuia în substan țe pectice. Pasteurizarea rapid ă (încălzirea mustului la 120 0C timp de câteva secunde) urmat ă de o introducere aseptic ă în recipiente sterile, asigur ă o bun ă deproteinizare a mustului și distrugerea enzimelor oxidative. Fig. 7.10. Schema tehnologic ă de producere a sucului natural de struguri Fig. 7.11. Schema tehnologic ă de producere a sucului de struguri Pentru a evita dezvoltarea levurilor și sporilor de mucegai, mustul se poate p ăstra în trei variante: în camere izoterme la 2-4 0C, sub pern ă de CO 2 la 10-12 0C sau prin congelare la –17,8 0C. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 186 În vederea îmbutelierii mustul este scos din depoz it, filtrat, pasteurizat, refrigerat, eventual tratat cu ultrasunete (accelereaz ă depunerea tartra ților) și în final diluat cu ap ă tratat ă (demineralizat ă și filtrat ă steril). Prepararea sucului de struguri . Se ob ține printr-o tehnologie bazat ă pe sulfitarea și desulfitarea mustului (fig.7.11), în final sucul nu trebuie s ă dep ășească 50 mg/l SO 2 total. Se admite corectarea acidit ății (maxim 0,5 g/l acid citric), impregnarea cu CO 2 , îmbun ătățirea aromei și culorii. Mustul ob ținut de la scurgere și presare se limpeze ște, iar pentru a putea fi p ăstrat se sulfiteaz ă în doze de pân ă la 600 mg/l SO 2, în func ție de con ținutul în zah ăr, temperatura și durata de p ăstrare. Pentru a ob ține musturi colorate și aromate, mustuiala se sulfiteaz ă cu 500- 1000 mg/l SO 2, se las ă 5 zile pentru macerare și extragerea substan țelor colorante, dup ă care mustul se p ăstreaz ă în vase obi șnuite. Desulfitarea se face în instala ții speciale, în absen ța aerului, f ără diluare sau concentrare și cu recuperarea aromelor, urmat ă de filtrare, diluare cu ap ă tratat ă și îmbuteliere. Tehnologia de preparare a mustului de struguri. Mustul de struguri constituie materia prim ă pentru ob ținerea vinurilor și a sucurilor, pentru p ăstrarea lui ca atare o perioad ă mai îndelungat ă de timp, fiind necesare m ăsuri care s ă împiedice intrarea în fermenta ție. Din aceast ă grupă fac parte mustul t ăiat, mustul alcoolizat sau mistelul și mustul concentrat. Prepararea mustului t ăiat. Mustul sulfitat cu doze de SO 2 și care nu mai intr ă în fermenta ție se nume ște must t ăiat. Pentru asigurarea stabilit ății biologice a musturilor se administreaz ă SO 2 între 600-850 mg/l la must t ăiat alb și pân ă la 1000 mg/l la mustul t ăiat ro șu, cantitatea depinzând de înc ărcătura sa în levuri. Prepararea mustului alcoolizat . Mistelul este un must alb sau ro șu proasp ăt, neintrat în fermenta ție, limpezit și alcoolizat. Cantitatea de alcool administrat ă mustului trebuie s ă împiedice pornirea fermenta ției (15-20 vol. % alcool). Dup ă separarea mustului de bo ștină, acesta este sulfitat, limpezit cu bentonit ă, decantat, filtrat și trecut în vase pentru alcoolizare. La prepararea mistelului ro șu mustuiala este trecut ă în vase închise, alcoolizat ă și lăsată la macerare timp de 15-20 zile. Dup ă macerare se trage mistelul, bo știna se preseaz ă, amestecându-se apoi cele dou ă fracții. Fig. 7.12. Schema tehnologic ă de obținere a mustului concentrat Alcoolul care se folose ște la prepararea mistelului trebuie s ă aibă tăria alcoolic ă de peste 90 vol. %, iar distilatul de vin de cel pu țin 45 vol. %. Prepararea mustului concentrat . Mustul concentrat este produsul ob ținut prin eliminarea unei p ărți a apei din mustul proasp ăt sau t ăiat, al c ărui con ținut în zah ăr este de cel pu țin 650 g/l, după schema din figura 7.12. Concentrarea mustului se f ace de regul ă în concentratoare cu vacuum în trei trepte, instala ții prev ăzute cu recuperator de arome și desulfitator. Concentrarea musturilor determin ă reducerea volumului de depozitare și asigurarea unei bune stabilit ăți biologice. P ăstrarea musturilor concentrate se face în recipient e metalice sau din Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 187 polistif, men ținute tot timpul pline, pentru a evita formarea con densului ce ar duce la diluarea mustului la suprafa ță și dezvoltarea unor levuri care ar putea produce fer mentarea lor. Musturile proaspete concentrate sunt calitativ sup erioare celor ob ținute din musturi suprasulfitate, dar în lipsa unor utilaje de mare c apacitate și productivitate, musturile se sulfiteaz ă, iar în cursul anului se face apoi desulfitarea și concentrarea. Tehnologia de producere a distilatelor de vin. Sunt b ăuturi alcoolice ob ținute prin distilarea vinurilor, produsul de referin ță constituindu-l coniacul. Calitatea distilatului în vechit de vin, ca produs finit, depinde de calitatea materiei prime, modul de distilare și de învechire a distilatului. Tehnologia de ob ținere a distilatelor de vin este prezentat ă în figura 7.13. Fig. 7.13. Schema tehnologic ă de obținere a distilatelor de vin Materia prim ă pentru ob ținerea distilatelor o constituie vinul care trebuie să îndeplineasc ă următoarele condi ții de calitate: t ărie alcoolic ă cca 10 vol. % sau chiar mai sc ăzută, aciditate volatil ă redus ă, aciditate fix ă de 6-7 g/l în H 2SO 4, con ținutul în zah ăr sub 4 g/l , procente sc ăzute de extract și SO 2. Tot pentru distilare se mai folose ște tescovina de struguri și cea provenit ă de la presarea mistelului ro șu (con ține o important ă cantitate de alcool). Distilarea vinurilor se face imediat dup ă terminarea fermenta ției alcoolice, procesul decurgând în cele trei faze. Prin distilare se urm ărește separarea și concentrarea principalilor compu și volatili ai vinului și în special a alcoolului etilic. Pentru învechire, în vederea ob ținerii unor produse de calitate superioar ă, doar frac țiile de mijloc de la distilare se pun în butoaie de stejar cu capacit ăți de 500-550 l, depozitate în spa ții special amenajate, în general distilatele supuse în vechirii având t ăria alcoolic ă de 56-70 vol. %. Sub ac țiunea alcoolului, din lemnul butoiului sunt dizolva te și extrase tanin, polifenoli, compu și coloran ți, săruri minerale, hemiceluloz ă, lignin ă solubil ă în alcool, etc. Asupra acestora precum și a constituen ților proveni ți din distilare ac ționeaz ă, în special, procese de oxidare, accelerate de unele substan țe din distilat. Lignina extras ă sufer ă un proces de descompunere, rezultând constituen ți aromatici de tipul vaniliei și care confer ă produsului un miros pl ăcut. Hemiceluloza hidrolizeaz ă rezultând zaharuri simple, reduc ătoare, care contribuie la îmbun ătățirea gustului. Substan țele tanoide imprim ă un gust dur, care dup ă oxidarea lor se amelioreaz ă prin apari ția unor nuan țe de dulceag. Perioada de învechire difer ă în func ție de calitatea distilatului ce urmeaz ă a fi ob ținut. Pentru distilate de calitate inferioar ă perioada este de 4-5 ani, pentru cele mijlocii de 15 ani, iar pentru cele superioare de 15-20 ani. Înainte de îmbuteliere se face corec ția în alcool a distilatului învechit (se diminueaz ă la 38-42 vol. %), folosind ap ă distilat ă, ape aromate învechite, distilate de vin de 20-25 vol. % Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 188 învechite. Urmeaz ă o ușoară îndulcire cu zah ăr caramelizat și dizolvat în distilat, dup ă care, în vederea omogeniz ării, produsul se las ă un timp în recipiente ( câteva luni, timp în care se face și o limpezire). 7.3. Prelucrarea produselor secundare de la vinific ație Ca produse secundare mai importante rezultate din p rocesele de vinifica ție se pot menționa: – tescovina, rezultat ă la presarea strugurilor albi sau roze și a produselor f ără alcool, respectiv de la presarea bo știnei fermentate de la strugurii ro șii; – drojdiile, care se depun pe fundul vaselor de fer mentare a vinului; – burba, rezultat ă de la limpezirea mustului; – depunerile de la limpezirea vinurilor; – borhotul, care rezult ă de la distilarea vinului. Din aceste materii prime, prelucrate în mod corespu nzător se pot ob ține produse suplimentare cu valoare deosebit ă precum: ● acidul tartric și tartra ții: au o larg ă întrebuin țare în industrii precum cea chimic ă, farmaceutic ă, textil ă, alimentar ă, etc.; ● alcoolul etilic: rezult ă de la distilarea tescovinei și a drojdiilor de vin, iar dup ă rectificare este folosit la alcoolizarea vinurilor; ● uleiuri: rezult ă din prelucrarea semin țelor înainte de distilarea tescovinei și sunt utilizate în alimenta ție și în industria cosmetic ă; ● taninul: se obține din șroturi și este folosit ca furaj pentru animale; din soiurile roșii se extrag substan țe colorante și care se folosesc în industria alimentar ă ca și colorant natural; ● făina furajer ă: se ob ține din tescovin ă, dup ă îndep ărtarea semin țelor și a alcoolului, fiind utilizat ă în hrana animalelor; Fig. 7.14. Schema tehnologic ă de prelucrare complex ă a tescovinei nefermentate În principal se prelucreaz ă tescovina care, în func ție de provenien ță poate fi nefermentat ă (de la soiurile albe și aromate) și fermentat ă (de la soiurile ro șii). Datorit ă caracteristicilor diferite, s-au stabilit dou ă variante tehnologice de prelucrare complex ă a tescovinei (fig. 3.14 și 3.15). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 189 Fig. 7.15. Schema tehnologic ă de prelucrare complex ă a tescovinei fermentate Fig. 7.16. Schema tehnologic ă de prelucrare complex ă a drojdiilor de vin Un alte produs secundar important rezultat de la vi nifica ție o constituie drojdiile care se depun pân ă la primul pritoc, a c ăror schem ă tehnologic ă de prelucrare și produsele rezultate sunt prezentate în figura 7.16. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 190 VIII. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A BERII Berea este b ăutura ob ținută prin fermentarea alcoolic ă a mustului de mal ț, însămânțat cu culturi de drojdii și aromatizat cu hamei. Principalele caracteristici ale berii sunt: con ținutul în alcool între 1,5-6 %, bioxid de carbon între 0,2-0, 5 %, extracte (dextrin ă, maltoz ă, substan țe proteice, tanin, s ăruri minerale, acizi organici) între 4,5-9 %, pH-ul între 4,2-4,4, spumare intens ă, gust și miros caracteristic de mal ț și hamei. În raport cu con ținutul în alcool, valoarea energetic ă a berii este de 282-570 cal/l, fiind cunoscute pro prietățile sale fiziologice și terapeutice. Tehnologia de fabricare a berii cuprinde trei faze principale: fabricarea mal țului, obținerea mustului de bere, fermentarea și condi ționarea berii. 8.1. Materii prime pentru fabricarea berii Principalele materii prime folosite în industria be rii sunt orzul, apa și hameiul, la acestea adăugându-se cereale nemal țificate și culturi de drojdii selec ționate. Orzul . Pentru fabricarea berii se folose ște cu eficien ță economic ă bun ă orzul de prim ăvară sau orzoaica (Hordeum distichum), caracterizat pri ntr-un con ținut redus în substan țe proteice (max. 12 %) și ridicat în amidon (52-66 %). Aceast ă structur ă asigur ă o desf ășurare normal ă a procesului de mal țificare și randamente superioare la procesul de brasaj. Compozi ția chimic ă medie a orzului apt pentru fabricarea mal țului, raportat ă la substan ța uscat ă, este urm ătoarea: umiditate 14 %, amidon 54 %, hidra ți de carbon 12 %, gr ăsimi 2,5 %, celuloz ă 5 %, substan țe proteice 10 %, cenu șă 2,5 %. În lipsa orzului de prim ăvară se poate utiliza orzul de toamn ă din speciile Hordeum tetrastichum și Hordeum hexasticum. Condi țiile de calitate pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă orzul folosit la fabricarea malțului sunt: miros proasp ăt caracteristic, culoare cât mai deschis ă, corpuri str ăine între 3-5 %, umiditate sub 14 %, s ă nu fie contaminat cu parazi ți, energia de germinare dup ă trei zile de 89-90 % pentru orz și 95-98 % pentru orzoaic ă. Apa. Este una din materiile prime de baz ă la fabricarea berii. În afara faptului c ă trebuie să fie potabil ă, apa trebuie s ă aibă un anumit con ținut în s ăruri prin care s ă nu influen țeze procesul tehnologic. Dintre s ărurile con ținute de ap ă cele mai importante sunt bicarbona ții, sulfa ții, clorurile, nitra ții, nitri ții, sulfurile cu cationi de calciu, fier, magneziu, potasiu, etc. Nu pot fi utilizate la fabricarea berii apele care conțin clor, alcooli, cantit ăți mici de amoniac, acid azotic, substan țe organice și microorganisme d ăunătoare. Deoarece procesele de fabricare a berii se de sfășoară în medii u șor acide, datorate prezen ței fosfa ților primari și a s ărurilor acizilor organici din pl ămezi și mustul de mal ț, la folosirea apei se va ține cont de reac țiile pe care le dau s ărurile minerale din ap ă cu fosfa ții, compu șii ce rezult ă și efectele asupra desf ășurării proceselor biochimice. Ameliorarea calit ății apei se face prin mai multe procedee: neutraliza re cu acizi, tratare cu sulfat de calciu sau clorur ă de var, decarbonatare prin fierbere sau cu lapte d e var, deferizare, demineralizare cu schimb ători de ioni. Hameiul (Humulus lupulus). Pentru fabricarea berii se folosesc conurile de ha mei ce conțin o pulbere galben ă numit ă lupulin ă și care dezvolt ă un miros caracteristic. Prin compu șii pe care îi con ține în conuri, hameiul influen țează în mare m ăsură gustul, aroma, culoarea, limpezimea și puterea de conservare a berii. Pentru a putea fi utilizate la fabricarea berii, co nurile de hamei trebuie s ă se încadreze în următorii parametri: con ținutul în ap ă 13-16 %, substan țe tanante 1-8 %, uleiuri eterice 0,2-0,8 %, substan țe amare și rășini 16-21 % din care r ășini α (humulon) 7-8 %, r ășini β (lupulon) 10-11 % și rășini γ (tari) 1-8 %. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 191 Rășinile α și β, împreun ă cu uleiurile eterice și acizii amari , formeaz ă gustul și aroma specific ă berii, contribuie la formarea și persisten ța spumei, având și o puternic ă acțiune antiseptic ă. Deoarece utilizarea direct ă a conurilor de hamei prezint ă unele dezavantaje, în ultimii ani s-a trecut la ob ținerea unor produse din hamei precum pudra, pelle ți, concentrate de lupulin ă, extracte de hamei (normale sau izomerizate), prepar ate mixte, produse de arom ă din hamei (emulsii din ulei de hamei, extracte uleioase), ad ăugate în propor ție de 110-340 g/hl de bere, în funcție de sortiment. Cereale nemal țificate . Se folosesc fie la brasaj, fie pentru ameliorarea extractului sau pentru ob ținerea unei beri de culoare mai deschis ă, cu spum ă abundent ă și stabil ă. Din aceast ă grupă fac parte: – porumbul: se folose ște frac țiunea sticloas ă (cornoas ă) bogat ă în amidon, sub form ă de făină, în propor ție de 5-30 % fa ță de cantitatea de mal ț; – orezul: sub form ă de boabe sau brizur ă (boabe sf ărâmate) se folose ște la berea blond ă de fermentare inferioar ă, prin prelucrarea separat ă a pl ămezilor de orz și orez, amestecate apoi înainte de 65 0C; – fulgi de orz, ov ăz, grâu și porumb: ob ținuți din boabe cur ățite, decojite, op ărite sau fierte, sunt utiliza ți doar la sortimente speciale de bere. Drojdia de bere . Apar ține grupei ascosporogene, fermenteaz ă întotdeauna alcoolic și nu asimileaz ă azota ți. Din punct de vedere al ferment ării se deosebesc: – drojdii de fermentare superioar ă sau de suprafa ță (Saccharomyces cerevisiae), care fermenteaz ă la temperaturi mai mari de 10 0C; – drojdii de fermentare inferioar ă sau de fund (Saccharomyces carlsbergensis), cu temperatura de fermentare sub 10 0C. Drojdia de bere se ob ține prin multiplicarea culturilor pure în instala ții speciale de multiplicare, pe un substrat care s ă aibă o surs ă de carbon, de azot, de substan țe minerale și de factori de cre ștere. 8.2. Procedee de ob ținere a malțului Malțul se ob ține prin procesul de germinare a boabelor de orz. Î n timpul germin ării în bobul de orz se formeaz ă un complex enzimatic în care predomin ă amilazele necesare zaharific ării amidonului, iar prin uscarea mal țului se ob țin componentele care dau aroma specific ă. Curățirea și sortarea . Orzul con ține un procent mai mare sau mai mic de impurit ăți care trebuiesc eliminate, de regul ă înainte de depozitarea în silozuri. Aceasta presup une o cur ățire propriu-zis ă de praf, p ământ, nisip, pleav ă, semin țe de buruieni, fragmente metalice, precum și sortarea orzului pe categorii de calitate, m ărimea boabelor influen țând timpul de germinare. Înmuierea orzului are ca scop cre șterea umidit ății boabelor de la umiditatea de p ăstrare (10-15 %) la minimum 42 %, când se creeaz ă în boabe condi țiile favorabile pentru germinare (încol țire). Îmbibarea bobului cu ap ă este un proces relativ lung, ce depinde de m ărimea și calitatea bobului, temperatura și compozi ția apei, precum și de modul cum este condus procesul de înmuiere. Apa este absorbit ă puternic de c ătre proteine, amidon și celuloza din boabe, viteza de absorb ție sc ăzând de la valoarea maxim ă, ce caracterizeaz ă începutul înmuierii și pân ă la zero, când boabele au luat maximum de cantitate de ap ă. Cu cre șterea temperaturii viteza de înmuiere cre ște considerabil, dublându-se la 20 0C față de cea la 10 0C. De asemenea, compozi ția chimic ă a apei are o influen ță semnificativ ă asupra vitezei de înmuiere, mai ales când în ea se introduc dezinfectan ți (apă de var, hidroxid de sodiu, hipoclori ți de sodiu și de calciu, permanganat de potasiu). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 192 Fig. 8.1. Schema tehnologic ă de obținere a malțului Malțul se ob ține printr-o serie de opera ții a c ăror sucesiune este prezentat ă în figura 8.1, în utilaje care în general sunt dispuse ca în figu ra 8.2. Aerarea orzului asigur ă, pe lâng ă ușurarea respira ției semin țelor, evitarea îmbib ării lor cu apă, oxigenul din aer lucrând indirect prin ac țiunea respiratorie rezultând bioxidul de carbon car e se elimin ă din semin țe, încetinind p ătrunderea apei în interiorul acestora. În prezent se utilizeaz ă mai multe metode de înmuiere a orzului, cele mai c unoscute fiind: – înmuierea cu ap ă cald ă: boabele sunt îmbibate cu ap ă la temperaturi de 20-40 0C, cu aerare intensiv ă; – înmuierea cu ap ă fierbinte: apa are temperaturi de 55-60 0C iar metoda se folose ște în combina ție cu înmuierea cu ap ă cald ă; – înmuierea cu ap ă aerat ă: apa se impregneaz ă cu aer printr-un dispozitiv fixat în conducta de alimentare cu ap ă. Germinarea orzului . Este etapa în care are loc dezvoltarea embrionulu i pe baza substan țelor de rezerv ă existente în bob, cu formarea noii plantule. Astf el, într-o prim ă fază se activeaz ă enzimele citolitice, amilolitice, proteolitice și fosfatazele, catalizatoare ale reac țiilor de hidroliz ă. Ca urmare au loc transform ări majore atât la nivelul structurii morfologice a bobului, cât și în compozi ția chimic ă a sa. Prin descompunerea par țială a proteinelor, solubilizarea amidonului și dezintegrarea pereților celulari, bobul devine moale și sfărâmicios, fenomen cunoscut sub denumirea de solubilizare a mal țului. La început citazele ac ționeaz ă asupra hemicelulozelor care solubilizeaz ă pereții celulari, punând în libertate substan țele de rezerv ă din celule. Asupra amidonului acționeaz ă amilazele: α-amilaza cu ac țiune de lichefiere a amidonului pân ă la dextrine și β- amilaza care are ac țiune de zaharificare. Maltoza rezultat ă în urma ac țiunii amilazelor va servi drept substrat al proceselor fermentative, determin ate de drojdii. Sub ac țiunea enzimelor proteolitice substan țele proteice sunt descompuse în peptone și aminoacizi, necesari dezvolt ării drojdiilor și care vor da gust berii, precum și capacitatea de spumare. Lipazele vor ac ționa asupra lipidelor cu formarea de acizi gra și și glicerin ă, determinând o cre ștere a acidit ății. Procesul de germinare se poate realiza dup ă mai multe metode: germinare pe arii, germinare în instala ții pneumatice cu casete, germinare în instala ții pneumatice cu tobe, germinare în mediu de bioxid de carbon. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 193 Fig. 8.2. Linia tehnologic ă generală de obținere a malțului: 1-buncăre; 2-cuve spălare; 3-vas de amestecare a dezinfectan ților; 4-cuve de înmuiere; 5-pompe; 6-instala ție de germinare; 7,9,11- transportoare; 8,13-elevatoare; 10-usc ător; 12-buncăr tampon; 14-predegerminator; 15-degerminator- polisator; 16-cântar automat. Practic conducerea germin ării se face în felul urm ător: orzul înmuiat este trecut în instala țiile de germinare, proces ce dureaz ă 7-9 zile și care se conduce ținând cont de umiditatea boabelor, temperatura masei care germineaz ă și necesarul de aer ce trebuie insuflat în instala țiile de germinare. Con ținutul în ap ă al mal țului verde trebuie men ținut aproximativ constant pe toat ă durata germin ării la 42-46 %, în raport cu mal țul ce urmeaz ă a fi ob ținut: – în jurul a 42 %, pentru mal țuri blonde; – între 44-46 %, pentru mal țuri brune. Uscarea malțului. Pentru ca mal țul verde s ă poat ă fi depozitat și conservat, trebuie eliminat excesul de umiditate r ămas de la procesul de germinare, opera ție realizat ă prin trecerea unui curent de aer cald prin masa de boabe germinat e, uscare prin care se opre ște procesul de germinare. Îndep ărtarea umidit ății se realizeaz ă în trei trepte de uscare, în timpul procesului avâ nd loc transform ări specifice mal țificării, în urma c ărora mal țul uscat cap ătă aroma, culoarea și capacitatea de p ăstrare și conservare. Faza de uscare fiziologic ă sau „uscarea u șoară” realizeaz ă scăderea umidit ății pân ă la 20- 30 %, cu aer având temperatura de pân ă la 40 0C. Procesul de cre ștere a componentelor embrionului continu ă și în aceast ă fază, scăzând ca intensitate. Faza de uscare enzimatic ă asigur ă diminuarea umidit ății pân ă la 10-15 %, pe seama creșterii temperaturii aerului de la 40 la 70 0C. Componentele embrionului se ofilesc încetând activitatea vital ă, dar datorit ă temperaturii mari și a apei r ămasă încă în boabe, enzimele amilolitice și proteolitice dezvoltate în timpul germin ării favorizeaz ă procesele de hidroliz ă, degradând în continuare hidra ții de carbon și proteinele pân ă la zaharuri și compu și aminici cu masă molecular ă mică. Faza de uscare chimic ă reduce umiditatea la 1,5-4 %, prin ridicarea tempe raturii aerului peste 70 0C, ajungând pân ă la 105 0C. În aceast ă fază se întrerup procesele enzimatice, compu șii aminici se combin ă cu substan țele de degradare a hidra ților de carbon rezultând produse coloidale de culoare închis ă, cu miros caracteristic, numite melanoidine. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 194 Fig. 8.3. Diagrama de uscare a mal țului verde: a-mal ț blond; b-malț brun. Uscarea mal țurilor verzi depinde de o serie de factori precum v iteza de uscare, temperatura și debitul de aer, durata de uscare, modul de înc ărcare, desc ărcare și amestecare a orzului în usc ătoare. Se deosebesc dou ă tipuri principale de mal ț uscat, având indicii fizico- chimici din tabelul 4.1. și diagramele de uscare din figura 8.3 : – mal ț deschis la culoare sau blond (tip Pilsen), ob ținut din orz cât mai s ărac în proteine, prin uscare la 75-85 0C în curent puternic de aer; – mal ț închis la culoare sau brun (tip München), ob ținut din orz bogat în proteine, prin uscare la temperaturi de 101-105 0C. Curățirea și polisarea mal țului. Dup ă uscare mal țul trebuie cur ățat de radicele, prezen ța lor influen țând negativ calitatea berii. Astfel radicelele, pri n con ținutul ridicat în substan țe amare, pot transmite berii un gust nepl ăcut, iar datorit ă higroscopicit ății produc greut ăți la depozitare. Tabelul 8.1 . Indicii fizico-chimici ai mal țului pentru bere Specifica ția Mal ț blond (tip Pilsen) Mal ț brun (tip München) Umiditate, % 3,5-5,0 3,0-4,5 Extract, în % din S.U. 78,0-80,5 76,0-77,5 Durata de zaharificare, min. 10-15 20-30 Mărimea pH-ului 5,6-6 4-7 Masa hectolitric ă, kg 55-58 52-55 Farinozitate, % 90-96 90-95 Cifra Kolbach, % 36-41 28-37 Activitatea milolitic ă, 0WK 220-280 100-200 Întrucât pe înveli șul exterior al boabelor r ămân o serie de impurit ăți precum praf, rupturi de tegumente, ele se îndep ărteaz ă printr-o lustruire sau polisare, dup ă care mal țul este depozitat în silozuri unde se las ă cel pu țin o lun ă și jum ătate pentru maturare. În afara celor dou ă tipuri de mal ț clasice, în tehnologiile actuale de fabricare a be rii se folosesc, în propor ții diferite, și alte tipuri speciale de mal ț, cu rolul de a conferi produsului finit gust, arom ă și culoare specific ă sortimentului, spumare , aciditate. Dintre cele ma i cunoscute malțuri speciale se pot men ționa: ● malțul caramel : se ob ține din mal ț verde sau uscat, la care temperatura de uscare ajunge la 160-180 0C, când o parte din zaharuri se caramelizeaz ă; este dulce și puternic aromat, scade gradul de fermentare și se folose ște în propor ție de 15 % fa ță de mal țul blond la fabricarea unei beri cu culoare închis ă, arom ă și gust puternic; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 195 ● malțul de culoare sau torefiat : se ob ține din mal ț verde sau uscat prin înc ălzire în trepte până la 225 0C; este puternic colorat și amar, fiind folosit în propor ție de 1-3 % cu mal ț blond la fabricarea unei beri brune; ● malțul melanoidinic : se ob ține din orz bogat în proteine și care prin germinare produce o cantitate mare de melanoidine, fiind uscat la 100 -110 0C; ● malțul acid : se ob ține din mal ț înmuiat la 45-48 0C, când la suprafa ța bobului se formeaz ă acid lactic (2-4 %) ca efect al bacteriilor lactic e; ad ăugat la brasaj în propor ție de 3-5 % determin ă scăderea pH-ului și intensificarea activit ății enzimatice; ● malțul ascuțit: este un mal ț parțial solubilizat, ob ținut prin uscarea mal țului verde în faza final ă de germinare; se folose ște în procentaj de 10-15 % pentru corectarea spum ării berii sau la compensare atunci când se utilizeaz ă malțuri suprasolubilizate; ● malțul Viena : se ob ține din mal ț uscat la temperaturi ridicate; în propor ție de 10-15 % se folose ște la fabricarea berii lager (diferen ța este reprezentat ă de mal țul lager) cu o culoare roșiatică; ● malțul Stout : se ob ține prin pr ăjire controlat ă a mal țului, fiind folosit la ob ținerea sortimentelor de bere neagr ă (bere tare); ● malțul Munich : se ob ține prin uscarea mal țului la 105-120 0C fiind folosit la ob ținerea berii brune, maronii; ● malț Amber : se ob ține prin uscarea progresiv ă a mal țului la 150-160 0C, fără zaharificare; ● malț Chocolate : se ob ține prin pr ăjirea mal țului la temperaturi de peste 160 0C cu formare de pirol și pirazine; are culoare și gust intens fiind folosit atât la fabricarea unor sortimente de bere, cât și la unele b ăuturi tari și dulci; ● malț Black : se ob ține prin pr ăjirea atent ă a mal țului la temperaturi de pân ă la 200 0C; culoarea este mai intens ă decât la mal țul Chocolate și se folose ște la fabricarea berii foarte închise la culoare; ● malț Roast Barley : se ob ține prin pr ăjirea mal țului pân ă la temperaturi de 210-220 0C, cu formarea de pirazine; se folose ște la ob ținerea b ăuturilor tari, amare, a berii negre sau la colorarea berii tip Pils. 8.3. Obținerea mustului de bere Mustul de bere se poate ob ține din mal ț după schema tehnologic ă din figura 8.4. Cu sau fără adaos de cereale nemal țificate, pentru ob ținerea mustului de bere sunt necesare urm ătoarele opera ții principale: m ăcinarea mal țului, pl ămădirea pentru ob ținerea extractului, filtrarea pl ămezii, fierberea mustului cu hamei, r ăcirea și limpezirea mustului de bere. În func ție de tipul și modul de amplasare a utilajelor, instala țiile pentru producerea mustului de bere sunt: în sistem clasic (se întâlne sc la fabricile de bere vechi), în sistem de tip bloc (principalele utilaje sunt dispuse pe vertical ă sub form ă de monobloc) și în sistemul Hydro- Automatic (fig.4.5), în acest ultim caz procesul de obținere a mustului de bere fiind automatizat. Măcinarea malțului se face în scopul de a putea trece în solu ție majoritatea con ținutului enzimatic care, în prezen ța apei și la anumite temperaturi, poate ac ționa și accelera reac țiile de hidroliz ă, în special cele proteolitice și amilolitice. Se va avea în vedere evitarea unei m ărunțiri prea mari a cojilor și a boabelor de mal ț, întrucât acestea servesc ca material filtrant la filtrarea plămezilor. În func ție de tipul instala ției de filtrare se vor realiza anumite granula ții ale măcinișului (tabelul 8.2). Opera ția de m ăcinare a mal țului se poate executa în dou ă moduri: m ăcinare uscat ă și măcinare umed ă. Măcinarea uscat ă se poate face cu diverse tipuri de mori cu val țuri, cu sau f ără umezirea prealabil ă a mal țului. M ăcinișul ob ținut con ține 25-30 % coji, 50-60 % gri șuri și 12-20 % f ăinuri, metoda fiind recomandat ă pentru mal țurile caracterizate printr-o solubilitate ridicat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 196 Fig. 8.4. Schema tehnologic ă de fabricare a berii Măcinarea umed ă a mal țului prezint ă o serie de avantaje în raport cu m ăcinarea uscat ă. Prin înmuierea cu ap ă a mal țului pân ă la o umiditate de 30 % cojile boabelor devin elast ice. Ca urmare, dup ă măcinare acestea r ămân întregi, iar borhotul format în cazanul d e filtrare este mai afânat, fapt ce permite ca filtrarea s ă decurg ă într-un timp scurt. Totodat ă se reduce considerabil procesul de trecere a polifenolilor în must, cu efecte pozitive asupra calit ății berii (culoare mai deschis ă și gust fin). Plămădirea și zaharificarea formeaz ă un proces complex de hidroliz ă enzimatic ă a proteinelor, amidonului și substan țelor grase din amestecul de produse de m ăcinare cu ap ă, la diferite temperaturi și acidit ăți ale acesteia, procesul fiind cunoscut și sub denumirea de brasaj. Degradarea albuminelor în timpul brasajului are loc sub ac țiunea enzimelor proteolitice, continuând procesul început la mal țificare, cu formarea de substan țe cu molecul ă mare, coloidale, având un rol important în ob ținerea unui gust plin al berii, spumare persistent ă, culoare deschis ă și rezisten ță la păstrare. Tabelul 8.2. Caracteristicile m ăcinișului în funcție de tipul filtrului Propor ția (%) Num ărul sitei Num ăr de ochiuri pe cm2 Fracția Cazan de filtrare Filtru pres ă 1 40 Coji 20-30 9-12 2 62 Grișuri mari I 3-5 2-5 3 206 Gri șuri mari II 35-45 14-18 4 961 Gri șuri fine I 12-16 38-48 5 2704 Gri șuri fine II 4-7 8-12 sită oarb ă – F ăinuri 8-14 12-20 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 197 Enzimele proteolitice ac ționeaz ă la 48-50 0C și un pH de 4,3-5,0. Trebuie știut faptul c ă proteinazele lucreaz ă la 50 0C și pH optim de 4,3, iar peptidazele la 40-45 0C și pH de 7,8-8,6. Ca urmare, mal țurile slab dezagregate proteic la germinare trebuie ținute în pauz ă proteolitic ă la brasaj, perioade de timp mai mari și la temperaturi reduse, iar mal țurile cu grad înalt de solubilizare proteic ă se supun unei pl ămădiri de scurt ă durat ă și cu temperaturi mai ridicate. Fig. 8.5. Linia tehnologic ă de obținere a mustului de bere în sistemul Hydro-Automat: 1,5,9- cântare automate; 2-instala ție de umezire a mal țului; 3-moară pentru măcinare umedă; 4,8-vase pentru plămădire-zaharificare; 6-moar ă pentru cereale; 7-vas pentru fierbere cereale nema lțificate; 10-moar ă pentru măcinat conuri de hamei; 11-agitatoare; 12,14,16-pomp e; 13-cazan de filtrare; 15-vas pentru fierbere must cu hamei; 17-separator pentru mustul de bere. Amilazele, în special α-amilaza și β-amilaza, ac ționeaz ă în timpul procesului de brasaj asupra amidonului, scindându-l în prezen ța apei în maltoz ă și dextrin ă, acțiunea de hidroliz ă manifestându-se în diverse moduri și anume: lichefierea cleiului de amidon prin transf ormarea gelului în solu ție, cu sc ăderea vâscozit ății, dextrinizarea amidonului și zaharificarea amidonului. Dextrinizarea se realizeaz ă prin scindarea moleculei de amidon, ob ținându-se ca produse de degradare dextrinele și care pot fi: amilodextrine, eritrodextrine, acrod extrine și maltodextrine. Zaharificarea amidonului se manifest ă printr-o fluidizare rapid ă a cleiului de amidon și apari ția zah ărului, respectiv a maltozei. Astfel pe m ăsura realiz ării procesului de hidroliz ă se face trecerea de la dextrine superioare la dextrine infe rioare, cu o difuzie în ap ă din ce în ce mai accentuat ă, reac ții caracteristice procesului de zaharificare și care se realizeaz ă la temperatura de 70 0C și un pH de 4,5-5,0. Dac ă pH-ul scade sub 4,4 sau cre ște la 8,1 activitatea amilazelor înceteaz ă. În mustul de mal ț trebuie asigurat un anumit raport maltoz ă-dextrin ă (tabelul 8.3.) raport ce depinde de temperatura de brasaj. Se observ ă că odat ă cu cre șterea temperaturii, cre ște cantitatea de dextrin ă, scăzând cea de maltoz ă și invers. Compozi ția pl ămezii are o importan ță deosebit ă la realizarea unei hidrolize enzimatice corespunz ătoare. Procesul de zaharificare decurge u șor dac ă amidonul este cleificat și foarte greu dacă acesta este crud, negelatinizat. De asemeni amilaz ele trec în solu ție amidonul în propor ții mai mari sau mai mici și în func ție de provenien ța lui (tabelul 8.4) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 198 Tabelul 8.3. Influența temperaturii de brasaj asupra raportului maltoz ă-dextrină Temperatura de brasaj (0C) Maltoz ă (0C) Dextrin ă (0C) R = maltoz ă/dextrin ă 62,5 78,64 21,85 1/0,17 65,0 70,28 29,72 1/0,42 70,9 62,72 31,20 1/0,46 75,0 59,93 40,07 1/0,67 În timpul procesului de pl ămădire-zaharificare în afar ă de hidroliza amilolitic ă și proteolitic ă, au loc și alte transform ări. Astfel sub ac țiunea citazei, hemicelulozele sunt transformate în pentozani, substan țe gumice în procent de 20 % din totalul acestora. S ub ac țiunea fitazei, la 48 0C și pH-ul între 5,2-5,3, fitina este descompus ă în inozit ă și fosfa ți anorganici, care contribuie la alc ătuirea substan țelor tampon din pl ămadă. Din lecitin ă au loc descompuneri pân ă la fosfa ți organici, acizi nucleinici și glicerofosforici. Datorit ă acidului fosforic, aminoacizilor și altor acizi organici dezvolta ți în procesul de brasaj, are loc sc ăderea pH-ului de la 5,8 la 5,3. Tabelul 8.4. Influența provenienței amidonului asupra procesului de zaharificare Zaharificare (%) la temperatura de: Sursa de amidon 50 0C 55 0C 60 0C 65 0C Malț uscat 13,07 56,02 91,70 93,62 Malț verde 29,70 58,23 92,13 96,25 Orz 12,13 55,30 92,81 97,24 Orez 6,58 9,68 19,68 31,14 Grâu – 62,23 91,08 94,58 Cantitatea de extract din mustul primitiv cre ște cu temperatura și durata procesului de brasaj, la care se adaug ă influen ța gradului de m ărunțire al produselor de m ăcinare. Realizarea procesului de brasaj se poate face prin mai multe procedee: brasaj prin infuzie, brasaj prin decoc ție cu una, dou ă sau trei mai șe, brasaj mixt și brasaj specific pentru cereale nemal țificate. În vederea gr ăbirii procesului, frecvent se procedeaz ă la o prepl ămădire prin amestecarea intim ă a măcinișului cu ap ă în tuburi verticale. Procedeul de brasaj prin infuzie (fig.8.6.a) realizeaz ă creșterea temperaturii pl ămezii, până la cea de zaharificare, prin ad ăugarea intermitent ă de ap ă cald ă. Pentru început m ăcinișul de malț se amestec ă cu ap ă, în propor ție de 1,3-1,4 l/kg, temperatura pl ămezii fiind ridicat ă la 45- 50 0C. Aici se face o pauz ă necesar ă activ ării enzimelor proteolitice dup ă care, prin ad ăugarea de ap ă cald ă, se ridic ă lent temperatura pl ămezii la 65-70 0C. Dup ă atingerea acestei temperaturi plămada se las ă în repaos între 60-90 minute, timp în care se real izeaz ă zaharificarea complet ă a acesteia. Se ridic ă temperatura la 75 0C și se pompeaz ă plămada la instala țiile de filtrare. Procedeul de brasaj prin decoc ție obține ridicarea temperaturii pl ămezii prin extragerea unei por țiuni din pl ămadă, cunoscut ă sub denumirea de mai șă, încălzirea în trepte a acesteia pân ă la fierbere, urmat ă de amestecarea cu masa de pl ămadă. Brasajul prin decoc ție cu o maișă (fig.8.6.b) prevede amestecarea mal țului m ăcinat cu apă cald ă (4 l/kg), men ținându-se temperatura pl ămezii la 50-52 0C. Se las ă un timp pentru sedimentarea p ărții grosiere care se separ ă, iar partea sub țire, bogat ă în enzime, se trece în al doilea cazan de pl ămădire unde se men ține la 50 0C pentru activarea enzimelor proteolitice. Porțiunea sub țire se înc ălzește treptat la 63 0C , unde se face o pauz ă de dextrinizare, după care se ridic ă lent temperatura pân ă la 70 0C, cu men ținere pentru zaharificare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 199 Fig. 8.6. Diagramele temperatur ă-timp ale procedeelor de brasaj: a-prin infuzie; b- prin decocție cu o maișă; c-prin decocție cu două maișe; d- prin decoc ție cu trei maișe; e-pentru cereale nemal țificate: I-plămadă porumb, II-plămadă malț. Porțiunea groas ă se înc ălzește pân ă la fierbere, se fierbe cca 25 de minute, se r ăcește la 80 0C și se amestec ă treptat cu por țiunea sub țire, zaharificat ă. Prin amestecarea întregii plămezi temperatura se ridic ă la 75 0C dup ă care este trimis ă cu pompa la filtrare. Brasajul prin decoc ție cu două maișe (fig.8.6.c) este destul de r ăspândit, realizând randamente bune la fierbere și solubilizarea proteinelor. Dup ă amestecarea m ăcinișului cu ap ă astfel ca pl ămada s ă ating ă 52 0C, se ia 1/3 din pl ămada total ă și se înc ălzește lent la 70 0C, se zaharific ă cca 20 minute, se înc ălzește pân ă la 1000C, se fierbe 15 minute dup ă care se amestec ă cu cele dou ă treimi, astfel c ă plămada total ă ajunge la temperatura de 650C. Se ia din nou 1/3 din plămadă care parcurge acela și traseu termic, prin amestecare ob ținându-se temperatura final ă de 70-72 0C, când se mai face o pauz ă pentru zaharificare. Brasajul prin decoc ție cu trei maișe (fig.8.6.d) este procedeul cel mai utilizat, în sp ecial la ob ținerea berii de culoare închis ă (bere brun ă, bere Porter). Pentru a ob ține produse corespunz ătoare, la acest procedeu se folosesc doar mal țuri de bun ă calitate, cu solubilizare ridicat ă. Se extrag trei por ții de pl ămadă care se fierb, se returneaz ă și se omogenizeaz ă cu masa de pl ămadă astfel încât s ă se asigure palierele de temperatur ă optime pentru activitatea enzimelor și pentru zaharificare. Brasajul mixt este caracteristic unor sortimente specifice de be re și utilizeaz ă adaos de grâu. Procedeul const ă în fierberea m ăcinișului de grâu, iar dup ă răcire i se adaug ă extract de malț pentru zaharificare. Totodat ă într-un alt cazan se preg ătește o pl ămadă dup ă metoda de brasaj prin decoc ție din care, prin filtrare, se ob ține mustul primitiv. Peste borhotul de mal ț se adaug ă plămada de grâu și se continu ă filtrarea. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 200 Brasajul specific la folosirea cerealelor nemal țificate (fig.8.6.e). Ca înlocuitor al mal țului se utilizeaz ă făina de porumb, provenit ă din p ărțile cornoase ale boabelor. M ălaiul este supus unei fierberi intense, opera ție prin care se sparg granulele de amidon, rezultân d o pl ămadă amidonoas ă cleificat ă care este pompat ă peste pl ămada de mal ț, preg ătită la 50-52 0C, dup ă care se aplic ă procedeul de brasaj ales. O alt ă metod ă se refer ă la prelucrarea separat ă a pl ămezilor de cereale nemal țificate, cu adaos de lapte de slad (mal ț verde zdrobit și transformat în lapte cu ap ă la 40 0C) și amestecarea lor cu pl ămada de mal ț. Dac ă se prelucreaz ă brizur ă de orez, trebuie respectat ă temperatura de cleificare care este cu 10 0 mai mare decât la porumb, iar temperatura de zahar ificare a pl ămezii este de 82-92 0C. Filtrarea plămezilor . Opera ția de filtrare a pl ămezilor zaharificate se face în scopul separ ării părților insolubile din must denumite borhot și se realizeaz ă în dou ă etape: în prima etapă are loc separarea mustului cu frac țiile solubilizate prin scurgere liber ă, obținându-se mustul primar, iar în a doua etap ă se spal ă borhotul cu ap ă cald ă pân ă la epuizarea lui în extract (ultimele ape de sp ălare trebuie s ă aibă minim 0,5 % extract). Filtrarea se poate face cu cazane de filtrare sau c u filtru-pres ă de pl ămadă (fig.8.7). Viteza de filtrare depinde de porozitatea și grosime stratului de borhot. La început capacita tea de reținere a particulelor în suspensie este redus ă, viteza de filtrare este mare iar mustul rezultat este tulbure, motiv pentru care acesta se reintroduce în procesul de filtrare. Pe m ăsură ce stratul de borhot depus cre ște, scade viteza de filtrare, mustul fiind din ce î n ce mai limpede. În timpul filtrării temperatura pl ămezii nu trebuie s ă depășească 80 0C, situa ție în care se distrug amilazele, iar amidonul nemaifiind zaharificat, trece în must. Cel mai utilizat procedeu este filtrarea cu ajutoru l cazanului de filtrare. La început stratul de borhot depus este sub țire, dar pe m ăsură ce acesta se m ărește, cre ște și capacitatea de filtrare iar mustul scurs este mai limpede. Datorit ă creșterii presiunii, stratul de borhot se compacteaz ă, mărind rezisten ța la scurgere a mustului, fiind necesar afânarea lu i cu ajutorul dispozitivului de afânare. După scurgerea mustului se trece la sp ălarea borhotului și epuizarea de extract, cu ap ă caldă la 75-77 0C, în dou ă sau trei trepte, cu afânarea borhotului dup ă fiecare etap ă. Apele de spălare și cu mustul primar sunt pompate c ătre instala țiile de fierbere cu hamei. Fig. 8.7. Procedee de filtrare a pl ămezilor zaharificate: a-cu cazan de filtrare; 1-con ductă alimentare plămadă; 2-cazan de filtrare; 3-dispozitiv pentru afânat b orhotul; 4-conduct ă evacuare must și ape de spălare; 5,6-distribuitoare; 7-pomp ă; b-cu filtru-pres ă; 1-conductă alimentare pl ămadă; 2- element filtrant; 3-conduct ă evacuare must și ape de spălare. Instala țiile de filtrare de tipul filtru-pres ă folosesc elemente filtrante de tipul pl ăcilor din pânz ă de bumbac sau materiale sintetice. Dup ă asamblarea pl ăcilor filtrante se pompeaz ă apă Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 201 fierbinte care înc ălzește filtrul la 80 0C, iar dup ă eliminarea acesteia se pompeaz ă plămada zaharificat ă. Durata de umplere a filtrului cu pl ămadă este egal ă cu cea de colectare a mustului primitiv. Sp ălarea borhotului se face cu ap ă fierbinte prin introducerea ei din dou ă în dou ă plăci, până îl epuizeaz ă în extract. În industria berii, pe lâng ă cele dou ă tipuri se mai întâlnesc, în limite restrânse și alte instala ții de filtrare. Instala ția Strainmaster este format ă dintr-un paralelipiped din o țel inoxidabil cu fundul înclinat spre centru, prev ăzut cu elemente de filtrare executate din țevi triunghiulare cu fundul sub form ă de sit ă și vârful în sus. Dispuse în rânduri suprapuse, perp endicular pe lungimea filtrului, acestea sunt legate la o conduct ă colectoare, cuplat ă cu o pomp ă de aspira ție cu debit variabil. Prin aspira ția părților solide din must de c ătre pomp ă, pe sitele țevilor se formeaz ă stratul filtrant. Instala ția cu filtru rotativ sub vid folose ște o band ă din material textil, permeabil ă la must, care se înf ășoară pe o por țiune a unui tambur în interiorul c ăruia se creaz ă o depresiune, avantajul principal fiind acela c ă poate lucra în flux continuu. Instala ția Pablo se bazeaz ă pe principiul limpezirii pl ămezii prin centrifugare. Astfel plămada zaharificat ă este trecut ă de mai multe ori prin site conice centrifuge cu ax orizontal. Fierberea mustului cu hamei . Opera ția de fierbere a mustului ob ținut din filtrarea plămezii cu adaos de hamei urm ărește realizarea mai multor obiective. Solubilizarea și transformarea componentelor hameiului . Prin fierberea conurilor de hamei cu mustul de bere, substan țele amare și uleiurile eterice se dizolv ă și confer ă mustului o arom ă specific ă. O parte a acizilor sunt izomeriza ți, fiind transforma ți în propor ție de 40-60 % în izohumulone. Gradul de solubilizare a substan țelor utile din conurile de hamei depinde de durata de fierbere, pH-ul mustului și cantitatea de hamei ad ăugată. Coagularea și precipitarea proteinelor . Coagularea proteinelor se face în prima parte a fierberii mustului, iar cu cât aceasta este mai com pletă și stabilitatea berii va fi mai mare. În prezen ța taninului din hamei solubilizat prin fierbere, pr oteinele precipit ă în compu și insolubili care formeaz ă trubul. Dac ă temperatura de precipitare este mai mare de 60 0C poart ă denumirea de trub la cald și este format de regul ă din particule grosiere, iar dac ă temperatura de precipitare este mai mic ă de 60 0C se nume ște trub la rece, fiind alc ătuit din particule fine. Distrugerea enzimelor și a microorganismelor vegetative . Prin fierbere se inactiveaz ă restul de enzime pe care îl con ține mustul, acesta suferind și o sterilizare termic ă. Se împiedic ă astfel posibilitatea ca mustul s ă intre în fermentare liber ă. Totodat ă are loc sc ăderea pH-ului mustului de la 5,8 la începutul fierberii, pân ă la 5,2-5,5 la sfâr șitul acesteia. Concentrarea mustului . Mustul ob ținut prin amestecarea mustului primar cu apele de spălare are o concentra ție zaharometric ă scăzută, fiind necesar eliminarea unei p ărți din ap ă. Durata de fierbere și concentra ția la sfâr șitul fierberii depind de tipul de bere ce urmeaz ă a fi obținut. Colorarea mustului . Ca urmare a faptului c ă în must exist ă zaharuri și aminoacizi, la temperaturi ridicate acestea se combin ă formând melanoidinele, compu și care dau culoarea specific ă mustului fiert cu hamei. Intensitatea culorii cre ște cu durata și intensitatea fierberii și culoarea mal țului folosit. Formarea reductonilor . Reductonii sunt substan țe reduc ătoare ce se formeaz ă în timpul fierberii mustului și care pot fixa o cantitate mai mare sau mai mic ă de oxigen. Prin ac țiunea lor reduc ătoare influen țează stabilitatea coloidal ă, aceasta crescând cu con ținutul în reductoni al mustului. Cantitatea de hamei introdus ă în procesul de fierbere depinde de: tipul de bere, calitatea hameiului, natura mal țului, modul de fierbere, calitatea apei și modul de fermentare. Printr-o fierbere de scurt ă durat ă se ob ține un must slab aromat și fin, indiferent de cantitatea de hamei adăugată. Dac ă fierberea este îndelungat ă, hameiul se poate ad ăuga în por ții mici, rezultând un must cu arom ă pronun țată de hamei. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 202 Fierberea mustului cu hamei se face în cazane clasice de mare capacitate cu înc ălzire interioar ă sau mai nou, în cazane cu înc ălzire exterioar ă (fig.8.8). Acestea din urm ă asigur ă o recirculare continu ă și încălzirea suplimentar ă a mustului cu un schimb ător de c ăldură. Fierberea are loc la 110 0C cu o u șoară suprapresiune, cu avantajele ce decurg din aceasta. Asemenea instala ții de fierbere scurteaz ă cu 25 % durata de fierbere, nu înglobeaz ă aer, ob țin musturi deschise la culoare și cu con ținut redus de azot coagulabil, filtrabilitate îmbun ătățită a berii și stabilitate mai bun ă la frig. Fig. 8.8. Instala ția de fierbere a mustului cu Întrucât vitezele de reacție chimic ă și încălzire exterioară și recirculare; 1-cazan de de glutinare, izomerizarea alfa și izo- alfa- fierbere; 2,4-pompe; 3- schimb ător de căldură acizilor, precum și coagularea proteinelor cresc cu temperatura (du rata reac țiilor este de 90 min. la 100 0C, sc ăzând la 3-5 min. la temperaturi de 140-145 0C), s-au realizat instala ții pentru fierberea continu ă a mustului la temperaturi ridicate (fig.8.9) Astfel mustul rezultat la pl ămădire este depozitat într-un vas tampon, unde este a mestecat cu hameiul. La temperatura de 75 0C și presiunea de 6 atm. mustul este pompat în primul schimb ător de c ăldură unde temperatura este ridicat ă la 95 0C (treapta I). Urmeaz ă încălzirea la 115 0C (treapta II) și în ultimul schimb ător de c ăldură la 140 0C (treapta III), unde se face o men ținere pentru desf ășurarea reac țiilor dorite. Din serpentina de men ținere mustul sufer ă o prim ă detent ă la 120 0C și presiunea de o atmosfer ă, urmat ă de o a doua detent ă la presiunea atmosferic ă. Fig. 8.9. Instala ția de fierbere a mustului cu hamei la temperaturi î nalte: 1-rezervor tampon; 2,8- pompe; 3-schimb ător de căldură treapta I; 4- schimb ător de căldură treapta II; 5- schimb ător de căldură treapta III; 6-serpentin ă; 7-vas detentă treapta I; 9-vas detent ă treapta II; V 1-vapori secundari treapta I; V2-vapori secundari treapta II. Vaporii rezulta ți prin detent ă sunt utiliza ți pentru înc ălzire în schimb ătoarele de c ăldură, doar în al treilea schimb ător de c ăldură se introduce ca agent abur sub presiune. După fierberea mustului se face separarea borhotului de hamei, opera ție ce se execut ă cu un separator prev ăzut cu filtru de tip sit ă, iar pentru recuperarea extractului re ținut de borhot, Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 203 acesta se spal ă cu ap ă. Pe baza cantit ății de extract ob ținut pe kilogramul de mal ț sau alte materii prime se poate stabili randamentul la fierbere. Răcirea și limpezirea mustului . Dup ă fierberea mustului și separarea borhotului de hamei este necesar ă răcirea și reținerea trubului, astfel ca temperatura mustului s ă fie adus ă la valorile la care se face îns ămânțarea cu culturi de drojdii. Proces complex, desf ășurat în prezen ța aerului, determin ă transform ări chimice ca urmare a oxid ării maltozei, glucozei, levulozei, substan țelor proteice, etc. Ca efect al oxid ării mustul se închide la culoare iar berea va c ăpăta un gust specific. R ăcirea în contact cu aerul favorizeaz ă infectarea mustului cu microorganisme, de aceea tre buie luate m ăsuri privind purificarea aerului și reducerea gradului de contaminare. Răcirea mustului se face de obicei în dou ă etape: o prer ăcire de la 100 0C la 65 0C și o răcire profund ă de la 65 0C pân ă la temperatura de îns ămânțare cu drojdii (6-7 0C la fermentarea inferioar ă și 12-18 0C la fermentarea superioar ă). Trubul este precipitatul care se formeaz ă prin coagularea, sub ac țiunea c ăldurii, polifenolilor din hamei și oxigenului, a frac țiilor proteice macromoleculare. Trubul la cald se formeaz ă în perioada de fierbere a mustului cu hamei și se separ ă în etapa de prer ăcire. Este format din particule mai grosiere (dimen siuni cuprinse între 30-80 µm) și se îndep ărteaz ă din must prin sedimentare, centrifugare sau în cic loane de depunere. Trubul la rece se formeaz ă pe durata r ăcirii profunde, dup ă ce a fost separat trubul la cald. Este alc ătuit din particule fine iar separarea lui se face î n procent de maxin 80-85 %, prin sedimentare, centrifugare, flota ție sau filtrare cu kieselgur. 8.4. Fermentarea și condiționarea berii Prin fermentarea mustului de bere se urm ărește transformarea zaharurilor fermentascibile în alcool și bioxid de carbon, sub ac țiunea culturilor pure de drojdii. Procesul de ferme ntare se desfășoară în dou ă etape: fermentarea primar ă sau principal ă și fermentarea secundar ă sau maturarea. Fermentarea primar ă a mustului de bere consum ă cca 2/3 din zaharurile fermentascibile ale extractului, ob ținându-se în final a șa zisa bere tân ără. Mustul r ăcit la 6-7 0C se introduce în vasele de fermentare unde are loc însămânțarea cu suspensia de drojdie, ob ținută în sta țiile pentru culturi pure de drojdii. Se face o barb otare cu aer purificat atât pentru dispersia și omogenizarea drojdiei, cât și pentru stimularea fermenta ției, proces ce decurge în mai multe faze. În prima faz ă drojdia se înmul țește intens, începe degajarea bioxidului de carbon și se formeaz ă la toat ă suprafa ța lichidului o spum ă albă, cu mici cantit ăți de r ășini de hamei și substan țe albuminoide precipitate. Faza a doua de fermentare dureaz ă 2-3 zile și se caracterizeaz ă prin cre șterea degaj ării de CO 2, cu formarea la suprafa ța lichidului a unei spume groase și scăderea con ținutului în extract cu 0,5-1,0 % pe zi. Faza a treia, denumit ă și faza crestelor înalte, dureaz ă 3-4 zile și se caracterizeaz ă printr-o fermentare intens ă, îndep ărtarea tot mai puternic ă a rășinilor de hamei și scăderea con ținutului de extract. Ultima faz ă de fermentare dureaz ă două zile fiind caracterizat ă prin sc ăderea treptat ă a spumei și limpezirea berii. Drojdia se depune sub form ă compact ă pe fundul vaselor de fermentare în trei straturi: – un strat superior de culoare brun ă, compus din r ășini de hamei, proteine precipitate și celule de drojdie; – un strat mijlociu de culoare deschis ă, compus din celule de drojdie s ănătoase; – un strat inferior format din trub și celule moarte de drojdie. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 204 Berea tân ără obținută de la fermentarea primar ă este caracterizat ă prin gust și arom ă neplăcută, datorit ă unor produse secundare rezultate la fermentare, es te tulbure prin prezen ța particulelor aflate în suspensie și cu un con ținut insuficient în CO 2. Fermentarea secundar ă. Continuarea procesului de fermentare primar ă se realizeaz ă în tancuri închise, unde restul de extract fermentasc ibil este transformat în alcool și CO 2, în a șa fel încât extractul r ămas în bere s ă nu dep ășească 2,8-3,0 %. În timpul ferment ării secundare are loc o saturare a berii în bioxid de carbon, o limpezire și o maturare a ei, definitivându-se caracteristicile specifice berii. Odat ă cu sc ăderea temperaturii și barbot ării cu CO 2 se provoac ă coagularea substan țelor azotoase, a r ășinilor de hamei și a taninului care se depun odată cu drojdiile. Durata ferment ării secundare depinde de tipul de bere, concentra ția berii în extract, cantitatea de hamei, gradul de fermentare, temperat ura și presiunea la care se desf ășoară procesul. Aceast ă durat ă poate fi redus ă prin agitarea mustului, fermentarea sub presiune s au fermentarea în bioreactoare. În afara procesului de fermentare, în timpul depozi tării în tancuri are loc și procesul de maturare a berii prin care se stabilesc gust ul, aroma și buchetul acesteia, influen țate calitativ de alcoolii superiori și esterii forma ți în acest timp. Către sfâr șitul ferment ării secundare berea trebuie s ă se limpezeasc ă. Dac ă ea este tulbure și nu depune drojdia, avem de a face cu drojdii s ălbatice pulverulente sau bacterii. În unele cazuri tulbureala este cauzat ă de particule nedezagregate, provenite din mal țuri slab solubilizate, un brasaj necorespunz ător sau separare incomplet ă a trubului fin. După terminarea ferment ării secundare berea se poate limpezi cu diverse sub stanțe având ca scop și cre șterea rezisten ței la tulbur ări coloidale sau eliminarea gustului nepl ăcut. Astfel berea poate fi tratat ă cu: clei de pe ște în amestec cu agar-agar (cca 6,5-8,0 g/hl), tani n, bentonit ă (50-250 g/hl), silicagel (50-200 g/hl), c ărbune activ (20-50 g/hl), preparate enzimatice (2-4 g/hl), substan țe reduc ătoare sau poliamide (100 g/hl), etc. Fig. 8.10. Instala ția Coutts de fermentare a mustului de bere: 1,3-tan curi; 2-agitator; 4-decantor de drojdie; 5,6-pompe; 7-filtru Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 205 Fermentarea continu ă. Pentru îmbun ătățirea procesului de fermentare și cre șterea productivit ății, s-au realizat instala ții de fermentare continu ă a berii, cele care sunt aplicate pe scară industrial ă fiind prezentate în continuare. Fig. 8.11. Instala ția Deniskov de fermentare continu ă a mustului de bere: 1-sta ție pentru culturi de drojdii; 2-recipient tampon; 3,5,7,9-tancuri de fermentare; 4,6-agitatoare; 8,10-dispozitive de barbotare; 11-tanc de r ăcire. Instala ția Coutts (fig. 8.10) se caracterizeaz ă prin reglarea procesului de fermentare cu ajutorul varia ției de temperatur ă, a concentra ției de drojdie și a tura ției agitatoarelor din tancurile de fermentare. Mustul este adus în primul tanc unde are loc fermen tarea, doza de drojdie fiind de cca 10 ori mai mare decât cea folosit ă în mod curent, dup ă care este trecut în cel de-al doilea tanc unde are loc maturarea. Drojdia se separ ă cu un decantor, o parte din aceasta fiind recircul ată cu ajutorul unei pompe, iar berea se trece printr-un f iltru cu kieselgur pentru limpezire fin ă. Instala ția Deniskov (fig.8.11) este de tipul cascad ă. Mustul de bere și drojdia de însămânțare se trec succesiv prin tancuri prev ăzute cu agitatoare, unde are loc fermenta ția. Următoarele tancuri sunt echipate cu dispozitive de bar botare cu bioxid de carbon, realizându-se maturarea berii, care este trecut ă în final într-un tanc de r ăcire. Printr-un sistem de conducte, mustul poate fi introdus în amestec cu bere în oric are dintre tancuri. Fig. 8.12. Instala ția APV de fermentare continu ă a mustului de bere: 1-rezervor tampon; 2- dozator de concentra ție; 3-pompă; 4-pasteurizator; 5-turnuri de fermentare; 6-tancu ri pentru maturare; 7-răcitor. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 206 Instala ția APV (fig.8.12) se compune din turnuri de ferme ntare și tancuri de maturare a berii, cu construc ție pe vertical ă. Mustul de bere diluat la concentra ția dorit ă este pasteurizat și apoi dozat concomitent în toate turnurile de fermen tare. Dup ă fermentare berea este trecut ă în tancurile de maturare, ajungând în final la o insta lație de r ăcire. Limpezirea berii . Oricare ar fi metoda de fermentare utilizat ă, berea rezultat ă necesit ă eliminarea substan țelor de tulbureal ă, prin aceasta îmbun ătățindu-se calit ățile senzoriale și stabilitatea. Tulbureala berii este dat ă de suspensii grosiere (celule de drojdii, proteine , rășini de hamei coagulate), substan țe coloidale și substan țe dizolvate molecular, pentru îndep ărtarea lor fiind utilizate diverse procedee: – limpezirea chimic ă sau enzimatic ă, folose ște agen ți chimici care determin ă precipitarea și depunerea substan țelor care produc tulbureala; – limpezirea prin centrifugare, este o limpezire gr osier ă în urma c ăreia nu sunt elimina ți compu șii coloidali; – limpezirea prin filtrare, este cea mai utilizat ă metod ă, prin aceasta putând fi re ținute particulele de orice m ărime. Filtrarea berii realizeaz ă reținerea mecanic ă a particulelor de c ătre porii materialului filtrant, în dou ă variante; trecerea berii printr-o mas ă filtrant ă, compus ă din pl ăci de azbest, bumbac sau kieselgur, respectiv trecerea berii cu m aterialul filtrant, dozat anterior în produs, prin site metalice, materiale poroase, pânze și cartoane din bumbac, pat aluvionar de kieselgur, acestea având rolul de a re ține masa filtrant ă cu particulele de tulbureal ă. Îmbutelierea berii . Dup ă filtrare berea este pompat ă în tancuri de lini știre, ce servesc și ca vase tampon pentru instala țiile de îmbuteliere. Berea ca produs finit se distr ibuie în butelii de sticlă, tabl ă cositorit ă sau butoaie din aluminiu și oțel inoxidabil, motiv pentru care ambalajele trebuiesc bine sp ălate și dezinfectate, astfel ca în contact cu berea s ă nu determine modific ări calitative a acesteia. Indiferent de tipul ambalaju lui îmbutelierea se realizeaz ă izobarometric (presiunea din tanc este egal ă cu cea din ambalaj). Pentru a conferi berii o stabilitate biologic ă cât mai mare, ea poate fi pasteurizat ă înainte de turnare sau dup ă turnare, odat ă cu ambalajul. Opera ția de pasteurizare poate fi efectuat ă în mai multe moduri: – pasteurizarea cu abur în camere închise; – pasteurizarea cu aer înc ălzit în camere închise; – pasteurizarea cu du șuri de ap ă în flux continuu; – pasteurizarea în b ăi de ap ă; – pasteurizarea prin umplere la cald. După turnarea berii în ambalaje, au loc o serie de tran sform ări care în unele cazuri pot determina tulburarea berii. O cauz ă o constituie microorganismele str ăine care au infectat berea în timpul procesului tehnologic, prin dezvoltarea l or provocând tulbur ări biologice ale berii. Alt ă cauză sunt oxid ările datorate oxigenului acumulat în diverse opera ții tehnologice, reac ții accentuate prin p ăstrarea berii la temperaturi ridicate și în prezen ța radia ției solare. Orice modificare a sistemului coloidal duce la formarea u nor precipitate care tulbur ă berea. Prin urmare, fabricarea berii este un proces tehnol ogic complex, la care calitatea produsului finit depinde de o multitudine de factor i, tendin ța actual ă fiind aceea de a utiliza linii tehnologice cu control automat al parametrilor tehn ologici Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 207 IX. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A AMIDONULUI, DEX TRINEI ȘI GLUCOZEI Amidonul este cel mai important homoglucid de rezer vă din regnul vegetal și constituie o materie prim ă important ă atât pentru industria alimentar ă, cât și pentru industria chimic ă, textil ă, farmaceutic ă, etc. Este un amestec de dou ă polizaharide numite amiloz ă și amilopectin ă Prin degradarea par țială a amidonului se ob țin dextrinele, iar prin hidroliz ă suspensiile de amidon trec în glucoz ă, ambele tipuri de produse având o larg ă utilizare la ob ținerea produselor alimentare. 9.1. Fabricarea amidonului Materiile prime folosite la fabricarea amidonului s unt în general boabele unor cereale, tuberculi de cartof și chiar unele r ădăcini, con ținutul în amidon al acestora fiind: orez 70-80 %, porumb 65-75 %, grâu 60-70 %, secar ă, orz, ov ăz 50-60 %, cartofi 17-24 %, manioc 15-21 %. Pentru ob ținerea amidonului în țara noastr ă se utilizeaz ă ca materii prime porumbul și cartofii. În porumb amidonul se g ăsește sub form ă de granule închise în celulele din endosperm, iar la cartofi în celulele parechimului amidonos di n pulp ă (miez). Tehnologia de fabricare a amidonului din porumb și cartofi este prezentat ă în figura 9.1. Fig. 9.1. Schema tehnologic ă de fabricare a amidonului din porumb și cartofi Fabricarea amidonului din porumb . Dup ă opera țiile de condi ționare porumbul este supus la o înmuiere cu ap ă și solu ție de bioxid de sulf sau acid sulfuros, la temperat ura de 48-52 0C. Acest lucru permite distrugerea leg ăturilor dintre membranele celulozice, endosperm și germene, favorizând punerea în libertate a granulel or de amidon, trecerea prin difuzie în solu ția de acid sulfuros a proteinelor și a unor substan țe minerale, solubilizarea proteinelor ce re țin amidonul în celule, precum și inhibarea eventualelor tendin țe de fermentare nedorite. Înmuierea are loc în bazine cu recirculare a apei de înmuiere, durata opera ției depinzând de soiul și umiditatea porumbului. Apele de înmuiere sunt rec uperate și concentrate pân ă la 50 % Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 208 S.U. în instala ții sub vid, rezultând extractul de porumb utilizat în industria antibioticelor și a cărui compozi ție chimic ă medie este prezentat ă în tabelul 9.1. Tabelul 9.1. Compoziția chimică medie a extractului de porumb Componentul Propor ția Apa, % 30÷60 Azot total , % S.U. 2,7÷4,5 Azot amoniacal , % S.U. 1÷2 Acid lactic , % S.U. 5÷11,5 Substan țe minerale % (Ca, P, Cu, Fe, Mg, S, Zn, Co) 8÷10 Biotin ă, mg/100g 150÷200 După înmuiere porumbul este supus unei m ăcinări umede, ce se desf ășoară în trei trepte, grosier ă, medie și fină, având rolul de a separa germenii care sunt sp ălați, deshidrata ți și usca ți, constituind materia prim ă la ob ținerea uleiului de porumb. Extrac ția amidonului este opera ția tehnologic ă principal ă prin care se separ ă substan țele celulozice grosiere și fine din suspensia de amidon, prin trecerea mater ialului rezultat la măcinare fin ă pe site cu ochiuri mici (au dimensiuni de 1-150 µm). Frac ția grosier ă este re ținută, prelucrat ă prin deshidratare și uscare, rezultând un borhot bogat în celuloz ă, folosit la furajarea animalelor. În urma extrac ției suspensia de amidon con ține o important ă cantitate de proteine solubile și insolubile (cca 8 %), fapt pentru care aceasta e ste supus ă unei separ ări în hidrocicloane sau separatoare centrifugale. Apele g lutenoase rezultate con țin cea mai mare parte a proteinelor, iar prin concentrarea lor se ob ține un gluten furajer sau alimentar (necesit ă o purificare suplimentar ă). Suspensia de amidon rezultat ă la separare mai con ține unele substan țe proteice, pentru îndep ărtarea lor fiind necesar ă o purificare în baterii de hidrocicloane. La acest e instala ții în prima faz ă se separ ă proteinele insolubile, care sunt trecute la preluc rare odat ă cu borhotul, iar în faza a doua se face o purificare suplimentar ă prin sp ălarea suspensiei cu ap ă dedurizat ă în contracurent, produsul final având un con ținut în proteine de cca 0,2-0,4 %. Pentru a ob ține amidon uscat, suspensia este supus ă deshidrat ării pân ă la 60 % S.U. urmat ă de uscare la 85 % S.U. , la temperaturi moderate d e maxim 60 0C. Fabricarea amidonului din cartofi . Înainte de procesare, cartofii sunt sp ălați pentru a îndep ărta resturile de p ământ aderent, dup ă care sunt m ărunțiți pe ma șini speciale, cu cu țite rotative, în vederea eliber ării sucului celular. Tabelul 9.2. Conținutul în amiloz ă și amilopectină a amidonului Amidon din: Amiloz ă (%) Amilopectin ă (%) Amidon din: Amiloz ă (%) Amilopectin ă (%) Orz cleios 0 100 Orez 24-27 73-76 Porumb ceros 0 100 Ov ăz 23-24 76-77 Tapioca 17 83 Cartofi 22 78 Porumb 20-36 64-80 Maz ăre 75 25 Grâu 17-27 73-83 Terciul de cartofi rezultat are o compozi ție eterogen ă iar prin con ținutul de s ăruri minerale, proteine și substan țe spumante, afecteaz ă negativ procesul de prelucrare ulterioar ă și în final produsul finit. Din punct de vedete tehnologic opera țiile sunt asem ănătoare ca la ob ținerea amidonului din porumb, în acest caz amidonul din cartofi având o concentra ție final ă de cca 78-80 %. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 209 Ca și elemente constitutive, amidonul este alc ătuit din amiloz ă și amilopectin ă în propor ții diferite și care depind de materia prim ă din care este ob ținut (tabelul 9.2.) 9.2. Fabricarea dextrinei și glucozei Dextrinele sunt glucide rezultate prin pr ăjirea în mediu acid, prin extrudere sau degradarea amidonului în prezen ța unor enzime, sub form ă de pulberi amorfe. Glucoza, în stare solid ă sau lichid ă, se ob ține în urma prelucr ării suspensiei de amidon prin tratarea cu enzime sau hidroliz ă acid ă. În industria alimentar ă se utilizeaz ă diverse sortimente de glucoz ă și care se diferen țiază prin umiditate, starea de agregare, echivalentul î n dextroz ă, etc. Schema tehnologic ă de producere a dextrinei și glucozei prin procedeul acid și enzimatic este prezentat ă în figurile 9.2. și 9.3. Dextrina este ob ținută din amidon uscat supus opera ției de pr ăjire sau torefiere. Pentru a putea fi prelucrat amidonul se acidific ă cu acid clorhidric și care joac ă rolul de catalizator în procesul de hidroliz ă parțială a macromoleculelor de amidon. Uneori pentru acidif icare se folose ște acid azotic sau amestec de acid azotic cu acid s ulfuric. Cantitatea de acid ad ăugată depinde de tipul de dextrin ă ce se fabric ă și de pH-ul amidonului. Prăjirea sau torefierea este opera ția principal ă a procesului tehnologic prin care amidonul, acidulat în prealabil, este înc ălzit treptat și transformat în dextrin ă, durata de pr ăjire depinzând de caracteristicile dextrinei ce urmeaz ă a se ob ține (tabelul 5.3). După prăjire dextrina este r ăcită la 50-60 0C pentru a preîntâmpina procesul de hidroliz ă, cu formare de zaharuri și maltoz ă, dar și pentru a u șura cernerea acesteia. Fig. 9.2. Schema tehnologic ă de fabricare a dextrinei și glucozei prin procedeul acid Tabelul 9.3. Durata de prăjire a dextrinelor Culoarea Doza de HCl (kg/t) Durata de pr ăjire (min) Temperatura dup ă prăjire (0C) Albă deschis 1 60 100-120 Galben ă deschis 2 90 120-140 Galben ă normal ă 3 120 140-160 Galben ă închis 5 180 160-180 Dacă dextrina se ob ține pe cale enzimatic ă, atunci materia prim ă o constituie suspensia de amidon cu 35-45% S.U. Dextrinizarea amidonului s e face într-un interval de timp scurt, la cca 80-85 0C în prezen ța α-amilazei, moment în care se produce hidroliza par țială și fluidificarea acestuia. Prin cre șterea temperaturii la 120-130 0C reac ția este oprit ă, iar solu ția de dextrin ă este uscat ă prin atomizare în aer cald. Procedeul enzimatic pe rmite ob ținerea unor produse superioare calitativ, instala țiile având o func ționare continu ă și fără protec ție antiacid ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 210 Principalele tipuri de dextrine ob ținute prin degradarea amidonului sunt prezentate în tabelul 5.4 iar caracteristicile în raport cu gradu l de polimerizare în tabelul 9.5. Fig. 9.3. Schema tehnologic ă de fabricare a dextrinei și glucozei prin procedeul enzimatic Tabelul 5.4. Tipuri de dextrine Tipul Caracteristica A G 1 G 2 Natura dextrinei numai din cartofi din cartofi sau porumb din cartofi sau porumb Solubilitatea în ap ă rece raportat ă la S.U. (%) 30-35 92-95 min. 93 Solubilitatea în ap ă cald ă raportat ă la S.U. min (%) 94 95 93 Amidon solubil raportat la S.U. (%) 42-60 max. 6 ma x. 10 La fabricarea glucozei se au în vedere dou ă faze distincte: transformarea amidonului în form ă solubil ă sau lichefierea și zaharificarea prin scindarea amidonului pân ă la glucoz ă sau hidroliza acestuia. Cele dou ă faze se pot realiza prin trei procedee tehnologice : – procedeul acid-acid, la care atât lichefierea cât și hidroliza se face cu acizi minerali; – procedeul acid-enzim ă, la care lichefierea se face cu un acid iar hidrol iza cu o enzim ă; – procedeul enzim ă-enzim ă, la care lichefierea și hidroliza se face cu ajutorul enzimelor. Utilizarea pe scar ă larg ă a glucozei în diverse ramuri industriale a determi nat crearea unor sortimente de glucoz ă: – siropul de glucoz ă sau glucoza lichid ă, este un amestec de maltoz ă și dextrin ă cu o concentra ție în substan țe reduc ătoare de 40 %, raportat ă la S.U.; – glucoza solid ă, tehnic ă sau zah ărul de cartofi, are un grad avansat de hidroliz ă și un procent de 90 % substan țe reduc ătoare, raportat la S.U.; – dextroz ă dau glucoz ă cristalizat ă, caracterizat ă prin puritate ridicat ă de cca 99,5 %. Tabelul 9.5. Caracteristicile dextrinelor în func ție de gradul de polimerizare Dextrine în ordinea de descre ștere a gradului de polimerizare []20 Dα (0) Colora ția cu solu ție de iod Puterea reduc ătoare (maltoza=100) Amilodextrine +190…..195 albastru 0,6-2 Eritrodextrine +194…..196 ro șu brun 3-8 Acrodextrine +192 incolor 10 Maltodextrine +181….183 incolor 26-43 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 211 []20 Dα – rota ția specific ă Obținerea glucozei prin procedeul acid-acid este mai r ăspândit în practica industrial ă, ca urmare a costului ridicat al enzimelor. Suspensia de amidon cu cca 40 % S.U. este supus ă hidrolizei cu o solu ție de acid clorhidric 30 %. Prin depolimerizarea par țială a moleculei de amidon și pătrunderea apei se produce cleificarea, produsul rezultat fiind gelati nos. Pentru reducerea acidit ății se utilizeaz ă o soluție de carbonat de sodiu 11 %, care ofer ă posibilitatea ob ținerii unei game largi ale pH-ului. Neutralizarea este necesar ă întrucât produsul exercit ă o puternic ă acțiune coroziv ă asupra utilajelor, iar la pH-uri sc ăzute precipit ă mai u șor proteinele, cu efect benefic asupra calit ății glucozei. Întrucât temperatura în procesul de hidroliz ă ajunge pân ă la 95 0C, siropul de glucoz ă se răcește dup ă care se supune unei purific ări ce const ă în tratamente cu materiale adsorbante, decolorante sau schimb ători de ioni, prin care se îndep ărteaz ă proteinele, substan țele colorante, mirosurile și unii fosfa ți acizi. Glucoza ob ținută prin procedeul enzim ă-enzim ă realizeaz ă hidroliza enzimatic ă a amidonului în prezen ța α-amilazei și hidroxidului de calciu, la o temperatur ă de cca 85 0C. Prin creșterea temperaturii de hidroliz ă la 130 0C se ob ține dextrina, iar pentru ob ținerea glucozei, amidonul dextrinizat este r ăcit și lichefiat, faz ă în care se adaug ă α-amilaz ă pentru zaharificare. Desf ășurarea în condi ții normale a procesului de zaharificare presupune s căderea temperaturii la cca 60 0C, corectarea acidit ății cu acid clorhidric care inactiveaz ă α-amilaza, adăugarea de amiloglucozidaz ă fungic ă pentru continuarea zaharific ării. Pentru inactivarea enzimelor hidrolizatul se trateaz ă termic la 120 0C timp de 15 minute, se r ăcește și se supune purific ării prin filtrare, decolorare, tratare cu schimb ători de ioni. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 212 X. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A SPIRTULUI Spirtul este alcoolul etilic ob ținut pe cale industrial ă, prin distilarea și rectificarea plămezilor zaharificate și fermentate alcoolic, a c ărui concentra ție în alcool este de minim 95,5 % vol. În industria alimentar ă spirtul se utilizeaz ă la prepararea unor b ăuturi alcoolice. În func ție de ponderea lor, materiile prime folosite la fab ricarea spirtului sunt melasa, porumbul și cartoful, industria spirtului prelucrând și alte materii capabile s ă transforme amidonul în zah ăr fermentascibil. Principalele opera ții ale procesului tehnologic de fabrica ție a spirtului sunt prezentate în figura 10.1. Fig. 10.1. Schema tehnologic ă de fabricare a spirtului 10.1. Fabricarea spirtului din materii prime amidon oase Tehnologia de fabricare a spirtului din materii pri me amidonoase are ca etape principale obținerea și fermentarea pl ămezilor, distilarea și rectificarea alcoolului. În figurile 6.2 și 6.3 sunt prezentate liniile tehnologice de fabricare a spirt ului din cereale, respectiv din cartofi. Materii prime amidonoase . Din aceast ă categorie fac parte în principal porumbul și cartofii, la care se mai pot ad ăuga grâul, secara sau orzul. Porumbul utilizat la fabricarea spirtului trebuie să aibă un con ținut cât mai ridicat în hidra ți de carbon, mai ales amidon, umiditate redus ă, boabe moi cu coaj ă subțire, precum și un con ținut cât mai sc ăzut în substan țe proteice. Cartofii folosi ți la fabricarea spirtului trebuie s ă fie bine matura ți, cât mai boga ți în amidon și săraci în substan țe albuminoide și celuloz ă. Cartofii se supun sp ălării, opera ție prin care se îndep ărteaz ă resturile de p ământ și impurit ăți, iar cerealele se cur ăță prin metode fizice dup ă care se trec la opera ția de m ăcinare. Culturi de drojdii . La fermentarea pl ămezilor zaharificate din industria spirtului se folosesc culturi de drojdii selec ționate, de fermenta ție superioar ă, care trebuie s ă îndeplineasc ă condi țiile: – capacitatea de a fermenta complet chiar și plămezile insuficient zaharificate; – fermentarea rapid ă a zaharurilor cu formarea unor cantit ăți mari de alcool și bioxid de carbon, prin care s ă inhibe activitatea microorganismelor d ăunătoare; – capacitate mare de hidroliz ă a substan țelor proteice și asimilarea aminoacizilor utili proceselor de biosintez ă; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 213 – înmul țire rapid ă fără aerisire și la 30-35 0C , competitiv ă cu microorganismele dăunătoare; – adaptare bun ă la pl ămezi bogate în alcool și fermentare f ără spum ă abundent ă. Fig. 10.2. Linia tehnologic ă de obținere a spirtului din cereale: 1-moar ă pentru cereale; 2- fierbător; 3-vas de zaharificare; 4,5,9,14-pompe; 6-reze rvor cu lapte de slad; 7-sta ție pentru culturi drojdie pură; 8-lin de fermentare; 10,16-deflegmatoare; 11-colo ană de distilare; 12,14-condensatoare; 13-rezervor pentru spirt brut; 15-coloan ă de rectificare. Culturile pure se ob țin prin izolarea unor celule de drojdie dintr-o pl ămadă fermentat ă și înmul țirea acestora în condi ții sterile, prin treceri succesive în volume din ce în ce mai mari de mediu, pe pl ămadă filtrat ă și sterilizat ă. Apa folosit ă în industria spirtului, atât la diluarea melasei, a acidului clorhidric, cât și la fierberea m ăcinăturilor, trebuie s ă îndeplineasc ă condi țiile apei potabile, o clasificare a acesteia, în func ție de pretabilitatea utiliz ării ei la fabricarea spirtului fiind prezentat ă în tabelul 10.1. Necesarul de ap ă este aproximat la 3-3,5 m3 pentru prelucrarea unei tone de cereale sau melas ă. Fierberea materiilor prime . Fierberea realizeaz ă eliberarea amidonului din celulele vegetale care se transform ă într-o mas ă cleioas ă, mult mai u șor de atacat de c ătre enzimele amilolitice în procesul de zaharificare. Pentru a obține o dezagregare avansat ă a materiei prime, fierberea se face în instala ții sub presiune și la temperaturi mai mari de 100 0C. Parametrii de fierbere depind de natura materiei p rime: cca. 3 atmosfere la temperatura de 143 0C, la cartof și cca. 3,5-4 atmosfere la 147-151 0C, la porumb. Celelalte cereale se pot introduce în stare crud ă la zaharificare, doar dup ă ce au fost m ăcinate fin. Se va evita suprafierberea materiilor prime întrucât exist ă pericolul form ării melanoidinelor și prin aceasta inhibarea dezvolt ării drojdiilor. După terminarea fierberii masa cleioas ă este transportat ă sub presiune și pulverizat ă în vasul de zaharificare, realizându-se astfel o ruper e a membranelor celulare și creșterea gradului de dezagregare. Zaharificarea este procesul prin care amidonul din masa cleioas ă este transformat în zahăr fermentascibil și în maltoz ă. Produsul fiert ajuns la zaharificare este r ăcit la temperatura de 50-55 0C, dup ă care amidonul se supune procesului de hidroliz ă enzimatic ă. Pentru aceasta se folosesc enzimele din mal ț (enzimele con ținute în laptele de slad) sau preparate enzimatice (α și β-amilaza, amiloglucozidaza), în primul caz obținându-se ca produs predominant maltoza, iar în al doilea caz glucoza. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 214 Tabelul 10.1. Clasificarea apei folosit ă în industria spirtului Indicatorul Excelent ă Foarte bun ă Potrivit ă Satisf ăcătoare Oxigen, mg/l O 2 0 1,5 2,5 3,0 Materii dizolvate, mg/l 263 453 750 800 Calciu, mg/l 135 143 196 118 Magneziu, mg/l 15 40 51 71 Fier ca Fe 2O3, mg/l 2 8 8 10 Sulfa ți, mg/l 3 35 90 100 Cloruri, mg/l urme 13 42 88 Nitra ți, mg/l 0 urme 80 – Nitri ți, mg/l 0 0 9 – Amoniu, mg/l 0 0 0 – Duritate total ă, mg/l 10,2 14,2 19 19,4 Num ăr bacterii, mg/l 60 750 800 46000 Fig. 10.3. Linia tehnologic ă de obținere a spirtului din cartofi: 1-ma șină de spălat; 2-transportor; 3- fierbător; 4,7,10,12,17,19,23-pompe; 5-vas de zaharificar e; 6-rezervor pentru lapte de slad; 8-lin de fermentare; 9-sta ție pentru culturi drojdie pur ă; 11-rezervor pl ămadă fermentată; 13-preâncălzitor; 14- coloană de distilare; 15,21-deflegmatoare; 16,22-condensat oare; 18-rezervor spirt brut; 20-coloan ă de rectificare; 24-rezervor spirt rafinat. Randamentul în spirt depinde de modul în care este condus procesul de zaharificare. Astfel, trebuie asigurat ă hidroliza cât mai complet ă a amidonului într-un timp cât mai scurt, dar și inactivarea microorganismelor d ăunătoare cu substan țe antiseptice. Unele procedee au la baz ă zaharificarea pl ămezilor sub ac țiunea mucegaiurilor, care permit înlocuirea complet ă a laptelui de slad, procesul decurgând concomitent cu fermenta rea. Pentru aceasta se folosesc drojdii care fermenteaz ă la temperaturi înalte (Saccharomyces anamensis, Sa ccharomyces cerevisiae). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 215 Se mai folosesc pe scar ă larg ă pentru zaharificare și preparate enzimatice de natur ă fungic ă, ob ținute atât prin procedeul de suprafa ță, cât și prin procedeul submers, prin însămânțare cu Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Asper gillus awamori, etc. Fermentarea pl ămezilor amidonoase . Plămezile zaharificate se r ăcesc la cca 30 0C, temperatur ă la care se adaug ă drojdia, se continu ă răcirea pân ă la 18 0C dup ă care sunt trecute la instala țiile de fermentare. Se deosebesc dou ă etape ale procesului de fermentare: fermentarea plămezii de îns ămânțare și fermentarea pl ămezii principale. La fermentarea pl ămezii pentru cuib se are în vedere fermentarea a ¾ din zah ărul ini țial și obținerea unui grad alcoolic de 7-8 % vol. Dup ă maturizare, pl ămada de drojdie se împarte într-o por ție, folosit ă ca matc ă pentru îns ămânțarea altei pl ămezi de drojdie, restul fiind utilizat ă la îns ămânțarea pl ămezii principale. Procesul de fermentare propriu-zi s decurge în trei faze: fermentarea ini țială, fermentarea principal ă și fermentarea final ă. Fermentarea ini țială este caracterizat ă prin înmul țirea intens ă a drojdiilor, cu degaj ări reduse de CO 2 și cre ștere lent ă a temperaturii. Începerea ferment ării are loc la cca 17-18 0C, condi ție care favorizeaz ă dezvoltarea drojdiilor. Fermentarea principal ă este caracterizat ă prin cre șterea temperaturii cu degajare intens ă de CO 2 și acumulare de alcool, ca efect al transform ării zaharurilor. În aceast ă fază temperatura plămezii nu trebuie s ă depășească 30-32 0C, pentru aceasta linurile de fermentare fiind prev ăzute cu sisteme de r ăcire. Fermentarea final ă se caracterizeaz ă prin transformarea ultimelor cantit ăți de zaharuri în alcool și CO 2 și hidroliza dextrinelor cu trecerea în zah ăr fermentascibil, temperatura optim ă de hidroliz ă fiind de 25-27,5 0C. Durata total ă a ferment ării depinde de natura materiei prime, fiind cuprins ă între 50 de ore la cartofi și 72 de ore la porumb. Distilarea urm ărește separarea alcoolului etilic de restul componente lor pl ămezii fermentate, care con țin în general 9-10 % vol. alcool. Dup ă construc ție și modul de func ționare instala țiile de distilare sunt de dou ă feluri: cu funcționare discontinu ă, folosite mai ales la ob ținerea distilatelor din vin și a rachiurilor din fructe, respectiv cu func ționare continu ă (fig.10.4), folosite în special la distilarea pl ămezilor fermentate. Coloanele de distilare func ționeaz ă pe principiul distil ării repetate a condensatului, prin aducerea lui la fierbere cu vapori mai fierbin ți dintr-un alt amestec. Pentru o pl ămadă din cereale amidonoase temperatura de fierbere este de 92-95 0C, presiunea de cca 0,11Mpa și temperatura spirtului brut de cca 15-17 0C. Rafinarea spirtului . Spirtul brut rezultat de la distilare este un ame stec complex care, pe lângă alcool și apă, con ține acizi organici, alcooli superiori, aldehide, es teri, și baze volatile, care prezente în propor ție de doar 1 % afecteaz ă sensibil calit ățile organoleptice. Îndep ărtarea impurit ăților necesit ă o opera ție de rafinare care se poate face prin metode chimi ce și fizice. Rafinarea chimic ă const ă în neutralizarea acizilor volatili și saponificarea esterilor folosind solu ție de hidroxid de sodiu 10 %, precum și oxidarea aldehidelor și a altor substan țe reduc ătoare folosind o solu ție de permanganat de potasiu 1 %. Rafinarea fizic ă este obligatorie și are la baz ă separarea componen ților dup ă temperatura de fierbere a acestora, în urma c ăreia se ob țin trei frac țiuni: spirt frun ți în care se g ăsesc frac țiuni mai u șor volatile decât alcoolul etilic, cu punct de fier bere sub 78 0C, alcoolul etilic cu punctul de fierbere de 78,3 0C și spirt cozi care con ține compu și mai greu volatili, respectiv cu temperatura de fierbere mai mare de 78 0C. Instala țiile de rafinare sunt cu func ționare continu ă sau discontinu ă, în ambele cazuri spirtul ob ținut trebuie s ă aibă o tărie alcoolic ă de 96-97 %. Întrucât amestecul de alcool 97 % și apă 3 % se comport ă ca un azeotrop, pentru ob ținerea alcoolului absolut se folosesc metode precun distilarea în prezen ța unui corp antrenor (benzolul), care elimin ă propriet ățile azeotropice sau tratarea cu substan țe higroscopice (clorur ă de calciu, carbonat de potasiu, glicerin ă). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 216 Fig. 10.4. Instala ție pentru distilarea continu ă a plămezilor fermentate: 1-rezervor cu pl ămadă fermentată; 2-deflegmator; 3-condensator; 4-pomp ă; 5-regulator de borhot; 6-coloan ă de distilare; 7- răcitor; 8-rezervor pentru spirt brut 10.2. Fabricarea spirtului din melas ă Melasa este produsul secundar rezultat de la fabri carea zah ărului, ce con ține zaharuri care nu mai pot cristaliza, ap ă și săruri sau nezaharuri, raportul dintre zaharoz ă și totalitatea substan țelor uscate trebuind s ă fie de 60-62 %. Compozi ția chimic ă a melasei este prezentat ă în tabelul 10.2. Datorit ă sărurilor de potasiu, sodiu și oxidului de calciu provenite din procesul tehnologic, melasa are o reac ție alcalin ă și care împreun ă cu con ținutul mic în substan țe nutritive asimilabile, îngreuiaz ă sensibil fermentarea. Pregătirea melasei ca materie prim ă exclude opera țiile de fierbere și zaharificare, deoarece zaharoza este fermentat ă direct de c ătre drojdii, în schimb sunt incluse opera țiile de diluare și acidulare. Diluarea melasei se face cu ap ă la 22-28 0C și agitare continu ă, pentru a o aduce la concentra ția de zah ăr optim ă pentru fermentare, gradul de dilu ție depinzând de caracteristicile melasei și procedeul de lucru (cu pl ămezi concentrate sau cu pl ămezi diluate). Tabelul 10. 2. Compoziția chimică a melasei Provenien ța melasei Componentul Sfecl ă de zah ăr Trestie de zah ăr Apă, % 20-25 15-20 Substan ță uscat ă, % 75-80 80-85 Zahăr total, % 44-52 50-55 Zahăr invertit, % 0,1-0,5 20-23 Rafinoz ă, % 0,6-1,8 – Azot total, % 1,2-2,4 0,3-0,6 Substan țe minerale, % 7,6-12,3 10-12 PH 6,0-8,6 <7 În func ție de gradul de alcalinitate al melasei se face neu tralizarea și acidularea ei cu acid sulfuric concentrat, având rolul de a asigura un pH optim activit ății drojdiilor, descompunerii nitriților și sulfi ților. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 217 Pentru compensarea deficitului de fosfor și azot, în melas ă se adaug ă săruri minerale precum superfosfatul de calciu în propor ție de 0,2 %, sulfatul de amoniu în propor ție de 0,1 %, la care se recomand ă și magneziu sub form ă de clorur ă de magneziu. La fermentarea melasei se folosesc culturi de droj dii cu rezisten ță mare la concentra ții ridicate de s ăruri, procesul decurgând în dou ă faze: - prefermentarea la temperatura de 30 0C și pH-ul de 4,7; - fermentarea la temperatura de maxim 31 0C și pH-ul între 5,2-5,4. Fig. 10.5. Schema liniei tehnologice de ob ținere a spirtului din melas ă Temperatura de fermentare a melasei este mai ridica tă ca la pl ămezile din materii amidonoase (28-31 0C), necesar ă dezvolt ării drojdiilor, în faza ini țială recomandându-se și o aerisire intens ă. O ac țiune prelungit ă a aerului determin ă oxidarea alcoolului în aldehide, m ărind pierderile prin antrenarea vaporilor de alcool. La fermentarea melasei pericolul de spumare este mai ridicat și el se combate eficient folosind ulei vegetal sau acizi gra și. Trebuie ținut cont c ă în procesul de fermentare, al ături de drojdii se poate dezvolta o microflor ă (bacterii, drojdii s ălbatice, mucegaiuri), capabil ă să consume zah ărul pe care îl transform ă în acizi, s ă consume alcoolul, s ă inhibe activitatea enzimatic ă datorit ă acidit ății formate sau s ă produc ă substan țe cu caracter inhibitor asupra drojdiilor, necesitâ nd m ăsuri energice de anihilare sau inhibare a lor. La sfâr șitul ferment ării pl ămada de melas ă, cu o concentra ție alcoolic ă de 9-9,5 % vol. este trecut ă la distilare și rectificare În figura 10.5 este prezentat ă schema tehnologic ă de fabricare a spirtului din melas ă diluat ă. 10.3. Fabricarea spirtului din de șeuri celulozice La fabricarea spirtului mai pot fi folosite le șiile bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei (cca 2,5 m3 la 1000 kg celuloz ă obținută). Substan ța uscat ă este compus ă din 85 % substan țe organice și 15 % substan țe minerale, dintre acestea fiind prezente în cantit ate mare acidul sulfuric și sulfuros, legat chimic și liber, acidul azotic și formic. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 218 Având 11-14 0 Bllg, le șiile bisulfitice sunt toxice și pentru drojdii, astfel c ă pentru a fi apte de fermentare sunt supuse unei neutraliz ări, pentru îndep ărtarea excesului de acizi și eliminarea acidului sulfuros liber. Le șiile bisulfitice sunt s ărace în potasiu, fosfor sau substan țe azotoase asimilabile, motiv pentru care ele se supun unei corec ții cu s ăruri nutritive, capabile s ă stimuleze fermenta ția. Utilizarea de șeurilor celulozice la fabricarea spirtului este lim itată datorit ă compozi ției chimice a materiei prime și a tratamentelor necesare în vederea ferment ării alcoolice. 10.4. Produse secundare rezultate la fabricarea spi rtului Ca urmare a cantit ăților mari de materii prime amidonoase ce se prelucr ează în industria spirtului, rezult ă ca subproduse dioxidul de carbon, alcoolul tehnic, apa de luter, uleiul de fuzel, borhotul de cereale și melas ă. Borhotul , rezultat în urma distil ării pl ămezilor fermentate, este un material bogat în compu șii nefermentascibili ai materiei prime precum: celu loză, proteine, gr ăsimi, acizi nevolatili, pectine, substan țe minerale. La acestea se mai adaug ă eventualele resturi de amidon, maltoz ă nefermentat ă, dextrine, celule de drojdii, acid lactic și glicerin ă, ca și compu și nevolatili rezulta ți în urma fermenta ției alcooloce. Compozi ția chimic ă medie a borhotului provenit de la unele cereale și cartofi este prezentat ă în tabelul 10.3. Tabelul 10.3. Compoziția chimică medie a borhotului rezultat din industria spirtulu i (în, % S.U.) Componentul Porumb Grâu Orz Orez Cartofi Substan ță organic ă 95,3 91,4 97,9 96,5 87,4 Protein ă brută 25,5 34,8 31,3 42,4 27,0 Grăsime brut ă 11,7 2,2 10,2 3,5 2,7 Celuloz ă 10,6 3,4 13,7 5,9 8,1 Substan țe extractive neazotoase 47,6 51,0 42,7 44,7 49,9 Substan țe minerale 4,7 8,6 2,1 3,5 12,6 Ca urmare a con ținutului ridicat în substan țe azotoase asimilabile, borhotul de cereale și cartofi este folosit, în stare umed ă sau uscat ă, completat cu vitamine sau lactat de amoniu, ca furaj în hrana animalelor și a păsărilor. Borhotul din cartofi rezultat de la distilare are în compozi ția sa un procent ridicat de substan țe nefermentascibile, glicerin ă, acizi și procente mici de zah ăr rezidual, din acest punct de vedere el fiind un furaj mult mai bun decât cel rez ultata din pl ămezile de cereale. Din cauza conținutului ridicat în s ăruri minerale, folosirea lui ca furaj este limitat ă, chiar interzis ă în anumite cazuri (vaci gestante, porci). Borhotul de melas ă este utilizat cu prec ădere la fabricarea drojdiei de panifica ție și a celei furajere, la ob ținerea glicerinei și a acidului glutamic, ca suport pentru dezvoltarea unor microorganisme produc ătoare de vitamine (vitamina B 12). Dioxidul de carbon constituie unul din principalele subproduse rezult ate în industria spirtului. Din punct de vedere teoretic, prin ferme ntarea amidonului, dioxidul de carbon degajat reprezint ă circa 52-54 % din masa de amidon prelucrat. În fun cție de produ șii de degradare a amidonului (glucoz ă, maltoz ă, dextrine, fructoz ă, zaharoz ă), din 100 kg asemenea compu și rezult ă între 44 - 49 kg CO 2. Nu toat ă cantitatea de dioxid de carbon poate fi recuperat ă. Procentul depinde de tipul instala ției de fermentare și materia prim ă folosit ă. Astfel, la fermentarea discontinu ă a plămezilor de cereale și cartofi, procentul recuperat ajunge la 70 %, în t imp ce la pl ămezile de melas ă la doar 50 %. Procentul de recuperare cre ște în ambele cazuri dac ă fermentarea se realizeaz ă în instala ții cu func ționare continu ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 219 Dioxidul de carbon trebuie purificat deoarece el a ntreneaz ă vapori de alcool, de ap ă, alte impurit ăți care pot ajunge la 0,5-1,0 % din cantitatea de ga z degajat ă. Dup ă purificare el se îmbuteliaz ă sub presiune, fiind folosit la saturarea b ăuturilor nealcoolice și alcoolice, a apelor minerale, la asomarea animalelor, la ob ținerea carbonatului de calciu, respectiv a carbonat ului de amoniu (utilizat la furajarea animalelor ca materia l de adaos). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 220 XI. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A ZAH ĂRULUI Zah ărul constituie unul din cele mai importante aliment e, fiind un produs pe care organismul uman îl asimileaz ă în totalitate, caracterizat și printr-o valoare caloric ă ridicat ă. Procesul tehnologic de fabricare a zah ărului este unul complex, format din diverse opera ții fizice, fizico-chimice și chimice, în urma c ăruia se asigur ă condi țiile tehnice cele mai favorabile extragerii și cristaliz ării unei p ărți cât mai mari a zah ărului, pe care îl con ține sfecla de zahăr și trestia de zah ăr supuse prelucr ării. Pentru sfecla de zah ăr principalele etape ale procesului tehnologic sunt : preg ătirea sfeclei în vederea extragerii zah ărului, extragerea zah ărului și obținerea zemii de difuzie, purificarea zemii de difuzie și concentrarea pân ă la ob ținerea zemii groase, fierberea, cristalizarea și rafinarea, condi ționarea și depozitarea zah ărului. În condi țiile țării noastre, materia prim ă folosit ă la fabricarea zah ărului o constituie rădăcinile sfeclei de zah ăr din primul an de vegeta ție, respectiv zah ărul brut din trestie. Compu șii chimici ai sfeclei de zah ăr au valori ce oscileaz ă în limite largi, în func ție de soi, gradul de maturare, condi țiile pedoclimatice, durata de depozitare în silozur i, etc. În general compozi ția sfeclei este urm ătoarea: 75 % ap ă și 25 % substan ță uscat ă din care 17,5 % zah ăr și 7,5 % nezah ăr. Nezah ărul este alc ătuit din pulp ă 5 % și substan țe nezaharoase în suc 2,5 %, acestea din urm ă incluzând atât substan țe organice, cât și substan țe anorganice. Principalii componen ți ai sfeclei de zah ăr sunt prezenta ți în tabelul 11.1. Tabelul 11.1. Principalii componen ți ai sfeclei de zah ăr Componentul La 100 g sfecl ă (%) La 100 g S.U. (%) Substan ță uscat ă 23,6 - Zaharoz ă 16,5 69,91 Protein ă brută 1,05 4,45 Substan țe grase 0,12 0,51 Extract f ără azot (f ără zaharoz ă) 2,92 12,37 Cenu șă 0,75 3,18 Celuloz ă 1,16 4,91 Zaharoza, principalul component al sfeclei și produsul industriei zah ărului, este un corp solid care se tope ște la 186-188 0C, solubilizeaz ă ușor în ap ă, solubilitatea crescând cu temperatura. Ca structur ă zaharoza este un dizaharid, compus din dou ă monozaharide: d-glucoza și d-fructoza, legate prin grup ările lor glicodizice. Ca materie prim ă sfecla de zah ăr trebuie recoltat ă la maturitatea tehnologic ă (când a acumulat maximum de zah ăr), decoletarea s ă fie corect executat ă, rădăcinile s ă fie s ănătoase, fără vătămări sau rupturi, iar când este prelucrat ă cu mult dup ă momentul recolt ării, s ă fie însilozat ă corespunz ător. 11.1. Extragerea zah ărului din sfecl ă, obținerea zemii de difuzie și epuizarea borhotului Extragerea zah ărului din sfecl ă se realizeaz ă prin difuzie, principalele opera ții prin care se ob ține zeama de difuzie fiind prezentate în figura 11. 1. Sfecla, desc ărcată din mijloacele de transport, este adus ă în ciclul de fabrica ție de obicei prin transport hidraulic, cantitatea de ap ă necesar ă fiind de 600-1000 % fa ță de masa de sfecl ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 221 Fig. 11.1. Schema tehnologic ă de obținere a zemii de difuzie Separarea impurit ăților grosiere . Pe canalele de transport ale sfeclei sunt dispuse prinz ătoare de pietre și bulg ări de p ământ, care împiedic ă accesul lor spre ma șinile de t ăiat. Pentru cur ățirea de paie, frunze sau vrejuri, pe canalul colect or se monteaz ă greble suspendate ale căror vârfuri p ătrund sub suprafa ța apei. Spălarea sfeclei . Dac ă pe canalele de transport s-au separat o parte din impurit ățile cu care sfecla intr ă în procesul de fabrica ție, prin sp ălare se urm ărește îndep ărtarea p ământului, nisipului și a altor impurit ăți aderente la suprafa ța sa. Pentru aceasta se folosesc ma șini de sp ălat orizontale sau cu duze, la care sp ălarea se face cu ap ă în contracurent. Dup ă spălare, apa trebuie separat ă de sfecl ă pentru a nu ajunge în t ăiței și apoi în procesul de difuzie. De obicei sfecla este trecut ă pe gr ătare de scurgere, iar apele de transport și spălare sunt dirijate la sta țiile de purificare (decantare și dezinfectare), dup ă care sunt reintroduse la transportul și spălarea sfeclei. Pentru îndep ărtarea impurit ăților feroase care au trecut de prinz ătoarele de pietre și care pot deteriora cu țitele ma șinilor de t ăiat, sfecla este trecut ă pe un transportor separator prevăzut cu un electromagnet. Tăierea sfeclei . Întrucât difuzia zah ărului dizolvat în sucul celular depinde de suprafa ța de contact dintre sfecl ă și apă, sfecla se taie sub form ă de tăiței sub țiri în V. Datorit ă unei relative elasticit ăți și rezisten țe la compresiune, t ăițeii sub țiri nu se taseaz ă în instala țiile de difuzie, permi țând ca apa de difuzie s ă treac ă printre ei, difuzia zah ărului fiind rapid ă și complet ă. Difuzia . Zahărul se afl ă dizolvat în sucul celular, în vacuola din mijlocul celulei. Aceasta este izolat ă de membrana permeabil ă (peretele celulei) printr-o protoplasm ă, mărginit ă de o pelicul ă semipermeabil ă și care împiedic ă trecerea zah ărului prin membran ă în mediul înconjur ător. Pelicula semipermeabil ă poate fi distrus ă prin înc ălzirea celulei la o temperatur ă mai mare de 70 0C, situa ție în care sucul celular trece în apa de difuzie. Fenomenul a fost denumit plasmoliz ă, având un rol determinant în procesul de extrac ție. Temperatura la care se realizeaz ă plasmoliza depinde de calitatea materiei prime și este de 70-82 0C la sfecla normal ă calitativ, sc ăzând pân ă la 65 0C pentru sfecla par țial înghe țată. Când sfecla este înghe țată total, celulele sunt distruse iar sucul celular po ate p ărăsi vacuolele și fără plasmoliz ă, încălzirea fiind necesar ă doar pentru a accelera difuzia zah ărului din t ăiței în zeama de difuzie. Extragerea zah ărului din sfecl ă este un proces complex definit prin viteza de extr acție: dtdg AdtdZ σ1− = − = Φ (11. 1) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 222 dtdg AdtdNZ' ' 1 σ− = − = Φ (11.2) în care Φ și 'Φ sunt fluxurile de zah ăr, respectiv nezah ăr în unitatea de timp; Z și NZ – cantit ățile de zah ăr, respectiv nezah ăr, în kg; A – suprafa ța de contact solid-lichid, în m2; g, g’ – concentra ția zah ărului și nezah ărului în sfecl ă, în %; σ– suprafa ța de contact pe unitatea de mas ă de sfecl ă, în m2/kg. Procesul de extrac ție a zah ărului din sfecl ă se realizeaz ă în dou ă etape: migrarea zahărului din sfecl ă către interfa ța solid-lichid și transferul de mas ă de la interfa ța solid-lichid către masa solu ției. A doua etap ă este determinat ă de natura curgerii lichidului de extrac ție și de diferen ța de concentra ție. Ca urmare, principiul constructiv și func țional al difuzoarelor de extrac ție asigur ă menținerea unei diferen țe de concentra ție solid-lichid și reînnoirea repetat ă a lichidului de extrac ție la interfa ța de contact. Prin urmare extrac ția zah ărului se realizeaz ă prin difuzie, osmoz ă și dializ ă, dup ă denaturarea termic ă a celulelor țesutului sfeclei. În procesul de extrac ție se urm ărește epuizarea tăițeilor de sfecl ă, de aceea ace știa sunt înc ălziți rapid pentru denaturarea celulelor, dup ă care începe difuzia propriu-zis ă. Procesul de difuzie este descris de legea lui Fick : dsdcDF dtdqc= (1 1.3) sau: sccDF qs k c−= (11.4) în care dtdqc este viteza de difuzie a zah ărului; qc- cantitatea de zah ăr difuzat; D- coeficientul de difuzie al zah ărului; ck- con ținutul de zah ăr din t ăiței; cs- con ținutul de zah ăr din lichidul care înconjoar ă tăițeii; s- drumul minim de difuzie al zah ărului (se consider ă ¼ din grosimea t ăițeilor); F- suprafa ța tăițeilor. Pentru coeficientul de difuzie s-a stabilit rela ția: D=KT/ η (11.5) în care K este coeficientul care depinde de natura solventul ui; T- temperatura absolut ă; η- vâscozitatea solventului la temperatura T. Factorii care influen țează procesul de difuzie . Func ționarea normal ă a unei instala ții de difuziune, cu desf ășurarea corect ă a procesului de difuzie, este influen țată de un mare num ăr de factori. Calitatea materiei prime . Instala țiile sunt concepute pentru prelucrarea unei materii prime care s ă satisfac ă anumite criterii de calitate. Dac ă se prelucreaz ă o sfecl ă calitativ necorespunz ătoare, atunci sunt denatura ți parametrii optimi de desf ășurare a difuziei, având ca efect pierderi semnificative de zah ăr în borhot, puritate sc ăzută a zemii de difuzie și randamente inferioare la prelucrare. Temperatura de difuzie are un rol determinant întrucât ea favorizeaz ă plasmoliza celulelor. În acela și timp este favorizat ă difuzia prin sc ăderea vâscozit ății zemii, iar la temperaturi de 70-74 0C sunt distruse unele microorganisme care prin ferm entație ar putea consuma zah ăr. La unele instala ții tăițeii sunt op ăriți cu zeam ă fierbinte la 85-90 0C și prin aceasta acțiunea de sterilizare este mult mai pronun țată, tratamentul putându-se aplica doar la cei care Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 223 provin dintr-o sfecl ă de calitate. Când se prelucreaz ă sfecl ă par țial sau total înghe țată, temperatura de difuzie fiind sc ăzută se vor folosi dezinfectan ți care s ă inhibe ac țiunea microorganismelor. Dac ă se dep ășește temperatura optim ă de difuzie (fig.11.2), are loc, pe de o parte trec erea masiv ă a substan țelor pectice în zeama de difuzie (fig.11.3), cu efe cte negative asupra procesului tehnologic, iar pe de alt ă parte înmuierea și terciuirea t ăițeilor, cu sc ăderea randamentului difuziei. Fig. 11.2. Diagrama de temperatur ă la o Fig. 11.3. Varia ția conținutului de substan țe instalație de difuzie cu func ționare continu ă pectice din zeama de difuzie cu temperatu ra: 1-120 min; 2-60 min. Sutirajul reprezint ă cantitatea de zeam ă de difuzie ce se extrage din instala ția de difuzie. Are valori între 105-135 % și se exprim ă în kg, în raport cu masa de sfecl ă introdus ă la extrac ție. Prin sutiraj sunt influen țate pierderile de zah ăr în borhot, astfel c ă dacă o instala ție lucreaz ă la ni ște parametri constan ți, prin cre șterea cantit ății sutirate scad pierderile de zah ăr și invers, dep ășirea limitei de 130 % determinând îns ă o înr ăutățire a calit ății zemii de difuzie. Viteza zemii în instala ția de difuzie este o component ă de baz ă a hidrodinamicii difuziei și ea trebuie astfel aleas ă încât procesul s ă se desf ășoare în condi ții optime. Calitatea tăițeilor de sfeclă. Cu cât ace știa sunt mai sub țiri și mai lungi, suprafa ța de difuzie este mai mare iar procesul decurge mai repe de și mai complet. Practic calitatea t ăițeilor este exprimat ă prin cifra Silin (reprezint ă lungimea a 100 g t ăiței din care s-au eliminat cei cu lungimea mai mic ă de 1 cm și plăcuțele) sau cifra suedez ă (reprezint ă raportul dintre masa tăițeilor care dep ășesc lungimea de 5 cm și masa celor cu lungimea sub 1 cm). Calitatea t ăițeilor determin ă permeabilitatea zemii de difuzie în masa de t ăiței și din acest punct de vedere cea mai mare permeabilitate o au t ăițeii a c ăror cifr ă suedez ă este cuprins ă între 15-30, valoarea optim ă fiind în jur de 20. Gradul de încărcare a instala ției cu tăiței. Încărcarea specific ă este o caracteristic ă foarte important ă, influen țând hidrodinamica procesului de difuzie, iar neresp ectarea ei conduce la scăderea productivit ății instala ției și înrăutățirea indicilor calitativi ai extrac ției. O înc ărcare specific ă mai mic ă decât cea optim ă determin ă trasee preferen țiale ale zemii, difuzie neomogen ă în masa de t ăiței și pierderi mari de zah ăr. Dep ășirea valorii optime duce la scăderea permeabilit ății tăițeilor, scade viteza de difuzie, procesul în sine fi ind afectat. Și în aceast ă situa ție cresc pierderile de zah ăr în borhot. Durata de difuzie la o extrac ție normal ă este cuprins ă între 60-100 minute, în func ție de tipul instala ției, capacitatea de prelucrare, calitatea materiei prime și temperatura de difuzie. Creșterea temperaturii și duratei de difuzie peste valorile normale determi nă dereglarea întregului proces de fabrica ție, prin trecerea unor mari cantit ăți de nezaharuri în zeama de difuzie. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 224 Calitatea apei de difuzie influen țează considerabil procesul de extrac ție, principalii indicatori ai acesteia fiind puterea de tamponare, pH-ul și încărcătura bacteriologic ă. Prin tamponare apa de difuzie neutralizeaz ă efectul alcalinizant propriu al pulpei epuizate, ea determinând evolu ția pH-ului amestecului pulp ă-apă și prin aceasta calitatea conținutului în substan țe coloidale. Apa de difuzie trebuie s ă aibă un pH de 5,8-6,2, o ap ă alcalin ă favorizând solubilizarea substan țelor pectice și trecerea lor în zeama de difuzie, iar o ap ă acid ă prezint ă pericolul apari ției unor fenomene de coroziune. Întrucât din considerente economice la difuzie se utilizeaz ă apă condensat ă la evaporare, precum și apele de la presarea borhotului, acestea se supun unor tratamente care s ă le aduc ă la parametrii necesari. Fig. 11.4. Instala ția de acidulare a apei de difuzie cu reglaj automat: 1-conduct ă alimentare; 2-rezervor de reac ție; 3-pompă; 4-conductă agitare; 5-conduct ă evacuare; 6- lanț de electrozi; 7- conduct ă acid; 8-vană reglabilă; 9-traductor; 10-aparat înregistrare; 11-regulator Astfel, la apele condensate, datorit ă alcalinit ății ridicate (pH-ul 8,7-9,5) ele se trateaz ă cu acid sulfuric sau bioxid de sulf (fig.11.4.), ia r apele de pres ă se separ ă de pulp ă și suspensii coloidale, se sterilizeaz ă termic dup ă care se poate face și corec ția pH-ului prin neutralizare sau acidulare. Acțiunea microorganismelor asupra procesului de difuzie se manifest ă prin apari ția unor pierderi de zah ăr nedeterminate. Microorganismele ajunse în instala țiile de difuzie provin din sfecla infectat ă, apa de transport, apa de sp ălare, apa de pres ă, resturi de t ăiței rămași pe conductele de transport și care iau contact cu aerul atmosferic. Pentru a evita pierderile de zah ăr și dezvoltarea microorganismelor în zeama de difuzie , toate componentele ce intr ă în procesul de difuzie trebuie bine dezinfectate, iar temperatura de minimum 70 0C trebuie atins ă rapid și men ținută pe toat ă durata difuziei. Tehnica de extragere a zah ărului prin difuzie folose ște instala ții cu func ționare continu ă, în care apa de difuzie și tăițeii circul ă în contracurent, determinând o extrac ție cât mai bun ă a zahărului. Cele mai utilizate instala ții de difuzie în fabricile de zah ăr din țara noastr ă sunt: instala ția de difuzie continu ă cu coloan ă BMA (fig.7.5), instala ția de difuzie continu ă cu tambur orizontal RT II (fig.7.6) și instala ția de difuzie continu ă DDS (fig.11.7). În instala ția BMA t ăițeii de la ma șina de t ăiat sunt preînc ălziți, cu zeama provenit ă din turn, în preînc ălzitor unde temperatura amestecului ajunge la 45 0C. Zeama se separ ă de tăiței iar dup ă reținerea nisipului și a pulpei este introdus ă în fabrica ție. Tăițeii sunt trecu ți în vasul de opărire unde este pompat ă zeama recirculat ă și încălzită la 85-90 0C, aici având loc și plasmoliza. Zeama cu t ăițeii iese din op ăritor cu temperatura de 70-800C și sunt pompa ți în turnul de difuzie. Prin intermediul unui sistem cu palete elicoidale t ăițeii sunt transporta ți pe vertical ă în sus, în sens invers circulând apa de difuzie (proasp ătă și de la pres ă), la partea superioar ă fiind prelua ți și distribui ți cu dou ă șnecuri la presa de borhot. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 225 Fig. 11.5. Schema instala ției de difuzie BMA: 1-ma șină de tăiat; 2-bandă transportoare cu cântar; 3,10- prinzătoare de nisip; 4-preop ăritor; 5-vas pentru zeam ă sutirată; 6,8,9,12,14,23-pompe; 7-op ăritor; 11- prize pentru zeam ă; 13-rezervor ape de pres ă; 15-rezervor ap ă proaspătă; 16,18,21,22-preînc ălzitoare; 17,24-prinzătoare de pulpă; 19-presă; 20-turn de difuzie. Fig. 11.6. Schema instala ției de difuzie RT II: 1-ma șină de tăiat; 2-bandă transportoare cu cântar; 3- opăritor; 4-preînc ălzitor; 5-prinzător de pulpă; 6,14,16-vane dozatoare automate; 7-rezervor ape d e presă; 8-cap de alimentare; 9-pomp ă; 10-vas de recirculare; 11-tambur; 12-cap de alime ntare pentru apă; 13-transportor pentru borhot; 15,17-rezervoare de apă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 226 Fig. 11.7. Schema instala ției de difuzie DDS: 1-ma șină de tăiat; 2-bandă transportoare; 3-cântar; 4- separator pulp ă;5-vas cu zeam ă brută; 6,14,18-pompe; 7-albia aparatului; 8-rezervor de apă; 9-roată ridicătoare; 10-jgheab; 11-pres ă borhot; 12,19-prinz ătoare de pulpă; 13-rezervor ap ă de presă; 15,20- preîncălzitoare; 16-transportor elicoidal; 17-manta de înc ălzire. Apa proasp ătă și apa de pres ă se adaug ă în cantitatea și la temperatura care s ă asigure în turnul de difuzie 70-750C. Instala ția cu tambur orizontal RT II se caracterizeaz ă prin faptul c ă, datorit ă construc ției acesteia, se reduce timpul de sta ționare al zemii de difuzie în aparat, prin existen ța unei spirale duble în interiorul aparatului de difuzie. T ăițeii de la ma șina de t ăiat sunt cânt ăriți și transporta ți la op ăritor, unde sunt op ăriți cu zeam ă recirculat ă și încălzită la 85 0C. Dup ă terminarea plasmolizei amestecul zeam ă-tăiței este adus la capul de alimentare unde are loc separarea zemii și trecerea ei în vasul de recirculare, tăițeii fiind introdu și în tambur. Apa de difuzie este introdus ă prin capul de alimentare, având o circula ție invers ă tăițeilor, temperatura acesteia fiind de 75 0C. Borhotul epuizat și scurs este preluat de un transportor care îl va duce la presa de borhot. Regimul termic al instala ției este bine determinat, dar pentru a compensa pierderile de c ăldură aceasta este prev ăzută cu posibilitatea introducerii de abur pentru regla rea temperaturii. Instala ția de difuzie DDS are aparatul de difuzie format di ntr-o cuv ă bicilindric ă înclinat ă, prev ăzută în interior cu dou ă transportoare elicoidale, iar la exterior cu o man ta de încălzire pe sectoare. Astfel t ăițeii de sfecl ă ajun și în gura de alimentare cad în zeama înc ălzită la 80 0C, unde sunt op ăriți. Prelua ți de transportoarele cu palete ace știa sunt epuiza ți de apa care circul ă în contracurent, iar cu ajutorul ro ții ridic ătoare t ăițeii sunt deversa ți în jgheabul de alimentare al presei de borhot. Din instala țiile de difuzie rezult ă ca produse zeama de difuzie și borhotul de t ăiței, compozi ția lor fiind prezentat ă în tabelul 11.2. Zeama de difuzie reprezint ă un sistem polidispers ce con ține suspensii fine, substan țe ce formeaz ă solu ții coloidale și substan țe ce formeaz ă solu ții adev ărate. Suspensiile fine sunt date de cantitatea de pulp ă din zeam ă și care depinde de caracteristicile mecanice ale t ăițeilor de sfecl ă. Con ținutul de pulp ă fină din zeama de difuzie variaz ă între 0,2-0,6 g/l, la care se mai adaug ă cca 1% urme de sol r ămase pe sfecl ă după spălare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 227 Tabelul 11.2. Compoziția zemii de difuzie și a borhotului, în % S.U. Părți componente Zeam ă de difuzie Borhot de t ăiței Zaharoz ă 15,0 0,2 Substan țe pectice insolubile - 2,6 Substan țe pectice solubile 0,1 - Substan țe azotate, din care: 1,2 0,6 - proteine 0,7 0,5 - alte substan țe cu azot 0,5 0,1 Substan țe fără azot 0,8 0,1 Cenu șă 0,4 0,2 Substan țele coloidale trec din sfecl ă în zeama de difuzie în propor ții ce depind de calitatea materiei prime și parametrii procesului de difuzie, fiind alc ătuit din proteine și polizaharide. Proteinele din zeam ă depășesc 40 % din cantitatea existent ă în pulp ă, fiind prezente sub forma complexului protein ă-pectine (componenta proteic ă este o polipeptid ă alcătuită din cistin ă, lizină, histrolin ă, arginin ă, acid aspartic, serin ă, acid glutamic, alanin ă, tirozin ă, metionin ă, fenil- alanin ă, leucin ă, etc.). Aminoacizii și betanina se extrag aproape complet din sfecl ă, iar dintre polizaharide în zeama de difuzie se reg ăsesc pectine, araban, galactan și dextran. Con ținutul în pectine al zemii variaz ă între 0,08 și 0,3 % S.U. fiind cu atât mai mare cu cât timpul d e difuzie este mai scurt. Dintre substan țele fără azot în zeam ă se găsesc acizi organici și acizi anorganici liberi sau sub form ă de s ăruri și care, împreun ă cu aminoacizii, imprim ă capacitatea tampon, important ă la purificarea și concentrarea zemii de difuzie. Tot în zeama de extrac ție se reg ăsesc și zaharuri reduc ătoare precum trioze, arabioz ă, ziloz ă, fructoz ă, glucoz ă și galactoz ă, con ținutul lor depinzând de calitatea sfeclei, gradul d e solubilizare și hidroliz ă a componen ților pulpei și a zemii. Cenu șa din zeam ă este format ă din anioni fosfat, clorur ă, sulfat precum și din cationi de potasiu, calciu, sodiu sau magneziu, ajungând la 3- 4 % S.U. O parte din cenu șă este re ținută de borhot în pere ții celulari sau în unele țesuturi, în zeam ă cenu șa fiind prezent ă sub form ă de săruri minerale sau legat ă de substan țe coloidale. Culoarea brun ă-cenu șie a zemii de difuzie este dat ă de c ătre melanina aflat ă în stare coloidal ă și care se îndep ărteaz ă în procesul de purificare calco-carbonic ă. Borhotul reprezint ă tăițeii epuiza ți în zah ăr și este alc ătuit din pulpa de sfecl ă format ă din celuloz ă, hemiceluloz ă și substan țe pectice, precum și din substan țe proteice coagulate, acestea făcând din borhot un furaj bun pentru zootehnie. Întrucât borhotul con ține un procent mic de substan ță uscat ă, în majoritatea cazurilor acesta se preseaz ă și se usuc ă, apele de pres ă fiind reintroduse în procesul tehnologic. 11.2. Purificarea și concentrarea zemii de difuzie Zeama rezultat ă în urma extragerii zah ărului din sfecl ă conține, pe lâng ă zahăr și un mare număr de substan țe cu caracteristici fizice și chimice diferite, denumite nezaharuri. Purificare a urmărește îndep ărtarea cât mai complet ă a lor, în urma c ăreia s ă rezulte o zeam ă bogat ă în zah ăr, de calitate superioar ă. Ca metode de purificare a zemii de difuzie se cuno sc: purificarea calco-carbonic ă, schimbul ionic la demineralizare sau excluderea de ioni, electrodializa și osmoza invers ă. Datorit ă costurilor cu mult mai sc ăzute, purificarea calco-carbonic ă este cea mai r ăspândit ă în practica industrial ă. Purificarea calco-carbonic ă utilizeaz ă oxidul de calciu și bioxidul de carbon, care adăugate în zeama de difuziune, contribuie la precipit area și separarea coloizilor, descompunerea substan țelor reduc ătoare și obținerea unei zemi termostabile, separarea n ămolului din zeama Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 228 purificat ă și decalcifierea zemii de difuzie, schema de princip iu a procesului tehnologic fiind prezentat ă în figura 11.8. Predefecarea sau precipitarea coloizilor se reali zează prin ad ăugarea laptelui de var în zeama de difuzie, având ca scop precipitarea nezah ărului sub form ă de săruri de calciu insolubile și coagularea substan țelor proteice și pectice. Reac țiile ce au loc la predefecare sunt datorate în spec ial ionilor de Ca2+ și OH-. Ionii de calciu reac ționeaz ă cu anionii unor acizi și dau s ăruri de calciu insolubile, prin aceast ă reac ție precipitând acidul oxalic, citric, oxicitric și tartric, anionul fosforic și par țial cel sulfuric. Totodat ă, în prezen ța ionilor de calciu are loc coagularea și precipitarea polimerilor înal ți, în special proteinele, saponinele și melaninele. Ionii de OH- neutralizeaz ă acizii liberi iar în reacții cu s ăruri de aluminiu, fier și magneziu, precipit ă metalele sub form ă de hidroxizi. Fig. 11.8. Schema tehnologic ă de purificare și concentrare a zemii de difuzie În conducerea opera ției de predefecare trebuie ținut cont de faptul c ă solubilitatea laptelui de var (a hidroxidului de calciu) este mai mare în soluția de zah ăr și că aceasta cre ște cu concentra ția de zah ăr, dar scade cu cre șterea temperaturii. Coloizii din zeama de difuzie sunt alc ătuiți din proteine, pectine saponine, araban, galactan, etc. , compu și cu structur ă liniar ă și pronun țat caracter hidrofil, care prezint ă dou ă valori ale pH-ului la care coagularea este optim ă: un mediu acid cu pH-ul de 3,5, corespunz ător punctului lor izoelectric și un mediu alcalin la un pH cuprins între 10,8-11,2 , în prezen ța varului. Esen țial în opera ția de predefecare este varia ția pH-ului în instala ția de predefecare (fig.11.9.), evolu ția lui trebuind s ă dea timp suficient substan țelor ce coaguleaz ă să se stabilizeze și să se deshidrateze în toat ă zeama. O evolu ție dup ă curba I produce o zeam ă ce spumeaz ă ușor și un n ămol greu de prelucrat, cea mai favorabil ă fiind evolu ția pH-ului dup ă curba III. Aparatele de predefecare sunt construite din compa rtimente în care dozele de var difer ă progresiv. Circula ția zemii de difuzie se face în contracurent, cu pH- ul cresc ător dinspre primul spre ultimul compartiment. Cantitatea de var ad ăugată este de 0,15-0,25 % CaO, procesul desfășurându-se la temperaturi de 60-70 0C, la care precipit ă compact proteinele și pectinele, îmbun ătățind filtrabilitatea n ămolului. Defecarea sau descompunerea substan țelor reduc ătoare, const ă în tratarea zemii predefecate cu o cantitate de var de 1,5-2 % CaO. P rin cre șterea pH-ului peste 12 varul ad ăugat acționeaz ă atât asupra coagulului coloidal și sărurilor precipitate, cât și asupra substan țelor dizolvate. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 229 Sub ac țiunea ionilor de OH- la defecare se produc reacții de descompunere: s ărurile de amoniu trec în amoniac și sare de calciu, amidele acizilor (glutamina, asparagina și amida acidului oxalic) degaj ă la descompunere amoniac, iar în solu ție rămân s ărurile de calciu ale aminoacizilor (au dezavantajul c ă măresc pierderile de zah ăr în melas ă, dau reac ții de brunificare și îngreuiaz ă fierberea și cristalizarea zah ărului), ureea se transform ă în amoniac și bioxid de carbon, iar zaharurile reduc ătoare se descompun cu generarea unor acizi (lactic, zaharinic, zaharumic și humic, ultimii doi precipitând cu varul, iar restul fiind dizolva ți sub form ă de s ăruri de calciu). La defecare gr ăsimile din zeam ă sufer ă procesul de saponificare, acizii gra și rezulta ți în prezen ța varului precipitând sub form ă de s ăruri de calciu, glicerina r ămânând în solu ție. Sub influen ța căldurii trec din pulp ă în zeam ă pectina și arabanul care, în contact cu varul, dau na ștere la un precipitat gelatinos, sc ăzând puritatea și filtrabilitatea precipitatului. Prin cre șterea temperaturii viteza reac țiilor cre ște, temperatura cea mai favorabil ă, în condi ții normale (con ținutul de zah ăr reduc ător de 0,3-0,4 % S.U.) fiind de 70-80 0C, mergând până la maxim 85 0C. În acest domeniu reac țiile se desf ășoară rapid (se pot descompune cca 97 % din substan țele reduc ătoare din zeam ă), iar zaharoza nu este distrus ă într-o propor ție semnificativ ă, fapt ce conduce la o foarte bun ă termostabilitate a zemii, necesar ă în fazele următoare ale procesului tehnologic. Carbonatarea I-a sau prima satura ție const ă în tratarea zemii defecate cu bioxid de carbon și are ca scop: - purificarea zemii prin intermediul precipitatulu i de carbonat de calciu, care creaz ă condi ții ca o mare parte din nezah ărul zemii s ă fie adsorbit sau absorbit de c ătre cristalele de CaCO 3 în formare sau pe cristalele deja formate; - precipitarea cu bioxid de carbon sub form ă de carbonat de calciu a varului ce se afl ă în exces sau slab legat (zahara ți mono și bicalcici); - formarea precipitatului de carbonat de calciu ca re constituie un material ajut ător la filtrarea zemii carbonatate. S-a constatat practic c ă purificarea chimic ă este îmbun ătățită atunci când cristalele de carbonat de calciu sunt fine, cu suprafa ță mare de adsorb ție, dar în aceste condi ții scade viteza de sedimentare și de separare a n ămolului. Pentru a ob ține cristale mari de precipitat trebuie evitat ă suprasaturarea solu ției în carbonat de calciu, prin carbonatare la un p H redus. Men ținerea unui pH redus se face cel mai bine prin carb onatare continu ă, păstrând în aparatul de satura ție o alcalinitate constant ă și redus ă prin recirculare de zeam ă saturat ă, condi ția cea mai important ă a carbonat ării fiind men ținerea unui pH optim pentru zeama carbonatat ă. Procesul de carbonatare const ă în înc ălzirea zemii defecate la 85-90 0C și tratarea cu gaze ce con țin 23-34 % CO 2 (provenite de la calcinarea varului), prin barbota re cu dispozitive speciale până la ob ținerea unei alcalinit ăți caracterizat ă de pH-ul optim. În condi ții obi șnuite (zeama provine din sfecl ă de calitate) carbonatarea se face pân ă la un pH cuprins între 10,8-11,2 , respectiv un con ținut de 0,06-0,1 % CaO, durata nedep ășind 10 minute. Cu cât zeama este expus ă un timp mai scurt la alcalinit ăți și temperaturi ridicate, cu atât sunt mai bune rezultatele carbonat ării. Carbonatarea a doua sau decalcifierea zemii sub țiri are ca scop reducerea la minimum posibil a s ărurilor de calciu, pe care le con ține zeama filtrat ă de la carbonatarea întâia. Prin aceasta se m ărește gradul de puritate al zemii, cu sc ăderea pierderilor de zah ăr în melas ă și se reduc depunerile de crust ă pe țevile instala țiilor de fierbere. Carbonatarea a doua const ă în tratarea zemii filtrate cu bioxid de carbon pân ă la ob ținerea alcalinit ății necesare. Fig. 11.9. Moduri de varia ție ale pH-ului Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 230 Zah ărul reduc ător, substan țele alcalogene și amidele nedescompuse anterior, se descompun la carbonatarea a doua, substan țele colorante (de tip melanoidinic) formate la predefecare și defecare sunt absorbite de carbonatul de calciu, reacțiile fundamentale în aceast ă fază fiind cele de natur ă ionic ă. Componen ții zemii se pot împ ărți în dou ă grupe distincte: - consumatori de alcalinitate: amide, zah ăr reduc ător, ionii de calciu și magneziu, aminoacizii și acizii slabi; - produc ători de alcalinitate: acizii oxalic și fosforic, pectine proteine, acidul citric, acidul malic, acidul sulfuric. Ace ști compu și particip ă în diverse propor ții la balan ța ionic ă, influen țând alcalinitatea disponibil ă și care depinde de punctul final al primei carbonat ări. Deoarece nu tot calciul precipit ă ( în zeam ă rămâne o cantitate de “calciu remanent”), alcalinitatea real ă este mai mare decât cea teoretic ă și se nume ște “alcalinitate natural ă practic ă”. Valoarea la care zeama are cel mai sc ăzut con ținut de “calciu remanent” se nume ște “alcalinitatea optim ă” a carbonat ării a doua. În practic ă se controleaz ă continuu alcalinitatea optim ă a carbonat ării prin pH-ul zemii, menținerea constant ă a acesteia pe toat ă durata procesului de tratare cu bioxid de carbon reglându-se automat, în func ție de pH-ul final al zemii. PH-ul solu ției trebuie men ținut în limitele 9,0-9,25 (m ăsurat la 25 0C), tratarea cu CO 2, a c ărui debit este reglat pe baz ă de pH- metrie, se face la temperaturi cuprinse între 92-950C, când gradul de utilizare a CO 2 este de 60- 65 %. La unele instala ții de purificare zemii filtrate, înainte de a fi in trodus ă la carbonatarea a doua, i se face o defecare cu 0,1-0,3 % CaO, în urm a căreia cre ște puritatea zemii prin ob ținerea unui precipitat mai bogat și ușor filtrabil. Decalcifierea zemii prin schimb ionic . Întrucât prin metodele prezentate nu se pot elimi na toate s ărurile de calciu solubile din zeam ă, se face apel la r ășini schimb ătoare de ioni. Prin schimb ionic se elimin ă practic calciul din zeam ă, dar pentru protec ția țevilor fierb ătoarelor se lasă un procent de 0,002 % calciu remanent. R ășinile folosite sunt de tipul stiren-divinil-benzen- sulfonat, puternic acide, zeama trecând prin stratu l de r ășină cu o vitez ă de 20-30 m/h la temperatura de 85-90 0C. Decalcifierea cu amoniac și carbonat de amoniu presupune ca la o temperatur ă ridicat ă, zeama s ă fie carbonatat ă până la un pH de 11,0, condi ții în care are loc peptizarea coloizilor, filtratul con ținând s ăruri de calciu dizolvate. Dup ă un tratament cu lapte de var (0,1 % CaO) se face carbonatarea, urmat ă de tratarea cu amoniac și carbonat de amoniu într-un reactor vertical, în prezen ța cărora ionii de calciu precipit ă în cristale mari de carbonat de calciu. Prin aceas tă metod ă se poate purifica orice zeam ă, eliminându-se 90-95 % din s ărurile de calciu. Separarea nămolului din zeam ă. Precipitatul rezultat la cele dou ă carbonat ări se separ ă din zeam ă și se concentreaz ă, prin compozi ția sa chimic ă fiind util atât pentru ameliorarea solurilor acide, cât și ca îngr ășământ. N ămolul de defeco-carbonatare este alc ătuit în principal de CaCO 3 (cca 80 %), proteine coagulate, s ăruri de calciu, acid oxalic, acid citric, saponine, melanine, s ăruri de calciu ale acidului fosforic și sulfuric, compu și cu fosfor și azot. De obicei separarea suspensiei de precipitat de la carbonatare se face prin decantare și filtrare sau numai prin filtrare. Concentrarea n ămolului se face pân ă la 20-25 % S.U. dup ă care suspensia se îngroa șă cu filtre de concentrare, turtele de n ămol sp ălându-se cu ap ă în vederea recuper ării zah ărului. Sulfitarea . Pentru a îmbun ătăți calitatea zemii sub țiri sub aspectul vâscozit ății și colora ției, aceasta se trateaz ă cu bioxid de sulf. Sulfitarea poate merge pân ă când zeama groas ă rezultat ă de la evaporare are o alcalinitate final ă de 0,01-0,02 % CaO, respectiv un pH cuprins între 8,2-8,6. Din reac ția bioxidului de sulf cu apa rezult ă acid sulfuros care oxidând în solu ție apoas ă, trece în acid sulfuric și hidrogen. Prin reducerea de c ătre hidrogen a substan țelor colorante și trecerea lor în substan țe incolore, zeama se decoloreaz ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 231 La sulfitare în zeam ă apar s ăruri de potasiu ale acidului imidodisulfonic care, având acela și coeficient de solubilitate ca și zaharoza, cristalizeaz ă împreun ă cu ea iar zah ărul ob ținut din clere con ține un procent ridicat de cenu șă. Din aceast ă cauz ă trebuie eliminat ă acțiunea microorganismelor în instala țiile de difuzie, prin dezinfectarea periodic ă a acestora. Ca urmare a cercet ărilor în domeniul purific ării zemii de difuzie, s-a stabilit o gam ă largă de variante ale procesului, bazate pe recircularea carbonatului de calciu în zeama de difuzie și pe defeco-carbonatare simultan ă, în continuare fiind prezentate instala țiile de purificare mai des întâlnite în practic ă. Fig. 11.10. Schema instala ției de purificare BMA: 1-vas stabilizator; 2,7,9,14 ,19,24-pompe; 3,10,15- preîncălzitoare; 4-rezervor lapte de var; 5-distribuitor; 6-presaturator; 8,13-vase tampon; 11-vas defecare principal ă; 12-vas satura ția I- a; 16-distribuitor zeam ă saturația I- a; 17-decantor; 18-rezervor concentrat nămol: 20-distribuitor concentrat n ămol; 21-filtru cu vid; 22-separator zeam ă; 23-rezervor zeamă limpede. Instala ția de purificare BMA (fig.11.10.) este de tipul f ără coagularea coloizilor înaintea primei carbonat ări. Zeama din vasul de stabilizare este amestecat ă cu concentratul de n ămol în cantitate de 8-10 % vol. , astfel c ă amestecul zeam ă-nămol con ține cca 0,70 % CaO, la un pH având valoarea 8. Înc ălzită la 75-80 0C zeama este trecut ă în primul vas de saturare, unde se face o presaturare la un pH de 8,5-9, varul în aceast ă fază (cca 40 % din varul total) fiind ad ăugat în zeama presaturat ă. Alcalinizat ă la un pH de 10,5-11, zeama este readus ă în vasul presaturator unde se amestec ă în propor ție de 800-1000 % cu zeam ă stabilizat ă. Zeama saturat ă este preînc ălzită în defecator și trecut ă la satura ția principal ă, fiind tratat ă cu CO 2 până la valori ale pH-ului de 10,8- 11, varul pentru defecare ad ăugându-se înaintea preînc ălzirii. Separarea n ămolului din zeama saturat ă se face cu ajutorul unor filtre cu vid. Aceast ă instala ție conduce la ob ținerea unui n ămol ce sedimenteaz ă ușor și repede, gradul de purificare al zemii de difuzie fiind sati sfăcător. Instala ția de purificare RT (fig.11.11) filtreaz ă zeama predefeco-saturat ă, cantitatea de var utilizat ă fiind cea necesar ă epur ării chimice, iar carbonatul de calciu este recircul at o singur ă dată. Zeama de difuzie este predefecat ă progresiv la 71 0C, în compartimentul patru al predefecatorului introducându-se 1,1-1,8 % CaCO 3 rezultat la filtrarea zemii de la carbonatarea întâia, alcalinitatea zemii fiind adus ă la 0,2 % CaO. Preînc ălzită la 85 0C, dup ă adăugarea de var (cca 0,15 % CaO) zeama este saturat ă cu CO 2 până la o alcalinitate de 0,05 % CaO, apoi dup ă adăugarea de zeam ă și o parte din n ămolul concentrat, este pompat ă la filtrare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 232 Fig. 11.11. Schema instala ției de purificare RT: 1-predefecator; 2,11,15,19-pr eîncălzitoare; 3,12,21- saturatoare; 4,7,13,18,23-malaxoare; 5,8,14,16,20-p ompe; 6,17,22-filtre; 9-defecator; 10-filtru rotati v. Zeama de la prima îngro șare și de la filtrul rotativ este supus ă unei defec ări, urmat ă de încălzire la 80 0C, saturare, respectiv filtrare. N ămolul este recirculat la predefecare iar zeama, încălzită la 95 0C, se satureaz ă până la o alcalinitate de 0,015-0,02 % CaO, dup ă care se supune unei ultime filtr ări. Instala ția de purificare DDS (fig.11.12) folose ște o predefecare cu recirculare de n ămol concentrat de la prima satura ție, în vederea stabiliz ării coloizilor. Se folose ște o defecare la rece urmat ă de o defecare la cald, pân ă la o alcalinitate de 1-2 % CaO, în raport cu calit atea materiei prime prelucrate. Dup ă prima carbonatare ( cu control automat al pH-ului) zeama este concentrat ă în n ămol cu un filtru concentrator DDS, o parte a n ămolului fiind readus la predefecare iar zeama filtrat ă, dup ă o înc ălzire, se supune celei de a doua carbonat ări, pân ă când alcalinitatea ajunge la 0,016-0,028 % CaO. Acest procedeu fiind condus și reglat automat poate prelucra orice calitate de s feclă, având posibilitatea de a lucra cu defeco-carbonatar e, când se cere evitarea defec ării. Fig. 11.12. Schema instala ției de purificare DDS: 1-predefecator; 2-defecator la rece; 3,7,14,17-pompe; 4,18-preîncălzitoare; 5-defecator; 6-saturator; 8-rezervor zeam ă nefiltrată; 9-transportor n ămol; 10- rezervor nămol concentrat; 11-filtru cu vid; 12,16-rezervoare zeamă filtrată; 13-rezervor n ămol; 15- filtru DDS; 19-vas pentru carbonatarea I- a; 20-rez ervor; 21-filtru. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 233 Evaporarea sau concentrarea zemii prin evaporare este o opera ție termic ă prin care se îndep ărteaz ă cea mai mare parte a apei din zeama purificat ă, zeama groas ă astfel ob ținută având un con ținut de minim 60-65 % S.U. În timpul evapor ării, pe lâng ă o concentrare a zemii în substan ță uscat ă, au loc și unele fenomene chimice, cele mai importante fiind schimba rea alcalinit ății și deci a pH-ului, intensificarea colora ției și formarea de precipitate insolubile. Ca urmare, ze ama groas ă rezultat ă la evaporare are o puritate superioar ă față de zeama sub țire. Amoniacul și carbonatul de amoniu prin evaporare ajung în apel e de condensare, ape în care se reg ăsesc și alte substan țe volatile (acizi organici, aldehide, alcooli). Exc eptând descompunerea amidelor, sc ăderea alcalinit ății este provocat ă de descompunerea zah ărului invertit în mediu alcalin, cu formarea de acizi hum ici, precum și caramelizarea slab ă a zaharozei. Fig. 11.13. Instala ție de evaporare cu cinci corpuri (trepte): 1, 2, 3, 4, 5 – corpuri de evaporare; 6 – prinzător de picături; 7 – condensator barometric ; 8 – cad ă barometrică. Din considerente economice sta țiile de evaporare cele mai utilizate sunt de tipul cu multiplu efect și func ționare continu ă. Astfel aburul este folosit la înc ălzirea primului corp, vaporii secundari de la corpul I înc ălzesc corpul al II-lea, vaporii secundari ai acestu ia înc ălzesc corpul al III-lea și așa mai departe (fig. 11.13). După modul cum se face circula ția zemii și a aburului, evaporarea se poate face în paralel, în contracurent sau în curent mixt (fig.11 .14.) Fig. 11.14. Procedee de evaporare: a-în paralel; b- în contracurent; c-în curent mixt Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 234 După presiunea la care lucreaz ă evaporarea se poate face în instala ții sub vid, sub presiune sau mixt, fiecare dintre acestea având un număr de 4, 5 și chiar 6 corpuri de evaporare. 11.3. Cristalizarea zah ărului Ob ținerea zah ărului din zeama groas ă se realizeaz ă prin fierberea și concentrarea ei în vid. Prin evaporarea graduat ă a apei din sirop cre ște concentra ția în substan ță uscat ă, determinând o suprasaturare la care zaharoza trece din solu ție în stare lichid ă, depunându-se pe cristale, siropul pierzându- și fluiditatea și devenind o mas ă groas ă (suspensie de cristale într-un sirop intercristalin). Pentru interpretarea fenomenelor de cristalizare e ste necesar ă cunoa șterea propriet ăților soluțiilor, cristalelor și a legilor ce guverneaz ă trecerea de la o stare în alta și în special viteza cu care se face aceast ă transformare. Zaharoza formeaz ă ușor solu ții suprasaturate care sunt îns ă instabile. Pentru ca zaharoza din solu ție să cristalizeze este necesar ă o for ță asem ănătoare diferen ței de poten țial, care s ă determine trecerea moleculelor în re țeaua cristalin ă. Acest fenomen este posibil numai în solu ții suprasaturate, prin evaporarea apei în aparate de f ierbere sub vid sau prin r ăcirea produsului obținut la fierberea sub vid, în malaxoare-refrigerent e. Gradul de satura ție al solu ției ap ă-zaharoz ă se apreciaz ă prin coeficientul de suprasatura ție α, definit ca raportul dintre cantitatea de zah ăr din solu ția analizat ă și din solu ția saturat ă, pentru aceia și temperatur ă și grad de puritate. Coeficientul are urm ătoarele valori: α<1 la solu ții nesaturate, α=1 la solu ții saturate și α>1 la solu ții suprasaturate. Procesul de cristalizare a zah ărului are loc în dou ă faze distincte: formarea primelor cristale prin apari ție nucleelor de cristalizare și cre șterea cristalelor formate cu o vitez ă determinat ă, numit ă vitez ă de cristalizare. Fig. 11.15. Curbele de solubilitate și de formare spontană a cristalelor de zah ăr Zeama groas ă ieșită de la evaporare are o concentra ție inferioar ă limitei de satura ție (punctul A din fig. 11.15). La fierberea sub vid are loc concentrarea siropului pân ă la satura ție, punctul A deplasându-se pe verticala T-A. Dac ă fierberea se face f ără agitare, concentra ția siropului va dep ăși limita de saturare (curba C 0), va trece prin zona metastabil ă și va dep ăși limita de formare spontan ă a nucleelor (curba C 1), pătrunzând în zona labil ă, caracterizat ă prin suprasatura ție înalt ă dar f ără formare de cristale. Dac ă siropului i se aplic ă un șoc termic (r ăcire brusc ă) sau mecanic (agitare), atunci centrele de cristalizare apar spontan, în num ăr cu atât mai mare cu cât punctul A 2 este mai departe de A 1. Formarea cristalelor de zah ăr în solu ții suprasaturate se realizeaz ă prin ad ăugarea unor nuclee de aceia și natur ă sau u șurând na șterea nucleelor prin șoc termic sau mecanic. În fabricile de zah ăr se folosesc mai multe tehnici de formare a nuclee lor de cristalizare și anume: prin apari ție spontan ă, prin șoc dirijat, prin îns ămânțare și prin amorsare sau induc ție cristalin ă. Într-un mediu suprasaturat cinetica procesului de c ristalizare este determinat ă de dou ă fenomene de baz ă: apropierea moleculelor de zaharoz ă până la contactul cu cristalul (fenomenul de difuzie molecular ă) și așezarea moleculelor în re țeaua cristalin ă. Durata de fierbere a siropurilor este determinat ă de viteza de cristalizare a zah ărului, varia ția acesteia cu temperatura siropului fiind prezenta tă în figura 11.16, iar varia ția cu gradul de saturare și puritatea solu ției, în figura 11.17. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 235 Cristalizarea zah ărului prin fierbere în vid poate poate fi realizat ă în instala ții cu flux discontinuu sau continuu. Aparatele de fierbere discontinue presupun o succesiune de etape ce trebuiesc respectate: admisi a siropului sau a unui picior de cristal, concentrare a la suprasatura ția de îns ămânțare, îns ămânțarea sau formarea nucleelor de cristalizare, cre șterea cristalelor, concentrarea finală a masei și spălarea aparatului. Concentrarea siropului se face la o depresiune de maxim 620-640 mm col. Hg, apa evaporându-se ini țial la 68-70 0C, crescând pe m ăsura concentr ării pân ă la 74-77 0C. Când suprasatura ția siropului atinge valorile prestabilite se introduc nuclee pentru îns ămânțare (pudr ă de zah ăr, sau suspensie de nuclee într-un lichid organic), cantitatea depinzând de masa de produs ce urmeaz ă a fi obținută. Odat ă ce nucleele cristaline îns ămânțate se fixeaz ă, cristalele cresc continuu men ținându- și forma și caracteristicile, constan ța suprasatura ției fiind realizat ă prin p ăstrarea unei egalit ăți între reducerea concentra ției prin cristalizare și creșterea ei prin evaporare. Pentru atingerea purit ății impuse zah ărului, solu ția supus ă cristaliz ării nu poate fi epuizat ă complet într-o singur ă treapt ă de cristalizare. Cu cât o mas ă are un con ținut mai mare de cristale, posed ă mai pu țin sirop fiind insuficient de fluid ă. Ca urmare, cristalizarea repetat ă, în dou ă sau mai multe etape, permite obținerea unor mase fluide la desc ărcarea din aparate. Aparatele de fierbere cu func ționare continu ă au acelea și etape ca și precedentele. Fierberea continu ă se caracterizeaz ă prin faptul c ă procesul de cristalizare se efectueaz ă succesiv și continuu, de la un compartiment la altul al aparatului (fig.11.18) Fig. 11.17. Varia ția vitezei de cristalizare la 75 0C cu puritatea solu ției, pentru diferite grade de suprasaturație: a-1,03; b-1,06; c-1,09; d-1,12; e- 1,15; f-1,18; g-1,21. Siropul de fierbere se concentreaz ă la 78-80 0Bx în concentratorul 1, dup ă care se amestec ă cu masa groas ă preparat ă în malaxorul 4 și se introduce în primul compartiment al cristalizorului 3. Cristalizorul este prev ăzut cu șapte compartimente în care are loc creșterea cristalelor de zaharoz ă, fiecare compartiment fiind cu nivel constant și alimentat cu mas ă groas ă din compartimentul precedent, la care se adaug ă sirop proasp ăt dozat cu distribuitorul 2. Cristalizorul are un sistem de în călzire atât interior, cât și exterior, precum și o încălzire pe principiul termosifonului (o mare parte a vaporilor forma ți în concentrator sunt injecta ți în masa groas ă, având doar un efect mecanic, f ără a dilua masa de sirop). Concentra ția masei groase cre ște de-a lungul compartimentelor în timp ce prin ad ăugarea de sirop proasp ăt, concentra ția siropului mam ă este practic constant ă. Fig. 11.16. Varia ția vitezei de cristalizare cu temperatura Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 236 Fig.11.18. Schema unui aparat de fierbere continuă sub vid a siropului Afinarea zah ărului este o opera ție de purificare prin îndep ărtarea mecanic ă a peliculei de sirop de pe cristale, f ără dizolvarea acestora. Pentru afinare se amestec ă zahărul brut cu siropul de afinare încălzit la 90-95 0C, într-un malaxor special timp de 20-30 minute, rezultând o mas ă groas ă care, prin centrifugare permite separarea cristalelor de sirop . Rafinarea zah ărului . Zah ărul afinat de la centrifug ă are o umiditate de 2-5 %, el fiind dizolvat pentru ob ținerea clersei cu o concentra ție de cca 65 0Bx. Opera ția se face în dizolvatoare prevăzute cu agitatoare și serpentine de înc ălzire, folosind condensat sau zeam ă subțire bine purificat ă. Decolorarea clersei se face prin amestecarea ei cu cărbune activ pulverulent sau prin trecerea peste coloane cu c ărbune granulat sau c ărbune de oase. Dup ă decolorare clersele se filtreaz ă cu ajutorul filtrelor cu kieselgur. Astfel se adau gă în clers ă la temperatura de 90 0C cca 0,08 % S.U. pulbere de c ărbune activ și se filtreaz ă la o presiune de pân ă la 3 atmosfere. În ultimul timp se folosesc filtre cu vitez ă mare de filtrare (filtre cu discuri sau filtre cu lumân ări). Melasa este un sirop de culoare brun ă închis ă, cu gust și miros caracteristic, ce con ține în suspensie substan țe cu compozi ție și în cantit ăți variabile, provenite din materia prim ă (compu și cu azot sau suspensii fine coloidale de nezah ăr), constituen ți forma ți în procesul tehnologic (proteine insolubile, produ și de degradare ai zah ărului) sau nezah ărul insolubil rezultat la concentrarea siropului. În general melasa con ține cca 50 % din zah ăr, are o puritate de 56-62 % cu o concentra ție în substan ță uscat ă cuprins ă între 78-86 0Bx. Pentru cre șterea randamentului fabricilor de zah ăr, melasa rezultat ă trebuie s ă aibă o puritate c ăt mai sc ăzută sau s ă fie cât mai epuizat ă în zah ăr. Alegerea unei scheme de fierbere a siropului se fa ce în func ție de puritatea acestuia și de calitatea produsului finit. Scheme de fierbere pentru ob ținerea de zah ăr brut . Acest sort de zah ăr se ob ține în urma unei singure cristaliz ări, din produsul (fierberea) întâi, o variant ă fiind cea din figura 11.19. Fig. 11.19. Schema de fierbere cu dou ă produse pentru un sort de zah ăr brut Siropul verde este recirculat la cele dou ă produse, epuizând melasa pân ă la 60-62 %. Zahărul brut ob ținut la centrifugare se dizolv ă cu zeam ă sub țire și se amestec ă cu siropul concentrat. Asemenea scheme de fierbere determin ă obținerea de zah ăr brut impropriu comercializ ării, chiar dac ă acestuia i s-ar face o afina ție ulterioar ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 237 Fig. 11.20. Schema de ob ținere a zahărului prin trei fierberi cu un singur produs finit Scheme de ob ținere a zah ărului alb . Asemenea scheme realizeaz ă o dirijare a siropurilor, iar prin sp ălarea zah ărului în centrifuge rezult ă siropuri cu purit ăți ridicate, necesitând epuizarea lor în mai multe trepte. S-au conceput variante cu 2-5 fierberi (produse), cea mai utilizat ă schem ă fiind ob ținerea zah ărului alb prin trei fierberi succesive (fig.11.20). La prima fierbere se folose ște masa alc ătuită din siropul concentrat, clersa ob ținută din zahărul intermediar și final (filtrat ă și decolorat ă) și siropul alb de la produsul întâi. Dac ă siropul concentrat este de bun ă calitate, la un randament de zah ăr al masei de 40 %, se ob ține un zah ăr alb de înalt ă calitate (8-12 grade braunschweig). Când se cere un zah ăr de înalt ă puritate sau când siropul este bogat în substan țe colorante, se recomand ă o schem ă cu patru fierberi la care, prin dirijarea siropuri lor, se ob ține 30 % mas ă de rafinad ă, restul fiind produse de baz ă. Pentru separarea cristalelor de zah ăr din siropul intercristalin se folose ște principiul for ței centrifuge. Astfel masa groas ă este introdus ă în centrifuge filtrante a c ăror tambur se rote ște cu vitez ă unghiular ă mare. Intensificarea filtr ării în câmp centrifugal se datore ște cre șterii presiunii suspensiei de cristale asupra pere ților tamburului sub ac țiunea for ței centrifuge. Se define ște factorul de separare Z ca raportul dintre accelera ția centrifugal ă și accelera ția gravita țional ă: Z=ω2R/g (11.6.) în care R este raza particulei fa ță de axa de rota ție; ω- viteza unghiular ă a tobei; g- accelera ția gravita țional ă. Valoarea for ței centrifuge de separare depinde de uniformitatea cristalelor și de vâscozitatea siropului intercristalin, cele mai mar i for țe de separare fiind necesare la centrifugarea produselor intermediare și finale. Centrifugele folosite în fabricile de zah ăr sunt cu func ționare discontinu ă și continu ă (cu curgere liber ă sau cu înaintare for țată a masei groase), la ob ținerea zah ărului alb fiind utilizat ă spălarea intermitent ă a cristalelor în centrifuge, folosind ape de sp ălare în cantit ăți bine determinate. Întrucât din fierturile cu puritate sc ăzută, la care viteza de cristalizare este foarte mic ă, nu se poate extrage tot zah ărul cristalizabil din siropul mam ă, procesul de cristalizare întrerupt la sfârșitul fierberii este reluat prin r ăcirea masei groase, opera ția purtând numele de cristalizare suplimentar ă. Pe m ăsură ce scade temperatura, solubilitatea zaharozei în s iropul mam ă se reduce, o parte a ei trece din solu ție în stare de suprasatura ție și în anumite condi ții de temperatur ă și agitare, se depune pe cristalele existente. În aces t fel se epuizeaz ă siropul intercristalin în zah ăr, cu cre șterea randamentului în zah ăr cristalizat. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 238 Opera ția se execut ă în malaxoare sau refrigeren ți în care, prin r ăcire progresiv ă și agitare continu ă a masei, se men țin for țele ce determin ă creșterea cristalelor, se uniformizeaz ă temperatura și suprasatura ția, evitând astfel apari ția de noi nuclee de cristalizare. La cristalizarea prin r ăcire viteza de cristalizare este foarte redus ă, comparativ cu cristalizarea prin fierbere, fiind dependent ă de gradul de suprasaturare, temperatur ă, vâscozitatea masei, suprafa ța cristalelor și de natura și concentra ția impurit ăților. R ăcirea masei în malaxoare ar trebui f ăcută astfel ca suprasatura ția să se men țină constant ă pe toat ă durata cristaliz ării. În practic ă fiecare mas ă supus ă răcirii are o curb ă specific ă de răcire, respectându-se o c ădere de temperatur ă de 1,5-2 0C pe or ă, iar pentru reducerea duratei de sta ționare se poate merge pân ă la 2,5 0C pe or ă. Dac ă se ține cont de temperatura ini țială a masei supuse cristaliz ării suplimentare, timpul de r ăcire este de minim 40 ore. 11.4. Uscarea, condi ționarea și depozitarea zah ărului Zah ărul ob ținut de la centrifugare con ține umiditate între 0,5 și 2,5 % (0,5 când se aplic ă albirea cu ap ă și abur, iar 2 % în cazul albirii cu ap ă fierbinte), umiditatea sc ăzând cu cre șterea granula ției. Problematica usc ării și condi ționării zah ărului a ap ărut din nevoia ca acesta s ă fie depozitat și păstrat pân ă la comercializare, în condi ții de calitate precum: umiditate de 0,02-0,04 %, răcit la temperatura de 25 0C, să nu con țină praf de zah ăr sau zah ăr invertit iar pH-ul s ă fie de 8,5-9. Uscarea zahărului . Umiditatea zah ărului centrifugat este legat ă fizic sub trei forme: – umiditatea liber ă, se g ăsește în siropul ce înconjoar ă cristalele de zah ăr, fiind u șor de îndep ărtat; – umiditatea legat ă, format ă dintr-un film de sirop suprasaturat la suprafa ța cristalelor, împiedi-când moleculele de zah ăr să se integreze în structura cristalului și fiind greu de înl ăturat; – umiditatea intern ă, format ă din grupe de molecule de sirop incluse în structur a cristalului și care poate fi pus ă în eviden ță prin cre șterea umidit ății aerului la m ăcinarea zahărului. Îndep ărtarea umidit ății libere se realizeaz ă prin uscarea zah ărului cu aer cald (cu umiditate medie relativ ă sub 50 %), iar o parte a umidit ății legate prin alimentarea silozurilor de depozitare cu aer condi ționat. Uscarea realizeaz ă trecerea apei prin difuzie de la zah ărul umed la aerul cald, opera ția fiind executat ă în usc ătoare-r ăcitoare tip turn, cu discuri etajate, cu tambur, cu turbin ă sau în strat fluidizat. Cernerea zah ărului . În vederea ob ținerii unui aspect îmbun ătățit, dar și pentru a corespunde mai bine scopului pentru care a fost ob ținut, zah ărul uscat și răcit este trecut peste un electromagnet ce re ține impurit ățile feroase, dup ă care se separ ă prin cernere în diferite frac ții granulometrice. Sitele utilizate au dimensiunea ochiurilor de 0,3- 0,7 mm pentru cristale fine, 0,7-1,5 mm pentru cristale mijlocii și 1,5-3 mm pentru cristale mari. Pentru a ob ține o separare bun ă sitele trebuie alimentate continuu și uniform, astfel ca stratul de zah ăr de pe site s ă nu fie prea gros. Cernerea zah ărului este o opera ția care determin ă formarea unei mari cantit ăți de praf de zahăr, separarea și recuperarea lui efectuându-se pe cale uscat ă (de obicei în filtre cu saci) sau pe cale umed ă (în hidrocicloane). Depozitarea zah ărului . Păstrarea zah ărului o perioad ă mai îndelungat ă de timp se face în vrac, în silozuri de mare capacitate sau ambalat (î n saci de iut ă, hârtie, pachete), în magazii. Cea mai mare parte a zah ărului se p ăstreaz ă în silozuri prev ăzute cu sisteme de condi ționare a aerului din celule. Astfel, aerul uscat și încălzit vine în contact direct cu zah ărul (prin insuflare pe la partea inferioar ă a celulei sau prin absorb ție pe la partea superioar ă) sau indirect, prin intermediul unui fascicol de țevi prev ăzut în interiorul celulei de depozitare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 239 În magazii zah ărul se p ăstreaz ă ambalat de preferin ță în saci de hârtie, care asigur ă o mai bună protec ție la umezeal ă și mirosuri, comparativ cu sacii de iut ă, condi ționarea aerului fiind și aici necesar ă. 11.5. Prelucrarea zah ărului brut din trestia de zah ăr Zah ărul brut este ob ținut din tulpinile de trestie de zah ăr în urma extrac ției și cristaliz ării siropului. Acesta con ține multe impurit ăți și pentru ob ținerea zah ărului de calitate este necesar ă purificarea și rafinarea lui. O prim ă etap ă o constituie purificarea calco-carbonic ă a clerei ob ținute din zah ărul brut, după schema din figura 11.21. Fig. 11.21. Schema tehnologic ă de purificare calco-carbonic ă a clerei Tratarea clerei cu lapte de var urm ărește distrugerea acelor substan țe reduc ătoare, precum și a amidelor, facilitând absorb ția substan țelor colorante de c ătre carbonatul de calciu, dar m ărind în acela și timp stabilitatea termic ă a clerei în fazele de concentrare. Dup ă carbonatare pân ă la un pH de 8,3-8,5, clera este l ăsată câteva minute pentru definitivarea reac țiilor chimice, apoi preînc ălzită este trecut ă la filtrare, iar dup ă trecerea printr-un filtru de control se ob ține clera purificat ă. Întrucât nu se pot elimina toate substan țele colorante, înainte de rafinarea efectiv ă clera trebuie decolorat ă. Rafinarea zah ărului brut din trestie de zah ăr se face în patru etape de fierbere și cristalizare, în dou ă variante tehnologice care prelucreaz ă zahăr brut de calitate superioar ă și zahăr brut de calitate inferioar ă. Schema tehnologic ă de rafinare a clerei purificate este prezentat ă în figura 7.22. Decolorarea clerei se poate realiza prin filtrarea pe c ărbune animal, cu r ășini schimb ătoare de ioni sau filtrare pe strat de carbarafin și kieselgur. Modul de desf ășurare a procesului de fierbere și cristalizare a zah ărului din trestie de zahăr sunt prezentate în figurile 11.23….11.26. Conform tehnologiei de fierbere și cristalizare în patru trepte, zah ărul rafinat se ob ține de la treapta I, în timp ce melasa se ob ține la treapta a IV-a. Zah ărul produs I afinat la centrifug ă are o puritate de 97,5 % și 98 0 Brix, zah ărul produs II afinat puritate de 93 % și 980Brix, în timp ce melasa are o puritate de 59 % și 82 0Brix. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 240 Fig. 11.22. Schema tehnologic ă de rafinare a clerei purificate Fig. 11.23. Fierbere și cristalizare treapta I Fig. 11.24. Fierbere și cristalizare treapta II-a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 241 Fig. 11.25. Fierbere și cristalizare treapta III-a Fig. 11.26. Fierbere și cristalizare treapta IV-a În urma prelucr ării se ob ține zah ărul rafinat, cunoscut sub denumirea de zah ăr de calitate tip sau standard, ale c ărui caracteristici sunt stabilite prin norme ce lim iteaz ă umiditatea la maxim 0,06 %, substan țe reduc ătoare sub 0,04 % și maxim 22 Puncte Europene (se refer ă la conținutul în cenu șă, colora ția în solu ție și tipul de culoare). 11.6. Valorificarea produselor secundare din indust ria zahărului În urma prelucr ării sfeclei de zah ăr rezult ă o cantitate mare de produse secundare precum borhotul de t ăiței epuizat de la extrac ție, melasa ca sirop intercristalin de la cristaliza rea zahărului sau n ămolul de la filtrarea zemii defecate și carbonatate. Borhotul de t ăiței, umed, presat, presat și uscat, constituie un subprodus bogat în substan țe azotate și neazotate, fiind un furaj foarte bun pentru hrana animalelor. În unele cazuri, din borhot se mai extrage pectin ă sau clei pectinic. Nămolul de la filtre, concentrat și uscat în usc ătoare cu vid, con ține peste 70 % CaCO 3 fiind folosit ca amendament la corectarea acidit ății solului sau îngr ășământ mineral. Melasa rezultat ă de la centrifugare se prezint ă ca un lichid vâscos, brun la culoare și cu 80-85 % substan ță uscat ă. Cu toate treptele de fierbere-cristalizare a mase i groase, substan ța uscat ă din melas ă conține 55-60 % zaharoz ă, 14-15 % substan țe azotate, substan țe pectice, acizi, substan țe colorante, s ăruri minerale. Ca urmare a compozi ției sale, melasa se folose ște ca materie prim ă la fabricarea spirtului (vezi Cap. VI), la ob ținerea drojdiei de panifica ție, a acidului citric și a acidului lactic. Melasa dup ă separare se p ăstreaz ă în tancuri metalice închise, prev ăzute cu circuite de încălzire-r ăcire pentru men ținerea unei temperaturi controlate, dup ă ce au fost igienizate și dezinfectate cu solu ție de formol. În acest fel se evit ă orice tendin ță de fermentare a zaharului din melas ă sub ac țiunea eventualelor microorganisme. Fabricarea drojdiei de panifica ție se realizeaz ă după o schem ă tehnologic ă complex ă (fig. 11.27), prin care se multiplic ă succesiv, pe suportul nutritiv alc ătuit din melas ă, săruri, aer steril culturi de drojdii selec ționate din familia Saccharomices cerevisiae. Pe lâng ă melas ă și cultura de drojdie selec ționat ă, în procesul tehnologic se mai folosesc materiale auxiliare sub form ă de s ăruri nutritive și de corectare a unor indicatori fizico-chimici (sulfatul de amoniu, solu ție de amoniac, fosfatul diamoniacal tehnic, acidul ortofosforic, clorura de potasiu, sulfatul de magneziu, clorura de magnez iu, superfosfatul de calciu, acidul sulfuric diluat), substan țe biostimulatoare pentru drojdii (extractul de poru mb, autolizatul de drojdie, radicele de mal ț), apă cu duritate mic ă și substan țe antispumante (împiedic ă formarea spumei la multiplicarea drojdiei sau disperseaz ă spuma format ă). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 242 Fig. 11.27. Schema tehnologic ă de obținere a drojdiei de panifica ție Cultura de drojdie pur ă selec ționat ă se multiplic ă în laborator în dou ă etape I și II, dup ă care în etapele III și IV se ob ține cultura tehnic pur ă, ce se separ ă în laptele de drojdie I. Dup ă spălare și separare a apelor de sp ălare se ob ține laptele de drojdie II care, purificat cu solu ție de acid sulfuric trece la ultima multiplicare a drojdi ilor, de genera ția V-a. Urmeaz ă un șir de opera ții de sp ălare și separare prin centrifugare a laptelui de drojdie de apele de sp ălare, în final acesta este r ăcit, supus unei ultime filtr ări, malaxat și modelat. Ultima opera ție este ambalarea drojdiei în forma în care se reg ăsește în comer ț. Ob ținerea drojdiei de panifica ție uscat ă se realizeaz ă din laptele de drojdie supus opera ției de granulare, uscarea granulelor cu aer cald și ambalarea în materiale ce nu permit contactul cu mediul exterior. Melasa este materia prim ă la ob ținerea acidului citric, a c ărui schem ă tehnologic ă este prezentat ă în figura 11.28. Dup ă diluare melasa este tratat ă cu acid fosforic, sulfat de zinc și ferocianur ă de potasiu, în vederea asigur ării suportului necesar dezvolt ării sporilor și dup ă sterilizare este supus ă ferment ării cu spori de Aspergillus niger. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 243 Din le șia de fermentare rezultat ă se separ ă miceliu de mucegai și dup ă tratamente cu lapte de var și acid sulfuric, în scopul precipit ării sulfatului de calciu, rezult ă o solu ție de acid citric impur ă. Fig. 11.28. Schema tehnologic ă de obținere a acidului citric din melas ă Purificarea solu ției de acid citric se face cu p ământ de kieselgur, care absoarbe particulele în suspensie și coloidale ce sedimenteaz ă, iar prin filtrare se ob ține o solu ție purificat ă. Urmeaz ă decolorarea prin tratarea cu schimb ători de ioni, concentrarea solu ției pân ă la cristalizare, separarea solu ției mam ă care, se amestec ă cu le șia de fermentare în vederea epuiz ării ei, cristalele de acid citric fiind supuse usc ării și ambal ării. Acidul lactic se ob ține prin fermentarea zaharozei din melas ă de c ătre bacterii lactice din familia Lactobacillus delbruckii. În timpul ferment ației se adaug ă carbonat de calciu care transform ă treptat acidul lactic în lactat de calciu (deoarec e acumularea de acid lactic duce la oprirea fermenta ției), iar prin tratare cu acid sulfuric în final se obține acidul lactic. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 244 XII. TEHNOLOGIA ULEIURILOR VEGETALE Prin rolul și importan ța lor, uleiurile și grăsimile vegetale î și găsesc întrebuin țare atât în alimenta ție, cât și ca materii prime pentru diferite industrii. În urma prelucr ării materiilor prime, în fabricile de ulei se ob țin ca produse finite uleiuri comestibile, uleiuri tehnice, uleiuri hidrogenate, uleiuri interesterificate și margarin ă. Dintre uleiurile comestibile și tehnice fabricate în țara noastr ă, cele mai importante sunt de floarea- soarelui, soia, rapi ță, in, germeni de porumb și ricin, principalele propriet ăți fizico-chimice ale acestora fiind prezentate în tabelul 12.1. Tabelul 12.1. Proprietățile fizico-chimice ale principalelor uleiuri vegeta le Sortimentul Densitatea la t 0C kg/m3 Indicele de refrac ție, la t 0C Vâscozitatea la 20 0C, 0E Punctul de topire 0C Indicele de iod Ulei de floarea soarelui 920-925 la 15 0C 1,4742-1,4748 la 15 0C 12-13 -16….18 119-135 Ulei de soia 922-934 la 15 0C 1,4742-1,4487 la 25 0C 8-9 -20….23 114-140 Ulei de germeni de porumb 921-926 la 15 0C 1,4689-1,4736 la 15 0C 9-11 -11 111-130 Ulei de rapi ță 910-924 la 20 0C 1,1710-1,4729 la 25 0C 17-18 -9 64-122 Ulei de in 920-936 la 20 0C 1,4729-1,4851 la 25 0C 7-8 -20 168-205 Ulei de ricin 956-966 la 20 0C 1,470-1,4772 la 25 0C 16-17 -10….-12 80-90 Uleiurile vegetale sunt amestecuri naturale complex e din lipide simple (gliceride și ceruri), lipide compuse (fosfatide, sulfolipide) și substan țe rezultate din hidroliza primelor dou ă categorii (alcooli, steroli, acizi gra și, carotenoide, vitamine liposolubile), gliceridele reprezentând 97,5-99 % din materiile grase vegetale . 12.1. Materii prime și materiale auxiliare pentru ob ținerea uleiurilor vegetale Ca materii prime la fabricarea uleiurilor vegetale se folosesc în special plante oleaginoase, la care se adaug ă unele plante textilo-oleaginoase (semin țe de bumbac și cânep ă) și produse secundare de la alte industrii (germeni de porumb, grâu și secar ă, semin țe de legume și fructe, sâmburi de fructe și struguri). Semin țele plantelor oleaginoase sunt formate din miez și coaj ă. Miezul este alc ătuit din embrion compus din gemul ă și dou ă cotiledoane, precum și un strat hr ănitor denumit endosperm. Cotiledoanele și endospermul con țin baza de substan țe hrănitoare și ulei, în propor ții ce difer ă după natura semin țelor. Coaja sau pericarpul are structura caracteris tică fiecărui tip de s ămânță, reprezentând 7-28 % din masa acesteia. Celulele semin țelor au dimensiuni mici, între 340 µm2 și 1873 µm2, celula tipic ă fiind alcătuită dintr-un înveli ș celular de grosime mic ă, în interiorul c ăruia se g ăsesc oleoplasma îmbibat ă cu ulei, protoplasma sau citoplasma care con ține suportul pentru uleiul dispersat uniform, granulele aleuronice (corpuri solide de or igine proteic ă), nucleul celular, precum și alte substan țe de baz ă ale celulei. Din analiza compozi ției principalelor materii prime oleaginoase (tabelu l 12.2) se observ ă că la toate con ținutul în substan țe grase este mare, natura lipidelor fiind caracter istică provenien ței materiei prime. La fabricarea uleiurilor vegetale se folosesc o ser ie de materiale auxiliare care sunt în principal urm ătoarele: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 245 Tabelul 12.2. Compoziția fizico-chimic ă a materiilor prime oleaginoase Materia prim ă Coajă % Umiditate % Ulei brut % Proteine % Substan țe neazotate % Celuloz ă % Cenu șă % Floarea-soarelui 14-28 9-11 44-48 18-20 10-15 14-18 2-3 Soia 7-12 11-13 17-19 33-36 20-23 3-6 3-5 In de ulei 4-6 9-11 35-38 25-27 20-23 4-5 3-4 Rapi ță 4-6 6-8 23-42 25-28 17-20 4-6 3-5 Ricin 22-25 6-9 44-52 14-18 15-17 15-18 2-4 Germeni de porumb – 10-11 20-30 25-28 28-30 4-6 3-4 ► dizolvan ți sau solven ți pentru extragerea uleiurilor: benzina de extrac ție este principalul dizolvant, pe lâng ă care se mai folosesc flugenul, n-hexanul sau R 113 ; ► soda caustic ă sau hidroxidul de sodiu, utilizat ă la neutralizarea acizilor gra și liberi din uleiul brut; ► acid sulfuric, utilizat la dezmucilaginarea și la scindarea s ăpunului de la rafinarea alcalin ă; ► materiale decolorante: p ământuri decolorante, c ărbune decolorant, silicagel, oxid de aluminiu; ► materiale filtrante: țesătură de bumbac, in, iut ă, celofibr ă, polivinil, poliamid ă, kieselgur, cristaltheorit. 12.2. Obținerea uleiului brut Uleiul vegetal brut se ob ține prin presarea materiilor prime oleaginoase, den umit și ulei brut de pres ă și prin extrac ție cu solven ți din materialul presat sau nepresat, denumit și ulei brut de extrac ție. Fabricile care ob țin ulei brut prin presarea materiilor prime oleagin oase au în fluxul de fabrica ție utilaje de mare capacitate, fapt ce permite meca nizarea complet ă a opera țiilor și randamente ridicate. Principalele opera ții tehnologice sunt prezentate în figura 12.1. iar dispunerea utilajelor din fluxul de fabrica ție este ilustrat în figura 12.2. Pentru a putea fi introduse în procesul de fabrica ție semin țele sunt supuse unor opera ții preliminare, prin care acestora li se asigur ă condi țiile pentru ob ținerea unor uleiuri de calitate. Fig. 12.1. Schema tehnologic ă de obținere a uleiului de pres ă Curățirea semințelor. În masa de semin țe se pot g ăsi multe impurit ăți metalice, particule de sol, pleav ă, paie, semin țe seci, sp ărturi sau semin țele altor plante. Cur ățirea semin țelor se poate face înainte de depozitare (precur ățire) sau la trecerea în procesul de prelucrare ( post- curățire) și const ă în: – separarea dup ă mărime, cu site; – separarea dup ă diferen ța de mas ă, pe baza vitezei de plutire; – separarea impurit ăților feroase, cu magne ți naturali sau electromagne ți. Praful și impurit ățile ușoare absorbite de ventilatoarele ma șinilor de cur ățat sunt captate în cicloane uscate sau umede (hidrocicloane) și în filtre cu saci. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 246 Uscarea semin țelor este necesar ă atât în timpul depozit ării, cât și înainte de prelucrare, o umiditate mai mare decât cea optim ă având dou ă efecte: – efectul direct: se intensific ă procesul de hidroliz ă sau cre ște aciditatea semin țelor; – efectul indirect: declan șează unele procese biologice ce duc la degradarea semin țelor. Îndep ărtarea apei din semin țe se face pe cale mecanic ă, dar mai ales termic ă, cu agen ți la temperaturi apropiate sau sub punctul de fierbere a apei. În industria uleiurilor vegetale uscarea semin țelor se realizeaz ă pe cale natural ă (prin lop ătare, prefirare sau aerare) sau pe cale artificial ă, în instala ții de uscare. Fig. 12.2. Schema liniei tehnologice de ob ținere a uleiului brut de pres ă: 1,6,25- cântare cu cup ă; 2,7,21- buncăr; 3,8,14,15,20,26,41- elevatoare; 4- cur ățitor semințe; 5,22,28- electromagne ți; 9,13- tobe de spargere; 10- site plane; 11- separator pneumatic; 12,23,27,29- transportoare; 16,17- ma șini de control; 18- filtru cu saci; 19- suflant ă coji; 24- valț; 30- prăjitoare; 31- site vibratoare; 32- separator de za ț; 33- rezervor bascul ă; 34- presă mecanică; 35,37,39- colectoare ulei; 36,38,40- pompe. La uscarea semin țelor se folosesc ca agen ți termici gazele de ardere (înc ălzesc semin țele și absorb o cantitate de vapori de ap ă, pân ă la atingerea gradului de saturare), aerul cald sau aburul de joas ă presiune (înc ălzește suprafa ța semin țelor provocând uscarea). Semin țele oleaginoase fac parte din categoria substan țelor higroscopice, caracterizate printr-o umiditate de echilibru și care este influen țată de temperatura și umiditatea relativ ă a aerului. Uscarea acestora, în condi ții de temperatur ă și presiune constante, decurge în trei faze distincte (fig. 12.3). Într-o prim ă etap ă are loc evaporarea apei de pe suprafa ța semin țelor, când viteza de evaporare este constant ă (A-B) și se datoreaz ă difuziei apei dinspre interior spre suprafa ța semin țelor. În etapa a doua difuzia apei scade, con ținutul de ap ă din semin țe fiind mai mare decât umiditatea de echilibru, viteza de evaporare scade (B-C). Din punctul C începe ultima faz ă a uscării, când viteza de evaporare scade pân ă la zero, situa ție în care se atinge starea de echilibru a umidit ății Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 247 Viteza de uscare este un parametru care determin ă durata procesului de uscare și care, la rândul ei este influen țată de o serie de factori precum: ► umiditatea ini țială și final ă a materiei prime; scade viteza de uscare dac ă diferen ța dintre cele dou ă umidit ăți crește; ► temperatura de uscare; viteza cre ște cu temperatura, cre ștere limitat ă de posibilitatea degrad ării termice a semin țelor; ► umiditatea ini țială și final ă a agentului termic de uscare; ►viteza agentului de termic, cre ște viteza de Fig. 12.3. Uscarea materialelor higroscopice uscare cu viteza agentului prin masa de semin țe. Descojirea semin țelor. În coaja semin țelor oleaginoase con ținutul de ulei este foarte redus (cca. 0,5-3 %), în schimb se g ăsește un procent ridicat de celuloz ă, motiv pentru care coaja se îndep ărteaz ă înainte de prelucrare, contribuind la creșterea productivit ății utilajelor, sc ăderea uzurii acestora (coaja, prin bioxidul de sili ciu pe care îl con ține, este un material abraziv), reducerea pierderil or de ulei în șrot (coaja absoarbe ulei) și la îmbun ătățirea calit ății șrotului prin reducerea con ținutului în celuloz ă greu asimilabil ă. Cu toate acestea coaja este îndep ărtată doar par țial, prezen ța ei în procesul de presare având rolul de a u șura separarea uleiului din masa m ăcinat ă și de a evita formarea pungilor cu ulei în turtele rezultate la presare. Opera ția de descojire se desf ășoară în dou ă faze: spargerea și deta șarea cojii de miez, respectiv separarea cojilor din masa rezultat ă. Spargerea și deta șarea cojilor de miez se poate realiza prin mai mult e procedee: – prin lovire: se aplic ă la semin țele de floarea-soarelui, bumbac și germeni de porumb uscați, prin lovirea semin țelor în repaus cu ajutorul unor palete sau proiecta rea lor c ătre un perete fix, pentru cre șterea eficacit ății cele dou ă procedee combinându-se: – prin t ăiere: presupune trecerea semin țelor printre dou ă discuri cu rifluri care se rotesc în sensuri opuse, distan ța dintre discuri fiind reglabil ă; – prin strivire: se trec semin țele printre una sau mai multe perechi de cilindri a coperi ți cu cauciuc, iar din cauza vitezei de rota ție diferit ă a cilindrilor, asupra semin țelor ac ționeaz ă forțe de comprimare, de frecare sau forfecare. La separarea cojilor din masa descojit ă se au în vedere dou ă metode: separarea dup ă mărime (se realizeaz ă prin cernere pe site) și separarea dup ă masa specific ă (prin aspirarea lor de un curent de aer, știut fiind faptul c ă viteza critic ă de plutire a cojilor este mult mai mic ă decât a semin țelor). În urma opera ției de descojire rezult ă două fracții a c ăror raport depinde de materia prim ă prelucrat ă și de caracteristicile utilajului folosit: ● miezul industrial, compus din miezul botanic și o cantitate de coaj ă necesar ă din punct de vedere tehnologic (la floarea-soarelui reprezint ă 80-85 % din masa supus ă prelucr ării); ● coaja eliminat ă sau coaja industrial ă, compus ă din coaja propriu-zis ă și cca 0,4-1 % fragmente de miez antrenat (la floarea-soarelui rep rezint ă 15-20 % din masa prelucrat ă). Măcinarea semin țelor este opera ția tehnologic ă prin care materiile prime oleaginoase sunt m ărunțite în particule de dimensiuni care, s ă permit ă ruperea și destr ămarea membranei oleoplasmei celulare. Ca urmare, uleiul sub form ă de pic ături libere fine se aglomereaz ă și se elimin ă din structura intercelular ă destr ămată, fiind men ținut în capilarele m ăcinăturii. Atât tehnic, cât și tehnologic, opera ția de m ăcinarea este limitat ă, ajungând la 70-80 % celule destr ămate, astfel c ă o parte din ulei r ămâne în celule cu structur ă intact ă, eliberarea lui din oleoplasm ă fiind dificil ă. Ca urmare a structurii morfologice specific ă semin țelor (coaj ă tare și miez mai moale), m ăcinătura ob ținută este neomogen ă și neuniform ă, soiul sau specia de provenien ță având un rol determinant. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 248 O umiditate normal ă conduce la o m ăcinătură pulverulent ă și friabil ă, cu capacitate mare de absorb ție a uleiului în capilare, cre șterea umidit ății determinând o înr ăutițire a procesului de mărunțire și din care rezult ă o m ăcinătură cleioas ă, ce îngreuneaz ă fazele de prelucrare ulterioare. Măcinarea produce și modific ări structurale ale semin țelor, prin faptul c ă, punând în libertate uleiul, se creeaz ă condi ții favorabile oxid ării lui, iar prin îndep ărtarea stratului protector de coaj ă se intensific ă procesele de respira ție și fermentative. Toate acestea duc la sc ăderea stabilit ății măcinăturii, p ăstrarea ei sub aceast ă form ă fiind limitat ă la intervale de timp foarte scurte. La fabricile de ulei se supun m ăcinării atât semin țele, cât și turtele broken rezultate de la presare, uneori fiind m ăcinat și șrotul ob ținut la recuperarea dizolvantului. Opera ția se realizeaz ă cu concasoare, val țuri sau mori cu ciocane. Prăjirea măcinăturii este o opera ție de tratament hidrotermic cu amestecarea continu ă, având ca scop unele transform ări fizico-chimice și modific ări ale structurii m ăcinișului, în vederea ob ținerii de randamente maxime la presare, aceasta rea lizându-se: – înainte de presare, când se aplic ă la m ăcinătura de materii prime; – înainte de extrac ție, se aplic ă brokenului rezultat la presare (la extrac ția continu ă) sau măcinăturii de materii prime, când aceasta se trece direc t la extrac ție. Fig. 8.4. Varia ție umidității și temperatu rii în procesul de prăjire În urma opera ției de m ăcinare uleiul se g ăsește sub dou ă forme: absorbit de m ăcinătură și reținut la suprafa ța și în capilarele particulelor, respectiv în celulele nedeschise. Schimbarea acestei st ări a uleiului se face în două faze: umectarea și uscarea m ăcinăturii (fig. 8.4). Umectarea m ăcinăturii are ca scop separarea uleiului pelicular prin învingerea for țelor de suprafa ță care împiedic ă curgerea liber ă a lui. Pentru aceasta se folose ște apa care umecteaz ă mai bine suprafa ța măcinăturii și care, datorit ă tensiunilor superficiale la limita dintre lichid și solid mai mici decât a uleiului, anihileaz ă for țele de suprafa ță eliberând uleiul, fenomenul fiind cunoscut sub denumirea de umectare selectiv ă. Prin umezire și încălzire u șoară (faza I) particulele se îmbib ă cu ap ă, își măresc volumul și împing uleiul din capilare spre exterior. În acel ași timp celulele întregi în contact cu apa se umfl ă, iar la înc ălzirea ulterioar ă acestea se sparg, punând în libertate uleiul intra celular. Uscarea m ăcinăturii (faza II). Înc ălzirea m ăcinăturii umectate determin ă modific ări de natur ă fizic ă, chimic ă și biochimic ă, intensitatea lor depinzând de modul și temperatura de încălzire, umiditatea, viteza de evaporare și durata usc ării. Prin înc ălzire are loc o modificare a fazei lichide din măcinătură și care const ă în scăderea vâscozit ății uleiului și a tensiunii superficiale a acestuia, iar apa se e vapor ă. Oxidarea uleiului cu formarea de peroxizi în timpul pr ăjirii este nesemnificativ ă. Creșterea temperaturii provoac ă în m ăcinătură și modific ări chimice. Astfel, sub influen ța căldurii și umidit ății se schimb ă structura coloidal ă a acesteia, substan țele proteice se denatureaz ă iar structurile celulare sunt distruse, faza solid ă devine elastic ă și afânat ă, favorizând scurgerea uleiului la presare. Tot în faza de înc ălzire are loc o intensificare a activit ății enzimelor, determinând o creștere a acidit ății și descompunerea substan țelor proteice, activitatea enzimatic ă fiind redus ă încet și apoi complet în faza a II-a, odat ă cu cre șterea temperaturii peste 60-70 0C. În aceast ă fază a prăjirii se produce desfacerea conglomeratelor mari și tasarea particulelor, ca urmare a sc ăderii Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 249 umidit ății, denatur ării termice a proteinelor și eliber ării uleiului de pe suprafa ța particulelor. Prim m ărirea masei hectolitrice în urma tas ării sunt favorizate opera țiile de presare sau extrac ție. Tabelul 12.3. Parametrii procesului de pr ăjire la unele materii prime Faza de umezire Faza de uscare Materia prim ă Umiditatea % Temperatura optim ă 0C Umiditatea % Floarea-soarelui 8,0-8,5 100-110 4,0-4,5 In de ulei 9-10 85-90 6,0-6,5 Rapi ță 9-10 85-90 5,5-6,0 Ricin 13,5-14,5 105-110 4,5-5,5 Parametrii procesului de pr ăjire depind de natura materiei prime (tabelul 8.3), iar procesul trebuie supravegheat și corectat, pentru a men ține parametrii în limita optim ă pe toat ă durata sa. Presarea măcinăturii este opera ția prin care se separ ă uleiul, ca faz ă lichid ă, din măcinătură ca amestec solid-lichid. Prin procedeul de presare se separ ă 80-85 % din uleiul pe care îl con ține masa de semin țe măcinat ă, restul fiind ob ținut prin extrac ție cu dizolvan ți. Astfel se supun pres ării doar materiile prime care con țin cel pu țin 30 % ulei, restul fiind supuse direct extrac ției. În urma pres ării se ob ține uleiul brut de pres ă și turtele de presare sau brokenul, constituit din pulpa semin țelor și o parte din ulei. Separarea uleiului din masa de m ăcinătură are loc sub ac țiunea for țelor de compresiune, procesul fiind asem ănător filtr ării prin capilare, definit ă de rela ția: tldpV⋅⋅⋅=ηπ 1282 (12.1) în care V este volumul de lichid ce trece prin capilare, în m3; p- presiunea la care se face separarea, în N/m2; d- diametrul vasului capilar, în m2; l- lungimea vasului capilar, în m; t- durata de presare, în s; η- vâscozitatea dinamic ă a lichidului, în Ns/m2. Din aceast ă expresie se poate observa c ă o cre ștere a volumului de ulei separat poate fi obținut prin cre șterea presiunii, a diametrului capilarelor și a duratei de presare sau prin micșorarea lungimii capilarelor și a vâscozit ății uleiului. Principalul factor este for ța de presare, sub ac țiunea c ăreia uleiul este expulzat din celulele deschise și din capilarele m ăcinăturii. Aceasta trebuie s ă creasc ă treptat, pentru a evita, pe de o parte blocarea ie șirii uleiului din capilare, iar pe de alt ă parte antrenarea de particule care să înfunde capilarele. Durata procesului de presare trebuie s ă fie suficient ă pentru a permite scurgerea uleiului, în anumite condi ții de lucru, o dep ășire a acesteia nu va duce la cre șterea randamentului opera ției. Stabilirea duratei de presare pentru fiecare t reapt ă de lucru se poate face cu ajutorul relației: ( )tr vtr trQcVtβ+⋅=10 (12.2) în care V0 este volumul spa țiului liber din treapta depresare, în m3; ctr – gradul de presare a m ăcinăturii în treapta respectiv ă; Qv – debitul volumetric al m ăcinăturii, în m3/s; βtr – coeficient de corec ție legat de cantitatea de m ăcinătură eliminat ă din pres ă împreun ă cu uleiul, pân ă la treapta analizat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 250 Fig. 12.5. Schema liniei clasice de purificare: 1,4 – rezervoare cu agitatoare; 2,5,10- pompe; 3- sit ă vibratoare; 6- filtru pres ă; 7- transportor za ț; 8- rezervor bascul ă; 9- rezervor tampon. Uleiul rezultat din presarea materiilor prime con ține impurit ăți mecanice și organice în suspensie, precum și urme de ap ă, ce trebuie îndep ărtate întrucât prezen ța lor determin ă degradarea rapid ă a uleiului. Fig. 12.6. Schema liniei de purificare îmbun ătățită: 1- presă; 2,3,13- transportoare; 4- separator impurități; 5- separator za ț; 6.8.10.15.19- pompe; 7- rezervor; 9- rezervor cu agitare; 11.17- r ăcitoare; 12- filtru presă; 14- uscător; 16- colector ulei; 18- rezervor tampon. Purificarea uleiului presupune separarea grosier ă a resturilor de m ăcinătură antrenate de presă prin sedimentare, filtrare sau centrifugare, elimi narea apei în exces prin uscare și separarea impurit ăților fine prin filtrare. Pentru realizarea acestor opera ții se folosesc diverse scheme tehnologice, dintre acestea fiind prezentate schema clasic ă de purificare (fig. 12.5) și o schem ă de purificare îmbun ătățită (fig. 12.6) Instala ția clasic ă de purificare a uleiului de pres ă realizeaz ă o separare a impurit ăților grosiere cu ajutorul sitei vibratoare, iar a impuri tăților fine cu filtre pres ă, zațul fiind colectat și transportat la instala ția de alimentare a pr ăjitoarelor. Ca urmare a contactului cu aerul pe o perioad ă de timp relativ mare, uleiul risc ă o oxidare cu formare de peroxizi, motiv pentru car e se face și o răcire a uleiului de pres ă la temperaturi care s ă asigure o stabilitate corespunz ătoare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 251 Ca urmare a cre șterii moderate a regimului termic de purificare și a contactului mai redus cu aerul, schema îmbun ătățită permite purificarea uleiului de pres ă cu o cre ștere lent ă a indicelui de peroxid. Sita vibratoare este înlocuit ă printr-un separator de za ț prev ăzut cu raclor în care are loc separarea celei mai mari p ărți a impurit ăților solide. Dup ă filtrare uleiul este supus usc ării la temperaturi sc ăzute în instala ții cu vid, în care se elimin ă apa în exces. Uleiul de extrac ție este ob ținut de obicei din turtele de presare și mai rar din materii prime m ăcinate, prin dizolvarea sau solubilizarea acestuia într-un solvent, separarea din masa solid ă și recuperarea din solvent, principalele opera ții din fluxul tehnologic fiind prezentate în figura 12.7. Măcinarea turtelor . Pentru a realiza un proces de extrac ție optim, turtele rezultate la presare trebuie m ărunțite la dimensiuni ale particulelor care s ă asigure dizolvarea întregii cantit ăți de ulei existente. M ăcinarea se execut ă în mori cu ciocane, cu discuri sau cu val țuri riflate, la dimensiuni ce depind de materia prim ă, dup ă care particulele sunt condi ționate hidrotermic într-un usc ător-pr ăjitor și aplatizate, rezultând în final paiete sau fulgi, principalii parametri tehnologici fiind prezenta ți în tabelul 12.4. În unele situa ții materialul m ăcinat este adus la extrac ție fără a mai fi supus aplatiz ării, caz în care m ărunțirea trebuie s ă fie mai bun ă și cu cât mai pu țin praf oleaginos. Acest lucru se realizeaz ă în condi țiile unei temperaturi ridicate, când plasticitatea particulelor este mare. Măcinătura este r ăcită înainte de extrac ție la maxim 55 0C, evitându-se prin aceasta vaporizarea brusc ă a solventului la contactul cu particulele fierbin ți. Fig. 12.7. Schema tehnologic ă de obținerea uleiului brut de extrac ție din turtele de la presare Tabelul 12.4. Parametrii principali ai masei de extrac ție Materia prim ă Parametrul Floarea- soarelui In, rapi ță Soia Germeni de porumb Mărimea particulelor dup ă măcinare, mm 3-5 5-7 max. 9 10-15 Grosime paiete ob ținute din particule, mm 0,3-0,4 0,3-0,6 max. 0,5 0, 25-0,3 Umiditatea m ăcinăturii, % 8-9 6-7 8,5-9 6-7 Particule cu diametrul sub 1 mm, % maxim 10 10 10 1 0 Extracția uleiului cu solven ți. Uleiul se afl ă sub trei forme în masa preg ătită pentru extrac ție: în stare liber ă pe suprafa ța particulelor, în stare legat ă prin for țele de suprafa ță, în porii particulelor și închis în celulele întregi, nedistruse anterior. El trece din faza lichid ă în solu ție printr-un proces de schimb de substan ță, difuzia având un rol preponderent. Transferul de substan ță în cazul extrac ției uleiului este unul complex, cuprinzând atât difuzia molecular ă, cât și difuzia convectiv ă, moleculele de ulei parcurgând trei etape distinct e: ♦ difuzia molecular ă a uleiului din interiorul particulei spre suprafa ța sa; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 252 ♦ difuzia molecular ă a uleiului prin stratul de separare de la suprafa ța exterioar ă a particulei, la suprafa ța exterioar ă a solventului; ♦ difuzia prin convec ție a uleiului de la suprafa ța solventului c ătre miscela în mi șcare. Solventul utilizat în instala țiile de extrac ție din țara noastr ă este benzina de extrac ție. Benzina este mai u șoară decât apa iar vaporii de benzin ă sunt mai grei ca aerul, intervalul de fierbere fiind 70-95 0C la extrac ția discontinu ă și 65-80 0C la extrac ția continu ă. Analiza extrac ției a dus la stabilirea parametrilor optimi de desf ășurare a procesului: ● umiditatea m ăcinăturii, trebuie s ă fie cât mai mic ă deoarece benzina este o substan ță hidrofob ă; ● înălțimea stratului de material; cu cât este mai mică, cu atâ t durata procesului este mai mică, iar randamentul la extrac ție mai mare; ● viteza solventului; creșterea vitezei determină o mișcare turbulentă a solventului, asigurând o diferen ță de concentra ție pe toat ă durata procesului; ● temperatura solventului; măr irea temperaturii cre ște energia cinetic ă a moleculelor și scăderea vâscozit ății solventului și uleiului, determinând cre șterea sensibil ă a vitezei de difuzie; ● gradul de destrămare al celulelor; este necesară o destrămare avansată obținută prin măcinare și prăjire și care asigur ă condi ții optime de difuzie și solubilizare cu solven ți. În condi ții practice procesul de extrac ție se realizeaz ă dintr-o mas ă de particule și prezint ă o serie de abateri de la modelul teoretic, deosebi ndu-se extrac ția din particule în suspensie aflate în strat, în stare de mi șcare și extrac ția din particule în stare de imobilitate. Pe lâng ă optimizarea parametrilor men ționați anterior, procesul de extrac ție mai poate fi accelerat cu ajutorul ultrasunetelor, cu ajutorul p ulsațiilor sau a vibra țiilor. În timpul extrac ției din materia prim ă trec în miscel ă ceruri, pigmen ți, fosfatide, carotenoide, etc. Sc ăderea con ținutului în ulei din șrot duce la înr ăutățirea calit ății uleiului de extrac ție prin cre șterea indicelui de aciditate, a culorii, a con ținutului în substan țe nesaponificabile și fosfatide. Deoarece aptitudinea de rafinare a ule iului scade pe m ăsură ce scade con ținutul de ulei din șrot, este necesar stabilirea unui raport optim într e randamentul la extrac ție și cel de rafinare, respectiv temperatura și durata necesar ă distil ării miscelei. Metode de extrac ție cu solvenți. Ca principiu de lucru pot fi folosite dou ă metode de extrac ție, respectiv metoda macer ării și metoda degres ării succesive. Ambele metode realizeaz ă spălarea m ăcinăturii cu dizolvant într-un vas de tratament, în urm a căreia uleiul din particule trece în miscel ă. În practica industrial ă se deosebesc trei moduri de prin care se face extr acția: ► extrac ția simpl ă: const ă într-un amestec intim al m ăcinăturii cu dizolvantul într-un vas, procesul decurgând lent pân ă la atingerea concentra ției de echilibru, moment în care fazele se separ ă; repetând de mai multe ori opera ția se face epuizarea avansat ă a materialului în ulei; ► extrac ția multipl ă sau în trepte: folose ște mai multe extractoare, dizolvantul și miscela trecând consecutiv prin ele și îmbog ățindu-se treptat în ulei; procesul decurge continuu până la epuizarea materialului din primul extractor, urmeaz ă al doilea și așa mai departe, pân ă la epuizarea materialului din ultimul extractor; urmea ză desc ărcarea șrotului și reînc ărcarea extractoarelor cu material m ăcinat, procesul reluându-se; ► extrac ția continu ă: dizolvantul circul ă în contracurent cu materialul supus extrac ției, miscela m ărindu- și treptat concentra ția. După principiul de func ționare instala țiile de extrac ție sunt prin imersie, când materialul oleaginos este scufundat cel pu țin pe o zon ă a instala ției în solvent sau miscel ă, respectiv prin percolare, când materialul oleaginos în mi șcare se strope ște cu solvent și miscel ă care, str ăbătând materialul, se autofiltreaz ă. În ultimul timp și-au f ăcut apari ția tipuri de aparate de extrac ție cu func ționare continu ă, cu avantaje nete fa ță de cele discontinue, dou ă asemenea aparate fiind prezentate în continuare. Extractorul cu band ă (fig. 12.8) este un aparat cu func ționare continu ă pe principiul percol ării, astfel c ă benzina și miscela sunt pulverizate în contracurent deasupra stratului de material. M ăcinătura este distribuit ă uniform ca grosime (1-1,7 m) pe o band ă perforat ă și Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 253 acoperit ă cu pânz ă metalic ă filtrant ă. Partea superioar ă a benzii este împ ărțită conven țional în opt zone de stropire. Stratul de material este stropit cu benzin ă proasp ătă și cu miscel ă de diverse concentra ții, colectat ă din zonele de stropire, astfel c ă este asigurat un circuit în contracurent al solventului în raport cu materialul. Fiecare sec ție de stropire este urmat ă una de scurgere, în care stratul superior de măcinătură este afânat pe o adâncime de 100 mm, prin aceasta formându-se un taluz care separ ă secțiile de stropire cu solvent, ref ăcând permeabilitatea stratului superior de material . Fig. 12.8. Schema aparatului de extrac ție cu bandă: 1- ecluză; 2- dispozitiv de reglare automat ă a nivelului; 3- bunc ăr alimentare; 4- registru manual; 5- pulverizator; 6- greble afânare; 7- sifon; 8- tremii colectoare; 9. pompe; 10- band ă transportoare; 11- tambur antrenare; 12- bunc ăr de descărcare; 13- perie curățire bandă; 14- melc tăietor; 15- ecluz ă șrot. La ultima treapt ă de extrac ție materialul este stropit cu benzin ă proasp ătă, prin care este epuizat în ulei, dup ă care șrotul rezultat este evacuat iar banda este sp ălată puternic cu miscel ă pe prima por țiune a ramurii inferioare. Atât solventul, cât și miscela recirculat ă de la diferite zone sunt preînc ălzite înainte de a fi trecute în rampa de stropire, separat în cazul s olventului sau în tremiile colectoare în cazul miscelelor. Pentru a evita pierderile de solvent pr in etan șeități sau ca urmare a vaporiz ării unei părți a acesteia, instala ția lucreaz ă la o depresiune slab ă de cca. 1-3 mm col H 2O. Asemenea aparate de extrac ție permit automatizarea întregului proces, putând r ealiza o concentra ție a miscelei de 1,5 ori con ținutul în ulei al materiei prime. Fig. 12.9. Schema aparatului de extrac ție cu sită fixă: 1- gură alimentare; 2- sit ă; 3- vas cu control a miscelei; 4- evacuare șrot; 5- preîncălzitor solvent. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 254 Extractorul rotativ cu sit ă fixă (fig. 12.9) are un rotor cu 16 celule, dispuse pe o sită fixă din o țel inoxidabil și care se încarc ă cu material m ăcinat. Fundul celulelor se prezint ă ca o re țea strecur ătoare cu baghete metalice dispuse radial, printre c are se scurge miscela care a percolat stratul de material. Benzina proasp ătă este preînc ălzită și adus ă la primul distribuitor, dispus pe por țiunea finală a procesului de extrac ție, epuizând materialul în ulei. Recircularea miscelei se repet ă la fiecare treapt ă de extrac ție, miscela din ce în ce mai concentrat ă fiind adus ă la distribuitoarele D 2 ….. D 8, dup ă colectarea în tremiile T 2 … T 8, cu ajutorul unor pompe. Miscela concentrat ă este colectat ă la tremia T 7 și, prin intermediul dispozitivului de control al nivelului, este trimis ă la prelucrare. Purificarea miscelei . Miscela rezultat ă din procesul de extrac ție este o solu ție impur ă de ulei în solvent, prin faptul c ă ea con ține și unele impurit ăți mecanice sau organice. Impurit ățile mecanice sunt alc ătuite de obicei din fragmente de m ăcinătură și care m ăresc sedimentul din ulei, iar prin depunerea pe suprafa ța elementelor de înc ălzire ale aparatelor de distilare, determin ă scăderea coeficientului de transmitere a c ăldurii și mai apoi la închiderea culorii uleiului. Purificarea miscelei se poate realiza prin decantar e sau sedimentare, filtrare și centrifugare, metoda cea mai folosit ă fiind filtrarea. Filtrarea se poate realiza cu pla se din sârm ă de cupru sau pânz ă de sac, montat ă într-un recipient aflat pe circuitul de pompare a miscelei, fie folosind filtru cu pl ăci. Purificarea miscelei este necesar ă întotdeauna atunci când instala țiile de extrac ție au un regim de circulare a miscelei cu viteze relativ mar i, mai ales la m ăcinături care nu au fost supuse opera ției de aplatizare (de regul ă paietele asigur ă autofiltrarea). Distilarea miscelei are ca scop ob ținerea uleiului din miscel ă prin separarea avansat ă a solventului, din motive economice recuperarea solve ntului trebuind s ă fie cât mai complet ă. Ca urmare, miscela purificat ă în prealabil este supus ă distil ării, în instala ții care asigur ă într-o prim ă fază separarea benzinei și concentrarea în trepte a miscelei, în faza a doua fiind eliminate ultimele frac ții de solvent, prin antrenarea cu abur direct și sub vid. În urma distil ării se ob ține ulei brut de extrac ție care este r ăcit și depozitat sau trecut la instala țiile de rafinare. Fig. 12.11. Influen ța vacuumului asupra concentra ției Fig. 12.10. Desf ășurarea procesului de miscelei la dist ilare (concentra ția inițială 15 %, temp. distilare a miscelei maxim ă a miscelei 95 0C, durata distil ării 15 min.) Temperatura de distilare a solu ției de ulei în dizolvant este mai mare decât cea a dizolvantului simplu și ea cre ște direct propor țional cu concentra ția miscelei care, ini țial variaz ă între 14-35 %, în func ție de tipul de extrac ție. Modul de desf ășurare a procesului de distilare a miscelei este ilustrat în figura 12.10. La o concen trație de 95-99 % temperatura de fierbere a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 255 uleiului cre ște brusc, fapt ce poate produce o depreciere calita tivă a uleiului, de aceea evaporarea ei se face la o depresiune de 30-40 mm col. H 2O. În acest mod temperatura maxim ă a distil ării (punctul A) este mai mic ă decât temperatura de fierbere a uleiului cu concen trație de 100 %. Principalele faze ale distil ării sunt distilarea ini țială sau eliminarea frac țiilor u șoare ale dizolvantului și concentrarea prin fierbere a miscelei pân ă la 80-85 % ulei, respectiv distilarea finală cu evaporarea dizolvantului sub vacuum, de regul ă la temperaturi mai mari decât cea la care fierbe miscela Se deosebesc trei procedee de distilare, în func ție de starea în care se g ăsește dispus ă miscela și modul cum se face înc ălzirea ei. Distilarea miscelei în strat înalt , presupune fierberea unui strat cu grosimea de 200 -600 mm, la care gradul de concentrare a miscelei depind e de mai mul ți factori: ► gradul de eliminare a dizolvantului: cre ște cu depresiunea din instala ție (fig. 12.11), iar la distilarea preliminar ă durata maxim ă este limitat ă, dup ă care eficacitatea procesului scade (fig. 12.12); ►crește cantitatea de dizolvant eliminat, ca de altfel și temperatura de aprindere a uleiului, pe m ăsură ce cre ște consumul de abur direct și se prelunge ște durata procesului (fig. 12.13 unde G a și G b sunt debitele de abur și benzin ă în unitatea de timp); ►grosimea stratului de material la care eficacitatea elimin ării benzinei este optim ă are valori între 35-60 mm, în afara acestora cre ște procentul de benzin ă remanent ă în miscel ă sau crește rezisten ța hidrostatic ă, înrăutățind parametrii transferului de substan ță; ► creșterea temperaturii de distilare a miscelei peste 11 0-120 0C nu duce la o cre ștere a randamentului opera ției. Fig. 12.12. Influen ța duratei distil ării asupra Fig. 12.13. Influen ța duratei distil ării și consumului concentrației miscelei :concentra ția inițială 15 %, de abur asupra eficacit ății distilării: concentrația temp. max. miscel ă 95 0C, presiune atmosferic ă inițială 80 %, temp. ulei 115 0C, temp. abur 200 0C, presiune atmosferic ă Distilarea în pelicul ă are loc atunci când grosimea miscelei este cu mult mai mic ă decât în cazul precedent, fiind determinat ă de temperatura de distilare, presiunea și debitul de abur direct, respectiv de presiunea remanent ă (pân ă la 450 mm col. Hg favorizând concentrarea miscelei, dup ă care nu mai este economic ă). Prin acest procedeu se m ărește productivitatea de două sau chiar de trei ori. Creșterea consumului de abur direct determin ă o cre ștere a procentului de benzin ă eliminat ă din miscel ă, valorile optime fiind în func ție de condi țiile în care se desf ășoară procesul, peste aceste valori consumul devenind neeconomic. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 256 Gradul de eliminare a benzinei din miscel ă este sensibil influen țat de temperatura final ă a uleiului și a aburului direct, dac ă distilarea se execut ă la presiunea atmosferic ă, influen ța lor fiind mult atenuat ă dacă distilarea se face sub vid. Distilarea prin pulverizare . Randamentul opera ției cre ște cu temperatura miscelei pulverizate, atunci când miscela ini țială are un con ținut ridicat în benzin ă. Temperatura de distilare nu mai are aceia și influen ță și în cazul miscelelor cu 15-20 % benzin ă, iar peste 110 0C ea nu se mai justific ă economic. De asemeni, se poate constata c ă pe m ăsură ce presiunea ini țială a miscelei pulverizate este mai ridicat ă, crește con ținutul de benzin ă în miscela final ă. Recuperarea solventului din șrot. În materialul degresat, denumit șrot, dup ă extragerea uleiului r ămâne o cantitate destul de mare de solvent și care este cuprins ă între 25-30 %, în funcție de modul de desf ășurare a procesului de extrac ție și de capacitatea de re ținere a măcinăturii. De regul ă, în șrot solventul se g ăsește sub form ă de frac ții ușoare ce pot fi îndep ărtate prin simpla înc ălzire a acestuia. Totu și o propor ție mic ă de dizolvant este alc ătuită din frac ții grele iar la eliminarea lor se folose ște abur supraînc ălzit. Astfel, înaintea dezbenzin ării șrotul se umecteaz ă prin tratare cu abur care condenseaz ă, cedând c ăldura de vaporizare, dup ă care adi ția suplimentar ă de abur antreneaz ă vaporii de solvent forma ți. Se produce o cre ștere semnificativ ă a umidit ății (poate ajunge la 20-25 %), fiind necesar ă o opera ție de uscare. Separarea solventului și a umidit ății are loc prin evaporarea la suprafa ță și prin difuzia acestora din interiorul particulelor către suprafa ță. La stabilirea regimului termic al dezbenzin ării trebuie ținut cont de faptul c ă temperaturile ridicate favorizeaz ă denaturarea substan țelor proteice din șrot și că la dezbenzinare exist ă pericolul autoaprinderii și exploziei instala ției. Ca urmare, temperatura aburului nu va depăși 180 0C, iar cea a șrotului 115 0C, cu un con ținut final de benzin ă de maxim 1 %. Pentru a îmbun ătăți calitatea șrotului provenit din materii prime oleaginoase, dezbenzinarea este asociat ă cu o toastare sau pr ăjire umed ă, având ca scop inactivarea unor substan țe cu efect antinutri țional. De exemplu, la șrotul de soia acestea sunt ureaza, factorul antistripic, hemaglutinina, lipoxidaza, saponina, i ar la șrotul de ricin ricina și ricinina. În momentul de fa ță toate instala țiile de dezbenzinare continue sunt prev ăzute cu toastre, utilizând o umidificare mai mult sau mai pu țin avansat ă, în func ție de materia prim ă prelucrat ă. Vaporii de ap ă și benzin ă proveni ți de la distilarea miscelei și dezbenzinarea șrotului se supun unui proces de condensare, urmat de o separar e pe baza greut ății specifice. Atât apa cât și benzina sunt aduse la parametrii tehnologici și sunt reintroduse în circuitul tehnologic de fabrica ție. Schemele tehnologice ale instala țiilor de extrac ție cu solven ți sunt complexe și depind de tipul aparatului folosit. În figura 12.14 este prez entat ă schema liniei tehnologice a instala ției de extrac ție a uleiului folosind extractorul rotativ cu sit ă fixă. Materia prim ă o constituie turtele broken rezultate la presare s au semin țele oleaginoase și care sunt depozitate în bunc ărul de alimentare 1. Dup ă o măcinare grosier ă în grupul de val țuri 2, materialul este adus la temperatura de 60-70 0C în pr ăjitoarele 3 și transformat ă sub form ă de paiete în aplatizorul 4, iar de aici în extractorul 11. Șrotul epuizat în ulei con ține cca. 30 % benzin ă și este trecut în toasterul 13, unde este umezit la 19-20 % și apoi uscat la 12 % umiditate, iar de aici dup ă răcirea în r ăcitorul 12 este trecut la depozitare sau la prelucr are. Din rezervorul 16 benzina este adus ă la extractor, dup ă ce a fost preînc ălzită la 55-60 0C în schimb ătorul de c ăldură 6, iar miscela este recirculat ă în extractor de grupul de pompe 10. Miscela concentrat ă rezultat ă din extrac ție (con ține pân ă la 30 % ulei) este pompat ă la filtrul 5 și de aici la rezervorul 8, de unde, prin intermediul pompei 7 este trimis ă la evaporatorul recuperator 24, înc ălzit cu vapori de ap ă și benzin ă din toaster. Cu pompa 27 miscela semiconcentrat ă este adus ă în cel de-al doilea evaporator 26, iar de aici cu pompa 28 este trimis ă la partea superioar ă a instala ției de distilare final ă 29. Uleiul brut rezultat de la distilare este adus la temperatura de 40 oC în r ăcitorul 31, dup ă care cu pompa 32 este trecut la rezervoarele de stocare sau la instala ția de rafinare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 257 Fig. 12.14. Schema liniei tehnologice de extrac ție a uleiului folosind extractorul rotativ cu sit ă fixă Vaporii de ap ă și benzin ă rezulta ți din toaster sunt trecu ți la separatorul 14, unde sunt sp ălați cu solvent cald. Astfel purifica ți vaporii intr ă în camera de înc ălzire a evaporatorului 24, cedând cea mai mare parte a c ăldurii de vaporizare, iar de aici trec în condensat orul 22. Vaporii de benzin ă din evaporator se condenseaz ă în condensatorul 19, iar cei din evaporatorul 26 și coloana de distilare 29, în condensatoarele 21, r espectiv 20. Fiecare condensator este conectat la câte o pomp ă de vid cu inel de lichid 18. Condensatoarele de su prafa ță sunt legate la separatorul ap ă-benzin ă 23 iar pompele de vid 23 la separatorul 17. Colectarea vaporilor de benzin ă, abur și aer aspirat prin neetan șeități se face într-o coloan ă care le conduce la r ăcitorul 33, unde sunt condensate frac țiile foarte volatile, frac ții care sunt aspirate în coloana de deflegmare prin absorb ție în ulei 34, în contracurent cu uleiul de spălare, iar gazele necondensabile sunt trimise în atm osfer ă cu ajutorul ejectorului 35. Uleiul de absorb ție este trimis de pompa 36 în preînc ălzitorul 37 și apoi în coloana de desorb ție 39, unde se înc ălzește cu abur indirect și antreneaz ă benzina cu abur direct. De la baza coloanei uleiul este preluat de pompa 40, trimis la schimb ătorul de c ăldură 37 și apoi în rezervorul 41, de unde pompa 42 îl trimite prin r ăcitorul 38 în coloana de deflegmare 34, procesul fiind reluat. 12.3. Rafinarea uleiurilor vegetale Datorit ă structurii materiilor prime și a procesului tehnologic de fabrica ție, uleiurile vegetale brute ob ținute prin presare și extrac ție nu sunt trigliceride pure, ele con ținând 1-4 % substan țe de înso țire și care înr ăutățesc calitatea uleiurilor. Din aceast ă categorie fac parte mucilagiile, acizii gra și liberi, coloran ți naturali, ceruri, substan țe odorizante, etc. Tot din categoria substan țelor de înso țire fac parte fosfatidele, vitaminele liposolubile și sterinele, prezen ța lor crescând valoarea alimentar ă a uleiurilor. Prin îndep ărtarea substan țelor d ăunătoare se asigur ă ameliorarea unor caracteristici importante ale uleiului precum conservabilitatea, a ciditatea liber ă, gustul și mirosul, devenind apte de a fi folosite în scopuri alimentare sau teh nice. Procesul de rafinare trebuie s ă asigure pe de o parte eliminarea substan țelor care înr ăutățesc calitatea uleiurilor, iar pe de alt ă parte trebuie să protejeze substan țele valoroase și să asigure pierderi minime în ulei. În raport cu calitatea și domeniul de utilizare a uleiului, în practic ă se folosesc diverse metode de rafinare, fiecare dintre acestea având ro lul principal de a îndep ărta o anumit ă categorie de substan țe și care se pot grupa astfel: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 258 ♦ metode fizice de rafinare: sunt procese mecanice î n care sunt incluse sedimentarea, centrifugarea, filtrarea, precum și procese termice specifice ca neutralizarea, disti larea și dezodorizarea; ♦ metode chimice de rafinare: includ neutralizarea a lcalin ă, neutralizarea prin inter- esterificare, decolorarea chimic ă sau dezmucilaginarea prin hidratare; ♦ metode fizico-chimice de rafinare: rafinarea cu so lvenți selectivi, decolorarea prin absorb ție sau dezmucialginarea prin hidratare. Toate aceste metode de rafinare se reg ăsesc în diverse scheme de prelucrare, mai simple sau mai complexe, în func ție de destina ția uleiurilor, majoritatea instala țiilor de rafinare fiind cu funcționare continu ă. Întrucât sunt destinate consumului uman, uleiurile comestibile au cea mai complex ă schem ă tehnologic ă de rafinare (fig. 12.15). Dezmucilaginarea uleiurilor vegetale are ca scop îndep ărtarea mucilagiilor cu structur ă chimic ă complex ă în raport cu uleiurile, mucilagiile con ținând în principal fosfatide între 0,3-0,4 %, substan țe albuminoide, la care se mai adaug ă mici cantit ăți de hidra ți de carbon, sterine, rășini, etc. Opera ția de dezmucilaginare a uleiului este necesar ă întrucât prezen ța mucilagiilor afecteaz ă negativ conservabilitatea uleiului, prin hidratare parțială produc tulbureala în timpul depozit ării, determin ă spumarea uleiului, inhib ă catalizatorii și prin propriet ățile lor caracteristice unor emulgatori, m ăresc pierderile de ulei la rafinare. Fig. 12.15. Schema tehnologic ă de rafinare a uleiurilor vegetale comestibile Dezmucilaginarea este una dintre cele mai dificile opera ții din procesul de rafinare și ca urmare s-au stabilit mai multe metode de lucru, în funcție de domeniul de utilizare a uleiului. Dezmucilaginarea prin deshidratare se bazeaz ă pe faptul c ă, în prezen ța apei la cald, substan țele mucilaginoase precipit ă în flocoane, care se separ ă prin sedimentare sau centrifugare. Se folosesc urm ătoarele metode: ► hidratarea cu abur: se injecteaz ă abur direct pân ă la ob ținerea prin condensarea în masa de ulei a cantit ății de ap ă necesar ă; ► hidratarea cu ap ă: se adaug ă apă pură sau cu substan țe de activare ce m ăresc eficacitatea opera ției; ►hidratarea cu solu ție salin ă: se adaug ă în uleiul înc ălzit prin pulverizare o solu ție cu 3-5 % sare. Dezmucilaginarea prin tratament acid sau rafinare acid ă, completeaz ă procesul de hidratare, eliminând fosfatidele nehidratabile. Se obține astfel deshidratarea, denaturarea și Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 259 carbonizarea substan țelor mucilaginoase, proteice și colorante, solubile sau aflate în suspensie. Ca substan țe acide se folosesc: ● acidul sulfuric: se aplic ă tratamentul cu acid concentrat la rafinarea uleiul ui de rapi ță folosit la hidrogenare, respectiv cu acid diluat la uleiurile destinate deglicerin ării; ● acid citric: în soluție apoasă se folosește la de zmucilaginarea uleiului de soia; ● acid fosforic: se aplic ă mai ales la uleiurile comestibile din floarea-soar elui, precum și la uleiurile închise la culoare. Neutralizarea uleiurilor vegetale . Uleiurile brute au ca substan țe de înso țire acizi gra și liberi, rezulta ți din scindarea trigliceridelor în timpul depozit ării sau prelucr ării semin țelor oleaginoase. Întrucât aciditatea liber ă a uleiurilor vegetale este limitat ă prin norme de calitate, este necesar ă eliminarea acidit ății libere excedentare (în mod normal aciditatea lib eră este cuprins ă între 1-4 %) Eliminarea acizilor gra și sau dezacidifierea uleiului se poate realiza prin diverse metode, care difer ă între ele dup ă natura procesului respectiv: ♦ neutralizarea alcalin ă; se aplic ă la uleiuri cu aciditate liber ă sub 7 % și const ă în eliminarea acizilor gra și liberi sub form ă de s ăpun alcalin (soapstock), prin tratarea acestora cu hidroxizi sau carbona ți alcalini; ♦ neutralizarea prin distilare ; se aplic ă uleiurilor cu aciditate liber ă de 7-30 % și const ă în antrenarea acizilor gra și liberi cu abur direct sau sub vid avansat; ♦ neutralizarea prin esterificare ; se aplic ă la uleiurile puternic acide, de peste 30 % și const ă în tratarea cu glicerin ă, care prin combinarea cu acizii gra și liberi reconstituie gliceridele. Cea mai r ăspândit ă metod ă este neutralizarea alcalin ă și ea se execut ă odat ă cu dezmucilaginarea, în scheme de prelucrare ce difer ă în func ție de caracteristicile uleiului brut, calitățile pe care le cere uleiul rafinat și soapstockul, schema unei instala ții de dezmucilaginare și neutralizare fiind prezentat ă în figura 12.16. Uleiul din rezervorul 1 este trimis de pompa 2, pri n preînc ălzitorul 3 la vasul de amestec 6, vas în care se aduce și apa pentru hidratare. Pompa 7 trimite amestecul d e recirculare în aparatul de hidratare 8, de unde uleiul și flocoanele ajung în centrifuga 11, circuit amorsa t de pompa 10. Din centrifug ă concentratul de fosfatide este colectat în recipie ntul 16, iar uleiul hidratat în vasul 17. Fig. 12.16. Schema liniei tehnologice de dezmucilag inare și neutralizare (procedeul Sharples) Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 260 Dacă se folose ște un tratament cu acid fosforic sau acid citric, a tunci reactivul este adus din recipientul 4 cu pompa 5 și amestecat în vasul 17 cu uleiul hidratat. Pompa 1 9 împinge amestecul prin rotametrul 18 și preînc ălzitorul 22 într-un malaxor 21, tot aici fiind adus ă, prin intermediul pompei 13 și solu ția alcalin ă preparat ă în rezervorul 12. Amestecul de ulei și soapstock din malaxor este trecut la centrifuga 2 3 unde are loc separarea soapstockului, care con ține și mucilagiile precipitate odat ă cu sarea de sodiu a acidului citric. Pentru diluarea soapstockului în centrigug ă este introdus ă apă sau le șie de 6 0Be din rezervorul 14, trimis ă de pompa 15 prin preînc ălzitorul 20. Soapstockul este colectat în vasul 25, iar uleiul în rezervorul înc ălzitor 26, rezervor în care, cu pompa 29 este adus ă apa cald ă din preînc ălzitorul 27 și care dizolv ă săpunul r ămas în ulei. Amestecul ap ă-ulei este recirculat cu pompa 27 dup ă care este trecut la centrifuga 31. De aici, apele de sp ălare se separ ă și se trec la decantorul 30, iar prin batalul de sep arare 33 apele se scurg la canal. Uleiul este trecut la o a doua sp ălare în vasul 32 și separare în centrifuga 37, unde apele de sp ălare urmeaz ă acela și traseu, iar uleiul sp ălat trece la rezervorul tampon 38. Apa rămasă în ulei este evaporat ă sub vid în usc ătorul 39 iar uleiul este trimis de pompa 36 în rezervorul 35, de unde va fi dirijat spre opera ția de decolorare. În afara acestei metode se mai folose ște neutralizarea în mediu sapo-alcalin și neutralizarea alcalin ă în miscel ă. În primul caz se aplic ă principiul neutraliz ării uleiului dispersat sub form ă de pic ături într-o solu ție alcalin ă diluat ă, în care s ăpunul format se solubilizeaz ă eliberând uleiul. Neutralizarea miscelei elimin ă antrenarea uleiului neutru în soapstock, principalul inconvenient al procedeelor clasice. Ne utralizarea alcalin ă în stare de miscel ă determin ă o rafinare complex ă, realizând dezmucilaginarea și decolorarea par țială a uleiului, prezen ța dizolvantului favorizând procesul de rafinare. Spălarea uleiurilor vegetale se face în faza de neutralizare și are ca scop eliminarea complet ă, prin dizolvare, a resturilor de soapstock r ămase în ulei, dup ă separarea prin centrifugare. Dup ă spălare apa este supus ă decant ării în vederea recuper ării uleiului antrenat, și apoi este deversat ă la canal. Uscarea uleiurilor vegetale este o opera ție necesar ă deoarece uleiurile neutralizate cu soluții alcaline, dup ă spălare, pot s ă conțină până la 0,5 % ap ă. Usc ătoarele folosite sunt aparate cu func ționare continu ă, eliminarea apei fiind realizat ă în instala țiile de neutralizare sub ac țiunea vidului. Decolorarea uleiurilor vegetale . Pigmen ții coloran ți sunt substan țe de înso țire a uleiurilor și sunt de provenien ță natural ă (clorofila, carotina, xantofila) sau forma ți în broken și în uleiurile din miscele distilate la temperaturi r idicate (complexe de substan țe melano- fosfatidice), având un rol important în ceea ce pri vește calitatea uleiurilor. Decolorarea uleiurilor vegetale se face prin diver se procedee și care, dup ă principiul de bază se pot grupa astfel: ș procedee fizice de decolorare : sunt bazate pe adsorb ția pigmen ților cu p ământ sau cărbune decolorant; ș procedee chimice : sunt bazate pe reac ții chimice menite s ă modifice grupele cromogene ale pigmen ților, prin distrugerea lor ca urmare a unor procese de oxidare sau trecerea în forme incolore, ca efect al unor reac ții de reducere. Decolorarea fizic ă se aplic ă la uleiurile și grăsimile vegetale comestibile iar decolorarea chimic ă la uleiurile și grăsimile vegetale tehnice. Decolorarea are și unele efecte secundare precum eliminarea avansat ă a mucilagiilor și a substan țelor proteice, a resturilor de s ăpun din uleiurile neutralizate alcalin și a urmelor de catalizator din uleiurile hidrogenate. Metoda de decolorare prin adsorb ție este cea mai utilizat ă în practic ă și const ă în amestecarea uleiului neutralizat și uscat cu agentul decolorant, asigurarea unui cont act intim o perioad ă de timp determinat ă, urmat ă de separarea agentului din ulei. Adsorb ția pigmen ților și a altor substan țe de înso țire are loc în mediu lichid, separarea anumitor sub stanțe fiind realizat ă prin adsorb ție fizic ă și chimic ă sau chemosorb ție, cele dou ă fenomene fiind concomitente. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 261 Oxidarea este cel mai important fenomen secundar ce înso țește adsorb ția, fiind favorizat ă de oxigenul con ținut de materialul adsorbant sub form ă de pulbere și de cre șterea temperaturii. Pentru diminuarea fenomenului, decolorarea se face în instala ții ce lucreaz ă sub vid, evitându-se în acest fel distrugerea antioxidan ților naturali și formarea de peroxizi. Dintre factorii care influen țează randamentul opera ției de decolorare, cei mai importan ți sunt caracteristicile adsorbantului, caracteristici le materiei prime și condi țiile de lucru. Caracteristicile adsorbantului sunt date de: – capacitatea de adsorb ție sau volumul de adsorb ție: reprezint ă cantitatea de substan ță pe care acesta o poate adsorbi, indice care determin ă cantitatea de agent adsorbant folosit; – umiditatea adsorbantului: determin ă obținerea efectului maxim de decolorare (sunt decoloran ți care dau un efect maxim la umidit ăți mai mari de 10 %, iar al ții la umidit ăți de pân ă la 5 %); – cantitatea de adsorbant: oscileaz ă în limite largi (0,5-5 %) în func ție de natura uleiului și gradul de decolorare ce trebuie ob ținut, dar trebuie știut c ă creșterea cantit ății de adsorbant atrage dup ă sine și o cre ștere a pierderilor în ulei; – suprafa ța liber ă de schimb de substan ță: trebuie s ă fie cât mai mare, fapt ce presupune măcinarea fin ă a adsorbantului sau ca acesta s ă aibă o structur ă cu pori fini în granule, gradul de mărunțire fiind limitat doar de capacitatea de re ținere a materialelor filtrante folosite. Caracteristicile materiei prime sunt date de felul uleiului, natura și concentra ția pigmen ților, gradul de oxidare, con ținutul în acizi gra și și săpun. Acestea depind de condi țiile de depozitare a materiei prime și modul de conducere a procesului de extrac ție. Condi țiile de lucru optime pentru decolorarea uleiurilor comestibile sunt caracterizate prin temperatura uleiului de 85-90 0C și o presiune de 60 mm col Hg., durata procesului ce sigur ă un efect maxim fiind de 15-20 minute, la decolorare a în flux discontinuu și de doar câteva minute la decolorarea în flux continuu. Vinterizarea uleiurilor vegetale sau deceruirea are ca scop eliminarea celei mai ma ri părți din ceruri și gliceridele acizilor gra și satura ți, ce solidific ă la temperaturi normale (15-20 0C) și care dau tulbureala uleiului. Procesul de vinteri zare const ă în cristalizarea cerurilor și gliceridelor solide folosind germeni de cristalizar e. De obicei se folose ște praf fin de kieselgur pe care se aglomereaz ă microcristalele, rezultând cristale de dimensiuni mari, separarea lor din ulei fiind realizat ă prin filtrare. Fig. 12.17. Schema instala ției de vinterizare dup ă procedeul „De Smet”: 1- rezervor ulei; 2,6,10,12,14,16- po,pe; 3- r ăcitor cu plăci; 4- răcitor cu saramur ă; 5- vas preparare kieselgur; 7- aparat de cristalizare; 8- vas de maturare; 9- preînc ălzitor; 11,15- filtre aluvionare; 13. recipient cu suport filtrant; 17- colector ulei. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 262 În practic ă uleiul este r ăcit la 5 0C, este îns ămânțat cu germeni de cristalizare și men ținut la aceast ă temperatur ă un timp necesar cristaliz ării, dup ă care se înc ălzește la 12-16 0C, temperatur ă la care se filtreaz ă fără ca cristalele s ă se dizolve. Acest procedeu utilizat și în țara noastr ă este redat în figura 12.17. Uleiul decolorat, dup ă încălzire la cca. 20 0C, se trimite în aparatul de cristalizare unde este amestecat cu kieselgur și răcit treptat la 5 0C. Prin men ținerea unei perioade de timp a amestecului în vasul de maturare se ob ține o cre ștere semnificativ ă a cristalelor, dup ă care uleiul este înc ălzit la 12-18 0C și trecut la dou ă filtre aluvionare: Înainte de filtrare în ulei se adaug ă suportul filtrant constituit din cristal-theorit și kieselgur. Dezodorizarea uleiurilor vegetale este opera ția prin care sunt eliminate substan țele care imprim ă miros și gust nepl ăcut, ea fiind obligatorie la uleiurile comestibile obținute prin extrac ție și la gr ăsimile hidrogenate. Substan țele care imprim ă uleiurilor miros și gust nepl ăcut se pot grupa dup ă provenien ță astfel: – naturale: se extrag din materiile prime nealterat e prin presare la cald și extrac ție cu solven ți, din aceast ă grup ă făcând parte hidrocarburi nesaturate, terpene, compu și cu gust înțepător sau amar; – formate prin alterarea materiilor prime sau a ule iului în timpul prelucr ării sau depozit ării și cuprind acizi gra și liberi inferiori cu miros în țepător, aldehide și cetone; – modific ări de gust și miros dup ă unele faze de prelucrare: miros de ars la pr ăjire, miros de benzin ă, gust de s ăpun sau p ământ. Dezodorizarea efectiv ă a uleiurilor se face prin antrenarea acestora cu a bur la presiune scăzută și la temperatur ă relativ înalt ă, condi ții impuse de faptul c ă substan țele ce imprim ă gust și miros uleiului au temperaturi de distilare ridica te la presiunea atmosferic ă. Distilatul ob ținut la antrenarea uleiului cu abur con ține un amestec de substan țe extrase din ulei, compus din substan țe volatile, de obicei hidrosolubile, substan țe nevolatile insolubile (saponificabile, nesaponificabile și produse de oxidare) și o cantitate de ulei antrenat. Fig. 12.18. Schema liniei tehnologice de rafinare d iscontinuă: 1,3,8,18- pompe; 2- aparat universal; 4- filtru de pământ; 5- rezervor ulei albit; 6- dezodorizator; 7- răcitor; 9- rezervor-r ăcitor; 10- filtru polisare; 11- rezervor ulei rafinat; 12- condensato r; 13,17- pompe vid; 14- prinz ător picături; 15- colector; 16- condensator barometric; 19- rezervor soluție alcalină; 20- rezervor solu ție salină; 22- colector soapstock; 23- separator ulei; 24- prinz ător grăsimi (batal); 24- colector ap ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 263 Temperatura de tratare a uleiului trebuie astfel a leasă încât s ă poat ă antrena sub form ă de vapori substan țele odorante, f ără descompunerea gliceridelor. O reducere a temperatu rii de lucru se poate face prin sc ăderea presiunii sub cea atmosferic ă și antrenând substan țele care se distil ă cu un gaz inert, de regul ă fiind folosi ți vapori de ap ă degaza ți. La majoritatea procedeelor de dezodorizare temperatura este limitat ă la 185-220 0C în cazul uleiurilor fluide și 220-230 0C la uleiurile solidificate. Aburul de antrenare preia substan țele volatile având și o ac țiune de hidroliz ă asupra unor compu și, prin eliminarea c ărora se îmbun ătățește dezodorizarea. Temperatura aburului trebuie s ă fie mai mare decât a uleiului cu 30-50 0C, iar prin injectarea sa în masa de ulei trebuie a sigurat ă o distribu ție cât mai uniform ă și în cantit ăți cât mai mici. Pentru a avea un contact bun între abur și ulei se recurge la barbotarea uleiului cu abur de antrenare sau la dispersia uleiului sub form ă de film sub țire care curge pe suprafe țe aflate în contact direct cu abur. Schemele liniilor tehnologice de rafinare reunesc u tilajele și echipamentele tuturor opera țiilor legate de flux, pentru sincronizarea debitelo r fiind utilizare rezervoare tampon. Procesul de lucru al acestora poate avea caracter c ontinuu sau discontinuu. Un interes deosebit pentru practic ă îl prezint ă linia tehnologic ă de rafinare discontinu ă a uleiurilor comestibile (fig.8.18.) care, având capacit ăți reduse de prelucrare (sub 20t/24 h), permit schim barea frecvent ă a sortimentului de ulei. 12.4. Hidrogenarea uleiurilor vegetale Deoarece la fabricarea s ăpunului și a unor produse alimentare sunt necesare gr ăsimi care să rămână în stare solid ă și la temperaturi mai ridicare, a fost necesar ă modificarea punctului de topire a trigliceridelor ce formeaz ă uleiurile vegetale. Transformarea gliceridelor lic hide în grăsimi solide cu punct de topire ridicat se face prin tr-o reac ție de adi ție a hidrogenului la dublele leg ături ale radicalilor acizilor gra și nesatura ți, proces numit hidrogenare. În practic ă se supun hidrogen ării trigliceridele și nu acizii gra și liberi, astfel c ă procesul este mult mai complicat, hidrogenarea fiind par țială și mai rar total ă, adiția de hidrogen fiind posibil ă doar în prezen ța unor catalizatori. Fiind o reac ție catalitic ă, desf ășurată într-un mediu neomogen (un reactant este lichid ia r celălalt gazos), hidrogenarea uleiurilor este un proces de cataliz ă eterogen ă în care se disting trei etape succesive: absorb ția moleculelor reactan ților pe suprafa ța catalizatorului, reac ția dintre moleculele de stare absorbit ă și eliberarea produ șilor de reac ție de pe suprafa ța catalizatorului. Hidrogenarea este un proces selectiv întrucât hidro genul se fixeaz ă rapid la radicalii cei mai nesatura ți, fără a-i satura total, decât la radicalii mai pu țin satura ți. Comparativ cu hidrogenarea neselectiv ă, uleiurile hidrogenate selectiv au o compozi ție mai omogen ă, cu efecte benefice asupra plasticit ății și stabilit ății propriet ăților organoleptice. Prin adi ționarea hidrogenului la dubla leg ătură a acizilor gra și au loc transform ări ale substan țelor de înso țire, modificarea compozi ției și propriet ăților trigliceridelor, fenomene secundare precum interesterificarea, polimerizarea și hidroliza gliceridelor sau izomerizarea acizilor gra și. Odat ă cu cre șterea gradului de saturare cu hidrogen uleiurile li chide cap ătă aspectul unei paste care devine solid ă. Saturarea complet ă a uleiului de floarea-soarelui ridic ă punctul de topire la 62-65 0C, dar utiliz ările industriale solicit ă doar o hidrogenare par țială, pân ă când punctul de topire este de 28-38 0C la uleiurile comestibile și de 48-50 0C la uleiurile tehnice. Privitor la substan țele de înso țire din uleiuri, transform ările lor în procesul de hidrogenare sunt: – fosfatidele și mucilagiile se descompun și produc inactivarea catalizatorului, motiv pentru care uleiurile supuse hidrogen ării trebuie dezmucilaginate; – carotenoidele ce dau culoarea galben ă, prin hidrogenare devin incolore; – vitaminele liposolubile A și D se descompun pierzându- și propriet ățile, p ăstrându-se aproape integral doar vitamina E; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 264 – prin adi ționare de hidrogen steridele se transform ă în alcooli hidroaroma ți, iar prin reducerea grup ării hidroxilice se pot transforma în hidrocarburi. Unul din efectele secundare ale hidrogen ării este hidroliza gliceridelor sau descompunerea la temperatur ă înalt ă în glicerin ă și acizi gra și, apa necesar ă reac ției fiind furnizat ă de umiditatea hidrogenului. Ca urmare cre ște ușor aciditatea liber ă, cresc pierderile de grăsimi și se formeaz ă un miros și gust specific de hidrogenat. Cel mai important efect secundar este îns ă izomerizarea acizilor gra și. În urma hidrogen ării par țiale, dubla leg ătură în procesul de absorb ție-desorb ție pe catalizator se desface parțial, ap ărând situa ții ce determin ă o rota ție a grupelor de atomi în jurul dublei leg ături, cu formarea de izomeri. Astfel în produsul finit, pe l ângă acidul stearic și acidul oleic, se mai g ăsesc și izomeri ai acidului oleic denumi țiacizi izoleici, izomeri de forma trans ridicând te mperatura de topire chiar dac ă indicele de iod nu scade corespunz ător. Viteza de hidrogenare este un parametru important ce caracterizeaz ă procesul și ea depinde de mai mul ți factori: ► activitatea catalizatorului: cu cât este mai mare numărul centrilor activi de pe suprafa ța catalizatorului, la nivelul c ărora decurge reac ția de hidrogenare, cu atât mai mult cre ște viteza, pe m ăsura folosirii catalizatorului fiind înregistrat ă scăderea activit ății sale; ► cantitatea de catalizator: cre șterea vitezei de hidrogenare cu cantitatea de catal izator este valabil ă până la o concentra ție de 0,3-0,4 % fa ță de gr ăsime, valoare peste care acesta nu mai poate fi folosit din lips ă de hidrogen; ► temperatura de hidrogenare: cre ște viteza de hidrogenare cu temperatura care, în funcție de selectivitatea procesului, are valori cuprins e între 160-240 0C (160-180 0C la ob ținerea grăsimilor moi, 180-200 0C la ob ținerea gr ăsimilor pentru margarine și peste 200 0C la ob ținerea grăsimilor tehnice); ► presiunea de lucru: cre șterea presiunii duce la cre șterea vitezei de hidrogenare printr-o mai mare concentrare a gazului dizolvat, m ărind viteza hidrogenului în masa de ulei; are valor i cuprinse între 1,5-2 daN/cm2, presiunea sc ăzută favorizând selectivitatea procesului; ► intensitatea amestec ării: are o influen ță favorabil ă asupra vitezei de hidrogenare prin faptul c ă asigur ă o distribu ție continu ă și uniform ă a hidrogenului în masa de ulei și men ține catalizatorul în stare de suspensie. Catalizatorii de hidrogenare sunt asigura ți de metale precum nichel, platin ă și paladiu, din considerente economice cei pe baz ă de nichel cunoscând o larg ă utilizare. Ace știa se ob țin relativ ușor, sunt foarte activi dar au o selectivitate mai r edusă, în practic ă fiind utilizate mai multe tipuri: ♦ catalizatori de nichel pe suport de kieselgur: est e un amestec de 20 % nichel, 25 % kieselgur, 55 % ulei hidrogenat sau în varianta 25 %Ni, 10 % kieselgur și 65 % ulei hidrogenat, cu sau f ără adaos de zirconiu, nichelul fiind precipitat în st are fin ă, dispersat pe suport de kieselgur; ♦ formiatul de nichel: este o pulbere fin ă ce con ține 31-33 % nichel și care nu are propriet ăți catalitice, îns ă prin descompunerea sa face ca nichelul metalic s ă devin ă catalizator; ♦ catalizator de nichel Raney: este un aliaj cu 33 % nichel și 67 % aluminiu tratat cu NaOH în condi ții controlate care, prin caracterul s ău neselectiv, este folosit doar la hidrogenarea uleiurilor tehnice; ♦ catalizatori de amestec: au în structura lor dou ă sau trei metale(cupru-crom, nichel- cupru, cromit de cupru și mangan, cromit de cupru și nichel, etc.), cumulând avantajele catalizatorilor separa ți. În ultimul timp sau f ăcut cercet ări în domeniul hidrogen ării prin cataliz ă omogen ă, în care reactan ții și catalizatorul formeaz ă o singur ă fază, catalizatorul fiind solubil în ulei. Catalizatorii folosi ți sunt complexe organo-metalice în care atomul meta lului de tranzi ție (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, W, Mo) este legat coordinativ la ra dicalii liganzi, mai ales de tipul carbonil, fiind combina ții de tipul Cr(CO) 3, Mo(CO) 3 sau W(CO) 3, asociate cu benzoat de metil. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 265 Cataliza omogen ă a scos în eviden ță o temperatur ă de hidrogenare mai sc ăzută, eliminarea u șoară a catalizatorului prin sp ălarea cu acizi, un control mai bun al gradului de selectivitate, precum și faptul c ă prin acest procedeu pot fi supuse hidrogen ării uleiuri brute. Metode de hidrogenare a uleiurilor vegetale. În func ție de caracterul procesului se deosebesc hidrogenarea discontinu ă (cu circula ție de hidrogen în atmosfer ă staționar ă de hidrogen) și hidrogenare continu ă (cu catalizator în suspensie sau cu catalizator st aționar). Hidrogenarea continu ă este mai pu țin selectiv ă și se justific ă doar la hidrogenarea unui singur sortiment de ulei. În general fabricile de ulei folosesc instala ții de hidrogenare discontinue, în atmosfer ă staționar ă de hidrogen și cu circula ție combinat ă, hidrogenul necesar desf ășurării procesului fiind obținut din electroliza apei în sta țiile de electroliz ă și care trebuie s ă îndeplineasc ă anumite condi ții de calitate. Fig. 12.19. Schema instala ției de hidrogenare a uleiului în atmosfer ă staționară de hidrogen Instala ția de hidrogenare a uleiului în atmosfer ă staționar ă de hidrogen (fig. 12.19) realizeaz ă amestecarea celor dou ă faze, ini țial prin barbotarea hidrogenului și mai apoi prin intermediul unui agitator cu palete. Uleiul din rez ervorul 1 este aspirat cu ajutorul vidului în autoclava dubl ă 2, pân ă la 2/3 din capacitate, unde se înc ălzește, se dezaereaz ă și se usuc ă sub vid la cca. 120 0C. În rezervorul 8 are loc prepararea suspensiei de ca talizator, prin amestecarea uleiului trimis de pompa 2, cu catalizatorul uzat adus de po mpa 12 din rezervorul 9 și cu catalizator proasp ăt adus de pompa 10 din rezervorul 7. Suspensia de c atalizator este introdus ă în autoclav ă după uscare, fiind urmat ă de cre șterea temperaturii uleiului la 150 0C. La sfâr șitul opera ției de încălzire hidrogenul trecut prin reductorul de presiune 4, contorul 5 și debitmetrul 6, este introdus în autoclav ă, dup ă care se închide leg ătura acesteia cu instala ția de vid. Se continu ă încălzirea cu abur pân ă la 170 0C, cre șterea temperaturii peste aceast ă valoare datorându-se reacțiilor exoterme din autoclav ă. Limitarea temperaturii la 190 0C se realizeaz ă cu ajutorul unei serpentine de r ăcire cu ap ă. După consumarea hidrogenului necesar (atingerea punctul ui de topire prin alunecare) se întrerupe alimentarea cu hidrogen, uleiul este r ăcit la 80 0C și cu pompa 11 este trecut la filtrul presă 13. Uleiul filtrat este colectat în rezervorul 14 iar turtele de catalizator în rezervorul 9. Deoarece în ulei mai r ămâne o cantitate mic ă de nichel, pentru eliminarea ei, dar și pentru îmbun ătățirea calit ății uleiului hidrogenat, acesta este supus unei noi filtrări în filtrul pres ă 17. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 266 Pentru aceasta în rezervorul 21 se prepar ă o solu ție de kieselgur cu ulei hidrogenat, care, trimis ă cu pompa 22 formeaz ă în filtru un strat filtrant de kieselgur. Uleiul din rezervorul 14 este trimis de pompa 15 la a doua filtrare, în acela și timp prin amestec ătorul 16 introducându-se în ulei, cu dozatorul 19, o solu ție de acid citric de cca. 20 %, preparat ă în vasul 20. Uleiul filtrat este colectat în rezer vorul 24 și trimis cu pompa 25 la dezodorizare, iar kieselgurul uzat cu ulei este col ectat în rezervorul 18 și evacuat cu pompa 23. Fig. 12.20. Schema instala ției de hidrogenare a uleiului cu circula ție combinată Instala ția de hidrogenare cu circula ție combinat ă (fig. 12.20) are prev ăzut un reactor care disperseaz ă hidrogenul în stratul de ulei, amestecul de ulei d eversând în autoclav ă. Uleiul rafinat din vasul 9 este trimis în autoclava 11 de pompa 10 , unde se aduce și hidrogenul. Hidrogenul din acumulatorul 1 trece prin reductoarele de presiune 2 și 3, dup ă care este introdus în reactorul 7 unde are loc reac ția dintre ulei și hidrogen. Excesul de gaz neintrat în reac ție este aspirat de compresorul 5 și dup ă trecerea prin separatorul de ulei 4 este reintrodu s în circuit. Uleiul introdus în autoclav ă este înc ălzit la 150 0C în schimb ătorul de c ăldură 6, prin recirculare cu pompa 8, apoi se usuc ă cu ajutorul vidului (autoclava fiind prev ăzută cu dou ă ejectoare și un condensator) și tot cu ajutorul vidului se introduce în autoclav ă suspensie de catalizator din rezervorul 12, declan șând hidrogenarea propiru-zis ă. În timpul procesului uleiul este recirculat prin schimb ătorul de c ăldură 6, reactorul 7, autoclava 11 și încălzit la cca. 189 0C, după care temperatura este men ținută cu ajutorul apei de r ăcire. Când hidrogenarea este terminat ă uleiul se r ăcește la 90-1000C, iar cu pompa 15 este trimis la filtrul pres ă 14, de unde turtele de catalizator ajung în vasul 13 și mai departe în rezervorul 12, uleiul limpede în rezervorul 16 și filtratul tulbure în rezervorul 18, fiind retrimi s la filtrare de pompa 15. Eliminarea resturilor de nichel ce r ămân dup ă prima filtrare se face printr-o a doua filtrare în filtrul pres ă 20, folosind ca material filtrant kieselgur. Uleiu rile comestibile sunt colectate în rezervorul 21 iar uleiurile tehnice în rezervorul 19, pentru stabilizarea lor fiind necesar ad ăugarea de acid citric. 12.5. Interesterificarea uleiurilor vegetale Interesterificarea este metoda prin care se modific ă structura gliceridic ă a gr ăsimilor, rezultând o rearanjare molecular ă a radicalilor acizilor gra și care esterific ă glicerina. Prin aceasta Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 267 se urm ărește modificarea propriet ăților fizice, f ără afectarea compozi ției acizilor gra și, iar dac ă interesterificarea este bine condus ă se p ăstreaz ă acelea și caracteristici chimice și nu se produc reacții secundare de oxidare, izomerizare sau polimeriza re. Se ob țin astfel substan țe cu propriet ăți plastice superioare, necesare îndeosebi la fabric area margarinei. Reac ția de interesterificare se poate desf ășura dirijat ă sau la întâmplare, iar în func ție de baza de gr ăsimi asupra c ăreia ac ționeaz ă poate fi: ● interesterificare simpl ă, când reac ția se realizeaz ă între molecule ale unei singure grăsimi, fiind aplicat ă pentru untur ă și seu; ● interesterificare mixt ă, când reac ția are loc între amestecuri de uleiuri hidrogenate și nehidrogenate. Uleiurile supuse reac ției de interesterificare trebuie bine neutralizate și decolorate, s ă aibă o aciditate liber ă de maxim 0,1 %, umiditate maxim ă de 0,03 %, con ținut maxim în peroxizi de 1 %, fără alcooli și acizi minerali. Reac ția de interesterificare este catalizat ă de c ătre ioni ai metalelor alcaline sub form ă de hidroxizi, alcoola ți sau metale pulverulente. Mai larg utiliza ți în practica industrial ă sunt metilatul și etilatul de sodiu, aliajul Na-K și solu ția de NaOH. Tabelul 12.5. Caracteristicile componen ților și uleiurilor interesterificate Compozi ția acizilor gra și % Ulei de floarea soarelui Temperatura de topire 0C Temperatura de tulburare 0C Conținut de trigliceride solide, % palmitic stearic oleic linoleic Componen ți : – fluid – – – 5,29 4,09 24,38 65,24 – hidrogenat A 42,0 36,0 64,60 4,22 26,28 69,50 – – hidrogenat B 32,0 27,5 25,60 5,69 10,34 83,79 ur me Amestec binar – neinteresterificat 39,5 31,0 28,34 5,33 14,03 47, 25 33,29 – interesterificat 30,0 25,0 11,22 5,18 13,94 47,0 33,88 Amestec ternar – neinteresterificat 36,5 30,5 22,73 5,49 11,35 64, 46 18,70 – interesterificat 30,5 24,0 14,57 5,29 10,68 65,08 18,79 Pentru constituirea bazei de gr ăsimi necesare ob ținerii margarinei se folosesc amestecuri de uleiuri nehidrogenate și hidrogenate, care introduc în alimenta ție acidul linoleic, indispensabil funcțiilor vitale ale organismului. Instabilitatea forme lor cristaline și prezen ța acizilor gra și sub forma trans sunt dezavantaje care se elimin ă prin transesterificare. Procedeul se aplic ă în cazul amestecurilor de uleiuri de floarea-soarelui în sis tem discontinuu, folosind drept catalizator 0,4 % NaOH prin agitare la 160 0C sub presiune sc ăzută și în mediu de gaz protector, caracteristicile acestor uleiuri fiind prezentate în tabelul 12.5. 12.6. Fabricarea margarinei și a grăsimilor vegetale comestibile Margarina reprezint ă o emulsie stabil ă concentrat ă de tipul ap ă în ulei și se ob ține din grăsimi vegetale, mai rar gr ăsimi animale, având ca faz ă dispersat ă apa sau laptele. Stabilitatea emulsiilor se realizeaz ă cu ajutorul emulgatorilor, care determin ă mic șorarea tensiunii superficiale la limita de separa ție a celor dou ă faze și crearea unei pelicule de protec ție pe suprafa ța pic ăturilor fazei disperse. Dacă se ține cont de rolul nutri țional, sortimentele de margarin ă se pot grupa astfel: ► margarine folosite pentru introducerea în alimenta ție a unor substan țe necesare organismului; ► margarine folosite ca suport pentru vitaminele lip osolubile (A,D,E) în vederea complet ării necesarului organismului; ► margarine pentru introducerea în diet ă a unor substan țe care previn diverse maladii; ► margarine hipocalorice folosite la combaterea obez ității; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 268 ► margarine cu acizi gra și folosite la corectarea unor deregl ări metabolice. Fig. 12.21. Schema tehnologic ă generală de fabricare a margarinei Materiile prime și auxiliare folosite la fabricarea margarinei sunt baza de gr ăsimi, apa sau laptele, substan țele de gust și culoare, emulgatori și vitaminele. Baza de gr ăsimi o constituie amestecul de gr ăsimi solide și uleiuri lichide, având o pondere de 82-84 % din compozi ția emulsiei. Amestecul trebuie s ă fie plastic în intervalul 10-30 0C, să se topeasc ă la 37 0C, iar din punct de vedere calitativ s ă fie comestibil. De obicei baza de grăsimi folosit ă la fabricarea margarinei este alc ătuită din ulei fluid și solidificat de floarea soarelui, ca atare sau în amestec cu uleiuri de soi a, rapi ță sau din germeni de porumb, solidificate sau fluide. Laptele folosit la fabricarea margarinei are rolul de a îmbun ătăți gustul și aroma. De regul ă acesta se pasteurizeaz ă la 63-65 0C timp de 20 minute, dup ă care este supus ferment ării în scopul de a-i dezvolta aroma și gustul specific untului, dar și pentru m ărirea conservabilit ății sale. Apa folosit ă trebuie s ă fie potabil ă și cu o duritate permanent ă de 140, margarina având ca faz ă dispers ă apa prezentând o mai mare durabilitate fa ță de cea cu lapte. Emulgatori . Ca stabilizatori de emulsie se folosesc lecitina alimentar ă în propor ție de 0,2- 0,3 % și un emulgator sintetic constituit dintr-un amestec de mono și digliceride, ob ținut prin reesterificarea gr ăsimilor cu glicerin ă în prezen ța hidroxidului de sodiu. Alte materii auxiliare . În afara substan țelor men ționate, la prepararea margarinei se mai folosesc sarea comestibil ă și zah ărul pentru ameliorarea gustului, solu ție uleioas ă de caroten ca substan ță colorant ă, vitamine pentru cre șterea valorii nutritive, solu ție de acid sorbic cu rol de conservant și amidon ca substan ță revelatoare. Fabricarea margarinei se face dup ă schema tehnologic ă din figura 12.21, opera țiile fiind realizate într-o instala ție de tipul Kombinator (fig. 12.22), a c ărei func ționare este descris ă în continuare. Grăsimile vegetale sunt înc ălzite (temperate) cu 3-4 0C peste punctul de topire în rezervoarele de temperare 1, prev ăzute cu circuite de înc ălzire și agitatoare cu palete. Ingredientele se prepar ă în recipientele 2, separat pentru fiecare în parte : emulgatorii se dizolv ă în ulei la 50-60 0C; zah ărul se dizolv ă în lapte sau ap ă, solu ția se filtreaz ă , se înc ălzește la 90-95 0C pentru distrigerea drojdiilor și mucegaiurilor, dup ă care se r ăcește; sarea se dizolv ăîn ap ă într- o propor ție de 22-25 % și se filtreaz ă; colorantul se dilueaz ă cu ulei rafinat pân ă la 2 %; vitaminele se dilueaz ă cu ulei rafinat rece în propor ție de 1/1. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 269 Fig. 12.22. Schema instala ției Kombinator de fabricare a margarinei Pregătirea bazei de gr ăsimi se face prin dozarea gr ăsimilor cu dozatorul basculant 3, în porții conform re țetei de fabrica ție, din care 65-67 % este ulei solidificat cu punct ul de topire cuprins între 32-35 0C și 15-17 % ulei fluid. Laptele din tancul 13 este trimis de pompa 12 în re zervorul tampon 8, iar cu pompa 7 la răcitorul cu pl ăci 6 unde este adus la 4-5 0C, colectat în tancul izoterm 5 dup ă care este trecut în vanele de pasteurizare și fermentare 9. Atât laptele fermentat, cât și apa sunt dozate cu dozatorul basculant 4, margarina cu ap ă conținând 15,5-16,5 % ap ă, în timp ce margarina cu lapte con ține 9,5-1,05 % ap ă și 6,0-6,5 % lapte. Emulsia primar ă se ob ține în malaxoarele de emulsionare 10 în dou ă variante tehnologice: – prima variant ă: se introduce în aparat 1/3 din faza negras ă (apoas ă) și 1/3 din faza gras ă, se agit ă continuu 3 minute dup ă care se adaug ă restul de 2/3 din ambele faze, malaxându-se timp de 10 minute; – a doua variant ă: se introduce 1/3 din faza gras ă, apoi solu țiile cu ingredientele liposolubile, se malaxeaz ă timp de 3 minute dup ă care se introduce restul bazei de gr ăsimi, faza negras ă și în final solu ția de sare. Omogenizarea emulsiei primare se face în omogenizat orul 14 prin trecerea emulsiei în picături mici și fin dispersate, dup ă care aceasta este trimis ă la pasteurizatorul 15. Pasteurizarea emulsiei are scopul de a m ări conservabilitatea margarinei și const ă în înc ălzirea ei la 85 0C, menținerea timp de 15 secunde și răcirea la 38-40 0C. Răcirea și prelucrarea plastic ă se face în agregatul Kombinator, prev ăzut cu doi cilindri de răcire și emulsionare, folosi ți la fabricarea margarinei ambalate în pachete și un cilindru de plastifiere care serve ște la fabricarea margarinei ambalate în cutii sau l ăzi, ori la fabricarea grăsimilor vegetale comestibile. Omogenizarea și postmaturarea margarinei se desf ășoară în tubul de temperare 17, aici margarina consolidându- și structura cristalin ă și temperatura. Prin gura de desc ărcare a tubului de temperare margarina trece la ma șina de format și ambalat 18, de aici la ma șina de fardelat care introduce pachetele în cutii și cu transportorul 20 acestea ajung la locul de dep ozitare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 270 Surplusul de margarin ă care nu intr ă la formare este dirijat la vasul tampon 11, de und e se adaug ă în propor ții mici la emulsia proasp ătă. Fabricarea gr ăsimilor vegetale comestibile. Aceste gr ăsimi culinare se utilizeaz ă în panifica ție, patiserie și la g ătit, fiind preg ătite pentru a înlocui untura și sunt gr ăsimi aproape pure (minim 99 % gr ăsimi). Se deosebesc dou ă grupe distincte de gr ăsimi: ● grăsimi hidrogenate , obținute prin amestecarea mai multor uleiuri solidific ate cu diverse grade de hidrogenare și cu indicele de iod cuprins între 60-65; ● grăsimi compundate , obținute prin amestecarea uleiurilor hidrogenate cu ul eiuri lichide, cu indicele de iod de cca. 80. Baza de gr ăsimi este constituit ă în mod deosebit din uleiuri de soia, prepararea gr ăsimilor realizându-se prin mai multe procedee, deosebirea d intre ele constând în modul în care se face răcirea și prelucrarea plastic ă. 12.7. Tehnologia de fabricare a altor uleiuri veget ale Uleiul de palmier ocup ă locul doi în lume ca nivel de produc ție, fructele ce con țin uleiul fiind recoltate de la palmierul de ulei și care se cultiv ă în zonele tropicale. În figura 12.23 este prezentat ă schema unei linii tehnologice de ob ținere a uleiului brut. Fig. 12.23. Schema liniei tehnologice de ob ținere a uleiului brut de palmier Fructele de palmier sunt aduse de un transportor la pres ă unde, fructele sunt zdrobite și presare în vederea punerii în libertate a uleiului, iar pentru intensificarea separ ării fazelor se face o omogenizare a materialului cu ap ă de dilu ție. De aici amestecul este trecut la decantare unde se separ ă cea mai mare parte a nisipului. Trebuie men ționat c ă recoltarea ciorchinelui cu fructe de la palmierul de ulei se realizeaz ă de regul ă manual (prin t ăiere cu cu țite cu coad ă lung ă), acesta căzând pe sol, cel mai des nisipos, de unde și necesitatea separ ării acestuia din masa supus ă prelucr ării. Dup ă separarea p ărții solide sub form ă de fibre pe separatorul vibrator, faza lichid ă este trecut ă într-un rezervor tampon, înc ălzită și pompat ă la un desnisipator, unde are loc separarea ultimelor resturi de p ământ și nisip, ajungând în rezervorul de alimentare al de cantoarelor. În linia tehnologic ă sunt prev ăzute trei decantoare centrifugale orizontale unde a re loc separarea apelor reziduale și a n ămolului din masa de ulei, astfel c ă puritatea uleiului rezultat Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 271 este ridicat ă. Pentru corectarea purit ății finale, uleiul de palmier de la decantoare este trecut la un separator centrifugal cu talere, unde se elimin ă ultimele frac ții solide sub form ă de n ămol, iar după uscare într-un usc ător cu vid, unde se elimin ă ultimele frac ții de ap ă, acesta este trecut la tancurile de depozitare, urmând a fi supus ulterior tratamentelor de rectificare. Uleiul de m ăsline este foarte mult utilizat în forma de ulei br ut de presare la rece și el se poate ob ține în flux discontinuu (fig. 12.24.) sau în flux c ontinuu (fig. 12.25.). Fig. 12.24. Schema liniei tehnologice de ob ținere a uleiului brut din m ăsline în flux discontinuu La fluxul discontinuu m ăslinele recoltate sunt aduse în bunc ărul de recep ție 1, de unde sunt preluate de transportorul 2, prev ăzut la cap ătul de desc ărcare cu ventilatorul 3 ce separ ă frunzele și alte frac ții verzi rezultate la recoltare și trecute la ma șina de sp ălat 4. Aici are loc separarea impurit ăților care se reg ăsesc pe suprafa ța fructelor, separarea apei fiind realizat ă pe transportorul scurg ător 5. M ăslinele sunt m ărunțite în moara 6 apoi masa m ăcinat ă este înc ălzită la 30-35 0C, omogenizat ă în malaxorul 7 și pompat ă ulterior de pompa 8 la decantoarele orizontale 9 (sunt trei decantoare dispuse în serie ), de unde se separ ă nămolul, frac ția solid ă și cea mai mare parte din ap ă. Uleiul brut rezultat este trecut prin separatorul centrifugal 10 și ajunge în rezervorul 11. Fig. 12.25. Schema liniei tehnologice de ob ținere a uleiului brut din m ăsline în flux continuu La procedeul continuu m ăslinele sunt cur ățate, separate de impurit ăți, sp ălate și depozitate în silozurile 1. Dup ă măcinare în moara 2 masa este supus ă încălzirii și omogeniz ării cu ap ă în malaxoarele 3, unde se ridic ă temperatura la cca. 30-35 0C. Cu pompa 4 masa este adusă la decantoarele 5 (dou ă decantoare) pentru separarea uleiului brut de rest ul componentelor masei omogenizate, iar cur ățirea final ă se face în centrifuga 7, uleiul brut fiind stocat în rezervoarele 8. În ambele cazuri temperatura m ăcinăturii și a uleiului brut este men ținută la temperaturi sub 35-37 0C, pentru a nu provoca reac ții chimice care s ă determine modificarea structurii substan țelor grase din ulei, schimbarea gustului sau a culo rii. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 272 12.8. Tehnologia de fabricare a halvalei Halvaua reprezint ă un amestec de past ă din semin țe oleaginoase m ăcinate și bătute cu o spum ă de caramel cu extract de ciuin. De regul ă secțiile de produc ție a halvalei se g ăsesc în incinta fabricilor de ulei. La început, pentru fabr icarea halvalei se foloseau semin țe de susan, actualmente acestea fiind înlocuite cu semin țe de floarea-soarelui. Schema tehnologic ă de fabricare a halvalei este prezentat ă în figura 12.26. Materiile de baz ă la producerea halvalei sunt semin țele oleaginoase, halvi ța și extractul de ciuin. Semin țele sunt supuse opera ției de decorticare sau descojire, pentru eliminarea înveli șului de pe semin țe și în func ție de modul de prelucrare pot urma dou ă trasee tehnologice: prelucrare umed ă sau prelucrare uscat ă. Spălarea miezului cu ap ă permite o mai bun ă îndep ărtare a impurit ăților din masa de semin țe, dup ă care masa este uscat ă in vederea elimin ării apei de spălare, r ăcită și măcinat ă la rece pentru a evita pierderile în ulei, dup ă care se face o omogenizare a m ăcinăturii cu completarea de ulei vegetal pân ă la atingerea concentra ției optime în gr ăsimi, în final rezultând un preparat numit tahân cu urm ătoarele caracteristici: temperatura finală 30 0C, umiditatea maxim ă 1,2 %, con ținutul în gr ăsimi de 65-68 %. Fig. 12.26. Schema tehnologic ă de fabricare a halvalei Siropul de glucoz ă și siropul de zah ăr se amestec ă dup ă care se supun unei preconcentr ări, rezultând un sirop omogen. Se continu ă eliminarea excesului de ap ă prin concentrare și obținerea masei de caramel R ădăcinile uscate de ciuin se m ărunțesc în vederea u șurării sp ălării lor și extrac ției substan țelor active, se spal ă pentru eliminarea substan țelor minerale, se cl ătesc cu ap ă proasp ătă și sunt trecute la vasele de fierbere cu ap ă, unde substan țele active trec în lichid și formeaz ă o spum ă. Dup ă răcire și filtrare se ob ține extractul de ciuin, respectiv r ădăcini care se reîntorc la mărunțire și reiau procesul de extrac ție pân ă la epuizarea lor și apa de fierbere excedentar ă. Masa de caramel și extractul de ciuin se supun amestec ării prin batere, omogenizând bine cele dou ă faze care, supuse concentr ării duc la ob ținerea halvi ței, cu densitatea de 1,1 kg/dm3, temperatura masei fluide de 70-80 0C și extract de ciuin maxim 2 % din masa halvi ței. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 273 Tahânul, halvi ța și materialele de adaos se amestec ă în recipiente mari, propor ția fiind de 40 % halvi ță și 60 % tahân, la o temperatur ă de 80 0C, fr ământarea avansat ă a masei fiind realizat ă timp de 3-5 minute la 80-90 0C, cu formarea masei fibroase în masa de halva. Dup ă omogenizare, masa de halva se toarn ă în forme la temperatura de 50-65 0C și se las ă la răcire în camere cu temperatura de 10-12 0C timp de 48-72 de ore, pân ă când temperatura halvalei ajunge la 40-45 0C, moment în care este trecut ă la ambalare. În timpul r ăcirii are loc scurgerea unei p ărți din ulei și care este recuperat, fiind apoi reintrodus în pro cesul de fabrica ție. 12.9. Tehnologia de ob ținere a extractelor proteice din soia Extractele proteice din soia sunt folosite la fabricarea unor preparate din carne, la furajarea animalelor, proteinele vegetale fiind mai ușor asimilate de c ătre organism și contribuie astfel la reducerea nivelului colesterolului. Ca ma terie prim ă se folosesc turtele rezultate de la extragerea uleiului sau boabele de soia aplatizate și care m ăresc suprafa ța de schimb de substan ță. Ob ținerea derivatelor de soia se realizeaz ă în instala ții complexe în dou ă etape: în prima etap ă se face extragerea proteinei din fulgii de soia și prelucrarea restului de material pân ă la uscare (fig. 12.27), iar în etapa a doua, extrac tul proteic este prelucrat pân ă la ob ținerea de produs finit sub form ă de izolat proteic de soia (fig. 12.28). Fig. 12.27. Schema liniei tehnologice de extrac ție a proteinei din soia Materia prim ă din bunc ărul de alimentare 1 este m ărunțită în moara 2 și amestecat ă cu apă cald ă și solu ție de sod ă caustic ă în amestec ătorul 3, de unde ajunge în rezervorul cu agitator 15 în care are loc procesul de separare a proteinel or din masa solid ă. Procesul se desf ășoară în două trepte, fiind continuat în rezervorul cu agitator 12, trecut în prealabil de pompa 14 prin malaxorul 13, de unde masa este pompat ă la decantorul centrifugal orizontal 3. Aici are lo c separarea proteinei extrase în solu ție și care merge la prelucrare, respectiv frac ția solid ă care, tratat ă cu solu ție de sod ă caustic ă, este preluat ă de pompa 4 și dup ă mărunțire și omogenizare în malaxorul 5, ajunge în rezervorul 10, rezervor tamp on cu agitare pentru a evita sedimentarea fracției solide. De aici amestecul este trimis sub presi une de pompa 9 la decantorul centrifugal 6, unde solu ția de sod ă caustic ă este separat ă și reintrodus ă în circuit, în timp ce turtele cu frac ția solid ă sunt uscate în usc ătorul 7, fiind eliminate urmele de ap ă rămase, materialul uscat, bogat în substan țe nutritive, fiind trecut la ma șinile de ambalat și de aici trimis c ătre fermele de animale unde este folosit ca furaj. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 274 Fig. 12.28. Schema liniei de prelucrare a extractul ui proteic de soia: 1- 1,3,13- schimb ător de căldură; 2- separator centrifugal; 4,9,12,14,19- pomp ă; 5,7- decantoare centrifugale orizontale; 6,8- mal axor; 10- bloc tratare UHT; 11,16- rezervor cu agitator; 17- stație de ambalare; 18- usc ător Extractul proteic rezultat de decantorul centrifug al este trecut la etapa de precipitare și separare din solu ție. Dup ă tratamentul termic se adaug ă acid care aduce solu ția de protein ă la punctul isoelectric, moment în care precipit ă și este separat ă în decantoarele orizontale și în separatorul centrifugal, efluentul fiind îndep ărtat. Dup ă alte tratamente termice , incluzând și unul UHT, masa de izolat proteic este pulverizat ă și uscat ă instantaneu în usc ător, de unde pulberea este ambalat ă și expediat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 275 XIII. TEHNOLOGIA C ĂRNII ȘI A PRODUSELOR DIN CARNE Industria c ărnii și a produselor din carne folose ște ca surs ă de carne rasele de animale și păsări, crescute pentru produc ția de carne sau mixte, precum și animalele și păsările crescute în special pentru producerea de lapte, lân ă sau ou ă și care se sacrific ă în abatoare specializate. Rasele de animale și păsări sunt de provenien ță local ă, importate sau ameliorate, în prezent fiind crescute mai ales rasele ameliorate, care ob țin sporuri de cre ștere ridicate. Dintre acestea ponderea cea mai important ă în asigurarea c ărnii o constituie bovinele, porcinele, ovine și galinaceae. 13.1. Tehnologia de abator T ăierea animalelor și păsărilor se realizeaz ă în abatoare specializate, având o serie de particularit ăți în raport cu specia, dup ă schema tehnologic ă general ă din figura 13.1. Examenul veterinar urm ărește depistarea animalelor care sunt bolnave sau susp ecte de boală și izolarea acestora. De asemenea, se constat ă starea de stres a animalelor, știut fiind faptul că oboseala, agita ția și surmenajul contribuie la infectarea organelor int erne cu bacterii intestinale, diminuând calitatea și conservabilitatea c ărnii. În acest sens, înainte de t ăiere animalele trebuie aduse la echilibrul fiziologic, f iind supuse o perioad ă de timp la un regim normal de hr ănire și odihn ă. Spălarea general ă sau par țială a unor animale are ca scop îndep ărtarea urmelor de dejec ții, pământ sau furaj, care în contact cu carnea pot deter mina infectarea ei. Totodat ă pot fi îndep ărtate microorganisme și parazi ți care se localizeaz ă pe pielea și în blana animalelor. Asomarea animalelor este opera ția ce are ca scop o insensibilizare a acestora, pri n scoaterea din func țiune a sistemului nervos central. În aceste c ondiții este u șurată tăierea, animalul nemaisim țind înjunghierea, iar sângerarea este mai bun ă. Se cunosc mai multe metode de asomare, cele mai utilizate fiind: – asomarea prin producerea unei como ții cerebrale , const ă în perforarea boltei craniene prin lovirea cu diverse dispozitive, cel mai des fi ind folosit pistolul pneumatic de asomare prevăzut cu tij ă metalic ă; – asomarea prin șoc electric sau electro-asomarea , folose ște șocuri electrice care produc paralizia și starea de incon știență a animalului; – asomarea prin intoxicare , folosind bioxidul de carbon sau substan țe narcotice; asomarea cu bioxid de carbon prezint ă unele avantaje în raport cu alte metode, fapt ce a determinat extinderea acesteia. Jugularea se face în func ție de rasa de animale supus ă tăierii și urm ărește atât sacrificarea, cât și asigurarea condi țiilor de scurgere a celei mai mari p ărți din sânge, având o importan ță deosebit ă atât din punct de vedere tehnologic, cât și igienic. Sângele trebuie colectat în condi ții igienice, întrucât acesta cunoa ște multiple posibilit ăți de valorificare. Fig. 13.1. Schema tehnologic ă de tăiere a animalelor și păsărilor Jupuirea este opera ția prin care se îndep ărteaz ă pielea de pe animale și ea se execut ă manual sau mecanizat. Se aplic ă la speciile de animale la care pielea este prelucr ată separat, cu sau f ără păr. Jupuirea manual ă asigur ă o calitate superioar ă atât a pielii, cât și a carcaselor, dar productivitatea este mai sc ăzută. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 276 Depilarea urm ărește eliminarea p ărului de pe suprafa ța pielii, în special la porcine, în vederea valorific ării carcasei cu șorici. Înainte de depilare, pentru a u șura smulgerea p ărului, porcii sunt supu și opăririi la temperaturi de 60-65 0C pe o durat ă de timp limitat ă la 3-5 minute. În aceste condi ții pielea se înmoaie și scade rezisten ța la smulgere a firelor de p ăr. Pentru îndep ărtarea restului de p ăr și pentru sterilizarea șoriciului, porcinele sunt supuse opera ției de pârlire cu flac ără a cărei temperatur ă nu dep ășește 1000 0C, durata fiind de cca. 10- 15 secunde, dup ă care se r ăzuiesc și se finiseaz ă pe ma șini speciale. Deplumarea realizeaz ă îndep ărtarea penelor de pe corpul p ăsărilor, fiind folosite diverse metode, în func ție de specie: – la galinaceae se face op ărirea timp de 2 minute la 52-54 0C și jumulirea pe ma șini de deplumat; – la palmipede se face aburire timp de 2 minute la 85-95 0C, jumulire, imersie într-o baie de cear ă topite și finisarea jumulirii. Eviscerarea const ă în extragerea organelor și glandelor din cavitatea abdominal ă și toracic ă. La p ăsări con ținutul abdomenului se elimin ă prin masaj sau cu ajutorul vidului. Despicarea carcaselor contribuie la u șurarea transportului și a răcirii ulterioare. Opera ția de despicare se realizeaz ă cu barda sau fier ăstrăul electric. Toaletarea urm ărește ob ținerea unui aspect comercial corespunz ător și presupune îndep ărtarea unor p ărți anatomice, infiltra ții de sânge și serozit ăți, ce nu au fost eliminate la eviscerare, urmat ă de sp ălarea cu du șuri de ap ă la 40-43 0C. Controlul sanitar are rolul de a depista carnea provenit ă de la unele animale bolnave, ce nu au putut fi identificate la examenul veterinar, precum și carnea infectat ă cu diverse microorganisme, înainte de t ăiere sau pe durata procesului tehnologic. Este asig urată astfel condi ția ca materia prim ă ce urmeaz ă a fi prelucrat ă să fie salubr ă. Refrigerarea c ărnii este obligatorie pentru atenuarea proceselor micro biologice care se desfășoară în carne și ea poate lipsi din fluxul tehnologic doar atunci când carcasele sunt prelucrate imediat dup ă sacrificare. Pentru evitarea apari ției fenomenului de cold shortening (întărirea la rece) carnea este condi ționat ă prin p ăstrarea timp de 9-10 ore la temperatura de 12- 14 0C, dup ă care se introduce în agregatele frigorifice de ref rigerare. 13.2. Materii prime și auxiliare folosite în industria c ărnii Pe lâng ă carne, ca materie prim ă de baz ă, în industria c ărnii se utilizeaz ă și alte materii prime și auxiliare, având ca obiectiv îmbun ătățirea gustului, conservabilit ății sau a unor propriet ăți care favorizeaz ă desf ășurarea proceselor tehnologice. Carnea , reprezentând țesutul muscular scheletal împreun ă cu țesuturile care ader ă natural (osos, conjunctiv, gras), constituie principala mat erie prim ă. Dup ă provenien ța ei carnea poate fi de bovine, porcine, ovine, caprine sau de p ăsări, fiind ob ținută dup ă tehnologii de abator specifice fiec ărei rase de animale și păsări. În raport cu starea termic ă, carnea se poate prezenta în stare cald ă, zvântat ă, refrigerat ă sau congelat ă, trebuind s ă respecte în toate cazurile condi țiile de calitate cerute prin normele specifice. Subprodusele comestibile reprezentate prin organe și părți anatomice, constituie materia prim ă la fabricarea unor preparate din carne. Organele ( ficat, inim ă, pulmoni, creier, limb ă) sunt caracterizate printr-o valoare alimentar ă deosebit ă, fiind bogate în vitamine, substan țe minerale, proteine și lipide. P ărțile anatomice (capete, picioare, șorici, burta de vit ă, șlung de porc, sânge, mațe) se folosesc în stare proasp ătă sau conservate prin s ărare, atât la ob ținerea unor preparate, cât și ca atare. Grăsimile utilizate provin din sl ănina cu consisten ță tare (de pe spatele animalului) și care se poate conserva prin s ărare uscat ă, refrigerare sau congelare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 277 Uleiurile vegetale sunt de floarea soarelui și soia, fiind utilizate la ob ținerea unor preparate din carne dietetice, conserve dietetice și conserve pentru copii. Uleiul este o materie auxiliar ă când se folose ște la prepararea sosurilor pentru conservele de car ne. Legumele sunt materii prime ce se folosesc la fabricarea un or conserve mixte, dietetice sau pentru copii, cele mai utilizate fiind: tomatel e, ciupercile, castrave ții, morcovul, p ătrunjelul, țelina, fasolea p ăstăi și boabe, maz ărea verde p ăstăi și boabe, cartofii, ceapa, ardeii. Pastele făinoase obișnuite sau superioare se reg ăsesc în diferite tipuri de conserve de carne, în special la cele destinate copiilor. Pentru fabricarea preparatelor și conservelor de carne se utilizeaz ă o serie de materii auxiliare precum apa potabil ă, clorura de sodiu, zah ărul, o țetul alimentar, pasta de tomate, stabilizatori de culoare și emulsie, condimente, poten țiatori de arom ă, membrane și materiale de ambalare. Pe lâng ă acestea o larg ă utilizare în industria c ărnii o cunosc derivatele proteice, ce contribuie la îmbun ătățirea proceselor tehnologice (asupra texturii și suculen ței produselor) și la suplimentarea valorii nutritive prin aportul de pro teine. Tabelul 13.1. Compoziția în aminoacizi esen țiali a derivatelor proteice de soia, comparativ cu carnea de bovine (în g/100 g protein ă) Aminoacizi Concentrat proteic Izolat proteic Textur at proteic Carne de bovin ă Fenilalanin ă 5,3 5,5 4,7 4,02 Izoleucin ă 4,9 4,8 5,5 5,08 Leucin ă 8,0 7,8 7,5 8,40 Lizin ă 6,2 6,0 6,0 8,37 Metionin ă 1,3 1,0 1,3 2,32 Treonin ă 3,7 3,7 4,0 4,04 Triptofan 1,3 1,3 1,6 1,10 Valin ă 4,8 4,8 5,2 5,71 După natura lor derivatele proteice sunt de origine veg etală (glutenul, f ăina, concentratele, izolatele și texturatele proteice de soia) și de origine animal ă (lapte praf degresat, praf de zer, cazeina, cazeina ții, plasma sanguin ă, pasta de carne din oase, coprecipita ții). Cele mai folosite în practic ă sunt derivatele proteice de soia, bogate în aminoa cizi esen țiali (tabelul 13.1). 13.3. Conservarea c ărnii Carnea ob ținută în urma t ăierii este un produs care, datorit ă conținutului ridicat în ap ă, substan țe proteice și grăsime, nu poate fi p ăstrată în condi ții naturale decât un timp limitat, fiind un mediu favorabil dezvolt ării microorganismelor. Microorganismele implicate în alterarea c ărnii au temperatura optim ă de dezvoltare cuprins ă între 0-30 0C la cele psihrofile, între 20-55 0C la germeni și între 50-75 0C la cele termofile, în anumite condi ții de umiditate și în prezen ța oxigenului. Pentru a sigura o carne salubr ă și cu valoare nutritiv ă corespunz ătoare, carnea ob ținută din tăiere se supune unor opera ții care trebuie s ă împiedice înmul țirea microorganismelor sau s ă le distrug ă și să elimine purt ătorii de germeni. Conservarea c ărnii prin frig. Conservarea c ărnii prin tratarea cu frig este cea mai utilizat ă metod ă, păstrând în mare m ăsură însu șirile naturale, frigul ac ționând pe cale fizic ă, fără modific ări importante ale structurii c ărnii. Distrugerea microorganismelor sub ac țiunea frigului este determinat ă de dereglarea schimbului de substan ță și de distrugerea structurii celulare, temperaturile scăzute având de cele mai multe ori un efect bacteriostatic. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 278 Conservarea prin frig urm ărește scăderea temperaturii c ărnii pân ă la parametrii impu și de condi țiile biologice (oprirea reac țiilor biologice proprii produsului sau sc ăderea vitezei de reac ție și oprirea dezvolt ării microorganismelor), pentru aceasta fiind utiliz ate refrigerarea și congelarea. Conservarea c ărnii prin refrigerare presupune aducerea și men ținerea ei la temperatura de 0-4 0C în centrul termic, astfel c ă se asigur ă o cre ștere a duratei de p ăstrare prin reducerea vitezei reac țiilor catalizate de enzime. Refrigerarea este o opera ție obligatorie în tehnologia de abator și trebuie aplicat ă imediat după toaletare, în raport cu specia, forma carcaselor și destina ția pe care o are carnea. Datorit ă temperaturii relativ sc ăzute, refrigerarea asigur ă păstrarea c ărnii o perioad ă de timp limitat ă. Metode de refrigerare. În func ție de destina ția cărnii, refrigerarea se poate realiza prin mai multe metode: – refrigerarea direct ă lentă, realizeaz ă răcirea c ărnii prin convec ție ușor for țată cu aer la 0 0C recirculat, pe durata a cca 30 ore; – refrigerarea direct ă rapid ă, este cea mai folosit ă și se aplic ă într-o singur ă fază sau în două faze (aer cu temperatura între –5…….-10 0C și viteza de 0,3-3 m/s), procesul desf ășurându- se în acela și spațiu sau în spa ții separate. Fig. 13.2. Tunele de refrigerare a c ărnii cu aer răcit: a- cu circula ție longitudinal ă; b- cu circula ție verticală; c- cu circulație transversală; 1- evaporator; 2- ventilator; 3- c ărucior cu produse; 4- carcase; 5- tavă scurgere condens; 6- ventilator auxiliar, 7- trans portor suspendat. În practic ă refrigerarea cu aer se realizeaz ă în tunele de refrigerare (fig. 13.2), dispunerea produselor sau a carcaselor fiind specific ă speciei, fie pe c ărucioare (fig. 13.2.a și c) fie pe transportoare suspendate (fig. 13.2.b) Depozitarea c ărnii refrigerate se realizeaz ă în camere cu temperatura aerului de 0-1 0C, umiditate de 90 % și sisteme de circulare a aerului. Durata de depozit are depinde de specia de animale, carnea pentru consum imediat necesitând 2- 4 zile pentru maturare. Refrigerarea c ărnii de pas ăre se face în aer (timp de 2 ore cu aer la –3 0C, urmat ă de depozitare timp de 3-6 zile la 0-4 0C) sau prin imersie (se folose ște ap ă cu ghea ță și răcire la 0-4 0 C). Conservarea c ărnii prin congelare este principalul procedeu de conservare aplicat în industria c ărnii. Prin congelare se asigur ă păstrarea calit ății și prospe țimii, distrugerea a peste 90 % din germenii sensibili și oprirea dezvolt ării microorganismelor. Se consider ă congelat ă carnea a cărei temperatur ă în centrul termic este de –15 C. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 279 Se cunosc diverse metode de congelare a c ărnii și care se pot clasifica dup ă mai multe criterii. În raport cu viteza de congelare aceasta poate fi lent ă (0,1-1,0 cm/h), semirapid ă (1,0-5,0 cm/h), rapid ă (5-20 cm/h) și foarte rapid ă (peste 20 cm/h), în practica industrial ă fiind folosit ă frecvent congelarea rapid ă cu aer la –20…..-40 0C și viteza de 2-7 m/s. Ca urmare a acestor condi ții cristalele de ghea ță, a c ăror m ărime, form ă și grad de dispersie depind de viteza de congelare, sunt mici și numeroase, localizate în fibra muscular ă și în contact direct cu coloizii hidrofili. În raport cu mediul de r ăcire și modul cum se face schimbul de c ăldură, congelarea c ărnii se poate face cu aer r ăcit sau prin contact (cu suprafe țe răcite, agen ți intermediari, freoni, agen ți criogenici), cu refrigerarea prealabil ă, cu refrigerare și depozitare prealabil ă sau direct ă. În figura 13.3 este prezentat ă schema de principiu a instala ției de congelare cu azot. În camera de congelare 1, prev ăzută cu capacul rabatabil 2, se introduc produsele 3. A zotul lichid din rezervorul 5 este trimis spre camera de congela re prin conducta 6 prev ăzută cu un electroventil de reglare a debitului, comandat de sistemul de comand ă automatizat 4. Dispersat de capul de pulverizare 7, azotul este dirijat prin camer ă de c ătre ventilatorul 8, spa țiile dintre produse permi țând un contact direct cu agentul criogenic. Carnea poate fi congelat ă sub form ă de carcas ă, semicarcase sferturi, părți anatomice mari sau mici, tran șată și preambalat ă, blocuri dezosate. O situa ție aparte apare la congelarea cărnii de pas ăre care, mai întâi este ambalat ă în pungi de material plastic vacuumate, dup ă care se Fig. 13.3. Instala ție de congelare cu azot congeleaz ă în aer r ăcit, prin imersie sau stropire cu agent criogenic. În cazul tunelului de congelare cu func ționare continu ă (fig. 13.4.) puii sau pas ările 2, ambalate în folie de materiale plastice, se a șează pe banda transportoare 1, unde sunt stropite cu azot lichid prin duzele 3 în camera de congelare 7. Vaporii de azot rezulta ți sunt aspira ți cu ventilatorul 4 și direc ționați către camera de prer ăcire 6, prev ăzută cu perdeaua 5 care reduce pierderile de vapori în afara instala ției. Conservarea c ărnii prin sărare. Cea mai veche metod ă de conservare, s ărarea poate fi folosit ă ca metod ă de sine st ătătoare, dar mai ales ca o faz ă premerg ătoare afum ării sau usc ării. Pe lâng ă carne se mai conserv ă prin s ărare pieile, glandele și unele p ărți anatomice. Clorura de sodiu are efectul de deshidratare prin creșterea presiunii osmotice, iar prin dereglarea metabolismului celular nu mai sunt îndep linite condi țiile de via ță pentru bacterii și microorganisme. În procesul de s ărare se utilizeaz ă azota ți și azoti ți care contribuie la formarea culorii cărnii, iar în concentra ții de 150-200 mg/kg au efect antibacterian. În lips a lor se folose ște acidul ascorbic, izoascorbic și sărurile de sodiu ale acestora, substan țe cu rol antioxidant și care m ăresc stabilitatea c ărnii. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 280 Fig. 13.4. Instala ție de congelare continu ă cu azot lichid S ărarea se poate realiza prin mai multe metode, în fu ncție de modul de utilizare a s ării sau a amestecului de s ărare. Sărarea uscată const ă în pres ărarea s ării sau a amestecului de s ărare, care se dizolv ă în apa din stratul superficial al c ărnii, difuzând apoi spre interior. Se aplic ă de obicei la s ărarea slăninei, bradtului, șrotului și a altor materii prime destinate fabric ării preparatelor de carne, conserve, semiconserve sau specialit ăți. Tabelul 13.2. Compoziția unor amestecuri de s ărare (în kg/100 kg carne) Sortimentul fabricat Ingrediente Chopped pork, roll pork Luncheon meat Mortadela Sare uscat ă 3,100 3,100 3,705 Apă 3,167 2,217 1,208 Polifosfat de sodiu 0,482 – 0,472 Azotit de sodiu 0,017 0,017 0,017 Erisorbat de sodiu 0,054 0,054 0,079 Zahăr 0,105 0,920 0,105 Sărarea umedă se practic ă utilizând saramur ă cu adaosuri de azotat, azotit, zah ăr și alte substan țe, în propor ții ce țin cont de produsele la care se folose ște (tabelul 13.2). Dup ă modul cum se realizeaz ă practic, deosebim: – s ărarea prin imersie, durata de s ărare fiind influen țată de viteza de p ătrundere a s ării în țesuturile musculare; – s ărarea prin injectare, se execut ă în dou ă variante: intramuscular ă, simpl ă sau în combina ție cu alte metode de s ărare și interarterial , în special la fabricarea jambonului cu os; – s ărarea prin malaxare, folosit ă la preg ătirea bradtului, șrotului și la unele specialit ăți; realizeaz ă o hidratare superioar ă a cărnii, în final produsele având o capacitate de feli ere mai bună. Conservarea c ărnii prin afumare . Afumarea este opera ția prin care se imprim ă cărnii și preparatelor de carne culoarea caracteristic ă, gustul, aroma și conservabilitatea specific ă. Fumul este un aerosol format dintr-un amestec de ae r și produ și de ardere incomplet ă a lemnului, compozi ția sa chimic ă fiind dependent ă de natura combustibilului (tabelul 13.3) și condi țiile de ardere. Fumul rezultat prin arderea combustibililor este purificat în vederea elimin ării particulelor solide care-l înso țesc, pentru aceasta fiind utilizate mai multe proce dee (fig. 13.5). În figura 13.6 este prezentat ă o instala ție de ardere a rumegu șului de lemn pentru producerea de fum tehnologic. Rumegu șul este trimis în camera de ardere (focar) dozat d e un dispozitiv de reglaj al debitului, unde are loc ard erea lent ă, condi țiile de ardere fiind f ără flacără Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 281 mare (rumegu șul este umectat iar focarul este prev ăzut cu sistem de r ăcire), fumul rezultat fiind spălat cu ap ă pulverizat ă și trimis c ătre celulele de afumare. Dintre to ți compu șii chimici ai fumului cea mai important ă acțiune asupra c ărnii o au în special fenolii și aldehidele aromatice și ciclice, precum și acidul acetic. Principalele propriet ăți ale fumului sunt: – acțiune antiseptic ă, se manifest ă la suprafa ța cărnii datorit ă acțiunii bactericide a fenolilor, aldehidelor și acizilor; – acțiune antioxidant ă, datorat ă fenolilor cu temperatur ă de fierbere ridicat ă, în care se găsesc grupe ale eterilor metilici ai pirogalolului; – proprietăți aromatice , ca urmare a ac țiunii reciproce dintre compu șii fumului cu aminoacizi și zah ăr; – proprietăți colorante ; culoarea produsului afumat este principalul indic e prin care se apreciaz ă gradul de afumare și depinde de propriet ățile fizico-chimice ale mediului de afumat. Fig. 13.5. Metode de purificare a fumului: a- decan tare uscată; b- decantare umed ă; c- ciclon de separare; d- coloan ă de spălare; e- filtru cu șpan metalic. Tabelul 13.3. Compoziția chimică a fumului în func ție de natura combustibilului (în % față de conținutul total) Natura combustibilului Componentul Fag Stejar Mesteac ăn Brad Acizi (exprima ți în acid acetic) 5,24 5,14 4,57 3,74 Fenoli (exprima ți în acid carbolic) 0,30 0,30 0,19 0,25 Combina ții carbonilice (exprimat în aceton ă) 8,69 8,05 8,71 10,84 Formaldehid ă 1,10 1,04 0,96 1,43 Acetaldehid ă 1,40 1,07 1,16 1,93 Furfurol 0,69 1,57 0,75 1,03 Diacetil 0,61 0,62 0,44 0,83 Aldehid ă+diacetil 3,79 4,30 3,31 5,22 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 282 Metodele de afumare se diferen țiază în func ție de mediul în care se desf ășoară procesul, temperatura și durata afum ării. Afumarea în curent de fum se realizeaz ă în mai multe variante: în camere cu tiraj natural sau artificial (fumul este produs în camera de lucr u), în camere cu fum extern (fumul este produs într-o instala ție în afara camerei, filtrat și apoi trimis în camer ă) și în câmp electrostatic (prin depunerea substan țelor din fum ionizate pe produs). Afumarea cu preparate lichide . Preparatele lichide sunt ob ținute prin “sp ălarea” fumului cu ap ă pulverizat ă, fapt ce permite antrenarea și dizolvarea componentelor utile ale fumului. Lichidul rezultat este filtrat și concentrat prin distilare frac ționar ă, fiind re ținută frac ția cu temperatura de distilare cuprins ă între 90-100 0C, care dizolvat ă în ap ă dă așa-numitul preparat de fum. Fig. 13.6. Schema generatorului de fum ATMOS: 1- gu ră evacuare cenu șă; 2- focar; 3- corp generator; 4- palete amestecare; 5- palete alimentare focar; 6 – duze cu apă de umezire; 7- tub dirijare rumegu ș; 8- buncăr rumeguș; 9- motor antrenare ax agitator; 10- reductor; 11- ax agitare; 12- palet ă afânare rumeguș; 13- sertar dozator; 14- camer ă purificare fum; 15- perete desp ărțitor; 16- conduct ă evacuare fum; 17- șibăr dozare fum; 18- duz ă spălare fum; 19- releu comand ă; 20- evacuare ap ă murdară; 21- colier injectare aer; 22- motor electric; 23- venti lator; 24- robinet dozare aer; 25- conduct ă admisie aer; 26- conductă apă răcire focar. Afumarea cu preparate lichide se face practic prin pulverizarea, stropirea sau imersia produsului, respectiv prin înglobarea preparatu lui lichid în produs, urmat de tratamente termice sau uscare f ără fum. Fumul rezultat din arderea rumegu șului (fig. 13.7) este trimis în camera de sp ălare unde, prin pulverizarea apei, sunt antrenate și dizolvate componentele utile din fum. Fumul sp ălat Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 283 conține înc ă o parte consistent ă de principii utile și de aceea el este trecut într-o a doua camer ă de absorb ție, prev ăzută cu rame metalice și stropit ă cu ap ă recirculat ă din camera de sp ălare. Pentru a re ține toate componentele fumului, acesta este trecut sub presiune și barboteaz ă apa din camera de barbotare, dup ă care este evacuat în atmosfer ă. Pentru a reduce consumul de ap ă și implicit costurile cu concentrarea lichidului de af umare, apa se recircul ă din cele trei camere de lucru, pân ă la atingerea unei anumite concentra ții în compu și ai fumului, moment în care procesul se opre ște iar lichidul rezultat se filtreaz ă și se concentreaz ă în instala ții speciale. În func ție de durata și temperatura la care se desf ășoară afumarea produselor din carne, se deosebesc: afumare cu fum cald sau hi țuirea (timp de 1-3 ore cu fum la 60-100 0C), afumare cu fum moderat (timp de 12-18 ore cu fum la 20-35 0C) și afumare cu fum rece (timp de 5-15 zile cu fum la 10-18 0C). Fig. 13.7. Schema instala ției de obținere a lichidelor de afumare: 1- co ș alimentare cu rumegu ș; 2- focar, 3- conductă fum; 4- camer ă de spălare fum; 5,6 – conduct ă transport fum; 7- co ș evacuare fum sp ălat; 8- eletroventilator; 9- coloan ă absorbție; 10- conduct ă recirculare ap ă; 11- conducte de leg ătură; 12- pompă recirculare; 13- camer ă barbotare. Conservarea c ărnii prin tratamente termice . Prelucrarea termic ă a cărnii este folosit ă atât ca metod ă de conservare, cât și ca faz ă preg ătitoare, fiind realizat ă prin fierberea cu ap ă sau abur, pr ăjire, coacere și frigere. Conservarea prin fierbere . Pentru majoritatea produselor din carne fierberea este una dintre opera țiile obligatorii și ea contribuie la reducerea num ărului de microorganisme, la creșterea digestibilit ății prin înmuierea texturii, fiind puse în valoare a roma și gustul specific. Prin fierbere carnea pierde în greutate între 25-3 5 %, aici fiind incluse ap ă, substan țe proteice, gr ăsimi și săruri minerale, pierderile sc ăzând cu m ărimea buc ăților de carne. Conservarea prin pr ăjire. Prăjirea contribuie, prin îmbibarea cu gr ăsimi la 140-160 0C, la creșterea valorii nutritive a c ărnii. Opera ția se poate face în ulei sau în untur ă, transform ările pe care le sufer ă carnea fiind dependente de temperatura și durata de pr ăjire. Cele mai importante modific ări le cunosc gr ăsimile, fiind datorate oxid ării termice a acizilor gra și, cu formarea de produ și volatili și substan țe polimerizate. Prin pr ăjire, o parte din apă se evapor ă și întrucât absorb ția de gr ăsime este limitat ă, produsul se contract ă modificându- și densitatea. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 284 Conservarea prin coacere și frigere . Diferen ța dintre cele dou ă procedee și prăjire const ă în nivelul pierderilor (gr ăsime, proteine, s ăruri minerale, vitamine). Coacerea și frigerea c ărnii determin ă pierderi medii de cca 12 % în proteine și 24 % în gr ăsime, în func ție de felul c ărnii și regimul termic, fiind mai mici la frigere comparati v cu pr ăjirea sau coacerea. Conservarea c ărnii prin uscare . Eliminarea unei anumite cantit ăți de ap ă din carne afecteaz ă func țiile metabolice, pân ă la întreruperea activit ății vitale a microorganismelor. Totu și deshidratarea c ărnii este limitat ă întrucât sub anumite valori albuminele î și pierd capacitatea de a lega apa, procesul fiind ireversibil. Uscarea este un proces complex, fiind dependent de fenomenul de difuzie sau migrare a apei din produs. Temperatura de uscare trebuie s ă fie mai mare de 45 0C (sub aceasta este un pericol biologic) și mai mic ă de 65 0C (valori mai mari produc denaturarea proteinelor, împiedicând rehidratarea). Carnea se poate usca prin urm ătoarele metode: uscare prin convec ție for țată (se folose ște drept agent termic aer cald, vapori supraînc ălziți sau gaze de ardere), uscare prin conduc ție (cu suprafe țe metalice înc ălzite), uscare cu radia ții (naturale la soare și infraro șii) și uscare cu curen ți de înalt ă frecven ță. Alte metode de conservare a c ărnii. În afar ă de metodele prezentate anterior, cu larg ă utilizare în practic ă, se mai folosesc: – conservarea cu radia ții ionizante ; se bazeaz ă pe ac țiunea bactericid ă a radia țiilor electromagnetice și a radia țiilor de natur ă corpuscular ă, doza de iradiere fiind dependent ă de grupa de microorganisme ce trebuie distrus ă; – conservarea prin liofilizare ; calitatea c ărnii uscate prin liofilizare depinde de calitatea și gradul de maturare al materiei prime, temperatura și durata usc ării, condi țiile de ambalare; nu se recomand ă conservarea prin aceast ă metod ă a cărnii cu un con ținut mare de gr ăsimi; – conservarea cu antibiotice ; se bazeaz ă pe ac țiunea bacteriostatic ă a lor și se aplic ă prin imersia sau stropirea produsului cu o solu ție de sare în care este dizolvat antibioticul; – conservarea cu gaze inerte ; unele gaze precum bioxidul de carbon și azotul, în anumite propor ții nu permit desf ășurarea proceselor vitale, ele fiind utilizate la co nservarea c ărnii în asociere cu frigul. 13.4. Tehnologia produselor de tip catering Sistemul catering const ă în producerea pe cale industrial ă și conservare a unor preparate culinare, comercializate ca atare, în cadrul fiec ărui tip de produs fiind realizate o gam ă largă de sortimente. Produsele din carne ob ținute prin aceast ă tehnologie (fig. 13.8) sunt folosite la ob ținerea unor preparate sub form ă de batoane, stiksuri sau chifle, mânc ăruri g ătite din carne tocat ă, umpluturi cu carne, fripturi prelucrate prin fierbe re, pr ăjire sau frigere, supe de carne, etc. Procesul de fabrica ție a preparatelor culinare cuprinde o etap ă de prelucrare ini țială (tran șarea c ărnii, cur ățirea și spălarea legumelor, m ăcinarea materiilor auxiliare), o etap ă de prelucrare termic ă și una de prelucrare cu ajutorul frigului. În urma a cestora se ob țin semifabricate formate din carne tocat ă, produse din legume cu umplutur ă de carne tocat ă și orez, preparate din carne de oaie și de pas ăre. Pe lâng ă carne, la ob ținerea produselor de tip catering se folosesc o g amă largă de legume, fructe, verde țuri, ou ă, amestecuri de s ărare, f ăină, condimente, orez, etc. În tabelul 9.4. este prezentat ă compozi ția principalelor sortimente de produse din categori a semifabricatelor din carne tocat ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 285 Fig. 138. Schema tehnologic ă de fabricare a produselor de tip catering 13.5. Tehnologia de fabricare a preparatelor din ca rne Preparatele din carne sunt produse cu valoare nutr itivă ridicat ă, ce se pot consuma ca atare, majoritatea lor putând fi p ăstrate un timp în condi ții microclimatice obi șnuite. Tabelul 13.4. Proporția principalelor materii prime la semifabricatele d in carne tocată (în %) Materii prime și auxiliare Mici Stiksuri Chiftele Mu șchi tocat Carne vit ă pentru g ătit 56 57,3 33,3 36,5 Carne de porc 16 – 18,2 – Pulpă, spat ă de porc – – – 29,3 Cimbru praf 0,230 0,200 0,055 0,12 Piper 0,250 0,200 0,055 0,12 Sare 1,00 1,00 1,00 1,00 Ardei iute 0,125 0,5 – – Bicarbonat de sodiu 1,00 0,780 – – Amestec acoperire – 0,078 – 1,00 Apă amestec – 21,0 22,0 24,0 Cartofi – – 4,1 – Morcov – – 6,0 – Ceap ă – 1,94 6,0 9,9 Țelină – – 6,0 – Făină – 4,2 6,0 – Verdea ță – – 3,0 – Usturoi 2,5 – – – Praf de ou ă – 0,97 – – Pesmet – 9,2 – – Num ărul mare de sortimente fabricate poate fi împ ărțit în urm ătoarele categorii de produse: preparate crude (cârna ți proaspe ți), preparate pasteurizate sau coapte (tobe, caltab oși, lebărvurști, sl ănină fiart ă), preparate afumate, preparate afumate la cald și pasteurizate (f ără structur ă- parizer, crenvursti și cu structur ă- salamuri, cârna ți), preparate afumate la cald, pasteurizate și afumate la rece (salam de var ă), preparate de carne specialit ăți (pasteurizate- mușchi, șuncă, afumate- piept, cotlet, pastram ă, afumate la cald și pasteurizate- piept fiert și afumat, rulad ă, pasteurizate și afumate- mu șchi țigănesc, afumate și uscate- pastram ă). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 286 Fig. 13.9. Schema tehnologic ă de fabricare a preparatelor din carne Procesul tehnologic de fabrica ție este bazat pe o prelucrare mecanic ă a materiilor prime, procese complexe de maturare sub efectul microorgan ismelor, enzimelor proprii și/sau a materiilor auxiliare, respectiv procese termice de fierbere, afumare, deshidratare (figurile 13.9. și 13.10) Fig. 13.10. Schema tehnologic ă de fabricare a preparatelor din subproduse Materiile prime folosite la fabricarea preparatelor sunt carnea de bovine, porcine și ovine, sl ănina crud ă de porc, organele și subprodusele comestibile de abator. Ele se supun unei recep ții cantitative și calitative corespunz ătoare normelor sanitar-veterinare, acela și lucru fiind valabil și pentru materialele auxiliare și materialele ce intr ă în procesul de fabrica ție. Tranșarea, dezosarea și sortarea cărnii. Carnea cald ă, refrigerat ă sau decongelat ă, sub form ă de carcas ă sau semicarcas ă, este tran șată în por țiuni anatomice mari în func ție de rasa de animale și produsele ce urmeaz ă a fi fabricate, este dezosat ă și sortat ă pe calit ăți prin îndep ărtarea cartilagiilor, gr ăsimii și flaxurilor. Pregătirea bradtului . Bradtul este o past ă utilizat ă la fabricarea mezelurilor cu structur ă omogen ă sau neomogen ă, cu rol de aditiv pentru diversele componente ale umpluturii. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 287 Bradtul se ob ține prin tocarea mecanic ă fină a cărnii, în special cea de bovin ă, mărunțită în prealabil la wolf, pentru asigurarea consisten ței pastei, la prelucrarea la cuter se adaug ă apă răcită și clorur ă de sodiu, iar când se prelucreaz ă carne refrigerat ă se adaug ă polifosfa ți (fig.13.11) Ca urmare a prelucr ării mecanice pasta ob ținută are în structura sa particule mici de carne, fragmente de țesut gras și conjunctiv, vase sanguine și limfatice, țesuturi nervoase, ce constituie faza dispersat ă a bradtului. Faza continu ă este o solu ție electrolitic ă în care sunt dizolvate substan țe organice și anorganice cu mas ă molecular ă mică, substan țe proteice și altele. Între componentele celor dou ă faze se formeaz ă o re țea de leg ături (prin anumite for țe de legătură), produsul final prezentând caracterul de alunecar e. Calitatea bradtului, exprimat ă prin adezivitate și vâscozitate, depinde de calitatea c ărnii (compozi ție, structur ă, pH), temperatura și modul de prelucrare, natura, concentra ția și gradul de solubilizare a substan țelor de adaos, capacitatea c ărnii de a lega apa, etc. Fig. 13.11. Schema tehnologic ă de pregătire a bradtului din carne cald ă și refrigerată În procesul tehnologic bradtul este maturat și omogenizat cu o cantitate oarecare de slănină și cu ap ă răcită sau fulgi de ghea ță, în vederea ob ținerii unei emulsii de carne a c ărei calitate este definit ă de: capacitatea de emulsionare, stabilitatea la ag regare și stabilitatea la tratament termic. Prin faptul c ă sunt polielectroli ți amfoteri și compatibili cu ambele faze ale emulsiei, proteinele c ărnii sunt principalii emulgatori și stabilizatori ai emulsiilor de carne. Tot în bradt se adaug ă și derivatele proteice de soia, utilizate la fabrica rea unor preparate din carne. Pentru aceasta se folose ște carne s ărată și maturat ă, ce se prelucreaz ă în dou ă moduri: la bradtul din carne de vit ă carnea se toac ă, dup ă care se adaug ă izolatul sau concentratul de soia și apoi apa de hidratare, iar la bradtul din carne d e porc se hidrateaz ă în prealabil izolatul proteic sau concentratul de soia cu ap ă, pân ă la formarea unui gel omogen, dup ă care se adaug ă carnea și se prelucreaz ă în modul obi șnuit. Bradtul se poate ob ține și din carne congelat ă, dar pentru a evita opera ția de decongelare care solicit ă îndelungat un timp, sunt necesare ma șini pentru m ărunțit speciale de tip hidroflake. Pregătirea șrotului const ă în tăierea c ărnii dezosate și alese pe calit ăți, în buc ăți mai mari sau mai mici, în func ție de modul de s ărare: – la s ărarea uscat ă bucățile de carne se amestec ă cu amestecul de s ărare timp de 10-15 minute, dup ă care se las ă 2-3 zile la 4 0C pentru maturare; – la s ărarea cu saramur ă ce con țin azoti ți și polifosfa ți, carnea se m ărunțește la volf, se amestec ă timp de 15-30 minute cu saramur ă la 10 0C, dup ă care se las ă 2 zile la maturat. Prepararea compozi ției. Pentru prosp ături și salamuri compozi ția se prepar ă din bradt, șrot, sl ănină și condimente, a c ăror propor ție difer ă în raport cu sortimentul fabricat. Pentru obținerea unor produse cu anumite dimensiuni ale toc ăturii, amestecarea componentelor se face Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 288 într-un malaxor, iar la produsele cu past ă fină amestecarea se face direct în cuter. În tabelul 13 .5. se prezint ă compozi ția unor produse semiafumate din categoria salamuril or. Umplerea și legarea preparatelor . Compozi ția format ă conform re țetei de fabrica ție se trece la ma șinile de umplut, manual sau mecanic cu pompe de car ne și transportoare elicoidale. Umplerea se face în membrane naturale sau artificia le (care în prealabil au fost des ărate, sp ălate, dezinfectate și înmuiate), folosind șprițuri pneumatice sau hidraulice, de regul ă cu vid. Batoanele umplute se clipseaz ă și se leag ă cu sfoar ă pentru a putea fi ag ățate. Tabelul 13.5. Compoziția unor salamuri semiafumate Componentul Salam Italian Salam Bucure ști Salam Poiana Salam de vară Salam vânătoresc Materii prime, în kg/100 kg produs: – bradt calitatea I 25 30 20 – – – bradt calitatea a II-a 15 – – – 30 – carne vit ă calitatea I – 20 – 50 – – carne vit ă calitatea a II-a – – – – 20 – carne vit ă calitatea a III-a – – – – – – carne porc – – – 30 – slănină tare 35 30 65 17 15 – slănină moale 25 20 15 33 5 Condimente, în g/100 kg produs – piper/enibahar 200/30 100/50 200/50 140/- 150/30 – usturoi/boia ardei 50/- 100/- 100/- 200/- 100/- – coriandru/chimion – – – – 20/- – nuc șoară/zahăr – – – -/240 – Apă, max, % 51 55 60 35 52 NaCl, max, % 3 3 3 4 3 Azota ți, în mg/100 g produs 12 12 12 12 12 Membrane, diametrul în mm 50-55 70-80 70-100 55-60 40-60 La afum ături și specialit ăți din carne se execut ă o fasonare prin care se ob ține forma specific ă produsului, urmat ă de legarea cu sfoar ă, opera ție care în unele cazuri ajut ă și la menținerea formei. Prelucrarea termic ă a preparatelor din carne const ă, dup ă caz, în afumare cald ă, fierbere sau afumare rece, având drept scop solubil izarea unor substan țe proteice și îmbibarea lor cu compu și aroma ți din fum, pasteurizarea produsului, precum și o deshidratare par țială a sa. Afumarea cald ă se face în celule prin care circul ă fum cald la 75-90 0C, timp de 20-60 minute, diferen țiat în func ție de sortimentul fabricat. Fierberea este realizat ă cu abur sta ționar în celul ă sau cu aer umed recirculat. Temperatura de fierbere în celul ă este de 75 0C, maxim 80 0C, fierberea fiind considerat ă terminat ă atunci când temperatura din mijlocul produsului es te men ținută timp de 10 minute la 68-72 0C. Răcirea produselor la temperaturi mai mici de 35-37 0C se face sub du șuri cu ap ă rece timp de 15-30 minute, opera ția fiind necesar ă pentru a împiedica dezvoltarea unor germeni, zbârcirea sau încre țirea membranelor. Afumarea rece se realizeaz ă la temperatura de 45-48 0C, produsele fiind supuse unei zvânt ări timp de cca 10 minute, urmat ă de afumarea propriu-zis ă cu fum rece timp de 20-120 minute, în func ție de sortiment. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 289 Fig. 13.12. Schema tunelului de afumare tip Petruos ek: 1- carcasa metalic ă cu pereți dubli: 2- transportor inferior; 3- motor ac ționare cu variator de tura ție; 4- generator de fum independent; 5- ventilator refulare fum; 6- ventilator admisie agen t de afumare; 7- t ăblii ghidare cărucioare cu produse; 8- schimbătoare de căldură cu abur; 9- cărucioare cu rastel pentru produse. Fig. 13.13. Schema tehnologic ă a instalației de afumare și fierbere tip Elenici: 1- generator de fum independent; 2- radiatoare electrice; 3- pere ți metalici dubli cu izola ție termică; 4- ventilatoare reciclare agent termic uzat; 5- perete separare camer ă fierbere; 6- transportor cu lan ț; 7- duze admisie abur; 8- dușuri răcire cu apă pulverizată. Preparatele de tip caltabo ș, leb ărvurst și tob ă sunt supuse opera ției de fierbere la temperaturi de 75-95 0C timp de 40-60 minute, în cazul primelor dou ă și între 120-180 minute în cazul tobei, urmate de r ăcire la 6-8 0C pentru gelatinizare. Instala ția de afumare tip Petruosek (fig. 13.12) este alc ătuită din trei compartimente în care se realizeaz ă coacerea, afumarea și zvântarea produselor, fumul necesar fiind produs într-un generator de fum separat. Capacitatea de lucru este de 550-600 kg/h, durata unui ciclu de lucru fiind de 30-40 minute. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 290 Fig. 13.14. Schema instala ției de afumare electrostatic ă: 1- transformator; 2- celul ă afumare; 3- pl ăci radiații infraroșii; 4- regulator electric; 5- conductă evacuare fum; 6- transportor suspendat; 7- ram ă suport produse; 9- produse supuse afum ării; 10- rețea distribuție fum; 11- conduct ă admisie fum; 12- filtru de fum; 13- generator de fum. Instala ția de afumare și fierbere tip Elenici (fig. 13.13) realizeaz ă o productivitate de 800 kg/h, cu afumare de pân ă la 100-120 0C și fierbere la 85-90 0C, presiunea aburului fiind de 0,2 at. Produsele su nt trecute succesiv prin cele patru compartimente unde are loc: preînc ălzirea cu aer în compartimentul I, afumarea cu fum în compartimentul II, fierberea cu abur în comp artimentul III și răcirea cu ap ă pulverizat ă în compartimentul IV. Pentru reducerea consumului de fum se poate folosi o instala ție de afumare electrostatic ă (fig. 13.14) în care produsele sunt înc ărcate electrostatic, iar particulele de fum se depu n pe acestea într-un mod uniform, pentru fierberea produ selor fiind utilizate pl ăci care emit radia ții infraro șii. Tehnologia de fabricare a salamurilor crude, de du rată. Salamurile crude, de durat ă sunt preparate din carne la care materia prim ă este supus ă unor procese fermentative, catalizate de enzimele proprii fibrelor musculare, enzime prod use de bacterii, mucegaiuri și drojdii utile. Desf ășurate pe întreaga durat ă de fabrica ție, aceste procese se produc la temperaturi sc ăzute. În raport cu procesul tehnologic aplicat se deoseb esc urm ătoarele tipuri de salamuri: salamuri crude afumate (caracteristic este salamul de Sibiu), salamuri și cârna ți cruzi etuva ți și afuma ți (salam Danez, cârna ți de Parma), salamuri crude etuvate și presate (babic, ghiuden). Procesul tehnologic de fabricare a salamurilor cru de, de durat ă are în principiu următoarele faze: preg ătirea materiei prime (tran șare, dezosare, alegere), scurgere și zvântare, pregătirea compozi ției, umplerea membranelor, afumare, maturare și uscare. Materiile prime folosite la fabricarea salamurilor crude sunt carnea de bovine, de porc, de oaie și slănina de porc. Ele trebuie s ă corespund ă din punct de vedere calitativ unor cerin țe specifice privind compozi ția și structura, capacitatea de tamponare și reținere a apei, raportul apă/proteine și grăsime/proteine, etc. Atât carnea cât și slănina se refrigereaz ă la 2-4 0C și se păstreaz ă timp de 72 ore pentru a favoriza pierderile în ap ă. Ca materiale auxiliare la fabricarea salamurilor c rude se folosesc zaharuri (zaharoz ă, maltoz ă, glucoz ă, în procent de 0,2-1 %) ca surs ă de energie pentru microflor ă, azota ți și azoti ți, acid ascorbic, izoascorbic, glucano- δ-lacton ă, sare și condimente. Carnea și slănina se supun matur ării, pentru a putea lega între ele, dup ă care se toac ă mărunt pân ă la fine țea dorit ă, spre final fiind ad ăugate ingredientele. Pasta ob ținută este contaminat ă cu o microflor ă format ă din mucegaiuri, drojdii și bacterii, cu rol hot ărâtor în procesul de înro șire, în formarea acidit ății și aromei salamurilor. Un rol foarte important îl au mucegaiurile care co ntribuie la reglarea schimbului de umiditate și gaze, inhibarea fenomenului de râncezire și formarea aromei. Umplerea membranelor se execut ă pe ma șini de umplut care realizeaz ă comprimarea și dezaerarea pastei, respectiv cu un șpriț prev ăzut cu dozator. Membranele naturale sau artificiale Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 291 se taie la lungimea necesar ă și se preg ătesc dup ă caz: des ărare, sp ălare, sortare pe calibre, legare la un cap ăt, scurgere și zvântare, la ma țele naturale, respectiv înmuiere, scurgere, zvântar e și legare la un cap ăt, la membranele artificiale. Maturarea este un proces ce cuprinde fenomenele de înro șire sau fixare a culorii (fixarea oxidului de azot la mioglobin ă dă naștere la azoximioglobin ă, substan ță care imprim ă salamului culoarea ro șie), legare a pastei (proces fizico-chimic în care albumina din carne are un rol important) și aromatizare. Salamurile crude se afum ă la rece pe durata a câtorva zile, temperatura fumu lui nedep ășind 12 0C. Calitatea fumului depinde de temperatura de arde re, cele mai favorabile valori fiind cuprinse între 300-500 0C, când sunt puse în libertate suficiente substan țe aromatizante și conservante. Maturarea și uscarea salamurilor crude se face de obicei la te mperatura de 12-14 0C, umiditatea relativ ă a aerului de 80-83 % și curent slab de aer. Pe toat ă durata de fabrica ție pasta de carne sufer ă importante modific ări de natur ă fizico- chimic ă, biochimic ă și microbiologic ă. În fazele de refrigerare, p ăstrare, scurgere și zvântare în carne are loc scindarea glicogenului, sc ăderea con ținutului în fosfocreatin ă, eliberarea de amoniac, migrarea ionilor de Ca2+, modificarea elasticit ății și pH-ului, a capacit ății de re ținere a apei și poten țialul oxidoreduc ător. Procesul de maturare a c ărnii se caracterizeaz ă prin modific ări profunde ale sistemului proteic, al nucleotidelor și acizilor nucleici, fiind eviden țiată o strâns ă legătură între unele modific ări fizico-chimice și biochimice pe de o parte și frăgezimea c ărnii pe de alt ă parte. Fazele de afumare, maturare și uscare a salamurilor se caracterizeaz ă prin transform ări importante la nivelul tuturor compu șilor. În perioada de afumare zaharurile sunt transformat e preponderent în acid lactic, iar prin heterofermenta ție și în produse secundare (CO 2, acid acetic, alcool etilic), prezen ța pseudobacteriilor lactice din past ă determinând formarea unei cantit ăți suplimentare de CO 2. După o perioad ă de timp devin predominante procesele oxidative, câ nd se consum ă zaharurile reziduale și acizii organici forma ți. Cre ște cantitatea de CO 2 format și din cauza apari ției alcoolului etilic și aldehidei acetice, produse rezultate prin decarbo xilarea acidului lactic și piruvic. Proteinele sufer ă o sc ădere a solubilit ății pe toat ă durata afum ării și matur ării. Are loc o acumulare de aminoacizi datorat ă enzimelor proprii țesutului muscular, dar și activit ății proteolitice a microflorei ce contamineaz ă compozi ția pastei. O parte dintre aminoacizii liberi sunt folosi ți la dezvoltarea unor microorganisme, intrând în ci rcuitul lor metabolic și care reprezint ă un ansamblu de procese de sintez ă și degradare. Aminoacizii liberi sunt asimila ți atât pentru producerea de noi proteine, cât și pentru transformarea în al ți compu și prin reac ții de oxidoreducere, decarboxilare și dezaminare. Enzimele acumulate în aceast ă perioad ă dau fenomene secundare ce constau în reac ții de degradare a aminoaciziloz, cu formare de amoniac, a mine, acizi, aldehide, cetone, etc. Lipidele din pasta salamului sufer ă transform ări hidrolitice și oxidative. Lipoliza const ă în sc ăderea gliceridelor prin trecerea lor în acizi gra și liberi superiori și glicerin ă, reac ție înso țită de hidroliza fosfolipidelor și esterificarea colesterolului, procesul continuând și în perioada de păstrare a produsului finit. Prin oxidarea gr ăsimii sub ac țiunea oxigenului și lipoxidazelor se formeaz ă hidroxiperoxizi, compu și carbonilici și acizi gra și liberi inferiori. Toate aceste transform ări au efecte asupra caracteristicilor organoleptice ale salamului. Astfel acizii gra și superiori contribuie, prin produ șii lor de oxidare (cetone, aldehide, acizi gra și inferiori), la formarea gustului și aromei specifice, al ături de alte substan țe existente în past ă. În procesul de maturare-uscare se produce o sc ădere continu ă a umidit ății produsului, o creștere a con ținutului de clorur ă de sodiu, precum și o cre ștere neuniform ă a pH-ului. Umiditatea scade de la 55 % în faza ini țială la 25 % în zona exterioar ă a batonului și 39 % în interiorul acestuia. Pasta are un pH ini țial de 6,15, în timp ce salamul maturat are un pH d e 6,35 Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 292 în interior și 6,8 la exterior. Con ținutul în sare cre ște dup ă maturare de la un procent ini țial de 2,9 %, la 3,8 % în zona exterioar ă și 5,6 % în zona interioar ă. Salamuri crude afumate . În țara noastr ă se fabric ă din aceast ă categorie salamul de tip “Sibiu”, dup ă schema tehnologic ă din figura 13.15. Fig. 13.15. Schema tehnologic ă de fabricare a salamului crud afumat tip “Sibiu” Materia prim ă pentru fabricarea salamului o constituie carnea de porc și slănina tare, refrigerate timp de 12 ore la 2-4 0C. Tran șarea, dezosarea și alegerea c ărnii se execut ă în spa ții igienice și climatizate la 8-10 0C. Dup ă tăierea în buc ăți, carnea este amestecat ă pentru omogenizare și pus ă în tăvi perforate. Acoperite cu pânz ă albă de sedil ă, tăvile se introduc în camere climatizate pentru scurgere, zvântare și întărire, respectându-se parametrii din tabelul 13.6. Sl ănina se alege, se taie în cuburi și se congeleaz ă la -7…..-10 0C. După stabilirea raportului în care se afl ă componentele pastei, acestea se amestec ă și se mărunțesc prin cuterizare pân ă la un diametru de cca 2 mm, spre sfâr șitul toc ării fiind ad ăugate condimentele și alte substan țe, conform re țetei de fabrica ție. Tabelul 13.6. Parametrii etapelor de scurgere, zvântare și întărire Parametrul Scurgere Zvântare Înt ărire Temperatura aerului, în 0C 2-4 -1……+1 -5…….-7 Umiditatea relativ ă a aerului, în % 85-90 85 80-95 Viteza aerului, în m/s 0,5 0,8 1.0 Durata etapei, în h 48 12 12 Dup ă umplere batoanele se zvânt ă timp de 48 ore în tunele de afumare la 4-6 0C, umiditate relativ ă a aerului de 80-85 % și circula ție moderat ă, urmat ă de afumare care se desfășoară timp de 5-10 zile la 9-12 0C, umiditate relativ ă de 85-90 % și cu circulare a amestecului aer-fum. Maturarea și uscarea salamului se realizeaz ă în depozite speciale cu aer condi ționat, în trei faze ce însumeaz ă 90 zile, cu temperatura aerului de 12-14 0C și umiditate relativ ă ce scade de la 85-92 % în prima faz ă, pân ă la 70-80 % în faza ultim ă. La finele acestei opera ții pierderile în greutate ale salamului ajung la 42 %, iar umidit atea produsului la 35 %. Salamuri crude etuvate și afumate . Sunt preparate ob ținute din carne de porc sau bovin ă, slănină de porc, sare și condimente, umplute în membrane naturale sau sint etice. Aceste produse se supun opera ției de etuvare urmat ă de uscare sau de afumare și uscare. Din cea de a doua grupă, la noi în țară se fabric ă salamuri tip Dun ărea, Danez, Bucegi, și cârna ți Slănic, Parma sau Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 293 Media ș, caracterizate prin 25-35 % umiditate, 40-45 % con ținut în gr ăsime, 15-25 % con ținut în proteine, 4-5 % con ținut în s ăruri minerale. Fig. 13.16. Schema tehnologic ă de fabricare a salamurilor crude etuvate Procesul tehnologic de fabrica ție (fig. 13.16) cuprinde urm ătoarele opera ții principale: pregătirea compozi ției, umplere și legare în membrane, etuvare, zvântare, afumare, m aturare și uscare. Opera ția specific ă acestor produse este etuvarea, care const ă în asigurarea unei atmosfere capabil ă să absoarb ă din salamuri o cantitate determinat ă de vapori de ap ă. Etuvarea urm ărește, pe lâng ă reducerea umidit ății produsului și activarea proceselor microbiologice (mai ales a bacteriilor lactice), contribuind la acidificarea r apidă a compozi ției. Procesul de etuvare se desf ășoară în tunele de afumare f ără fum și circula ție a aerului, timp de 12-72 ore la temperatura de 22-24 0C și umiditatea aerului de 80-85 %. Salamuri crude uscate și presate . Procesul tehnologic de fabrica ție este asem ănător cu cel al salamurilor crude afumate (fig. 9.17), cu de osebirea c ă după umplere produsele se supun unei usc ări în curent puternic de aer. Din aceast ă categorie de produse la noi se fabric ă ghiudenul și babicul, materia prim ă constituind-o carnea de oaie și de bovin ă. Ghiudenul se fabric ă din 80 % carne de oaie și 20 % carne de bovin ă. Bine aleas ă, carnea se taie în buc ăți mici, se a șează în tăvi sau recipiente din inox perforate și se las ă la scurs timp de 48 ore la 4-5 0C, urmat de zvântare la –1…+10C, umiditatea aerului de 90 % și viteza curentului de aer de 0,2-0,4 m/s, astfel c ă în final pierderea în greutate este de cca 15 %. Carnea zvântat ă se amestec ă cu materialele auxiliare (sare, azotat de sodiu, b oia de ardei, usturoi, piper, enibahar, cui șoare, etc.) pân ă la omogenizare, dup ă care se toac ă la volf. Pasta obținută se preseaz ă în tăvi pentru eliminarea aerului și se depoziteaz ă în spa ții răcite. Umplerea se face în ma țe sub țiri de bovin ă care se leag ă sub form ă de potcoav ă, fiind urmat ă de uscare și maturare timp de 10 zile, interval în care produs ele sunt supuse la dou ă presări. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 294 Fig. 13.17. Schema tehnologic ă de fabricare a salamurilor crude uscate și presate Babicul se fabric ă din 50 % carne de oaie și 50 % carne de bovin ă. Preg ătirea pastei este similar ă ca la ghiuden, umplerea fiind f ăcută în rotocoale de vit ă rezultând batoane lungi de 45 cm. Faza de maturare începe cu presarea batoanelor tim p de 24 ore, dup ă care acestea se pun la uscat timp de 10 zile, perioad ă în care se execut ă o masare și dou ă pres ări ale batoanelor. 13.6.Tehnologia de fabricare a conservelor din carn e Conservele din carne sunt produse alimentare cu o d urată de p ăstrare mare, ca efect al tratamentului termic de sterilizare la temperaturi ce dep ășesc 100 0C. Sub form ă de mânc ăruri sau preparate, produsele sunt distribuite în ambala je metalice sau din sticl ă etan șe, fapt ce permite men ținerea în timp a principiilor nutritive ale acesto ra. În consum acestea se reg ăsesc într-o gam ă diversificat ă și care se pot clasifica astfel: – conserve de carne obi șnuite: aici se reg ăsesc carnea în suc propriu, respectiv carne, costi ță, cârn ăciori cu orez sau fasole boabe, gula șuri și paprica șuri de vit ă sau porc, ardei umplu ți cu carne tocat ă de vit ă sau porc, conserve din carne tocat ă de tip luncheon meat și corned beef, respectiv sub form ă de paste precum pateuri, ha șeuri; – conserve dietetice: au în compozi ție carne de mânzat dietetic ă asociat ă cu legume în suc propriu sau în sos tomat, ardei umplu ți cu carne dietetic ă și chiar rasol de mânzat; – conserve pentru alimenta ția copiilor: au o compozi ție divers ă în func ție de vârsta copiilor ( baby food, junior food sau senior food), conținutul fiind supus m ărunțirii sub form ă de paste pentru o mai u șoară digestie, în care se adaug ă principii nutritive și energetice necesare dezvolt ării organismului. Tehnologia de fabricare a conservelor din carne cu prinde opera ții specifice conform schemei prezentate în figura 13.18. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 295 Fig. 13.18. Schema tehnologic ă de fabricare a conservelor din carne Materiile prime și auxiliare . Ca materii prime la fabricarea conservelor se fol osesc carnea diferitelor specii de animale, organele, pro dusele secundare rezultate la t ăiere și diverse vegetale. Din categoria materialelor auxiliare pot fi men ționate: untura de porc, uleiuri vegetale comestibile, pasta de tomate, orezul, ceapa, usturo iul, fasole boabe și păstăi, maz ăre boabe, o țet, sare, zah ăr, azoti ți, condimente, etc. Prelucrarea ini țială a materiei prime . Carnea destinat ă fabric ării conservelor se tranșează, se dezoseaz ă și se alege pe sorturi. În func ție de tipul conservei, carnea se taie în bucăți sau se m ărunțește la volf, prelucrarea ini țială putând include și malaxarea acesteia cu amestecul de s ărare și condimente. O prelucrare ini țială specific ă necesit ă organele și părțile anatomice folosite ca materii prime. Legumele s ănătoase și întregi se sorteaz ă, se spal ă cu ap ă rece, se cur ăță prin îndep ărtarea unui strat cât mai sub țire (pentru reducerea pierderilor de vitamine), se lasă întregi sau se taie în diverse forme geometrice. În acela și timp se preg ătesc și materiile auxiliare prin formarea amestecului de sărare, curățirea, m ăcinarea și amestecarea condimentelor, îndep ărtarea corpurilor str ăine din restul materialelor. Pregătirea culinară. Pentru a îmbun ătăți aspectul și gustul produsului finit, materiile prime sunt supuse unor tratamente culinare precum a mestecarea cu condimente, saramurare, blanșare, fierbere, pr ăjire, frigere, coacere, în func ție de sortimentul fabricat. Ob ținerea unor rezultate corespunz ătoare necesit ă respectarea strict ă a instruc țiunilor tehnologice de fabrica ție, care con țin elementele de baz ă privind modul de realizare a preg ătirii culinare. Umplerea recipien ților. Umplerea se poate realiza manual sau cu ma șini dozatoare, în funcție de produsul fabricat, folosind pentru aceasta cu tii metalice sau borcane de diverse capacit ăți. Calitatea unui produs este influen țată de modul de umplere sub aspectul con ținutului și prin asigurarea condi țiilor optime pentru o sterilizare eficient ă. În acest caz re țetele de fabrica ție oferă indica ții asupra raportului ce trebuie s ă existe între partea lichid ă și cea solid ă, precum și a felului cum trebuie a șezate buc ățile de carne în recipient. Exhaustarea și închiderea . Exhaustarea are rolul de a elimina aerul din reci pient, întrucât prezen ța sa m ărește viteza de coroziune la cutiile din tabl ă, produce sc ăderea valorii nutritive a produsului prin oxidarea lipidelor și vitaminelor, contribuie la dezvoltarea unor microorganisme aerobe, îngreuneaz ă sterilizarea. Închiderea recipien ților se face în func ție de natura acestora în dou ă moduri: prin f ălțuire la cutii metalice și prin presarea capacului la borcane. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 296 Sterilizarea se execut ă în autoclave, opera ția cuprinzând faza de înc ălzire la temperatura de 110-125 0C, faza de men ținere sau sterilizare propriu-zis ă și faza de r ăcire la cca 20 0C. Pentru a putea controla efectul steriliz ării, recipientele se termostateaz ă timp de 7-10 zile la 37 0C, perioad ă de timp în care microorganismele pot realiza o dez voltare intens ă, iar prin gazele degajate în interior produc bombarea cutiilor sau c apacelor. Depozitarea. Conservele sterilizate se p ăstreaz ă în înc ăperi curate, lipsite de mirosuri, cu umiditate relativ ă a aerului de 75 % și temperaturi sc ăzute, sub 20 0C dar mai mari de 00C. 13.7. Tehnologia de fabricare a semiconservelor din carne Semiconservele sunt produse din carne supuse în pr ealabil unei conserv ări prin s ărare, fierbere sau afumare, ambalate în cutii etan șe și tratate termic la temperaturi sub 100 0C (pasteurizare), motiv pentru care au un grad de con servare limitat (6-10 luni la temperatura de 2- 4 0C). În aceast ă categorie intr ă un sortiment variat de produse, care poate fi grup at astfel: semiconserve de șuncă (pulp ă, spat ă, cotlet), semiconserve din piept de porc (bacon), semiconserve din carne tocat ă (chopped pork, roll pork, chopped ham, roll ham, l uncheon meat), semiconserve de crenvur ști. Fabricarea semiconservelor de șuncă. Din aceast ă categorie fac parte semiconservele preparate din pulp ă, spat ă și cotlet, dup ă schema tehnologic ă din figura 13.19. Materia primă provine de la porci din rasele de carne și meti șii lor, cu greutatea de 100- 110 kg, f ără boli infecto-contagioase și de mânzat. Tranșarea cărnii se face în înc ăperi termostatate la 10 0C, cu unelte și utilaje dezinfectate. Carnea se taie pe p ărți anatomice începând cu pieptul, continuând cu spat a, cotletul și terminând cu pulpa cu os, pentru fiecare din aces tea urmând a se executa dezosarea și alesul după culoare (nuan ță). Pe m ăsura alegerii și sort ării, carnea este introdus ă în camere frigorifice la 2-4 0C, pân ă la utilizarea ei în procesul de fabrica ție. Sărarea. Constituie una din cele mai importante opera ții și se realizeaz ă prin metoda uscat ă, umed ă, mixt ă sau prin injectare. Pentru aceasta se prepar ă un amestec de s ărare sau saramur ă în care se adaug ă polifosfa ți, erisorbat de sodiu, ascorbat de sodiu, nitrit de sodiu, în propor ții specifice fiec ărui tip de produs. Fig. 13.19. Schema tehnologic ă de fabricare a semiconservelor de șuncă S ărarea prin injectare în masa mu șchiului se realizeaz ă pe ma șini de injectat cu ace, aceast ă metod ă permi țând o reducere de cca 3 ori a duratei de s ărare, comparativ cu celelalte metode. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 297 Malaxarea și maturarea . Cunoscut ă și sub denumirea de masare, malaxarea sub vid a cărnii injectate are ca efect migrarea s ării în masa de carne și formarea exudatului proteic la suprafa ța cărnii, prin care se ob ține legarea buc ăților de carne în timpul tratamentului termic. Malaxarea este urmat ă de o maturare în camere la temperatura de 4-6 0C, timp în care se realizeaz ă înro șirea c ărnii și îmbun ătățirea caracteristicilor organoleptice. Sucul elibera t de carne va fi resorbit printr-o nou ă malaxare, perioad ă în care prin osmoz ă se realizeaz ă și o egalizare a sării în masa muscular ă. În practic ă se folosesc dou ă variante de malaxare și maturare ce difer ă între ele prin tipul malaxorului utilizat (tip KS sau betonier ă, respectiv cu program). Umplerea și închiderea cutiilor . Umplerea cutiilor se desf ășoară în înc ăperi cu temperatura de 10 0C și utilaje dezinfectate. Buc ățile de carne se a șează în forme de o țel inoxidabil, cu fibrele dispuse dup ă axul longitudinal al formei, fiind în a șa fel suprapuse încât s ă nu existe goluri între ele. Forma cu carne astfel ob ținută se răstoarn ă într-o pres ă cu vid, f ără a se afecta aranjarea inițială a buc ăților de carne. Presa execut ă comprimarea și modelarea buc ăților de carne, eliminarea gazelor și transferul c ărnii presate, sub presiune, în cutia metalic ă peste care s-a tras o pung ă din material plastic cu acela și format. Înainte de umplere, cutiile metalice se spal ă la interior cu ap ă rece, apoi cu ap ă cald ă la 83 0C și se scurg, transportul lor fiind executat cu gura în jos. Cutiile se închid pe ma șini speciale la un vid cuprins între 680-700 mm col . Hg, în funcție de capacitatea lor, dup ă care se a șează cu capacul în jos spre a se putea verifica etanșeitatea acestora. Pentru a evita p ătarea tablei, cutiile etan șe se ung la suprafa ță cu un ulei special, dup ă care sunt trimise la pasteurizare. Pasteurizarea asigur ă semiconservelor distrugerea formelor vegetative al e microflorei, stabilitatea culorii, fr ăgezimea necesar ă cărnii și păstrarea valorii nutritive. Regimul termic trebuie astfel ales încât în centrul cutiei s ă fie men ținută timp de 10 minute temperatura de 70 0C. R ăcirea conservelor dup ă pasteurizare urm ărește sc ăderea temperaturii în centrul termic al produsului sub 30 0C, opera ția realizându-se fie direct în autoclave, fie în ce lule folosind dușuri cu ap ă. Fabricarea semiconservelor din carne tocat ă. Din aceast ă categorie se fabric ă sortimentele de tipul chopped pork și roll pork , dup ă schema tehnologic ă din figura 13.20. Fig. 13.20. Schema tehnologic ă de fabricare a semiconservelor tip chopped pork și roll pork Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 298 La fabricarea acestor produse se folose ște carnea de porc rezultat ă din alesul și fasonarea tuturor p ărților anatomice, din care se îndep ărteaz ă excesul de gr ăsime și flaxurile. Pentru obținerea bradtului se folose ște carne s ărată și maturat ă, tocat ă la volf și mărunțită la cuter, faz ă în care se adaug ă condimente și apă răcită sau fulgi de ghea ță. Buc ățile de carne maturare și bradtul se amestec ă într-un malaxor cu vid timp de 10 minute, compozi ția omogen ă astfel ob ținută fiind trecut ă apoi la șprițurile de umplere sub vid. Închiderea cutiilor se execut ă sub vacuum pentru a evita golurile de aer din comp oziție și este urmat ă de un control al etan șeității lor. Pasteurizarea semiconservelor se face dup ă un regim termic specific fiec ărui sortiment fabricat, cu asigurarea unei temperaturi în centrul termic de 70 0C. Cutiile pasteurizate sunt răcite, unse cu ulei special și depozitate în înc ăperi cu temperatura de 0-4 0C. Fabricarea semiconservelor din crenvur ști. Crenvur știi se pot conserva mai bine în cutii închise ermetic supuse pasteuriz ării, sub form ă de crenvur ști în saramur ă, crenvur ști vienezi, frankfurteri la cutie, etc. Crenvur știi se prepar ă din 40-70 % bradt tare de vit ă maturat, 20-30 % sl ănină tare conservat ă și tocat ă, 10-30 % carne de porc tocat ă. În faza de cuterizare se adaug ă apă și condimente pân ă se ob ține o past ă consistent ă. Umplerea se face în ma țe sub țiri de oaie, dup ă care crenvur știi sunt supu și unei afum ări la cald (cu fum la 40-70 0C). Dup ă afumare crenvur știi se șterg și se introduc în cutii, peste ei fiind turnat ă saramur ă. Cutiile închise se pasteurizeaz ă la 75-95 0C, în func ție de sortimentul fabricat. 13.8. Tehnologia de ob ținere a concentratelor din carne Concentratele din carne sunt produse alimentare cu o componen ță ce include gr ăsimi, săruri minerale, adaosuri de diverse legume, deshidra tate pân ă la o umiditate care nu permite dezvoltarea microorganismelor. În practic ă se produc trei categorii de produse, respectiv sup e naturale, supe hidrolizate și concentrate alimentare mixte. În figura 13.21 est e prezentat ă schema tehnologic ă de producere a supelor naturale și a supelor hidrolizate. Fig. 13.21. Schema procesului tehnologic de fabrica re a concentratelor din carne Materia prim ă pentru ob ținerea supelor naturale o reprezint ă carnea de vit ă cu oase și de pasăre în propor ție de 25 %, legume în procent de 10 % și apă în procent de 65 %. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 299 Dup ă fierberea în autoclave timp de aproximativ o or ă, carnea fiart ă se separ ă de legume și dup ă dezosare se toac ă la volf, apoi se usuc ă în usc ătorul sub vid, sub aceast ă form ă fiind adăugată în produsul finit. Supa propriu-zis ă este trecut ă la decantare timp de o or ă, concentrat ă în instala ții de concentrare în vid (la o temperatur ă maxim ă de 40-45 0C) pân ă la 10 % substan ță uscat ă. Produsul se amestec ă cu sare astfel ca dup ă deshidratare concentra ția în sare s ă fie de 60 %, urmând a se usca prin atomizare la 97 % substan ță uscat ă. Pulberea rezultat ă se amestec ă cu alte componente, se macin ă și se ambaleaz ă în materiale impermeabile. Hidrolizatele proteice se ob țin din carne de calitate inferioar ă, subproduse de abator sau din carnea rezultat ă de la fabricarea supelor naturale, în urma hidroli zei acide, urmat ă de neutralizare și decolorare a produsului rezultat. Materia prim ă se introduce într-o autoclav ă, unde se adaug ă acidul clorhidric și se produce hidroliza la 120 0C cu agitare continu ă, pentru m ărirea eficien ței în autoclav ă fiind realizat ă o depresiune. Dup ă terminarea hidrolizei, molecula proteic ă este scindat ă și trece în stare solubil ă, o parte din materia prim ă trece în compu și melanoidinici insolubili în ap ă și acizi care, trebuie îndep ărtați. Pentru aceasta se face neutralizarea cu carbonat de sodiu la un pH de 5,5-6,0, urmat ă de filtrare, respectiv decolorare cu agent decolor ant și o nou ă filtrare, rezultând hidrolizatul lichid. Ad ăugarea de clorur ă de sodiu se face înainte de concentrare, unde se c oncentreaz ă la circa 50 % substan ță uscat ă și apoi hidrolizatul se usuc ă prin atomizare la 95-97 %, în continuare urmând acela și traseu tehnologic ca în cazul supelor naturale. 13.9 Tehnologii de prelucrare a subproduselor și deșeurilor din industria c ărnii În urma procesului de abatorizare și de prelucrare industrial ă a cărnii rezult ă subproduse și deșeuri cu valoare nutritiv ă ridicat ă, o clasificare a lor în func ție de provenien ță fiind următoarea: ● subproduse și deșeuri de abator: ● subproduse și deșeuri de la prelucrarea c ărnii. În grupa subproduselor se reg ăsesc capul de la animale cu p ărțile componente, organe interne, picioare, copite, coarne, coada, oase, sân ge, glande endocrine, gr ăsimile, intestine, stomac, etc. Din grupa de șeurilor, care sunt resturi necomestibile, se pot me nționa: cur ățitura de la pieile de animale, franjuri de sl ănină, seu, c ărnuri confiscate, organele necomestibile, cur ățitura de pe intestine și burți, con ținutul stomacal, etc. Prelucrarea organelor comestibile . Datorit ă conținutului în s ăruri minerale, vitamine și proteine, organele comestibile reprezint ă categoria cea mai valoroas ă din punct de vedere nutritiv. Aici se reg ăsesc organe precum limba, creierul, ficatul, inima, plămânii, rinichii, splina, ugerele de la bovine, iar prelucrarea lor se face i mediat dup ă recoltare și const ă în separarea serozit ăților, a înveli șurilor, a resturilor de vase de sânge și limfatice, resturi de gr ăsime, sp ălarea cu ap ă și controlul sanitar-veterinar. Organele comestibile se comercializeaz ă ca atare sau se folosesc ca și materii prime la fabricarea unor preparate sau conserve din carne. Prelucrarea subproduselor în scop chimico-farmaceut ic. În aceast ă categorie se g ăsesc o serie de glande endocrine și organe care, dup ă recoltare se prelucreaz ă imediat, în spa ții amenajate special și cu un înalt grad de igien ă, fiind separate de serozit ăți, grăsime, tendoane, țesut conjunctiv, sânge, urmat ă de conservare pân ă la introducerea în procesul tehnologic de obținere a substan țelor cu rol farmaceutic. În func ție de modul de conservare avem: – conservarea prin congelare: hipofiza, tiroida, g lande suprarenale, pancreas, ovare, testicule, pulmoni, ficat, splina, rinichi, inima, creier, m ăduvă; – conservarea prin s ărare: timus, tiroida, glande suprarenale; – conservare cu substan țe chimice: hipofiza, epifiza, paratiroidele, bila. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 300 Prelucrarea intestinelor . Cunoscute sub denumirea de garnitura de ma țe, acestea con țin toate componentele tractusului gastro-intestinal, d ar în practic ă intereseaz ă doar intestinele (subțire și gros) și stomacul animalelor, folosite pe post de membrane naturale la fabricarea unor preparate din carne. În func ție de provenien ță acestea se prelucreaz ă în sec ții specializate și presupun tragerea lor de pe mezenter, golirea de co nținut, degresarea, întoarcerea pe dos și șlaimuirea, sp ălarea, sortarea, calibrarea, m ăsurarea și legarea. Intestinul sub țire are lungimea și diametrul specific speciei, astfel c ă la bovine are 28-44 m lungime și diametrul de 32-38 mm, la porcine 13-35 m lungime și diametrul de 25-40 mm, în timp ce la ovine are lungimea de 22-28 m și diametrul de 15-25 mm. Intestinul gros are la bovine lungimea de 5,5-12 m și diametrul de 40-65 mm, la porcine lungimea de 2-3,5 m și diametrul de 40-100 mm, iar la ovine lungimea de 2,5-3,5 m și diametrul de 14-22 mm. Se poate constata c ă din prelucrarea intestinelor rezult ă o cantitate important ă de membrane naturale, de aceea sec țiile de prelucrare a intestinelor sunt dotate cu ut ilaje specifice de mare productivitate. Prima opera ție o constituie tragerea de pe mezenter (bâz ări), ceea ce reprezint ă în fapt separarea intestinelor de tacâmul de ma țe rezultat la eviscerare, prin trecerea lor printr- un dispozitiv de tip piepten, f ără găurirea sau ruperea lor, cu l ăsarea a cât mai pu țină grăsime aderent ă. Golirea de con ținut a intestinelor se realizeaz ă pe ma șini cu val țuri de stoarcere, stropite cu ap ă cald ă la 35-40 0C, pentru men ținerea elasticit ății acestora, dar și pentru a înmuia eventualele resturi de gr ăsimi aderente. Degresarea este o opera ție foarte important ă deoarece prezen ța grăsimilor pe intestine determin ă râncezirea lor, ori sunt atacate de microorganisme și ele nu mai pot fi utilizate ca și membrane. Aceast ă opera ție se poate executa manual sau mecanizat odat ă cu trecerea printre valțurile de stoarcere. Mai nou, pentru degresare se fo losesc ma șini cu perii la majoritatea tacâmurilor de ma țe, mai pu țin la cele provenite de la animale grase. Întoarcerea pe dos a intestinelor urm ărește eliminarea mucoasei interioare, numit ă șlaim. Pentru aceasta intestinele degresate se umezesc cu apă la 20-30 0C, pentru a fi elastice, se umfl ă cu aer în vederea dezlipirii pere ților interiori și evitarea ruperii la întoarcere. Odat ă întoarse, intestinele se pun în bazin cu ap ă cald ă la 35-40 0C pentru înmuierea mucoasei. Șlaimuirea realizeaz ă, manual sau mecanic, îndep ărtarea mucoasei și a tunicii musculoase de pe peretele interior al intestinelor. Sortarea urm ărește depistarea și îndep ărtarea acelor sectoare de intestine care prezint ă defecte naturale sau rezultate în urma prelucr ării, prin umflarea lor cu aer și tăierea zonelor cu defecte. În acela și timp se face o separare a lor dup ă provenien ță și calitate. Calibrarea intestinelor de face prin m ăsurarea diametrului acestora din loc în loc, t ăierea lor pe clase de diametre, în urma c ăreia rezult ă mațe prelucrate calibrate pe grupe dimensionale. Măsurarea și legarea are ca scop ob ținerea unor leg ături sau pachete de intestine cu o anumit ă lungime și diametru calibrat, pe grupe de folosin ță conform standardelor in vigoare. Prelucrarea mucoasei stomacale are loc în vederea ob ținerii pepsinei și a cheagului. Pepsina și cheagul se extrag din mucoasa stomacal ă și au rol de coagulant în prelucrarea laptelui, prin precipitarea cazeinei din lapte. Materia prim ă o constituie stomacul animalelor rezultat din proc esul de abatorizare. Stomacul se separ ă de restul de organe din cavitatea abdominal ă și se prelucreaz ă în stare proasp ătă sau se congeleaz ă urmând a fi prelucrat ulterior. Dup ă separarea de duoden și esofag, stomacul se degreseaz ă la exterior, se gole ște de conținut, se sec ționeaz ă și se întoarce pe dos, astfel ca mucoasa stomacal ă să fie scoas ă la exterior, unde se spal ă cu ap ă sub form ă de jet u șor, timp de 1-2 minute. Se deta șează prin t ăiere mucoasa de culoare ro șie care, pentru acumulare de substan ță utilă, se congeleaz ă imediat timp de 20-24 ore la -25…-30 0C. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 301 Dup ă decongelarea în bazine timp de 10-12 ore, la tempe ratura mediului ambiant, mucoasa se toac ă la volf și se trateaz ă cu acid clorhidric pentru extrac ția pepsinei (glandele stomacale secret ă enzima numit ă pepsinogen care, în prezen ța acidului clorhidric, la un pH puternic acid este activat ă în pepsin ă). Propor ția de acid clorhidric este de 4,6 % din masa tocat ă, situa ție în care se ajunge la valoarea optim ă a ph-ului de 3,5-3,7, care se adaug ă treptat și cu agitarea masei de material tocat, pân ă la ob ținerea unui amestec omogen. Procesul de extrac ție al enzimei dureaz ă între 8-10 ore la o temperatur ă de lucru de 40-42 0C, cu agitare continu ă, astfel ca la final s ă rezulte o mas ă semifluid ă cu culoare brun-închis ă. La finalul extrac ției, se opre ște agitarea și se las ă vasul la decantare timp de 24-28 ore, cu p ăstrarea temperaturii de extrac ție. În urma acestui lucru, gr ăsimile sub form ă uleioas ă se ridic ă la suprafa ță, masa c ărnoas ă și macerat ă se depune pe fundul vasului, iar între cele dou ă se separ ă soluția apoas ă cu enzima. Prin sifonare ea se separ ă din vasul de extrac ție și se r ăcește la 18-20 0C. Întrucât prin extrac ție, pe lâng ă enzim ă se separ ă și alte componente, solu ția apoas ă se trateaz ă cu sare în propor ție de 25-30 % din masa de lichid, iar dup ă 10-12 ore, precipitatul format se îndep ărteaz ă, rezultând o solu ție concentrat ă în enzim ă cu consisten ță cleioas ă. Masa cleioas ă se supune s ărării cu clorur ă de sodiu în procent de 45-50 % fa ță de cantitatea de precipitat rezultat ă și se întinde în strat sub țire pe sticl ă la uscat timp de 8-10 ore, cu aer cald la 35-40 0C. Dup ă uscare, pepsina se macin ă până rezult ă un praf fin și care trebuie s ă îndeplineasc ă anumite cerin țe sub aspectul puterii de coagulare, a con ținutului minim de sare, al numărului de germeni, agen ți patogeni, mucegaiuri sau drojdii. Ambalarea pepsinei se face în ambalaje impermeabil e (folie din materiale plastice, hârtie pergamentat ă, cutii metalice cositorite), iar depozitarea în sp ații răcoroase, f ără lumin ă, poate dura pân ă la un an. Cheagul este o enzim ă care se extrage din mucoasa stomacal ă a animalelor tinere, care s- au hr ănit doar cu lapte, în special de la vi ței și miei. Deosebirea dintre cheag și pepsin ă const ă în faptul c ă acesta este activ (coagulant) în mediu de la slab acid la slab alcalin, în timp ce pepsina este activ ă doar în mediu acid. Tehnologia de prelucrare a stomacului pentru ob ținerea cheagului presupune cur ățirea de straturile aderente de la exterior, degresare bun ă, golirea de con ținut, umflarea cu aer și uscarea în camere ferite de radia ția solar ă, la cca. 40 0C. Dup ă eliminarea aerului, stomacurile se umezesc și se ambaleaz ă. Cheagul se poate prepara și sub form ă de solu ție lichid ă, dup ă extrac ție cu solu ție de acid boric, precipitare și neutralizare, extractul fiind diluat cu solu ție de acid boric și NaCl, iar pentru stabilizare se folosesc alcool și timol. Extrac ție are ca scop trecerea chimogenului din mucoasa stomacal ă în chimiozin ă activ ă, enzim ă cu rol de coagulant. Prelucrarea sângelui . Prin compozi ția sa chimic ă și biologic ă, sângele rezultat la sacrificarea animalelor constituie o materie prim ă extrem de important ă atât pentru industria alimentar ă, cât mai ales pentru ob ținerea unor preparate din sânge în industria farmac eutic ă. Ca structur ă morfologic ă, sângele este alc ătuit din plasm ă (lichid) în care se reg ăsesc celule sau elemente figurate (eritrocite, leucocite , trombocite), și fibrin ă (ca substan ță proteic ă). Din punct de vedere chimic, sângele are o compozi ție relativ stabil ă, cu mici diferen țe în funcție de specia de provenien ță (tabelul 13.7). Ca și direc ții de valorificare a sângelui, acestea se pot grupa astfel: ● în scopuri alimentare : sub form ă de sânge integral sau ca atare, la ob ținerea unor preparate din carne; sub form ă de plasm ă uscat ă, rezultat ă din separarea elementelor figurate și uscat ă prin atomizare; ca ser uscat, ob ținut prin defibrinarea sângelui și separarea serului cu elementele figurate, urmat ă de uscare; sub form ă de hemoglobin ă, obținută din eritrocite, separate centrifugal și hemolizate în ap ă, urmat ă de uscare prin atomizare; sub form ă de globin ă din eritrocite hemolizate în ap ă distilat ă, separat ă cu HCl și precipitat ă cu NaCl, uscat ă apoi pe valțuri; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 302 Tabelul 13.7. Compoziția chimică a sângelui de animale, în g/100 g sânge integral Specia Componentul bovine cabaline porcine ovine caprine Apă 80,9 75,0 79,0 82,1 80,38 Reziduu uscat: 19,1 25,0 20,9 17,8 19,61 – hemoglobin ă 10,3 16,6 14,2 9,29 11,25 – albumine 6,98 6,97 4,26 7,08 6,97 – glucide 0,07 0,05 0,06 0,07 0,086 – colesterin ă 0,17 0,03 0,04 0,13 0,13 – lecitin ă 0,23 0,29 0,23 0,22 0,24 – gr ăsimi 0,05 0,06 0,10 0,093 0,052 – acizi gra și – – 0,047 0,048 0,039 – acizi nucleici 0,002 0,006 0,005 0,028 0,039 Natriu 0,36 0,26 0,24 0,36 0,35 Potasiu 0,04 0,27 0,23 0,04 0,039 Oxid de fier 0,05 0,08 0,069 0,049 0,057 Calciu 0,006 0,005 0,006 0,007 0,006 Magneziu 0,003 0,006 0,008 0,003 0,004 Clor 0,30 0,27 0,26 0,30 0,29 Fosfor neorganic 0,017 0,017 0,074 0,019 0,014 ● în scopuri medicinale : sub form ă de hidrolizin, ob ținut din sânge integral în condi ții sterile; sub form ă de aminopeptid, din albumin ă alimentar ă sau sânge integral; fibrin ă, obținută prin defibrinarea sângelui integral; sub form ă de ferin ă, trombin ă și ferohematogen, rezultate din elemente figurate; sub form ă de histin ă și histamin ă, ca și aminoacizi; sub form ă de ser terapeutic, rezultat dup ă defibrinarea și îndep ărtarea elementelor figurate din sângele integral; sub form ă de pepton ă, obținută prin hidroliza fibrinei, ca mediu de cultur ă în bacteriologie; ● în scopuri tehnice : ca albumin ă tehnic ă în industria de piel ărie și a vopselurilor, în compozi ția unor materiale plastice; sub form ă de clei de sânge, rezultat din amestecarea f ăinii de sânge cu ap ă și var nestins; ● în scopuri furajere : cea mai mare parte a sângelui este folosit ă sub form ă de past ă sau făină furajer ă, în alc ătuirea re țetei furajere pentru hrane animalelor; sângele inte gral este coagulat prin înc ălzire sau cu substan țe chimice și adus la o umiditate sub 70 %, pasta rezultat ă fiind folosit ă ca atare, ori este concentrat ă prin pulverizare, de unde rezult ă făina de sânge, cu capacitate de hidratare ridicat ă și durat ă de p ăstrare mult mai mare comparativ cu pasta de sânge coagulat. Prelucrarea materiilor cheratinoase . În aceast ă categorie intr ă coarnele, copitele, unghiile și oasele rezultate din abatorizare, prin a c ăror prelucrare se ob țin unele produse precum: – f ăina din coarne: folosit ă în industria metalurgic ă, la mase plastice pentru ob ținerea unui sortiment numit galalit; – f ăină furajer ă: materiile cheratinoase se supun hidrolizei pentru solubilizare, solu ția rezultat ă se neutralizeaz ă și se usuc ă sub form ă de pulbere, fiind foarte bogat în proteine, azot și grăsimi; – semifabricat furajer pentru vi ței: se ob ține amestecând hidrolizatul cheratinos cu sânge integral, urmat de uscarea prin atomizare, pulberea rezultat ă, amestecat ă cu lapte integral fiind folosit ă la al ăptatul vi țeilor; – cleiul de oase sau cleiul cheratinos: se ob ține prin hidroliza coarnelor și a copitelor, urmat ă de fierbere pân ă la o concentra ție în substan ță uscat ă de 35-40 %; – aminoacizi: prin hidroliz ă acid ă se pot ob ține aminoacizi precum acid glutamic, cistin ă, arginin ă, tirozin ă, leucin ă, lizin ă, fenilamin ă, care ad ăugate în furajul animalelor contribuie la creșterea valorii biologice a acestuia; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 303 – îngr ășăminte minerale și organice: prin prelucrarea materiilor cheratinoas e se pot ob ține hidrolizate bogate în s ăruri de amoniu, în calciu și fosfor. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 304 XIV. TEHNOLOGIA LAPTELUI ȘI A PRODUSELOR LACTATE Laptele constituie un aliment care, prin compozi ția chimic ă bogat ă și valoarea nutritiv ă ridicat ă, acoper ă în cea mai mare m ăsură necesarul uman de alimente de origine animal ă, fiind indispensabil în hrana copiilor, bolnavilor sau a c elor care î și desf ășoară activitatea în medii toxice. Totodat ă, laptele este și materia prim ă din care se prepar ă numeroase produse lactate (unt, smântân ă, produse dietetice, brânzeturi, produse lactate ac ide), cu pondere cantitativ ă și calitativ ă mare în alimenta ția omului. De regul ă, prin lapte se în țelege laptele de vac ă, a cărui pondere este de circa 90 % din produc ția total ă, restul de 10 % fiind reprezentat de laptele de oa ie, bivoli ță și capr ă. Ca și compozi ție chimic ă, laptele de vac ă cu substan ță uscat ă în medie de 12,5 %, are următoarea structur ă: ● substan țe organice: – trigliceride: steroli (colesterol), fosfogliceri de (lecitin ă, cefalin ă), acizi gra și liberi; – substan țe azotate: – proteide: cazein ă, lactalbumin ă, lactoglobulin ă, peptone, anticorpi, enzime (lactoperoxidaz ă, catalat ă, lipaz ă, fosfataz ă, amilaz ă, proteaz ă); – substan țe neproteice: colin ă, acizi amina ți liberi, creatin ă, acid uric, creatinin ă, guanidin ă, acid carbaminic, etc.; – substan țe neazotate: lactoz ă, oligozaharide, acid lactic, acid butiric, acid ci tric, acid piruvic; – vitamine: caroten, A, D 3, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B12, H, C; ● substan țe anorganice: natriu, potasiu, magneziu, mangan, ca lciu, cupru, zinc, fier, fosfor, cobalt, cloruri, ioduri, fluoruri. Substan țele proteice din lapte sunt formate din 80-85 % caz eină, 10-12 % lactalbumin ă și 5-8 % lactoglobulin ă. Componentul de baz ă este cazeina (fosfoprotein ă) care, legat ă de s ărurile de calciu formeaz ă complexul cazeino-fosfo-lactic și este cea care precipit ă în fosfoparacazeinat de calciu, proprietate ce st ă la baza fabric ării produselor lactate acide și a brânzeturilor. Precipitarea cazeinei se poate realiza prin ad ăugarea de acizi dilua ți, de s ăruri ale metalelor grele, reactivi, alcool, pepsin ă sau chimiozin ă, ultimele dou ă fiind și cele mai folosite în practic ă. 14.1. Tehnologia laptelui de consum De regul ă, procesul tehnologic de fabricare a laptelui de consum începe imediat dup ă muls, când acesta este supus unor opera ții de condi ționare , urmate de prelucrarea propriu-zis ă. Fig. 14.1. Varia ția numărului de germeni în laptele crud în funcție de temperatur ă Păstrarea calit ății ini țiale a laptelui este un lucru extrem de important d eoarece prin compozi ția sa chimic ă, bacteriile din lapte nu pot asigura o distrugere a germenilor decât în primele dou ă ore de dup ă muls, temperatura fiind principalul factor ce dete rmin ă creșterea rapid ă a microorganismelor din lapte. Modul de dezvoltare a acestora este prezentat în figura 14.1. Limitarea num ărului de germeni din lapte depinde de înc ărcătura ini țială (sănătatea animalului, Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 305 condi țiile igienice de muls, modul de manipulare și transport), respectiv de temperatura laptelui (laptele dup ă muls trebuie r ăcit pân ă la 4-6 0C). Laptele ca materie prim ă pentru industrializare este produs atât de fermel e zootehnice specializate, cât și de produc ători individuali. Dac ă în primul caz fermele sunt prev ăzute cu un punct de colectare și condi ționare a laptelui, în cel de-al doilea caz laptele colectat de la animale trebuie supus unei condi ționări primare, prin care se asigur ă men ținerea calit ății inițiale, condi ție obligatorie în vederea ob ținerii unor produse lactate de calitate. Condiționarea laptelui se refer ă la acele opera ții necesare a fi aplicate din momentul mulsului și pân ă la prelucrare, aici fiind incluse filtrarea, r ăcirea, p ăstrarea la temperaturi sc ăzute și transportul în vase izoterme. Aceste opera ții sunt eliminate par țial în cazul în care produc ătorul de lapte face și prelucrarea industrial ă. Filtrarea laptelui sau strecurarea, este necesar ă întrucât în func ție de condi țiile de igien ă în care se realizeaz ă mulsul, pot p ătrunde impurit ăți în laptele proasp ăt (păr, praf, resturi de furaje), care con țin microorganisme ce duc la infectarea și alterarea sa. Strecur ătorile folosite în mod uzual la filtrarea laptelui sunt site metalice cu 3-4 straturi de tifon, rondele de vat ă sau materiale filtrante. Răcirea laptelui . Deoarece temperatura laptelui are la mulgere valo ri cuprinse între 32-35 0C, compozi ția sa chimic ă constituie un mediu extrem de favorabil dezvolt ării microorganismelor. În atare condi ții lactoza este transformat ă de bacteriile lactice în acid lactic, provocând acidifierea sau acrirea laptelui, caz în care acesta nu mai poate fi prelucrat ulterior. Răcirea imediat ă după muls are ca scop oprirea dezvolt ării microorganismelor pân ă la anumite limite considerate acceptabile. Sistemele de r ăcire a laptelui sunt instala ții ce folosesc ca agent termic apa rece, apa cu ghea ță sau agen ți frigorifici și care pot fi: – bazine pentru r ăcirea bidoanelor: se folosesc la r ăcirea laptelui colectat la bidon cu ap ă rece sau cu ghea ță, fiind o metod ă greoaie și cu volum mare de lucru; – vane de r ăcire: sunt vase prev ăzute cu serpentine de r ăcire sau perete dublu prin care circul ă agentul frigorific precum ap ă răcită ori saramur ă, respectiv sisteme de agitare pentru reducerea timpului de r ăcire; – schimb ătoare de c ăldură: permit r ăcirea foarte rapid ă a laptelui, schimbul de c ăldură fiind realizat prin intermediul unor agen ți de r ăcire, care circul ă de obicei în contracurent cu laptele; din punct de vedere constructiv sunt de ti pul r ăcitoare plane tubulare, r ăcitoare tubulare și răcitoare cu pl ăci. Păstrarea laptelui . În anumite situa ții este necesar ca laptele s ă fie p ăstrat un timp, pân ă când acesta este preluat și trimis la prelucrare. P ăstrarea trebuie f ăcută în vase de tip bidoane sau tancuri izoterme la temperatur ă scăzută, optim între 4-6 0C, în cazul tancurilor capacitatea de stocare fiind mult mai mare, iar transportul se poa te realiza cu ajutorul pompelor. Transportul laptelui de la produc ător la centrele de colectare sau mai departe la uni tățile prelucr ătoare se realizeaz ă folosind bidoane (tot mai rar) sau cisterne de di verse capacit ăți. Autocisternele sunt cel mai r ăspândit sistem de transport a laptelui, ele fiind p revăzute cu agregate frigorifice și compartimente izoterme, capete de evacuare și pompare la înc ărcare- descărcare, sisteme de m ăsurare, de recoltare și analiz ă rapid ă a caracteristicilor fizico-chimice ale laptelui. Prelucrarea laptelui. Laptele este prelucrat în instala ții speciale, prin aceasta urm ărindu- se limitarea dezvolt ării sau distrugerea germenilor care pun în primejdi e calitatea laptelui și în final s ănătatea consumatorului, m ărind astfel conservabilitatea lui. Cel mai bun efec t bactericid asupra laptelui în realizeaz ă căldura, dintre procedeele termice pasteurizarea fiin d metoda cea mai utilizat ă în practic ă. Principalele opera ții din cadrul tehnologiei de ob ținere a laptelui de consum sunt prezentate în figura 14.2., iar în figu ra 14.3. este prezentat ă schema unei linii tehnologice de producere a laptelui de consum. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 306 Recepția laptelui este obligatorie atât cantitativ cât și calitativ. Cantitativ recep ția se face prin m ăsurători volumetrice, procedeu care în unele cazuri pot da erori sau cu galactometrul, respectiv gravimetrice cu cântarul de lapte. Diferen țele ce apar între volumul și masa laptelui se datoreaz ă faptului c ă masa specific ă a sa este mai mare decât unitatea (minim 1,029). Fig. 14.2. Schema tehnologic ă de obținere a laptelui de consum Fig. 14.3. Schema general ă a unei linii tehnologice de prelucrare a laptelui de consum: 1- rezervor de lapte; 2- pomp ă; 3- pasteurizator; 4- cur ățitor centrifugal; 5- omogenizator; 6- robinet cu tr ei căi; 7- termoregulator; 8- supap ă de întoarcere; 9- tanc izoterm; 10- ma șină de dozat și ambalat. Recep ția calitativ ă const ă în examenul organoleptic (se observ ă culoarea, vâscozitatea, mirosul, gustul, eventualele impurit ăți) și analize de laborator (se determin ă densitatea, aciditatea, gradul de contaminate, con ținutul în gr ăsimi și proteine), propriet ățile fizico-chimice ale laptelui trebuind s ă se încadreze în limitele admisibile impuse laptelu i de consum. Curățirea laptelui are ca scop îndep ărtarea impurit ăților mecanice. Opera ția se poate realiza cu ajutorul unor filtre speciale având ca m aterial filtrant vat ă, țesătură de nailon sau plas ă metalic ă fină, rezultate bune fiind ob ținute la cur ățirea unor cantit ăți mici de lapte, înlocuirea materialului filtrant fiind necesar ă destul de des. Atunci când se prelucreaz ă cantit ăți mari de lapte, cur ățirea este realizat ă cu filtre sub presiune, filtre coloidale sau cur ățitoare centrifugale. Având o construc ție asem ănătoare cu cea a separatoarelor, tobele cur ățitoare centrifugale (fig. 10.4) realizeaz ă cea mai eficient ă separare a impurit ăților din lapte. Fiind mai grele decât laptele, impu ritățile sunt aruncate și adunare la periferia tobei sub form ă de n ămol, a c ărui compozi ție medie este urm ătoarea: 73 % ap ă, 3 % grăsimi, 18 % proteine, 3 % cenu șă, restul fiind alte substan țe. Nămolul rezultat la cur ățirea laptelui con ține, pe lâng ă substan țe nutritive și germeni dăunători s ănătății, astfel c ă, datorit ă riscului infect ării cu spori de bacterii, n ămolul trebuie ars sau folosit ca și îngr ășământ. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 307 Fig. 14.4. Schema unei tobe separatoare centrifugale: 1- capac tob ă; 2- corp tobă; 3- talere; 4- alimentare lapte brut; 5- evacuare lapte cur ățat; 6- nămol. Normalizarea laptelui . Laptele destinat consumului trebuie s ă aibă un anumit con ținut în gr ăsime, stabilit prin normele de calitate. Deoarece laptele muls are de regul ă un con ținut de gr ăsime diferit de cel standardizat, se procedeaz ă la corectarea procentului de gr ăsime din laptele destinat consumului, opera ție numit ă normalizare sau standardizare astfel: – prin smântânirea par țială sau amestecarea în diverse propor ții cu lapte smântânit, când laptele muls are un con ținut în grăsimi peste nivelul stabilit; – prin amestecarea cu lapte gras sau foarte gras, uneori chiar cu smântân ă, când laptele muls are un con ținut de gr ăsime sub norma stabilit ă. Normalizarea este necesar a fi efectuat ă înainte de aplicarea unor eventuale tratamente termice asupra laptelui. Calculul opera ției de normalizare se face cu regula amestecurilor (metoda p ătratului lui Pearson), în tancuri cu capacitate mare sau pe baza unor rela ții de calcul, dup ă prelevarea probelor și analiza de laborator a acestora. Calculul normaliz ării laptelui folosind metoda p ătratului lui Pearson . Înscriind în centrul unui p ătrat con ținutul în gr ăsime a laptelui ce trebuie ob ținut (E), în col țul din stânga sus con ținutul în grăsime a laptelui integral (A) și în col țul din stânga jos con ținutul în gr ăsime a laptelui smântânit (B), se poate scrie în co lțul din dreapta sus num ărul de p ărți de lapte integral folosit la normalizare (D = E – B), iar în col țul din dreapta jos num ărul de p ărți de lapte smântânit folosit la normalizare (C = A – E). Calculul normaliz ării pe baza de rela ții matematice se face în două situa ții: – la normalizarea laptelui prin adaos de lapte smân tânit cu ajutorul rela ției: ( ) s is n n iG GG GLL−−= , în litri (14.1) în care Li este cantitatea de lapte integral, Ln cantitatea de lapte normalizat, G n, G s și G i fiind conținutul în gr ăsime a laptelui normalizat, smântânit și integral. – la normalizarea laptelui prin adaos de lapte sau smântân ă cu ajutorul rela ției: ( ) 22 2 1G GG GLL gn −−= , în litri (14.2) unde L 1 este cantitatea de lapte ce trebuie scoas ă și înlocuit ă cu lapte gras sau smântân ă, L 2 cantitatea de lapte care se normalizeaz ă, G 2 și G g con ținutul în gr ăsime al laptelui ce se normalizeaz ă, respectiv al laptelui gras sau a smântânii. Separarea gr ăsimii din lapte se realizeaz ă cu ajutorul separatoarelor centrifugale cu talere, în figura 14.5 fiind prezentat ă o sec țiune printr-un astfel de separator. Laptele este in trodus prin axul central tubular și este dirijat spre talerele conice ale separatorul ui. Gr ăsimile din lapte, a căror mas ă specific ă este mai mic ă, sunt trimise ascendent spre mijlocul tobei, prin orificiile practicate în talere. Laptele, a c ărui mas ă specific ă este mai mare decât a gr ăsimilor, urmeaz ă tot Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 308 un drum ascendent, dar pe la periferia tobei. Prin amplasarea camerelor colectoare se evacueaz ă separat smântâna și laptele smântânit. Fig. 14.5. Separator centrifugal, sec țiune: 1- alimentare lapte integral; 2- evacuare lapte smântânit; 3- colector lapte smântânit; 4- colector smântân ă; 5- evacuare smântân ă; 6- ax antrenare tob ă. Procesul de separare a grăsimilor este mai eficient dac ă laptele este înc ălzit ini țial la 40-45 0C, temperatur ă la care vâscozitatea grăsimii scade considerabil fa ță de plasma din lapte. Omogenizarea laptelui . Omogenizarea este o opera ție de stabilizare a emulsiei de gr ăsimi, evitând astfel separarea acesteia la suprafa ța laptelui în perioada depozit ării. Prin omogenizare se urmărește cre șterea gradului de dispersie a gr ăsimii prin mic șorarea dimensiunii globulelor de gr ăsime. Laptele fiind o emulsie, viteza de separare a globu lelor de gr ăsime în câmp gravita țional depinde de m ărimea lor și se poate determina cu legea lui Stokes: ( ) ηγγg lrgV−=2 92, în m/s (14.3) în care r este raza globulei de gr ăsime, în m: lγ – greutatea specific ă a plasmei laptelui, în N/m3; gγ – greutatea specific ă a globulei de gr ăsime, în N/m3; η – vâscozitatea dinamic ă a laptelui, în 2/mskg⋅ . Se poate constata c ă scăderea vitezei de separare se poate face prin reduce rea razei globulelor de gr ăsime. Practic, dup ă omogenizare diametrul acestora este cuprins între 0,1-1 µm față de 6-9 µm cât au globulele din lapte înainte de omogenizare , fapt ce determin ă o sc ădere a vitezei de separare de pân ă la 144 de ori. Procesul de omogenizare decurge în trei faze consec utive, într-un interval de timp relativ foarte scurt, respectiv alungirea globulelor de gr ăsime, scindarea și legarea lor sub forma unor ciorchini sau lan țuri și dispersia în lapte. Aceste faze se realizeaz ă ca urmare a procesului de laminare la care este supus laptele în momentul tre cerii printr-o fant ă. Omogenizatoarele sunt aparate compuse dintr-o pomp ă ce refuleaz ă laptele printr-un cap de omogenizare (fig. 14.6), scindarea globulelor de grăsime fiind realizat ă prin șoc mecanic. Temperatura optim ă de realizare a procesului de omogenizare este de c irca 60 0, din acest motiv omogenizatorul se intercaleaz ă pe circuitul de recuperare al pasteurizatorului. Presiunea la care se realizeaz ă omogenizarea laptelui de consum este de 120-180 N/ cm2, iar pentru cre șterea eficien ței și reducerea tendin ței de aglomerare, se practic ă omogenizarea în dou ă trepte (fig. 10.6.b): în prima treapt ă are loc scindarea globulelor de gr ăsime la 180-200 N/cm2, iar în treapta a doua la 30-50 N/cm2, diferen ța dintre cele dou ă presiuni determinând o puternic ă dispersie a globulelor. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 309 Fig. 14.6. Omogenizator mecanic sub presiune: a- cap de omogenizare: 1- supapă; 2- scaun; 3- inel deflector; b- omogenizator în dou ă trepte: 1- omogenizare treapta I; 2- omogenizare treapta a II-a. O mai bun ă stabilizare a emulsiei se ob ține cu ajutorul clarifixatoarelor care, din punct de vedere constructiv se aseam ănă cu separatoarele centrifugale (fig. 14.7). Laptele cald se introduce în aparat prin conducta d e alimentare 1 și distribuit pe pachetul de talere 3 prin intermediul for ței centrifuge. Globulele de gr ăsime se adun ă în colectorul de smântân ă 6, iar laptele smântânit poate fi evacuat prin con ducta 2. Presiunea creat ă în colectorul de smântân ă, precum și construc ția special ă a discurilor 7 și 8, determin ă o scindare puternic ă a globulelor de gr ăsime și retrimiterea lor în tob ă, amestecându-se cu laptele ce intr ă prin conducta 1. O parte din smântâna din colectorul 4 poate fi evacuat ă prin conducta 5, aparatul putând servi și la smântânirea par țială a laptelui. Impurit ățile pe care le con ține laptele sunt proiectate sub acțiunea for ței centrifuge și se acumuleaz ă la periferia tobei 4, acumulându-se sub form ă de sediment, clarifixatorul realizând astfel și o curățire a laptelui. Pe lâng ă aceste aparate clasice au apărut și alte instala ții de omogenizare a laptelui, având la baz ă diverse principii. Omogenizatoarele cu jet sunt realizate în dou ă variante, a c ăror func ționare se Fig. 14.7. Schema constructiv ă a clarifixatorului bazeaz ă pe urm ătoarele principii: ● emulsionarea și dispersarea unui lichid cald (gr ăsimea), trimis sub form ă de jet pulverizat în faza de dispersie (laptele degresat) cu ajutorul unei duze; ● micșorarea dimensiunii globulelor de gr ăsime și dispersarea lor într-un curent de lichid, ca rezultat al modific ării vitezelor pulsa țiilor turbulente, vârtejurilor și efectului de cavita ție. Omogenizatoarele adiabatice formeaz ă emulsia ca rezultat al instabilit ății ce se produce în lichidul care con ține componentele ce alc ătuiesc cele dou ă faze. Astfel, dac ă într-o camer ă de vid (fig. 14.8) este trimis amestecul de emulsionat, la care faza apoas ă are temperatura peste cea de satura ție corespunz ătoare presiunii din camer ă, aici au loc o serie de procese precum pulverizarea amestecului, detenta lichidului, forma rea de bule de vapori de ap ă ca urmare a detentei, formarea de unde de șoc, toate determinând mic șorarea globulelor de gr ăsime și dispersarea lor în faza apoas ă. Omogenizatoarele ultrasonice ob țin emulsiile cu ajutorul ultrasunetelor, lichidul f iind supus unor tensiuni și compresiuni, cele mai utilizate generatoare de ul trasunete fiind cele de tipul mecanic. Pasteurizarea laptelui . Laptele crud con ține un num ăr mare de microorganisme și care se înmul țesc rapid, determinând atât o sc ădere a propriet ăților fizico-chimice, cât și a valorii nutritive, consumul ca atare fiind o surs ă important ă de infectare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 310 Fig. 14.8. Schema instala ției de omogenizare a laptelui sub vid: 1- rezervor grăsimi; 2,6,11- pompe; 3- cântar; 4- vas amestecare; 5- rezervoare cu lapte d egresat; 7- preînc ălzitor; 8- agitator; 9- camera de vid (omogenizatorul); 10- pomp ă de vid cu inel de ap ă; 12- rezervoare pentru lapte omogenizat. Prin pasteurizare se aplic ă laptelui un tratament termic, în condi ții determinate, prin care se asigur ă distrugerea florei banale și a celei patogene, f ără a afecta sensibil structura fizic ă, chimic ă și biologic ă a acestuia. Influen ța temperaturii și duratei ac țiunii termice asupra componentelor laptelui sunt prezentate în figura 14 .9. Pasteurizarea trebuie s ă asigure distrugerea bacilului tuberculozei și a întregii flore în propor ție de 99,9 %, pentru ca laptele s ă corespund ă normelor igienico-sanitare. Rezisten ța germenilor patogeni variaz ă în limite restrânse de temperatur ă (60-80 0C), astfel c ă luând ca etalon bacilul tuberculozei (se distruge î n 105- 150 secunde la 62 0C și în 2-3 secunde la 80 0C), prin distrugerea lui sunt distruse și bacteriile patogene și virușii, singurul pericol r ămânând toxinele de stafilococi termorezistente. Regimul termic depinde de înc ărcătura microbian ă a laptelui supus pasteuriz ării. Dac ă Fig. 14.9. Efectul pasteuriz ării asupra recoltarea și transpotul laptelui a fost realizat în componenților laptelui condi ții igienice, prin distrugerea bacilului tuberculozei se asigur ă un num ăr de germeni sub valorile admise, iar când înc ărcătura microbian ă este ridicat ă, pentru cre șterea eficien ței pasteuriz ării se cre ște temperatura și durata de men ținere, separat sau concomitent. Pasteurizarea determin ă o modificare a structurii componentelor chimice al e laptelui, într-o m ăsură mai mare sau mai mic ă, în raport cu temperatura și durata de men ținere: ► sub ac țiunea c ăldurii se denatureaz ă partea proteic ă din globulele de gr ăsime, substan ța gras ă se tope ște îngreunând separarea stratului de gr ăsime de la suprafa ță; ► prin înc ălzirea peste 60 0C proteinele solubile sunt denaturate ireversibil, cele mai afectate fiind, în ordine, globulinele cu rol de im unizare, β-globulinele și α-globulinele; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 311 ► se denatureaz ă aminoacizii cu sulf cu formarea de hidrogen sulfur at și se formeaz ă substan țe care modific ă poten țialul oxido-reduc ător al laptelui; ► cazeina, aflat ă sub forma fosfocazeinatului de calciu, î și modific ă echilibrul la temperaturi ce dep ășesc 75-80 0C, fapt ce determin ă dificult ăți în procesul de coagulare; ► lactoza se descompune la temperaturi mai mari de 1 00 0C în acizi organici, alcooli și aldehide; ► se modific ă echilibrul mineral atât datorit ă căldurii, cât și prin eliminarea bioxidului de carbon, fosfa ții de calciu solubili trec în fosfat tricalcic inso lubil care precipit ă, iar la temperaturi peste 100 0C precipit ă și citra ții de calciu și magneziu; ► vitaminele sunt distruse par țial mai ales în prezen ța oxigenului la 80 0C (A, B 1, B 12, C), în lipsa aerului temperatura putând urca la 100 -110 0C, con ținutul în vitamine fiind aproximativ acela și cu a laptelui ini țial. În practic ă se folosesc mai multe metode de pasteurizare a laptelui, fiecare dintre acestea cu avantajele și dezavantajele sale, temperatura și durata de men ținere fiind mărimile variabile asupra c ărora se exercit ă un atent control: ● pasteurizare joas ă sau de durat ă: const ă în înc ălzirea laptelui la 63-65 0C cu menținere timp de 30 minute la aceast ă temperatur ă; nu modific ă semnificativ structura chimic ă și se recomand ă a fi aplicat ă la tratarea laptelui folosit ca materie prim ă la fabricarea brânzeturilor; ● pasteurizarea înalt ă: const ă în încălzirea laptelui la 72-75 0C și men ținerea timp de 15 secunde; se produce o descompunere a s ărurilor de calciu și fosfor, având ca efect reducerea capacit ății laptelui de a coagula și se inactiveaz ă enzimele; metoda este recomandat ă la tratarea laptelui de consum; Fig. 14.10. Diagrama de pasteurizare ● pasteurizarea instantanee sau tip flash: const ă în înc ălzirea rapid ă a laptelui la temperaturi de peste 75-80 0C, urmat ă de o r ăcire brusc ă; metoda se recomand ă la tratarea laptelui de calitate sc ăzută. Combina țiile de perechi temperatur ă-timp men ținere pot fi în num ăr infinit, rela ția Tβατ −=ln ce define ște condi ția minim ă pentru distrugerea bacilului tuberculozei este reprezentat ă de dreapta a (fig. 14.10.). Orice alt ă combina ție care se situeaz ă deasupra acestei drepte va corespunde cerin ței sub aspect bactericid. Dreapta notat ă cu c reprezint ă nivelul de la care, dac ă este dep ășit, încep modific ările propriet ăților ini țiale ale laptelui și care pe lâng ă efectul bactericid determin ă și modific ări ireversibile ale compozi ției laptelui. În intervalul dintre cele dou ă drepte se pot ob ține combina ții temperatur ă-timp men ținere care se încadreaz ă în limitele de calitate impuse opera ției. Regimul optim pentru pasteurizarea laptelui co respunde unor combina ții definite de c ătre dreapta b. Pasteurizatoarele cu pl ăci sunt utilizate aproape în exclusivitate întrucât sunt simple constructiv, lucreaz ă în flux continuu și cu debite mari, realizeaz ă un proces de lucru închis cu consumuri energetice reduse și permit automatizarea complet ă a opera ției. În figura 14.11 este prezentat principiul de func ționare al pasteurizatorului pentru lapte, iar în fi gura 14.12 schema unei instala ții de pasteurizare a laptelui model PDN 1010. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 312 Laptele din rezervorul 1 (fig. 14.11) este trimis d e pompa 2 în zona III a pasteurizatorului unde circul ă în contracurent cu laptele cald de la pasteurizare , încălzindu-se. De aici trece în zona IV unde se înc ălzește în continuare, iar cu ajutorul apei calde pân ă la temperatura optim ă omogeniz ării. Trece în rezervorul tampon izoterm 4 și cu ajutorul pompei 5 în omogenizatorul 6 unde are loc spargerea globulelor de gr ăsime. De aici laptele intr ă în zona V, unde preia c ăldura de la laptele pasteurizat înc ălzindu-se, ajungând la temperatura de pasteurizare în zona VI prin înc ălzirea cu abur. La aceast ă temperatur ă laptele iese din pasteurizator și este menținut timpul necesar realiz ării efectului bacteri-cid (în zona de men ținere), dup ă care revine în zona V și mai departe în zona III unde cedeaz ă în continu- are căldură laptelui ce intr ă în pasteurizator. Fig 14.11. Modul de func ționare al pasteurizatorului cu pl ăci Laptele urmeaz ă traseul prin zona II, unde este r ăcit cu ap ă de la re țea și prin zona I, unde este r ăcit cu ap ă răcită la 2-4 0C, temperatur ă la care este stocat în vase izoterme sau este trecut direct la ma șinile speciale de dozat și ambalat. Fig. 14.12. Schema de func ționare a pasteurizatorului PDN 1010: a- spre separa torul centrifugal; b- de la separatorul centrifugal; 1- pomp ă apă; 2- rezervor alimentare; 3- ventil reglare tempera tură; 4- ventil de recirculare; 5- schimb ător de căldură (zona de men ținere); 6- boiler ap ă caldă; 7- agregat pompare lapte; 8- agregat pompare ap ă caldă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 313 Prin realizarea acestui traseu tehnologic se reduc e sensibil consumul de energie termic ă, viteza de deplasare a laptelui fiind cea corespunz ătoare regimului temperatur ă-timp men ținere stabilit. Un procedeu de igienizare a laptelui const ă în asocierea pasteuriz ării cu o separare a microorganismelor din lapte, prin intermediul unor separatoare centrifugale de construc ție special ă (au turația de lucru cuprins ă între 15000- 30000 rot/min). Fig. 14.13. Schema unei instala ții de bactofugare: 1- zon ă răcire; 2- recuperator de c ăldură; 3- zonă încălzire; 4- omogenizator; 5- supercentrifuge De regul ă, instala țiile de acest tip au prev ăzute un pasteurizator cu pl ăci și dou ă supercentrifuge legate în serie (fig. 14.13). Prin efectul bactericid al pasteurizatorului se dis trug microorganismele, iar pe baza diferen ței de mas ă dintre celulele microbiene și cele din lapte, este asigurat ă prin supercentrifugare (opera ție se mai nume ște bactofugare) eliminarea aproape integral ă a lor din lapte. Pentru a încetini dezvoltarea și înmul țirea restului de microorganisme r ămase în lapte după pasteurizare (mai ales formele sporulate) sau a ce lor ce p ătrund dup ă ieșirea din pasteurizator, este necesar ă răcirea laptelui la temperatura de 2-4 0C. De cele mai multe ori aceast ă opera ție se execut ă în zona de r ăcire a pasteurizatorului. Sterilizarea laptelui . Deoarece prin pasteurizare nu se pot distruge mic roorganismele termorezistente și formele sporulate, durata de p ăstrare a laptelui este limitat ă, microflora r ămasă determinând modific ări importante ale compozi ției laptelui chiar și la temperaturi scăzute. Dintre aceste microorganisme, Bacillus stearo-termophylus este cel mai rezistent la temperatur ă, modul de varia ție al concentra ției sporilor în timp pentru diverse temperaturi fiind prezentat în figura 14.14. Se poate constata c ă sc ăderea numărului de spori se face la temperaturi peste punctul de fierbere la presiune normal ă, iar viteza de distrugere a sporilor crește rapid cu temperatura. Fig. 14.14. Scăderea numărului de spori de bacillus stearotermophylus cu temperatura La stabilire a regimului optim pentru sterilizare trebuie cunoscute și efectele temperaturilor ridicare asupra propriet ăților fizico-chimice ale laptelui, modific ările de structur ă și compozi ție ale acestuia. O reac ție care este important ă, din punct de vedere al propriet ăților organoleptice, este cea dintre lactoz ă și proteine și care duce la apari ția unei culori brune (proces de brunificare). Încerc ările și studiile f ăcute pe instala țiile de sterilizare au permis trasarea unor diagrame de sterilizare, una dintre a cestea fiind cea din figura 14.15. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 314 Curba Brunificare reprezint ă acea limit ă peste care, odat ă depășită apar modific ări sub aspectul compozi ției laptelui. Intersec ția curbei Sterilizare cu cea de Brunificare se produce în punctul 0 și se poate constata c ă, cu cât regimul termic este mai la stânga viteza de distrugere a sporilor este tot mai mic ă și posibilitatea apari ției modific ărilor structurale în lapte tot mai mare. Pe m ăsură ce regimul termic este mai ridicat și viteza de distrugere a sporilor crește, iar posibilitatea de a produce modific ări ale compozi ției laptelui sunt minime. Acesta este și principiul ce st ă la baza steriliz ării laptelui la temperaturi ridicate, numit UHT (Ultra High Temperature) Fig. 14.15. Diagrama de sterilizare Webb-Holm Regimul de lucru UHT este caracterizat prin înc ălzirea rapid ă a laptelui la temperaturi de 145-150 0C, timp de câteva secunde pân ă la mai pu țin de o secund ă, urmat ă de o r ăcire rapid ă la temperatura de 2-4 0C, laptele fiind trecut la ambalare în instala ții septice. Fig. 14.16. Schema de func ționare a instala ției de sterilizare a laptelui STERILPLAK: 1- rezerv or alimentare; 2- zon ă recuperare căldură I; 3- omogenizator; 4- zon ă recuperare căldură II; 5- zonă de menținere a temperaturii ; 6- tub men ținere la temperatura de sterilizare; 7- zon ă de sterilizare; 8- pompă centrifugă; 9- zonă recuperare căldură III; 10- aparat de degazare. Procedeele de sterilizare pot fi în flux continuu sau discontinuu, în func ție de tipul de utilaj folosit. De asemenea, sterilizarea se poate realiza cu laptele ambalat sau în vrac (flux continuu), sterilizatoarele hidrostatice cunoscând o mai mare extindere în practica industrial ă. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 315 În figura 14.16 este prezentat ă schema de func ționare a unei instala ții de sterilizare a laptelui de tipul cu schimb ător de c ăldură cu pl ăci, compus din dou ă corpuri, serpentin ă de menținere și aparat de degazare. Laptele din bazinul de alimentare 1 este adus la z ona de recuperare a c ăldurii I, se încălzește la 60 0C, preluând c ăldura de la laptele sterilizat și trece la omogenizatorul 3. De aici laptele ajunge la zona de recuperare a c ăldurii 4 unde, prin circula ția în contracurent cu laptele sterilizat, se înc ălzește la 95 0C cu men ținere timp de 20-40 secunde în zona 5 (se produce o stabilizare mai bun ă a proteinelor, reducând astfel riscul de denaturar e a lor la sterilizare). Laptele ajunge în cel de-al doilea corp al instala ției unde se înc ălzește la 120 0C în zona de recuperare a c ăldurii 9 și apoi la 138 0C în zona 7. Laptele ajuns la temperatura de steril izare este men ținut un timp de maxim 4 secunde și circulat prin tubul de men ținere exterior 6, proces controlat printr-un circuit de automatizare. Din t ubul de men ținere laptele sterilizat trece în zona recuperatoare de c ăldură 9, unde temperatura sa scade la circa 113 0C, apoi prin degazorul 10 și apoi se r ăcește în dou ă trepte (zona 4 în contracurent cu lapte și zona 2 cu ap ă rece) pân ă la 20 0C. Parametrii tehnologici ai procesului de lucru sunt controla ți de un sistem de automatizare care permite recircularea laptelui și reglarea debitelor de abur, ap ă cald ă și apă rece, precum și timpul de men ținere la temperatura de sterilizare. Fig. 14.17. Schema de func ționare a unei instala ții de sterilizare cu injec ție de abur: 1- pomp ă alimentare; 2,19- ventil reglaj abur secundar; 3,6- preîncălzitor; 4- ventil pneumatic de reglare automat ă a aburului secundar; 5- dispozitiv reglare automat ă a densității laptelui; 7- r ăcitor; 8,20- alimentare ap ă răcire; 9- omogenizator; 10- pomp ă lapte; 11- pomp ă lapte steril; 12- indicator nivel; 13- ventil de reglare; 14- alimentare abur de înalt ă presiune; 15- regulator debit abur; 16- ventil de reglare automat ă a debitului de abur; 17- uperizator; 18- expandor; 21- condensator; 22- ventil reglare vid; 23- pomp ă condens; 24- pomp ă vid. În practic ă se folosesc și instala ții la care agentul termic intr ă în contact direct cu Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 316 laptele. Se procedeaz ă la injectarea aburului în lapte sau la injectarea laptelui într-o camer ă cu abur, opera ția purtând și denumirea de uperizare. Atât în primul caz, cât și în cel de-al doilea, apa ce rezult ă în urma condens ării aburului se evacueaz ă printr-o sc ădere brusc ă a presiunii. În figura 14.17 este prezentat ă schema de func ționare a unei instala ții de sterilizare în care laptele este înc ălzit prin injectarea de abur. Laptele proasp ăt este supus preînc ălzirii pân ă la 75-80 0C în dou ă trepte, pe seama aburului secundar rezultat de la expandor. Ajuns la aceast ă temperatur ă este pompat în capul de injec ție al uperizatorului, unde în contact cu aburul dir ect își ridică brusc temperatura la 140-150 0C. Durata de men ținere la aceast ă temperatur ă este dependent ă de timpul cât str ăbate conducta ce duce la expandor. Ca urmare a vidu lui par țial pe care-l g ăsește aici, se produce o detent ă brusc ă, fenomen înso țit și de o evaporare intens ă. Parametrii de lucru precum temperatura și presiunea din expandor sunt reglate astfel încât apa evaporat ă să fie echivalent ă cu aburul condensat la capul de injec ție al uperizatorului. Din expandor laptele este pompat în omogenizator și dup ă răcire la 20 0C este trimis c ătre mașina de ambalat. O instala ție în care laptele este pulverizat într-un recipien t cu abur sub presiune este prezentat ă în figura 14.18. Fig. 14.18. Schema instala ției de sterilizare Thermovac: 1- pomp ă alimentare cu lapte; 2- preînc ălzitor cu abur; 3- pomp ă evacuare lapte sterilizat; 4- pomp ă recirculare ap ă; 5- pompă de vid; 6- condensator de amestec; 7- vas de detent ă (sub vid); 8- vas sub presiune; 9- zon ă răcire; 10- zonă preîncălzire cu apă de condens. Ambalarea laptelui . Dup ă răcire laptele este p ăstrat în tancuri izoterme la 2-4 0C pân ă în momentul când este trecut la ma șinile de dozat și ambalat. În ultimul timp se folosesc cu deosebire ambalaje nerecuperabile, sub form ă de recipiente prefabricate sau recipiente formate în momentul ambal ării. Ca materiale folosite la confec ționarea ambalajelor se pot men ționa carton tratat cu parafin ă sau r ășini sintetice (ambalaje de tip Perga), hârtie trata tă cu sulfat de polietilen ă (ambalaje de tip Tetra-Pak) și folie termosudabil ă de polietilen ă (ambalaje de tip Polipak). 14.2. Tehnologia de fabricare a conservelor de lapt e Conservarea produselor lactate are ca scop m ărirea duratei de p ăstrare a acestora, prin distrugerea microflorei ce provoac ă alterarea sau prin crearea unor condi ții care s ă împiedice dezvoltarea proceselor microbiene în produse. Metodele de conservare sunt urm ătoarele: Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 317 – conservarea prin sterilizare: asigur ă distrugerea tuturor microorganismelor prin tratament termic și realizeaz ă o conservabilitate teoretic nelimitat ă; – conservarea prin deshidratare: const ă în îndep ărtarea unei cantit ăți mai mari sau mai mici de ap ă, având drept consecin ță reducerea sau chiar încetarea activit ății vitale a microorganismelor; – conservarea prin adaos de zah ăr: are la baz ă creșterea presiunii osmotice și care implic ă afectarea dezvolt ării microorganismelor. Dintre conservele de lapte ob ținute prin aceste metode de conservare, cele mai im portante sunt laptele concentrat sterilizat, laptele concent rat cu sau f ără zahăr și laptele uscat sau laptele praf. Datorit ă valorii nutritive ridicate, a duratei mari de p ăstrare și a posibilit ăților multiple de depozitare și transport, conservele de lapte sunt folosite atât ca atare în alimenta ție, cât și ca materie prim ă la realizarea unor produse în diverse subramuri al e industriei alimentare (panifica ție, paste f ăinoase, produse de patiserie și cofet ărie, etc.). Tehnologia de fabricare a conservelor de lapte con centrate. Din gama produselor lactate concentrate se pot men ționa laptele concentrat sterilizat, laptele concent rat cu zah ăr, laptele concentrat cu adaosuri (cafea, cacao, arome de fructe, etc.), lapte smântânit concentrat, zer și zară concentrat ă. În figura 14.19 este prezentat ă schema tehnologic ă de fabricare a laptelui concentrat sterilizat și cu adaosuri diverse. Laptele concentrat cu zah ăr și alte adaosuri este un aliment foarte mult utilizat în alimenta ție, materia prim ă, respectiv laptele trebuind s ă corespund ă integral condi țiilor privitoare la starea de igien ă și de stabilitate a sistemului coloidal. Etapele preliminare sunt reprezentate de recep ția calitativ ă și cantitativ ă a laptelui, cur ățirea centrifugal ă și normalizarea, toate având ca obiectiv ob ținerea unei materii prime de calitate. Pasteurizarea are rolul de a Fig. 14.19. Schema tehnologic ă de obținere a laptelui distruge microorganismele și enzimele, concentrat fiind modif icate favorabil și unele propriet ăți fizice precum vâscozitatea și stabilitatea laptelui. De regul ă, pasteurizarea laptelui destinat concentr ării se face în aparate de tipul schimb ătoarelor de c ăldură cu pl ăci, la temperaturi cuprinse între 85-95 0C, pe o durat ă de 10-20 minute. Acest regim termic de pasteurizare pe rmite distrugerea în totalitate a microorganismelor d ăunătoare s ănătății, enzimele și germenii nesporula ți. Amestecarea este opera ția prin care laptele pasteurizat se combin ă cu siropul de zah ăr și alte adaosuri, realizat ă înainte de concentrare sau simultan cu concentrare a laptelui. Zah ărul care se adaug ă în lapte are rol atât de îndulcire, cât și de conservant, concentra ția acestuia fiind stabilit ă în func ție de produsul final (de regul ă este de 40-45 %) și ea trebuie respectat ă deoarece excesul de zah ăr determin ă suprasaturarea produsului, cu formarea de cristale de zaharoz ă în timpul depozit ării, în timp ce o concentra ție mai sc ăzută nu mai asigur ă condi țiile de conservare. Zah ărul folosit trebuie s ă corespund ă integral cerin țelor fizico-chimice și bacteriologice, iar pentru a evita infectarea laptelui cu microorga nismele din zah ăr, acesta se introduce sub form ă de sirop tratat termic (înc ălzit timp de 10 minute la 90-95 0C) direct în concentrator, odat ă Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 318 cu laptele sau amestecat cu laptele pasteurizat, în ambele situa ții temperatura siropului de zah ăr trebuie s ă fie mai mare de 80 0C. Atunci când amestecarea se realizeaz ă în concentrator, laptele rezultat de la pasteuriza re are temperatura de ie șire de minim 85 0C, temperatur ă la care se introduce în instala țiile de concentrare, evitând astfel pe de o parte arderea l aptelui (se produce la contactul direct al laptelui rece cu suprafe țele înc ălzite ale camerelor de concentrare, afectând culoar ea și gustul acestuia), iar pe de alt ă parte asigurând o mai rapid ă și omogen ă concentrare. Concentrarea este o opera ție specific ă și const ă în eliminarea unei p ărți din apa con ținută de laptele cu adaosuri de zah ăr și alte produse, având ca efect sc ăderea volumului și creșterea concentra ției în substan ță uscat ă, mărirea presiunii osmotice și implicit a conservabilit ății produsului. Pentru a evita modificarea echilibrului coloidal al laptelui, eliminarea par țială a apei (concentrarea se realizeaz ă la un raport de 1/2 pân ă la 1/3) se face la temperaturi sc ăzute de maxim 50-60 0C sub vid, pân ă când densitatea laptelui la 50 0C este de 1,270 – 1,295 iar conținutul în substan ță uscat ă la 20 0C este de 72,8 – 73,0 %. În industria alimentar ă se folosesc o multitudine de instala ții de concentrare, pentru lapte fiind folosite cu prec ădere cele cu flux continuu și de tip tubular, cu pelicul ă ascendent ă sau descendent ă, concentrarea fiind realizat ă în una sau mai multe trepte. Deoarece laptele conc entrat este pulverizat fin în tuburile înc ălzite din exterior, cu realizarea unui schimb de c ăldură foarte bun, instala țiile de concentrare cu pelicul ă descendent ă sunt utilizate pe scar ă larg ă. În figura 14.20 este prezentat ă schema unei instala ții de concentrare în dou ă trepte de tip Nagema, iar în figura 14.21 schema unei instala ții de concentrare în trei trepte de tip ANHYDRO. Fig. 14.20. Schema instala ției de concentrare cu dublu efect, termocompresie și curent descendent Nagema: 1,8,11- pompe lapte; 2- rezervor lapte; 3,1 2- robinet cu trei c ăi; 4- condensator; 5,6- concentratoare; 7,9- separatoare de pic ături; 10- ejector; 13- pomp ă vid Instala ția Nagema realizeaz ă concentrarea laptelui în dou ă trepte înc ălzite din exterior cu abur, depresiunea din camerele de concentrare deter minând o sc ădere a temperaturii de vaporizare a apei la 50-60 0C, temperatura fiind cu atât mai sc ăzută cu cât cre ște depresiunea din camere. Prin concentrarea laptelui în instala ția cu trei trepte de concentrare de tip ANHYDRO, procesul de lucru este mai bine controlat și parametrii de lucru permit realizarea unei calit ăți superioare a produsului finit. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 319 Fig. 14.21. Schema instala ției de concentrare cu triplu efect tip ANHYDRO: 1- rezervor lapte; 2- pomp ă lapte; 3- circuit înc ălzire; 4- concentrator; 5- ejector; 6- separator pi cături; 7- termometru; 8- pasteurizator; 9- corp men ținere temperatur ă; 10,12- pompă condens; 13- condensator semibarometric. Răcirea și cristalizarea laptelui concentrat. Dup ă atingerea gradului de concentrare laptele trebuie r ăcit rapid într-o prim ă fază și moderat în faza a doua. R ăcirea rapid ă este necesar ă atât din punct de vedere bacteriologic, dar și pentru a atenua efectele de îngro șare și decolorare favorizate de temperaturile relativ ridi cate. Pe de alt ă parte, în procesul de evaporare a apei se formeaz ă în lapte o solu ție de lactoz ă care, la r ăcire cristalizeaz ă. Dac ă răcirea se face lent are loc formarea unui num ăr redus de cristale care cresc foarte mult, imprimând produsul ui o consisten ță nisipoas ă, în timp ce o r ăcire rapid ă determin ă formarea unui num ăr foarte mare de cristale fine în lapte, conferindu -i acestuia o consisten ță granular ă mai bun ă. Laptele ce iese din concentrator se r ăcește la 30 0C, iar pentru accelerarea cristaliz ării lactozei (cu formarea unui num ăr mare de centre de cristalizare) de adaug ă 0,1 % lapte concentrat sau 0,02 % lactoz ă, dup ă care r ăcirea se continu ă până la 17-18 0C, temperatur ă la care se men ține timp de 40-60 minute cu agitare continu ă, procesul de cristalizare fiind considerat corect atunci când cristalele de lactoz ă nu dep ășesc 0,01 mm. P ăstrarea laptelui concentrat se face în vase închise , având posibilitatea corect ării, atunci când este cazul, a con ținutului în gr ăsime sau ap ă, opera ție ce trebuie evitat ă pe cât posibil. Dac ă acest lucru este necesar, normalizarea laptelui con centrat se face, dup ă caz, cu ap ă fiart ă și filtrat ă steril, smântân ă sau lapte smântânit ce au fost supuse unei pasteur izări apropiate de cea a laptelui concentrat. Ambalarea laptelui concentrat . Din vasele de p ăstrare laptele concentrat este trecut în ambalaje, iar pentru evitarea unei eventuale contam inări, opera ția se realizeaz ă în înc ăperi speciale cu condi ții de igien ă stricte. Aerul din camera de ambalare este filtrat steril și men ținut constant la temperatura de 14-16 0C, iar ambalajele se sterilizeaz ă cu abur sau cu raze ultraviolete, în primul caz uscarea fiind realizat ă cu aer steril. Laptele concentrat sterilizat . Ca materie prim ă poate fi folosit laptele integral sau smântânit, produsul finit fiind consumat ca atare s au folosit în diverse subramuri ale industriei alimentare. Ca produs se aseam ănă cu laptele concentrat cu zah ăr și alte adaosuri, cu deosebirea că în acest caz conservabilitatea este asigurat ă prin sterilizare, compozi ția chimic ă a celor dou ă tipuri de produse fiind prezentat ă în tabelul 14.1. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 320 Tabelul 14.1. Compoziția chimică medie a produselor lactate concentrate, în % Componentul Lapte concentrat cu zah ăr Lapte concentrat sterilizat Apă 25-27 50-70 Substan ță uscat ă total ă 28-32 25-50 Grăsimi 8-9 8-15 Substan ță uscat ă negras ă 20-24 20-35 Proteine 8-9 8-15 Lactoz ă 11-14 11-15 Săruri minerale 1,5-1,8 1,4-1,7 Zaharoz ă 40-45 – Opera țiile preliminare de recep ție, cur ățire, normalizare și omogenizare sunt asem ănătoare ca în cazul laptelui concentrat cu adaosuri. Pasteurizarea este caracterizat ă printr- un regim termic mai sever, laptele fiind men ținut timp de 10 minute la o temperatur ă de 95-100 0C. Concentrarea se realizeaz ă în acelea și tipuri de instala ții, cu men țiunea c ă gradul de concentrare depinde de tipul produsului și are valori cuprinse între 25-50 % S.U., în cele m ai multe situa ții concentrarea mergând pân ă la 26-28 % S.U., ceea ce corespunde unei densit ăți de 1,055 -1,065 la temperatura de 20 0C. Omogenizarea se aplic ă imediat dup ă concentrare și urm ărește dispersarea gr ăsimii și omogenizarea emulsiei, evitând astfel separarea ei ulterioar ă, stabilitatea fiind favorizat ă și de creșterea vâscozit ății laptelui în urma omogeniz ării. Pentru aceasta se folosesc omogenizatoare cu șoc mecanic la care presiunea în prima treapt ă este de 170-250 atmosfere și de 50 atmosfere în cea de-a doua treapt ă, mărirea presiunii determinând o cre ștere a vâscozit ății. Răcirea și normalizarea laptelui concentrat sterilizat presupune aducerea sa la temperatura de 10-12 0C și depozitarea în vane sau tancuri izoterme, pe o du rată de maxim 13-15 ore. Normalizarea este o opera ție ce ar trebui evitat ă, dar care, în cazul dep ășirii gradului de concentrare în substan ță uscat ă sau con ținutul în gr ăsimi nu este cel dorit, se poate face dar în condi ții stricte de igien ă și cu produse tratate termic asem ănător cu laptele concentrat, evitând astfel infectarea acestuia. Ambalarea laptelui concentrat se face în cutii metalice de diverse capacit ăți, închise ermetic și supuse unui control al etan șeității, pentru aceasta fiind folosite ma șini de ambalat speciale. Sterilizarea este opera ția principal ă și are ca scop distrugerea complet ă a microorganismelor și a enzimelor, prin acest tratament termic fiind fa vorizat ă și o cre ștere a vâscozit ății laptelui concentrat. Instala țiile de sterilizare sunt de tipul cu func ționare continu ă sau discontinu ă, în ambele cazuri durata medie de sterilizare fiin d 15 minute la o temperatur ă de 115 0C. Răcirea și agitarea . Dup ă încheierea procesului de sterilizare cutiile metal ice cu lapte concentrat sunt r ăcite la 20-25 0C, prin pulverizarea apei reci timp de 15-20 minute , iar pentru omogenizarea con ținutului se face agitarea timp de 2-5 minute în apa rate speciale. Termostatarea este o opera ție necesar ă în vederea verific ării stabilit ății și eficien ței steriliz ării. Pentru aceasta cutiile cu lapte concentrat se păstreaz ă timp de 10 zile într-o camer ă a cărei temperatur ă este men ținută constant la 37 0C, dup ă care, în urma sort ării, sunt îndep ărtate acelea care prezint ă bombaj sau sunt închise defectuos. În final cutiil e se depoziteaz ă în lăzi la temperatura de 5-15 0C , în camere cu umiditatea aerului de 85 %. Produsele lactate uscate se prezint ă sub form ă de pulbere a c ăror consisten ță este asigurat ă prin eliminarea a circa 95 % din apa pe care o con țin, principala problem ă a acestor produse constând în p ăstrarea nealterat ă a caracteristicilor materiei prime, astfel c ă prin dizolvarea lor în ap ă să se poat ă reconstitui cât mai exact materia prim ă. Din aceast ă categorie de conserve fac parte laptele praf integ ral, laptele praf smântânit sau degresat în diverse propor ții, laptele praf acidulat cu acid lactic, laptele p raf acidificat pe cale Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 321 fermentativ ă, la care se mai adaug ă zerul și zara sub form ă de praf. Ca urmare a conservabilit ății ridicate și a posibilit ății de ob ținere a unor compozi ții constante, produsele uscare și-au g ăsit o largă utilizare în ob ținerea unor sortimente folosite în alimenta ția copiilor, precum și în industria produselor de patiserie și cofet ărie. Laptele praf integral sau smântânit se ob ține dup ă o schem ă tehnologic ă precum cea din figura 14.22, principalele faze tehnologice fiind t ratarea preliminar ă a laptelui, concentrarea și uscarea acestuia. Compozi ția chimic ă medie a laptelui praf este prezentat ă în tabelul 14.2. Materia prim ă folosit ă trebuie s ă corespund ă din punct de vedere calitativ normelor impuse ca și în cazul laptelui concentrat. Dup ă ce este trecut prin curățitorul centrifugal, laptele este supus normaliz ării în vederea ob ținerii unui produs finit cu o compozi ție dorit ă. Se recomand ă ca laptele utilizat la fabricarea produselor uscate s ă fie omogenizat, realizându-se astfel o cre ștere a digestibilit ății și conservabilit ății, pe baza reducerii proceselor de oxidare a gr ăsimii din lapte. Pasteurizarea laptelui este necesar ă la obținerea de lapte praf, deoarece metodele de uscare nu asigur ă distrugerea complet ă a unor fabricare germeni patogeni. Astfel, în practic ă se alege temperatura de pasteurizare de peste 80 0C la laptele smântânit și peste 85-90 0C în cazul laptelui integral sau normalizat. Concentrarea laptelui înainte de uscare este necesar ă deoarece se reduce considerabil durata procesului de lucru și mărește randamentul instala ției de uscare, iar datorit ă concentr ării produsul finit are un grad mic de afânare, u șurând ambalarea. La ob ținerea produselor uscate gradul de concentrare este mai mare decât la produ sele lactate concentrate, fiind de 47-48 % S.U. Uscarea laptelui asigur ă eliminarea apei prin dou ă procedee: uscarea în pelicul ă și uscarea prin pulverizare. Tabelul 10.2. Compoziția chimică medie a laptelui praf, în % Componentul Lapte praf integral Lapte praf smântâni t Apă 4 5 Substan ță uscat ă 96 95 Grăsimi 25 0,3-0,9 Lactoz ă 35-39 45-51 Proteine 26-30 34-39 Săruri minerale 6-7 6-9 pH lapte reconstituit 6,5 6,5 Procedeul de uscare a laptelui în pelicul ă sau pe val țuri, presupune antrenarea laptelui concentrat sub form ă de pelicul ă pe suprafa ța unor cilindri care se rotesc și a căror temperatur ă este de 140-150 0C, un timp de 2-3 secunde. R ăspândit uniform pe suprafa ța val țurilor, pelicula de lapte, preînc ălzită la circa 70 0C, elimin ă rapid apa astfel c ă laptele nu atinge efectiv temperatura val țurilor. Pelicula uscat ă, format ă la suprafa ța val țurilor este desprins ă cu ajutorul unor cu țite de raclare și trimis ă către m ăcinare la morile cu ciocane. Înc ălzirea val țurilor se face la interior cu abur, acestea având o tura ție de lucru de 15-20 rot/min, astfel ca timpul de c ontact al peliculei cu suprafa ța lor s ă fie cel specificat. Calitatea lucrului este influen țată de gradul de concentrare a laptelui, de men ținerea constant ă a temperaturii val țurilor, de asigurarea unei pelicule de lapte unifor m repartizat ă pe suprafa ța de lucru, de evacuarea apei evaporate și a aerului umed din incinta de lucru, Fig. 14.22. Schema tehnologic ă de fabricare a laptelui praf Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 322 nerealizarea acestor condi ții determinând o supraînc ălzire a laptelui și creșterea riscului de ardere a acestuia, cu efecte nefavorabile asupra calit ății și însu șirilor organoleptice Procedeul de uscare a laptelui prin pulverizare sau atomizare const ă în pulverizarea fin ă, sub form ă de cea ță de vapori a laptelui concentrat, într-o incint ă sau camer ă de uscare în care se introduce aer cald. Fig. 14.23. Sisteme de circula ție a aerului și laptelui în camerele de uscare: a- în echicurent orizontal; b- în echicurent vertical de sus în jos; c- în echicur ent vertical de jos în sus; d- în curent mixt elico idal; e- în contracurent; f- în contracurent mixt circular. În practic ă sunt foarte multe variante de camere de uscare, at ât ca form ă constructiv ă, cât și din punctul de vedere al sistemului de circula ție a aerului cald și a laptelui concentrat (fig. 14.23). Pentru oricare dintre aceste solu ții, laptele este pulverizat în incinta camerei, pen tru aceasta fiind utilizate dispozitive de pulverizare, și care pot fi: ● dispozitiv de pulverizare cu injector: laptele con centrat este trimis sub o presiune cuprins ă între 140-210 bari, printr-un orificiu cu diametru l de 0,10-0,125 mm, fiind pulverizat fin; au dezavantajul c ă duzele au tendin ța de înfundare, precum și de deformare a jetului ca urmare a uzurii în timp a orificiilor; ● dispozitive de pulverizare pneumatice: laptele con centrat este trimis sub form ă de jet sub presiune printr-un orificiu, pulverizarea fiind accentuat ă de c ătre jeturi de aer comprimat care disperseaz ă în particule foarte fine; ● dispozitive de pulverizare centrifugale: laptele c oncentrat este introdus la presiune normal ă într-un cap de pulverizare prev ăzut cu orificii și care se rote ște cu tura ții ce variaz ă între 6000-20000 rot/min; dimensiunea pic ăturilor depinde de viteza de rota ție și, comparativ cu primele dou ă dispozitive, particulele de lapte praf rezultate s unt mai mari. În figura 10.24 este prezentat ă schema instala ției de uscare a laptelui ANHYDRO, iar în figura 10.25. instala ția Niro-Atomiser. Temperatura ridicat ă a aerului cald și suprafa ța de schimb de căldură mare dintre particulele de lapte și aer, determin ă uscarea instantanee a laptelui, cu avantajul c ă, datorit ă evapor ării foarte rapide a apei, pic ăturile de lapte ating o temperatur ă de 62-65 0C, iar timpul de contact cu agentul de înc ălzire este foarte scurt. Praful de lapte ob ținut la uscarea prin pulverizare este calitativ sup erior, sub aspectul solubilit ății, celui uscat pe val țuri, având un grad de solubilitate de peste 99 %, f ață de 80-85 %, în schimb laptele praf ob ținut prin uscarea sub form ă de pelicul ă are un con ținut de germeni (mai ales forme sporulate) mai sc ăzut decât la cel ob ținut prin pulverizare și datorit ă modific ărilor pe Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 323 care le sufer ă grăsimile și proteinele sub ac țiunea c ăldurii la contactul cu val țurile, o digestibilitate superioar ă. Fig. 14.24. Schema instala ției de uscare a laptelui tip ANHYDRO: 1- rezervor l apte; 2- pompă; 3- turn de uscare; 4- palet ă evacuare pulbere; 5,11- filtru aer; 6,7- ciclon; 8 ,9,12- ecluză; 10- ciclon separare finală; 13- încălzitor aer; 14- ventilator aer uzat Ambalarea laptelui praf . Caracterizat printr-o higroscopicitate ridicat ă, laptele praf este influen țat sub aspect calitativ de aer, lumin ă și căldură, astfel c ă materialele din care se realizeaz ă ambalajul trebuie s ă prezinte o rezisten ță mecanic ă bună, precum și impermeabilitate pentru ap ă și aer. Materialul cel mai folosit la ambalarea laptelui praf este polietilena, aplicat ă ca stratul interior pentru ambalajul din hârtie și care se închide prin termosudare. În vederea asig urării unei mai bune protec ții față de ap ă și gaze, s-au realizat materiale combinate de tipul pliofilm- pergament vegetal-polietilen ă (folosit la ambalarea sub vid) sau folie de alumin iu ca șerată cu polietilen ă sau pliofilm. Laptele praf destinat unor ramuri industriale se a mbaleaz ă în cutii metalice din tabl ă cositorit ă sau în saci din hârtie multistrat, c ăptușiți la interior cu polietilen ă. Tot în cutii metalice se ambaleaz ă și o parte din produsele lactate uscate destinate al imenta ției copiilor, acestea fiind îmbun ătățite sub aspectul con ținutului și al valorii energetice cu vitamine, s ăruri minerale, protide, glucide, arome diverse, etc. Indiferent de tipul ambalajului folosit, opera ție de ambalare se realizeaz ă în spa ții izolate și cu m ăsuri de igien ă stricte, cel mai adesea ambalarea se face pe ma șini automate în atmosfer ă de gaz inert. Produsele lactate acide uscate sunt destinate aproape în exclusivitate pentru hra na copiilor, cu deosebire a sugarilor ce nu pot benefi cia de suficient lapte matern. Pentru a aduce laptele de vac ă la condi țiile de compozi ție și digestibilitate apropiate de laptele matern, aces ta se supune unor opera ții de prelucrare specifice, cu efecte asupra cazein ei, gr ăsimii și lactozei. Daca se adaug ă în aceste produse acidificate și compu și de tipul dextrin ă, zaharoz ă sau maltoz ă, rezult ă o repartizare omogen ă a flocoanelor de cazein ă și grăsime, produsul va fi mai ușor resorbit de c ătre tubul digestiv al sugarului, cu formarea și dezvoltarea unei microflore intestinale capabile de sintetizare a complexului d e vitamine B. Din categoria produselor lactate acide uscate se p ot men ționa: laptele fermentat uscat sau babeurul, laptele uscat acidificat cu acid lactic și laptele uscat acidificat cu acid lactic și adaosuri de hidra ți de carbon. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 324 Fig. 14.25. Schema instala ției de uscare Niro-Atomiser: 1- pomp ă lapte; 2- rezervor alimentare; 3- robinet cu trei c ăi; 4- vas cu ap ă; 5- tablou de comand ă; 6- conductă alimentare; 7- camer ă (turn) de uscare; 8- distribuitor aer cald; 9- dispozitiv de pulverizare; 10- conduct ă evacuare aer; 11,12,22- ventilator; 13,15- ciclon; 14- ecluz ă evacuare produs; 16- conduct ă transport pneumatic; 17- conduct ă aspirație amestec aer-praf; 18,23- filtru aer; 19- sistem vibrator; 20- conduct ă aer cald; 21- baterie încălzire aer. Materia prim ă o constituie laptele de vac ă de foarte bun ă calitate, provenit de la animale crescute pe paji ște, fără hrănirea cu nutre țuri fermentate și furaje concentrate, la care timpul scurs din momentul mulsului și pân ă la prelucrare este cât mai scurt cu putin ță. Laptele praf fermentat se ob ține din lapte integral sau smântânit, cel mai des s e fabric ă din lapte cu 1,3-1,5 % gr ăsime și care în produsul uscat asigur ă 14 % gr ăsime. La toate categoriile de produse acide uscate, trat amentul termic este unul destul de sever, deoarece se urm ărește distrugerea germenilor patogeni și coliformi, temperatura de pasteurizare fiind de 115-120 0C. Ca efect al temperaturii ridicate cre ște stabilitatea s ărurilor în procesul de concentrare, iar lipaza, care poate afecta gustul și mirosul produsului prin scindarea gr ăsimii, este distrus ă. Laptele pasteurizat este trecut în instala țiile de concentrare, unde este adus la un procent de 25 % substan ță uscat ă, valoare la care procesele fermentative ulterioare permit ob ținerea unei structuri și vâscozit ăți necesare pulveriz ării în turnurile de uscare. Fermentarea laptelui concentrat este opera ția cea mai important ă în cadrul procesului tehnologic și se realizeaz ă pe baza unor combina ții de culturi de Streptococcus lactis și Lactobacillus acidophilus, sub form ă de maiele de produc ție, în propor ții care s ă asigure o capacitate ridicat ă de acidifiere în timp scurt, cu formarea de precip itat uniform și cu structuri fină, omogen și fluid. Regimul de fermentare depinde de tipul pro dusului final și se desf ășoară timp de 6,5-7 ore la temperatura de 30 0C, în vase speciale termostatate, în partea a doua a intervalului de timp fiind asigurat ă o amestecare (agitare) a laptelui pentru a produce omogenizarea compozi ției ca urmare a precipit ării cazeinei, aciditatea final ă a laptelui fiind de 550-600 0T. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 325 Dup ă fermentare laptele concentrat se omogenizeaz ă într-o treapt ă la presiunea de 120- 150 bari, dup ă care este trecut la capul de pulverizare centrifug al, de construc ție special ă, al instala ției de uscare. Aici timpul de contact cu aerul cald trebuie s ă fie cât mai scurt, laptele praf fiind evacuat imediat din turnul de uscare și răcit la 25 0C, pentru a se preveni eventuale modific ări ale gr ăsimilor. Ambalarea laptelui praf fermentat se face pe ma șini speciale sub vid, în cutii metalice, fapt ce permite p ăstrarea acestuia un timp îndelungat. Laptele praf acidulat cu acid lactic este un produs ob ținut din lapte de vac ă, normalizat la 2,9-3,0 % gr ăsime și care în urma usc ării are un con ținut în gr ăsime de 26 %, asem ănător laptelui praf integral. Dup ă pasteurizare și concentrare la 23 % substan ță uscat ă, laptele este supus opera ției de acidifiere. Opera ția de acidifiere este cea care determin ă calitatea produsului finit și ea trebuie condus ă cu mult ă aten ție. Se urm ărește precipitarea cazeinei sub form ă de particule fine și asigurarea unui pH care s ă permit ă inhibarea ac țiunii unor microorganisme din flora intestinal ă, dar și o mai bun ă digestibilitate. Pentru o bun ă acidifiere a laptelui concentrat se folose ște acid lactic alimentar în concentra ție de 50 %, cantitatea ad ăugată trebuind s ă asigure o aciditate de 440-450 0T, și o valoare a pH-ului de 4,62. Acestea se realizeaz ă la o temperatur ă de lucru de 30 0C, timp de 30-40 minute și cu agitarea permanent ă a laptelui. Opera țiile de omogenizare, uscare și ambalare sunt asem ănătoare ca și în cazul laptelui praf fermentat. Laptele praf acidificat și cu adaosuri de hidra ți de carbon are aceia și tehnologie de fabrica ție ca și cel acidificiat, cu deosebirea c ă în materia prim ă se adaug ă un amestec de hidra ți de carbon care, prin ac țiunea stabilizatoare asupra coloizilor, previn prec ipitarea cazeinei sub form ă de particule grosiere, m ărind valoarea nutritiv ă și energetic ă a produsului. 14.3. Tehnologia de fabricare a produselor lactate acide Produsele lactate acide sunt acele produse prepara te din lapte cu culturi de bacterii lactice. Astfel, lactoza din lapte este fermentat ă de bacteriile lactice cu formarea de acid lactic, fapt ce determin ă o cre ștere a acidit ății laptelui și coagularea sa. Bacteriile lactice care iau parte la fermentarea l aptelui au ac țiune antimicrobian ă asupra numeroaselor bacterii patogene, iar prin acidul lac tic pe care îl produc împiedic ă dezvoltarea în intestin a microflorei d ăunătoare. De asemenea, sub ac țiunea bacteriilor lactice substan țele proteice sufer ă transform ări chimice majore, fiind descompuse în forme mai u șor asimilabile de către organism. Produsele lactate acide con țin toate elementele nutritive ale laptelui din care sunt preparate, sunt asimilate complet, au efect antisep tic și refac microflora intestinal ă, motive pentru care sunt folosite și cu rol curativ, în tratamentul prin alimenta ție al diferitelor boli, dar și pentru satisfacerea nevoilor fiziologice ale organi smului. Din gama produselor lactate acide cele mai r ăspândite sunt iaurtul, laptele b ătut, laptele acidofil și chefirul, schema tehnologic ă de fabricare a lor fiind prezentat ă în figura 14.26. În unele materiale aceste produse lactate acide se mai numesc și dietetice deoarece se pot prepara din lapte smântânit, pân ă la un con ținut de 0,1 % gr ăsime. Prepararea maielei sau a culturilor de produc ție. Maielele sau culturile de produc ție au un rol hot ărâtor în ceea ce prive ște ob ținerea unui anumit proces fermentativ, dar și asupra valorii nutritive și a caracteristicilor organoleptice ale produsului finit. Maielele sunt culturi formate din una sau mai mult e specii de bacterii lactice, cultivate prin transplant ări repetate pe lapte și care, prin îns ămânțarea în lapte, imprim ă acestuia un anumit proces fermentativ, calitatea și puritatea lor bacteriologic ă constituind, al ături de materia prim ă, un factor foarte important în ob ținerea de produse corespunz ătoare calitativ. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 326 Fig. 14.26. Schema tehnologic ă de fabricare a produselor lactate acide Laptele destinat prepar ării maielelor trebuie s ă fie proasp ăt, de foarte bun ă calitate și să provin ă de la animale s ănătoase, supuse periodic unui control igienic. El se pasteurizeaz ă în vane speciale timp de 30 minute la temperatura de 90-95 0C, dup ă care este r ăcit imediat la temperatura de îns ămânțare. Însămânțarea laptelui se face cu culturi pure selec ționate, preparate în laboratoare specializate. Acestea sunt livrate în stare lichid ă (sunt mai active, dar sunt mai greu de transportat și au durata de p ăstrare redus ă) sau uscat ă (liofilizate prin uscare la temperaturi scăzute, sunt mai pu țin active dar se por p ăstra o perioad ă mai îndelungat ă de timp). La ob ținerea produselor lactate acide se folosesc culturi separa te sau mixte, formate din su șe ale aceleia și specii, cei mai importan ți indicatori fiind puterea acidifiant ă și capacitatea aromatizant ă. Maiaua primar ă se ob ține prin îns ămânțarea laptelui pasteurizat și răcit cu cultur ă pură de laborator, felul culturii, propor ția de îns ămânțare, temperatura și durata de termostatare depinzând de produsul pentru care se preg ătește maiaua. Dup ă termostatare maiaua se r ăcește brusc la 1-2 0C, temperatur ă la care se asigur ă păstrarea pân ă la folosire. Maiaua secundar ă se ob ține din maiaua primar ă prin îns ămânțare cu cultur ă pură, urmat ă de termostatare și răcire în acelea și condi ții ca la maiaua primar ă. Maiaua de ter țiară sau de produc ție se prepar ă din maiaua secundar ă printr-o nou ă însămânțare, urmând aceia și tehnic ă. Calitativ ea trebuie s ă prezinte caracteristicile produsului finit sub aspectul consisten ței, gustului și aromei, s ă fie pur ă, activ ă și să-și men țină însu șirile un timp cât mai îndelungat. Pentru a asigura puritatea necesar ă culturilor de produc ție, acestea se preg ătesc în încăperi speciale în care aerul, utilajele și ustensilele folosite sunt sterilizate, calitatea culturilor trebuind controlat ă permanent prin examen organoleptic, microbiologic și chimic. Păstrarea maielelor se face la temperatura de 1-2 0C cel pu țin 5-6 ore înainte de folosire, timp necesar form ării și acumul ării substan țelor aromatizante, în condi ții stricte de igien ă. Pregătirea preliminar ă a materiei const ă în recep ția calitativ ă și cantitativ ă a întregii cantit ăți de lapte, cur ățirea centrifugal ă de impurit ăți, normalizare, omogenizare și pasteurizare. Tratamentul termic determin ă precipitarea par țială a cazeinei și precipitarea total ă a albuminei, trecerea în stare insolubil ă a unei p ărți din fosfa ții și citra ții din lapte, m ărind capacitatea de hidratare a cazeinei, toate aceste fenomene având e fecte favorabile asupra consisten ței coagulului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 327 Însămânțarea. Laptele pasteurizat este r ăcit, în func ție de tipul produsului, la temperatura de îns ămânțare (18-48 0C) când se introduce maiaua de produc ție, de preferin ță cu 0,1-0,2 % mai mult decât necesarul teoretic. În acest timp laptel e se agit ă puternic pentru distribuirea cât mai uniform ă a maielei, evitând astfel formarea de particule de maia ce pot deveni centri de fermentare și care determin ă apari ția spa țiilor umplute cu zer. Repartizarea în ambalaje și fermentarea . Repartizarea laptelui în ambalaje se face, în funcție de produs, imediat dup ă însămânțare când fermentarea se desf ășoară în ambalaje, respectiv dup ă fermentare în vane sau tancuri izoterme. În primul caz laptele se repartizeaz ă în ambalaje mici (cutii din carton parafinate, pahare de plastic, etc.) care se introduc în spa ții termostatate, iar în cel de-al doilea caz laptele f ermentat în vane se repartizeaz ă în acelea și tipuri de ambalaje. Fermentarea lactic ă începe prin transformarea lactozei în glucoz ă și galactoz ă, sub acțiunea lactazei, urmat ă de trecerea monozaharidelor în acid lactic sau în acid lactic și produ și secundari, în func ție de natura microorganismelor (bacterii lactice ho mofermentative sau heterofermantative), cu formarea substan țelor de arom ă, un rol important avându-l în acest sens diacetilul. Acidul lactic înlocuie ște calciul din moleculele de cazeinat de calciu și formeaz ă cazeina lactic ă. Când se atinge pH-ul de 4,7 are loc coagularea ca zeinei cu formarea gelului caracteristic, iar în lipsa form ării de gaze, coagulul este continuu și uniform. În cazul produselor la care se face îns ămânțarea cu bacterii lactice dar și cu drojdii (la fabricarea chefirului), se formeaz ă acid lactic, alcool și bioxid de carbon, calitatea produsului fiind influen țată de modul cum este condus ă fermenta ția. De obicei, fermenta ția lactic ă este intens ă la început, dup ă care se instaleaz ă fermenta ția alcoolic ă, parametrul care realizeaz ă echilibrul între cele dou ă procese fermentative fiind temperatura. Răcirea și depozitarea . Răcirea produsului începe imediat dup ă terminarea ferment ării și se desf ășoară în dou ă trepte: – prer ăcirea: const ă în r ăcirea treptat ă a produsului (timp de circa 2 ore), de la temperatura de fermentare pân ă la 15-20 0C și are ca scop atât înt ărirea coagulului, cât și împiedicarea separ ării timpurii a zerului; opera ția se desf ășoară în înc ăperi termostatate f ără deplasarea ambalajelor; – răcirea propriu-zis ă: se realizeaz ă în spa ții frigorifice și const ă în aducerea produselor la temperatura de p ăstrare de 3-4 0C, cu umiditatea relativ ă a aerului de 80-85 %, pân ă la distribuirea c ătre consumator. Produsele lactate acide se p ăstreaz ă în depozite frigorifice minim 12 ore, în acest int erval de timp având loc un proces de maturare cu înt ărirea coagulului, accentuarea aromei și gustului, durata de p ăstrare fiind de maxim 48 ore. Iaurtul reprezint ă cel mai r ăspândit sortiment din gama produselor lactate acide și rezult ă în urma dezvolt ării în lapte a dou ă specii de bacterii lactice, Lactobacillus bulgaric us și Streptococcus thermophilus, între care se stabilesc raporturi simbiotice. Practic se poate ob ține din orice fel de lapte, cel mai des reg ăsindu-se iaurtul din lapte de vac ă. Normalizarea laptelui se face la 2,8 % gr ăsime pentru iaurtul obi șnuit, pentru iaurtul dietetic se pot elimina gr ăsimile pân ă la 0,1 %, în timp ce pentru iaurtul gras normaliza rea poate merge pân ă la un procent de gr ăsimi de 4 % în produsul finit. Consisten ța este o caracteristic ă a iaurtului, îmbun ătățirea ei fiind realizabil ă prin adaos de clorur ă de calciu (pentru corectarea defectului coagulului moale și mărirea con ținutului în substan ță uscat ă), amestecarea laptelui de vac ă cu lapte de oaie și bivoli ță în diverse propor ții, adaos de lapte smântânit concentrat, adaos de lapte praf integral sau smântânit, adaos de paracazeinat de sodiu, etc. Pasteurizarea laptelui contribuie la cre șterea calit ății și conservabilit ății iaurtului. Laptele se înc ălzește rapid la 85 0C în pasteurizator, dup ă care se trece în vane izoterme unde continu ă încălzirea, sub agitare continu ă timp de 20-30 minute, la 90-95 0C. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 328 Concentrarea laptelui se practic ă la fabricarea sortimentelor de iaurt tip extra, cu consisten ță cremoas ă, gradul de concentrare presupunând o reducere a vo lumului laptelui cu 10- 20 %, astfel ca în produsul final s ă avem un procent de circa 15 % substan ță uscat ă. Prin concentrare se ob ține și o normalizare a structurii substan țelor proteice, cre șterea con ținutului de grăsime în substan ța uscat ă, favorizând ob ținerea unei foarte bune consisten țe, fără separarea de zer. După pasteurizare și eventual concentrare, laptele se r ăcește la 45-48 0C, într-un interval de timp de 15-30 minute, temperatura fiind cu pu țin peste cea optim ă de dezvoltare a bacteriilor, acoperind astfel pierderile de c ăldură pe durata preg ătirii pentru îns ămânțare. Cultura de produc ție, omogenizat ă în prealabil, se dilueaz ă cu lapte și se introduce sub form ă de jet în masa de lapte, amestecându-se continuu p entru uniformizarea compozi ției. În funcție de calitatea laptelui, temperatura de fermentare și calitatea culturii, îns ămânțarea se face într-o propor ție ce oscileaz ă între 0,5-2 %, astfel ca fermentarea s ă decurg ă în condi ții optime. Opera ția de îns ămânțare trebuie astfel condus ă încât laptele s ă fie repartizat cât mai repede în ambalaje, iar acestea în camerele de term ostatare. Umplerea ambalajelor cu lapte însămânțat este înso țită de o agitare a sa, evitând în acest fel separarea grăsimii la suprafa ță și asigurând o uniformitate a distribu ției culturii de bacterii lactice în lapte. Fermentarea se desf ășoară la o temperatur ă de 42-46 0C, ce trebuie p ăstrată constant ă și uniform ă în camerele de termostatare, durata procesului fii nd de cel mult 3 ore, nerespectarea acestor condi ții afectând calitatea produsului finit. În cazul fa bricării iaurtului din lapte de vac ă fermentarea este întrerupt ă atunci când aciditatea este de 80-90 0T sau pH-ul a ajuns la valori de 4,65-4,7. Răcirea iaurtului se face în dou ă trepte: prer ăcirea pân ă la 20 0C timp de 3-4 ore, când se înt ărește coagulul, respectiv r ăcirea propriu-zis ă până la 3-4 0C când coagulul se compacteaz ă și se intensific ă însu șirile organoleptice. Iaurtul se depoziteaz ă timp de 10-12 ore la temperatura de 2-8 0C, dup ă care este apt pentru distribu ție și consum. Pe lâng ă iaurtul obi șnuit se mai fabric ă și alte sortimente de iaurt ce au la baz ă aceia și tehnologie, dar la care, al ături de culturile de bacterii lactice, se adaug ă diverse substan țe de arom ă, gust, culoare, cu rol de stabilizator al emulsiei , fructe întregi sau divizate, etc. Dintre acestea se pot men ționa: ● crema de iaurt: se prepar ă din lapte cu un con ținut de 4 % gr ăsime, folosind zeamilul ca stabilizator al solu ției; ● iaurt cu coagul fluid: se prepar ă din lapte cu 3 % gr ăsime folosind drept stabilizator un hidrocoloid, sub forma complexului fosfocazeinic, r ezultând un produs cu consisten ță cremoas ă, ușor fluid; ● lactofructul: se ob ține din lapte smântânit cu adaos de 5 % zah ăr, 0,4 % gelatin ă, sucuri naturale de fructe cu arom ă puternic ă, vanilin ă, zah ăr ars, coloran ți; ● iaurt cu arom ă de fructe: se ob ține din lapte normalizat cu 2,8 % gr ăsime, la care se adaug ă 4 % lapte praf smântânit, 6 % zah ăr, arome și coloran ți sub form ă de solu ție apoas ă sau alcoolic ă. Laptele bătut este unul din produsele lactate fabricate la scar ă industrial ă, ale c ărui calități organoleptice sunt apreciate de consumatori. El s e obține din lapte de vac ă pasteurizat, fermentat cu culturi de streptococi (lactis, cremor is, diacetilactis) asem ănătoare culturii de unt. Conținutul în gr ăsime al laptelui de vac ă depinde de tipul produsului ce urmeaz ă a se obține, fiind cunoscute patru sortimente de lapte b ătut: slab cu maxim 0,1 % gr ăsime, gras cu minim 2 % gr ăsime, tip Sana cu 3,6 % gr ăsime și extra cu minim 4 % gr ăsime. Pasteurizarea laptelui se face la 90-95 0C cu men ținere timp de 20 minute, situa ție în care se asigur ă o consisten ță corespunz ătoare pentru produsul finit. R ăcirea laptelui se face în func ție de sortimentul fabricat: 30-32 0C pentru laptele b ătut cu procent mic de gr ăsime, respectiv 26-28 0C pentru cele cu con ținut mai ridicat în gr ăsimi. Laptele r ăcit este îns ămânțat cu 1,5-3 % culturi de produc ție, în vane termostatate, timpul de fermentare fiind de 6-16 ore în func ție de temperatura de termostatare caracteristic ă Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 329 produsului fabricat. Pentru a ob ține produse cu consisten ță asem ănătoare cu smântâna și arom ă plăcută, se recomand ă temperaturi de fermentare mai sc ăzute (22-24 0C). Fermentarea se consider ă încheiat ă atunci când aciditatea produsului este de circa 90 0T, după care produsul se r ăcește într-o prim ă treapt ă, se amestec ă prin agitarea energic ă a coagulului pân ă rezult ă o consisten ță asem ănătoare smântânii, apoi sub aceast ă form ă se repartizeaz ă în ambalaje și se r ăcește la 2-8 0C. Dup ă o păstrare de minim 6 ore la aceast ă temperatur ă, timp în care se definitiveaz ă caracteristicile organoleptice, produsul poate fi livrat către consumatori. Laptele acidofil este un produs lactat acid ob ținut prin fermentarea laptelui cu culturi pure de Lactobacillus acidophilus. Materia prim ă pentru fabricarea laptelui acidofil trebuie s ă îndeplineasc ă toate condi țiile de calitate specifice laptelui de consum, normaliza t la 2 % gr ăsime și pasteurizat la 85-90 0C, cu menținere timp de 15-20 minute. Deoarece Lactobacillus acidophilus nu este o bacterie lactic ă tipică, ea poate fi invadat ă ușor de bacterii lactice, motiv pentru care se recoma ndă ca pasteurizarea laptelui s ă fie înlocuit ă cu sterilizarea, iar procesul tehnologic s ă se desf ășoare în condi ții de igien ă stricte. După tratamentul termic laptele este r ăcit la 42-44 0C, dup ă care se face îns ămânțarea cu 3-5 % cultur ă de produc ție. Pentru a evita apari ția unor defecte datorate abaterii de la temperatura și durata optim ă de termostatare, în lapte se adaug ă un surplus de maia fa ță de doza stabilit ă teoretic. Fermentarea dureaz ă între 5-8 ore la o temperatur ă de 37-40 0C, dup ă ce laptele a fost însămânțat, repartizat în ambalaje și introdus în camerele de termostatare, procesul fi ind considerat încheiat atunci când aciditatea produsul ui atinge valoarea de 90 0T. Răcirea se realizeaz ă în dou ă etape: prer ăcire la 18-20 0C și răcirea final ă la 10-14 0C. Scăderea temperaturii laptelui acidofil sub 10 0C trebuie evitat ă deoarece la temperaturi joase are loc fenomenul de degenerare a tulpinilor de Lactoba cillul acidophilus, cu efecte negative asupra calității produsului. Fiind o bacterie intestinal ă, Lactobacillus acidophilus se activeaz ă ușor în intestin, reface și îmbog ățește microflora intestinal ă în urma deranjamentelor gastro-intestinale sau a tratamentelor cu antibiotice. Ca urmare, laptele ac idofil are o valoare deosebit ă din punct de vedere dietetic și terapeutic, dar durata de p ăstrare a acestuia este de maxim 12 ore astfel c ă produsul trebuie consumat în stare foarte proasp ătă (pe m ăsură ce se înveche ște scade num ărul și viabilitatea germenilor, precum și capacitatea de aclimatizare în intestin). Pentru m ărirea conservabilit ății și extinderii consumului de lapte acidofil, s-au rea lizat diverse sortimente precum: ● lapte acidofil praf: îns ămânțarea se face în lapte concentrat, fermentarea fiind întrerupt ă la 105 0T; uscarea se face pe val țuri, dup ă reconstituire produsul este supus unei noi ferment ări timp de 6 ore la 40-42 0C, urmat de r ăcirea la 10-14 0C; ● lapte acidofil cu drojdii: se ob ține folosind ca maia de produc ție Lactobacillus acidophilus în combina ție cu unele specii de drojdie de vin, drojdii care stimuleaz ă dezvoltarea și creșterea rezisten ței acestuia; produsul este folosit cu rezultate bun e în tratarea unor boli intestinale și în combaterea tuberculozei; ● biogurt: se ob ține printr-un procedeu asem ănător cu cel de mai sus, maiaua de produc ție fiind o combina ție între Lactobacillus acidophilus și Streptococcus taette, produsul având o consisten ță cremoas ă și conservabilitate redus ă. Chefirul este un produs în urma unei duble fermenta ții lactice și alcoolice, raportul în care se afl ă acestea fiind reglat prin temperatura și durata de fermentare, determinante în ceea ce prive ște caracteristicile de produs lactat acid sau b ăutură lactat ă slab alcoolic ă. Maiaua de produc ție folosit ă la fabricarea chefirului se ob ține cu ajutorul granulelor de chefir. Acestea sunt aglomer ări de cazein ă pe care s-au dezvoltat în simbioz ă Streptococcus lactis, Bacterium caucasicum, Betabacteriul caucasi cum și drojdii de tipul Torula-Kefiri. Bacteriile lactice produc fermentarea lactozei și coagularea laptelui, cu eliberarea de acizi volat ili Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 330 ce imprim ă o arom ă specific ă, iar drojdiile produc fermenta ția alcooloc ă ce confer ă produsului un gust pu țin înțepător și aspect spumos. Cultivarea granulelor de chefir const ă în introducerea și men ținerea lor în lapte pasteurizat și răcit la 18-20 0C, pân ă la coagulare. Dup ă termostatare se separ ă granulele de chefir de laptele coagulat, granulele fiind reintro duse în lapte pasteurizat, procesul fiind reluat de fiecare dat ă până când acestea î- și pierd caracteristicile (consisten ță, miros, culoare), iar laptele coagulat este trecut în vase sterile, fiind folosit ulterior la îns ămânțare. Chefirul poate fi ob ținut prin procedeul clasic, când fermentarea are lo c dup ă repartizarea laptelui îns ămânțat cu culturi de produc ție în ambalaje, dar mai ales prin fermentarea lapte lui în vane, dup ă care se face repartizarea acestuia în ambalaje. Ac est din urm ă procedeu asigur ă o mai bună uniformitate a produsului fini, spa ții de produc ție reduse și productivitate superioar ă. Însămânțarea laptelui se face cu maia ce a fost men ținută timp de 8-10 ore la 10-13 0C, doza de îns ămânțare fiind de 5-10 %, condi ții în care bacteriile și drojdiile produc ătoare de arom ă se dezvolt ă intens, accentuând gustul și aroma specific ă. Repartizarea uniform ă a culturii de produc ție în masa de lapte se realizeaz ă prin agitarea acestuia în vanele de fermentare, pâ nă când aciditatea ajunge la 35-40 0T, dup ă care laptele este l ăsat în repaus pentru coagulare. Procesul de fermentare decurge în dou ă faze: – faza ferment ării propriu-zise când are loc fermentarea lactic ă: are o durat ă de 8-12 ore și se desf ășoară la temperatura de 20-24 0C, fiind întrerupt ă atunci când aciditatea ajunge la 90 0T prin r ăcirea în vane la 12-14 0C, concomitent cu o agitare moderat ă; – faza ferment ării alcoolice: se desf ășoară timp de 6-12 ore la temperatura de 12-14 0C, fiind recomandat ă o agitare periodic ă a coagulului. După terminarea fermenta ției alcoolice chefirul este repartizat în ambalaje, de preferin ță pe ma șini de îmbuteliat cu alimentare prin c ădere liber ă, pentru a evita o m ărunțire prea mare a coagulului, ambalaje care se introduc în depozite f rigorifice timp de 12 ore la temperatura de 6-8 0C pentru r ăcire, faz ă obligatorie în care are loc definitivarea matur ării produsului. 14.4. Tehnologia de fabricare a smântânii Smântâna constituie materia prim ă din care se ob țin diverse produse alimentare sau se consum ă ca atare. Din punct de vedere al compozi ției smântâna este o emulsie de gr ăsimi în plasm ă și trebuie s ă conțină minim 18 % gr ăsime (de regul ă procentul de gr ăsimi variaz ă între 20-60 %), compozi ția medie a unei smântâni cu 30 % gr ăsime fiind: 64 % ap ă, 30 % gr ăsime, 2,7 % proteine, 3,0 % lactoz ă și 0,3 % substan țe minerale. Smântâna se ob ține în urma separ ării prin diverse procedee a grăsimilor din lapte, procesul tehnologic de ob ținere fiind prezentat în figura 14.27. Materia prim ă supus ă smântânirii este laptele integral și care trebuie s ă corespund ă condi țiilor de calitate impuse de normele specifice, știut fiind faptul că de calitatea lui depind caracteristicile organoleptice ale smântânii. Fig. 14.27. Schema tehnologică de obținere a smântânii Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 331 După curățirea de eventualele impurit ăți, laptele este supus opera ției de separare a grăsimilor, numit ă și smântânire . Acest lucru se realizeaz ă cu ajutorul separatoarelor cu tob ă rotativ ă, gradul de separare fiind influen țat de o serie de factori, printre cei mai importan ți putând fi aminti ți: mărimea globulelor de gr ăsime, grosimea stratului de lapte pe talerele separ atorului, temperatura de lucru (nu trebuie s ă dep ășească 45-50 0C), aciditatea laptelui care afecteaz ă vâscozitatea acestuia, tura ția tobei separatorului (cre ște efectul de separare dar nu dep ășește 10000 rot/min). Normalizarea smântânii urmărește aducerea con ținutului de gr ăsime în limitele prescrise, adică 30-32 % pentru smântâna dulce, respectiv 20-30 % p entru smântâna fermentat ă. Opera ția se realizeaz ă, dup ă caz, fie prin adaos de smântân ă cu un con ținut mai ridicat în gr ăsime, fie cu lapte smântânit. Pasteurizarea smântânii este obligatorie și ea are ca scop distrugerea microorganismelor patogene și reducerea cât mai mult a microflorei specifice. În vederea îmbun ătățirii consisten ței smântânii, dar și pentru a evita separarea gr ăsimii de plasm ă în timpul depozit ării, înainte de pasteurizare se face omogenizarea a cesteia, prin înc ălzire la 60-70 0C și trecerea prin capul de omogenizare la o presiune de 150-200 atm. Temperatura de pasteurizare depinde de caracterist icile smântânii și variaz ă de la 75 0C când smântâna are gust metalic și pân ă la 97 0C când are gust de nutre ț. Pentru a elimina aceste defecte de gust smântâna se supune opera ției de dezodorizare. Eliminarea par țială sau total ă a mirosului și gustului nepl ăcut se realizeaz ă în instala ții sub vid, o astfel de instala ție fiind prezentat ă în figura 14.28. Aici , smântâna înc ălzită la 80-85 0C este trimis ă sub presiune prin capul de pulverizare 1 în vasul 2, aflat sub vid par țial. Smântâna dezodorizat ă ajunge în colectorul 3 prev ăzut cu pomp ă, de unde este trimis ă la pasteurizare. Gazele și vaporii sunt aspira ți de pompa 5 (care realizeaz ă vidul par țial) în condensatorul r ăcit cu apă 4 (intrarea apei se face prin conducta 9 și ieșirea prin conducta 10), iar de aici sunt evacuate în atmosfer ă după ce au trecut prin separatorul de gaze 6. Condensul este evacuat prin conducta 7 iar gazele necondensabile prin conducta 8. Presiunea de lucru din instala ție este de 380 mm Hg, timpul de men ținere a smântânii în vasul 2 fiind de 40-300 secunde. Ca urmare a temperaturii ridicate la care se face dezodorizarea, aparatul de dezodorizare se cupleaz ă cu instala ția de pasteurizare, o asemenea instala ție este prezentat ă în figura 14.29. Fig. 14.28. Schema instala ției de dezodorizare sub vid a smântânii Aici temperatura de pasteurizare a smântânii este d e 93-96 0C și se ob ține cu ajutorul aburului la 120 0C, instala ția fiind prev ăzută cu un sistem de reglare automat ă a temperaturii. Smântâna pasteurizat ă este trimis ă în aparatul de vacuum unde i se imprim ă o mi șcare elicoidal ă pe pere ții vasului. Fierberea intens ă a smântânii determin ă separarea gazelor și a mirosurilor străine care, sunt aspirate de pompa de vid și eliminate în atmosfer ă. În compara ție cu laptele, smântâna are gr ăsime mai mult ă dar și un con ținut mai ridicat în germeni. Cre șterea vâscozit ății duce la sc ăderea conductibilit ății termice, motiv pentru care temperatura de pasteurizare variaz ă între 90-110 0C, în func ție de con ținutul în gr ăsime și calitatea smântânii, dar mai ales de gradul de pros pețime. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 332 Fig. 14.29. Schema instala ției de pasteurizare a smântânii TIPS-20: 1- vas de alimentare; 2,4- pomp ă; 3- pasteurizator; 5- boiler; 6- agregat pompare ap ă caldă; 7- buclă de reglare abur; 8- distribuitor; 9- compresor aer; 10- degazor sub vid cu manta de r ăcire. Tratamentul termic are efecte multiple asupra smânt ânii, începând cu microflora, enzimele și terminând cu caracteristicile fizice și chimice, astfel c ă regimul termic trebuie stabilit cu mult ă grijă pentru a nu afecta valoarea nutritiv ă și caracteristicile organoleptice. Răcirea smântânii se face brusc pân ă la o temperatur ă la care are loc procesul de maturare: 4-5 0C la smântâna dulce și 18-22 0C la smântâna fermentat ă. Opera ție se realizeaz ă în pasteurizator f ără contact cu aerul, evitându-se eventuala oxidare a grăsimii și o infectare microbian ă a smântânii. Maturarea smântânii . Dup ă tratamentul termic smântâna este supus ă unui proces de maturare care poate fi. ● maturare fizic ă: are drept scop solidificarea globulelor de gr ăsime și hidratarea par țială a substan țelor proteice, determinând ob ținerea unei anumite consisten țe a smântânii; ● maturare biochimic ă sau fermentare: se face pe seama unor culturi de b acterii lactice; determin ă obținerea unei consisten țe vâscoase și a unei arome pl ăcute. Maturarea fizic ă începe cu p ăstrarea un interval de trei ore la temperatura de 5 -6 0C în vane închise cu agitare periodic ă a smântânii, fiind urmat ă de repartizarea în ambalaje și continuarea procesului în spa ții frigorifice, timp de 24 de ore la aceia și temperatur ă. Maturarea biochimic ă se realizeaz ă utilizând un complex de bacterii lactice acidifian te (Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris) și bacterii aromatizante (Streptococcus paracitrovorus) care, ad ăugate în propor ție de 3-5 % la o temperatur ă de 18-22 0C, determin ă un proces de fermentare a smântânii. Opera ția se desf ășoară în vane de maturare cu temperatur ă controlat ă, pentru favorizarea activit ății bacteriilor smântâna fiind amestecat ă periodic timp de 3 ore. Procesul de fermentare se consider ă încheiat atunci când aciditatea a atins valoarea d e 50-60 0T și este urmat de o r ăcire la 4-6 0C, temperatur ă la care smântâna este supus ă timp de 24 de ore la o maturare fizic ă.. Ambalarea și depozitarea smântânii . Smântâna de consum se ambaleaz ă în butelii și pahare din carton cerat sau materiale plastice, cu capacit ăți mici de pân ă la 1 kg, respectiv în bidoane metalice cu capacit ăți de 5-15 kg, pentru aceasta fiind utilizate ma șini de dozat și capsulat ce îndeplinesc cu rigurozitate condi țiile de igien ă cerute. 14.5. Tehnologia de fabricare a untului Untul constituie un alimen care prin valoarea sa nutritiv ă și energetic ă contribu ție Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 333 substan țială în alimenta ția omului. Con ținutul în gr ăsimi al untului poate atinge valori de 70-80 %, dar din considerente nutri ționiste, pentru consum se prefer ă sortimente cu maxim 45-60 % grăsimi. Pentru ob ținerea untului se aplic ă o schem ă tehnologic ă de fabrica ție prezentat ă în figura 10.31 ce con ține dou ă etape distincte: ob ținerea smântânii și transformarea ei în unt. Smântâna, indiferent de provenien ța ei, ca materie prim ă trebuie s ă corespund ă unor cerin țe minime sub aspectul calit ății, în caz contrar fiind afectate atât conservabili tatea, cât și însușirile organoleptice ale untului ce urmeaz ă a fi ob ținut. În urma separ ării din lapte a smântânii aceasta este trecut ă la aparatele de normalizare în urma c ăreia trebuie realizat un procent de 30-35 % gr ăsimi, limite optime pentru prelucrare în vederea ob ținerii untului. Pasteurizarea smântânii constituie o etap ă necesar ă și determinant ă in linia tehnologic ă de obținere a untului, temperatura optim ă de tratare fiind de 90-95 0C, cu men ținere la aceast ă temperatur ă timp de 20-30 secunde. Un asemenea regim termic as igură inactivarea lipazei, o enzim ă care determin ă defecte de gust ale untului. Odat ă cu pasteurizarea se realizeaz ă și dezodorizarea smântânii, fiind folosite în acest sc op instala ții prev ăzute cu aparate de dezodorizare sub vid. Prin evaporarea par țială a apei sunt antrenate substan țele de miros și gust care pot trece în unt. Maturarea smântânii urm ărește realizarea a dou ă obiective: solidificarea gr ăsimii prin răcire și men ținere la 2-8 0C (etapa de maturare fizic ă), respectiv cre șterea acidit ății în anumite limite, cu formarea compu șilor de arom ă pe seama activit ății culturilor de bacterii lactice (etapa matur ării biologice). Acestea vor permite o mai bun ă separare a gr ăsimii din smântân ă în procesul de ob ținere a untului. Cultura de produc ție folosit ă la îns ămânțarea smântânii este alc ătuită din bacterii lactice precum Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris , Streptococcus diacetili lactis și Leuconostoc, cantitatea necesar ă matur ării biochimice fiind de pân ă la 10-15 %, în func ție de gradul de acidifiere, temperatura și durata de maturare. În practica industrial ă se folosesc mai ales procedeele de maturare biochi mică a smântânii utilizate la fabricarea untului, ca urmar e a avantajelor pe care le prezint ă în raport cu maturarea fizic ă, în func ție de temperatur ă fiind definite dou ă procedee: maturare la rece și maturare la cald. Maturarea la cald sau de lung ă durat ă este procedeul utilizat pe scar ă largă în industria alimentar ă și se realizeaz ă în dou ă variante tehnologice. O prim ă variant ă constituie în faptul c ă după maturarea biologic ă, aceasta este urmat ă de o maturare fizic ă. Astfel, smântâna pasteurizat ă se răcește la 15-20 0C și se îns ămânțează cu 4-6 % culturi de produc ție, durata de maturare fiind de 8-10 ore. Procesul de maturare biologic ă este întrerupt atunci când aciditatea atinge valori de 3 0-44 0T (corespunz ătoare con ținutului în grăsime), prin r ăcirea smântânii la 6-10 0C și men ținerea timp de 2-4 ore la aceast ă temperatur ă. În acest interval de timp scade viteza de acidifier e și are loc procesul de maturare fizic ă, în final aciditatea având valori de 50-55 0T. A doua variant ă tehnologic ă presupune pasteurizarea smântânii și răcirea la 4-8 0C, însămânțarea cu 4-6 % culturi de produc ție și men ținerea la aceast ă temperatur ă pentru realizarea matur ării fizice. Dup ă aceasta smântâna se înc ălzește la 14-18 0C, temperatur ă la care se men ține până la terminarea matur ării biochimice (pân ă la ob ținerea acidit ății necesare). Maturarea la rece sau de scurt ă durat ă presupune r ăcirea smântânii pasteurizate la 6-10 0C, îns ămânțarea cu 20-25 % culturi de produc ție și men ținerea timp de 2-3 ore la aceast ă temperatur ă. Acest procedeu este aplicat în condi ții speciale, fiind limitat la prelucrarea unei materii prime cu 38-40 % gr ăsime și de calitate necorespunz ătoare . Procedee de ob ținere a untului . Obținerea gr ăsimii din lapte sub form ă concentrat ă și solid ă, prin separarea ei de plasm ă (zar ă), se ob ține printr-o succesiune de opera ții ale c ăror efecte însumate duc la formarea untului. Astfel se realizeaz ă trecerea gr ăsimii sub form ă de Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 334 globule în form ă lichid ă, cu o consisten ță și structur ă specific ă, formarea aromei caracteristice și asigurarea conservabilit ăți untului. În condi ții obi șnuite se consider ă că dintr-o smântân ă cu un procent de gr ăsime de 30-35 % gr ăsime se ob țină un unt cu 75-80 % gr ăsime, sub form ă lichid ă continu ă și care înconjoar ă particulele grase solidificate și particulele de substan ță negras ă uscat ă. Fenomenul poart ă denumirea de inversare de faze și poate fi realizat prin aglomerare, concentrare și combinare. Obținerea untului prin aglomerare const ă în unirea globulelor de gr ăsime și aglomerarea în granule ce se vor uni prin malaxare. Aglomerarea se poate realiza în dou ă moduri: ► prin procedeul discontinuu (fig. 14.30): folose ște principiul baterii smântânii prin care se formeaz ă boabele de unt; ► prin procedeul continuu (fig. 14.31): are la baz ă principiul Fritz prin care smântâna este proiectat ă sub form ă de pelicul ă pe peretele unui cilindru rotativ care, sub ac țiunea șocurilor termice și mecanice, în contact cu aerul reune ște la suprafa ța sa globulele de gr ăsime. Fig. 14.30. Procedeul discontinuu de fabricare Fig. 14 31. Procedeul continuu de fabricare a a untului: 1- vas alimentare; 2,5- pomp ă; 3- pas- untului: 1- vas alimentare; 2,5- p ompă, 3- pasteu- teurizator; 4- van ă maturare, 6- putinei . rizator; 4- van ă maturare; 6- instala ție Fritz. Obținerea untului prin concentrare presupune înc ălzirea smântânii la 60-70 0C și trecerea ei printr-un separator, de unde iese cu o concentra ție în gr ăsime de 80-83 % gr ăsime. R ăcirea și agitarea concentratului permite solidificarea par țială, dar și frecarea globulelor de gr ăsime cu eliberarea substan ței grase lichide, emulsionând astfel faza negras ă. Obținerea untului prin combinare este o metod ă mai nou ă și presupune distrugerea mecanic ă a membranei globulelor de gr ăsime, dup ă care smântâna înc ălzită este trecut ă printr-un separator centrifugal, de unde rezult ă o mas ă lichid ă numit ă ulei de unt cu 80-90 % gr ăsime. Uleiul de unt se purific ă prin concentrare în vid pe durata pasteuriz ării și dezodoriz ării, iar dup ă adăugarea celorlal ți componen ți ai untului (ap ă, substan ță uscat ă negras ă, sare, neutralizant, etc.) se face solidificarea și emulsionarea fazei negrase. Cel mai utilizat procedeu de obținere a untului este bazat pe procedeul Fritz, func ționarea unei astfel de instala ții fiind prezentat ă în figura 14.32. Fig. 14.32. Schema instala ției pentru obținerea untului în flux continuu: a,b- intrare/ie șire apă răcire; 1- alimentare cu smântân ă; 2- cilindru batere; 3- cilindru separare zar ă, 4- melc transportor; 5- colector zar ă, 6- malaxor; 7- duză stropire ; 8- vas colector; 9- melc malaxor; 10- omogenizator; 11- rezervor Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 335 Spălarea untului are ca scop principal îndep ărtarea zarei ce se afl ă atât între boabele de unt, cât și în interiorul acestora. Zara, prin con ținutul în substan țe proteice, lactoz ă și acid lactic, constituie un mediu favorabil dezvolt ării microorganismelor. Pentru sp ălarea ei se folose ște ap ă care înlocuie ște zara și regleaz ă temperatura boabelor de unt, evitând pe de o parte aglomerarea lor, iar pe de alt ă parte favorizând scurgerea zarei și a apei excedentare. În practic ă se aplic ă 2-3 sp ălări prin care se elimin ă circa 25 % din lactoz ă, 50 % din cazein ă și o parte din microflora smântânii fermentate, apel e de sp ălare antrenând selectiv microorganismele. Malaxarea untului sau fr ământarea acestuia urm ărește transformarea boabelor de unt, separate de ap ă sau zar ă, într-o mas ă compact ă și omogen ă, eliminarea excesului de ap ă și zară, alături de înglobarea particulelor de substan țe negrase, aer și apă într-o faz ă lichid ă de substan ță grasă. Prin malaxare se regleaz ă conținutul și reparti ția apei în unt, cu efecte asupra consisten ței produsului finit. Ambalarea untului urm ărește men ținerea calit ății și conservabilit ății acestuia. Materialele utilizate la ambalarea untului trebuie s ă asigure protec ție fa ță de mediul înconjur ător (impermeabilitate la vaporii de ap ă, impermeabilitate la gr ăsimea lichid ă, protec ție la lumin ă), pretabilitate la mecanizarea ambal ării, conductibilitate termic ă bună pentru a permite r ăcirea în timpul depozit ării. În mod curent la ambalarea untului se folose ște hârtie tratat ă special și folie de aluminiu, respectiv cutii de lemn pentru calupuri mari de unt sau pentru depozitarea de durat ă a acestora. Refrigerarea și depozitarea untului . Dup ă ambalare, pentru a se evita modific ări de ordin calitativ, untul destinat consumului curent este de pozitat în camere frigorifice unde este r ăcit la 0-5 0C. În cazul depozit ării pe o perioad ă mai îndelungat ă untul se congeleaz ă la pân ă la -25…- 35 0C și se p ăstreaz ă în camere frigorifice la -15 ….-18 0C, în func ție de durata de p ăstrare. 14.6. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor Brânzeturile sunt produse ob ținute proaspete sau maturate, ob ținute prin coagularea laptelui (cu scurgerea zerului) și prelucrarea sa cu ajutorul metodelor fizice și biochimice. În funcție de modul de prelucrare a coagulului brânzeturile sunt de mai multe tipuri: brânzeturi proaspete, brânzeturi fermentate, brânzeturi fr ământate, brânzeturi op ărite și brânzeturi topite. În funcție de consisten ța coagulului brânzeturile pot fi moi, semitari și tari, iar în func ție de conținutul în gr ăsime pot fi de la brânzeturi slabe (sub 10 % gr ăsime în substan ța uscat ă ) și pân ă la brânzeturi foarte grase și creme (peste 50 % gr ăsime în substan ța uscat ă). Indiferent de tip, brânzeturile sunt caracterizate printr-o valoare nutritiv ă ridicat ă, ca urmare a concentr ării gr ăsimii, proteinelor și sărurilor minerale care, în urma proceselor de maturare trec în forme mai u șor asimilabile de c ătre organism, cap ătă însu șiri organoleptice specifice și unele sortimente pot fi p ăstrate o perioad ă de timp îndelungat ă. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor proaspete. Brânzeturile proaspete sunt de tipul cu consisten ță moale, untoas ă, coagul fin și arom ă de fermenta ție. Din aceast ă categorie fac parte brânza proasp ătă din lapte de vac ă, brânzeturi creme, brânzeturi tip aperitiv și desert, tehnologia de fabricare a acestora fiind prezentat ă în figura 14.33. Brânza proasp ătă se ob ține din închegarea laptelui de vac ă integral (brânz ă gras ă) sau a laptelui degresat (brânz ă dietetic ă). La aceste produse coagularea laptelui se bazeaz ă exclusiv pe acțiunea bacteriilor lactice sau pe asocierea dintre a cțiunea cheagului și fermenta ția lactic ă, caz în care cantitatea de cheag necesar ă procesului tehnologic este foarte mic ă. După pasteurizarea laptelui la circa 85 0C, acesta se r ăcește la temperatura de coagulare de 12-28 0C, în func ție de con ținutul de gr ăsime și se adaug ă clorur ă de calciu 10-15 g/100 l, 0,5- 1,5 % maia de produc ție (compus ă din Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris și Streptococcus diacetilactis) și un procent de cheag în func ție de puterea de coagulare a sa. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 336 Închegarea sau coagularea laptelui este un proces c omplex prin care o parte din cazeina din lapte, aflat ă în complexul fosfocazeinatului de calciu, precipit ă sub form ă de fosfoparacazeinat de calciu (care se une ște cu s ărurile solubile din lapte formând coagulul), iar cealalt ă parte trece în zer (se nume ște protein ă de zer și con ține mai ales albumin ă și globulin ă). Acest lucru se poate realiza cu ajutorul cheagului de origine animal ă, când coagulul are un gust „dulce” sau cu acizi (lactic, clorhidric, sulfuric) , când coagulul are un gust „acid”. Temperatura de coagulare influen țează în mod direct durata procesului care, în func ție de conținutul în gr ăsime și modul de coagulare, este cuprins ă între 14-20 ore. Dup ă atingerea unei acidit ăți de 50 0T coagularea se consider ă încheiat ă și coagulul este supus prelucr ării prin t ăiere cu cu țite speciale pentru a pune în libertate zerul. Prel ucrarea coagulului continu ă cu pauze de scurgere a zerului, pân ă se ajunge la consisten ța dorit ă, uneori fiind aplicat ă și o presare u șoară pentru eliminarea excesului de zer. Fig. 14.33. Schema tehnologic ă de fabricare a brânzeturilor proaspete Dacă se dore ște ob ținerea unei consisten țe cât mai fine, brânza se poate trece prin val țuri de m ărunțire sau printr-o pasatrice, timp în care se face și răcirea acesteia la 2-8 0C. Ambalarea brânzeturilor proaspete se recomand ă a fi f ăcută imediat dup ă terminarea procesului tehnologic, deoarece prezint ă risc ridicat de fermenta ție. Se realizeaz ă pe ma șini speciale în cutii de carton parafinat, pahare din p lastic sau folie metalizat ă. Brânzeturile tip crem ă sunt produse proaspete cu un con ținut ridicat în gr ăsime (între 50- 75 % gr ăsime în substan ța uscat ă), acestea fiind ob ținute prin normalizarea laptelui cu smântân ă, adaos de smântân ă în coagul sau brânza închegat ă și mai rar doar prin prepararea brânzei din smântân ă. Față de brânzeturile proaspete, acestea se supun opera ției de m ărunțire fin ă cu ajutorul valțurilor sau a sitelor de pasare, rezultând o structu ră foarte fin ă și omogen ă. Brânzeturile tip desert și aperitiv sunt brânzeturi cremoase la care se adau gă diverse materiale auxiliare, cu rol de arom ă și gust, în func ție de sortimentul fabricat, dup ă ce acestea au fost prelucrate tehnologic (m ărunțire, sp ălare, op ărire, filtrare siropuri, cernere). Pentru ob ținerea unei consisten țe uniforme, brânza cu adaosurile se supun opera ției de malaxare și trecere printr- un val ț. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 337 Tehnologia de fabricare a brânzeturilor fermentate . Tehnologia general ă de fabricare a brânzeturilor fermentate este prezentat ă în figura 10.34 și are ca faze principale condi ționarea laptelui, închegarea și prelucrarea coagulului, s ărare, maturare și depozitare. Fig. 14.34. Schema tehnologic ă de fabricare a brânzeturilor Condiționarea laptelui const ă în normalizarea lui la un con ținut în gr ăsime specific fiecărui sortiment fabricat, urmat ă de pasteurizare joas ă sau mijlocie. Nu se recomand ă ca temperatura de pasteurizare s ă dep ășească 75 0C, deoarece este diminuat ă capacitatea de coagulare a laptelui sub ac țiunea cheagului. Deoarece prin pasteurizarea laptelui sunt distruse și microorganismele utile fabric ării brânzeturilor, pentru desf ășurarea în bune condi ții a procesului de maturare, dar și pentru obținerea unor produse cu caracteristici organoleptice specifice, în laptele pasteurizat se adaug ă culturi selec ționate de bacterii lactice (Streptococcus lactis, S treptococcus cremoris, Streptococcus diacetilactis, Streptococcus casei, S treptococcus thermopilus, etc.) și culturi selec ționate de mucegaiuri (Penicillium roqueforti, Penic illium candidum, Penicillium camemberti). Pentru cre șterea capacit ății de coagulare și prevenirea balon ării, se recomand ă ca în lapte să se adauge10-25 g/100 l clorur ă de calciu și circa 30 g/100 l azotat de potasiu. La unele sortimente se practic ă colorarea laptelui cu galben de șofran sau betacaroten, fapt ce confer ă brânzeturilor o culoare g ălbuie. Închegarea laptelui urm ărește separarea cazeinei și a altor compu și din lapte, care trec din stare lichid ă într-o mas ă gelificat ă, cu o consisten ță și elasticitate dependent ă de modul de desfășurare a opera ției. Închegarea sau coagularea laptelui se face în două moduri: ● cu cheag: cheagul este o enzim ă de tip chimozin ă sau labferment, secretat ă de stomacul mieilor și vițeilor în perioada de al ăptare; chimozina are proprietatea specific ă fermen ților ca în cantit ăți mici s ă produc ă, prin absorb ția sa de c ătre cazein ă, precipitarea acesteia sub form ă de fosfoparacazeinat de calciu; tot chimozina este cea care în faza de maturare produce proteoliza substan țelor proteice; ● cu acizi: acizii (lactic, clorhidric, sulfuric) ad ăugați în lapte scad pH-ul la valoarea de 4,62, punct la care cazeina coaguleaz ă, înglobând în masa ei și ceilal ți componen ți ai laptelui, produce contrac ția coagulului și asigur ă eliminarea zerului. Acțiunea cheagului asupra laptelui este influen țat de mai mul ți factori precum con ținutul în săruri minerale și substan ță uscat ă a laptelui, temperatura și aciditatea sa, prezen ța în lapte a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 338 unor substan țe străine cu rol anticoagulant, etc. Cantitatea de cheag necesar ă coagul ării depinde de puterea de coagulare a acestuia, compozi ția laptelui , sortimentul fabricat și se introduce sub form ă de jet sub țire în vana cu lapte la temperatura de lucru, la în ceput laptele fiind agitat lent și continuu pentru uniformizarea coagulului, dup ă care se las ă în stare de repaus pentru coagulare. Temperatura și durata procesului de coagulate depind de tipul de brânz ă ce urmeaz ă a se ob ține, aceste date, al ături de cantit ățile de coagul și maia de produc ție fiind specificate în re țetele de fabrica ție. Prelucrarea coagulului are ca scop principal eliminarea unei anumite cant ități de ap ă sub form ă de zer, în func ție de sortimentul fabricat, ținând cont de faptul c ă deshidratarea coagulului continu ă și în fazele de presare, s ărare și maturare. La fabricarea brânzeturilor semitari și tari prelucrarea coagulului cuprinde trei faze principale: – uniformizarea temperaturii coagulului: este neces ară pentru a asigura o repartizare cât mai uniform ă a grăsimii în masa de coagul; – mărunțirea: urm ărește ob ținerea particulelor de coagul din care, prin preluc rare cu diverse unelte, se formeaz ă „bobul” și ale c ărui dimensiuni depind de sortimentul de brânz ă; – înc ălzirea a doua: favorizeaz ă eliminarea zerului din bobul de coagul format și se realizeaz ă diferen țiat, la temperaturi cuprinse între 40-60 0C. Formarea și presarea brânzeturilor . Prin punerea în forme a coagulului prelucrat se obține aglomerarea boabelor de coagul, asigurându-se m ărimea și forma specific ă fiec ărui sortiment. Formarea brânzeturilor se face prin turn area în forme sau prin formare din past ă (mas ă). Punerea în forme trebuie executat ă rapid pentru a evita r ăcirea masei de coagul, fapt ce ar încetini fermenta ția lactic ă și scurgerea zerului. Aglomerarea boabelor de coagul într-o mas ă omogen ă și eliminarea zerului dintre ele sau din interiorul lor, se realizeaz ă ușor prin presare. For ța de presare aplicat ă depinde de caracteristicile masei de ca ș și ea este crescut ă treptat, ajungând pân ă la valori de 60 de ori mai mare decât greutatea brânzei, valoarea maxim ă fiind atins ă după 6-8 ore din momentul începerii presării. Durata de presare depinde de felul în care se desf ășoară lipirea boabelor de coagul și eliminarea zerului, variind între 6-24 ore, în rapo rt cu sortimentul de brânz ă. Deoarece eliminarea zerului depinde în special de temperatur a masei de brânz ă, aceasta trebuie men ținută la valori corespunz ătoare. Sărarea brânzeturilor este o faz ă tehnologic ă important ă și urm ărește imprimarea unui gust pl ăcut, continuarea procesului de deshidratare a brânz ei și reglarea proceselor microbiologice. P ătrunzând în brânz ă, sarea favorizeaz ă eliminarea unei p ărți din ap ă cu substan țele dizolvate în ea, prevenind totodat ă atacarea lactozei de c ătre microorganisme în aceast ă fază, când aciditatea brânzei este insuficient ă pentru a frâna dezvoltarea lor. Dintre metodele de s ărare a brânzeturilor, cele mai cunoscute sunt: – sărarea uscat ă: se face prin pres ărarea cristalelor de sare pe suprafa ța brânzei; – sărarea în saramur ă: presupune scufundarea brânzei formate într-o solu ție de sare cu concentra ția de 16-23 %; – sărarea în bob: se adaug ă sare în masa de ca ș mărunțit; – sărarea în past ă: se adaug ă sare în masa de ca ș mărunțită, dup ă ce aceasta a fost supus ă unui proces de maturare. Maturarea brânzeturilor . Pentru a ob ține caracteristicile specifice diferitelor sortimen te (gust, aspect, miros, culoare), brânzeturile s ărate se p ăstreaz ă un timp determinat în anumite condi ții de mediu (temperatur ă, umiditate, aerare), perioad ă în care coagulul elastic și fără individualitate se transform ă, printr-un complex de reac ții fizice și biochimice, într-un produs ușor asimilabil, cu calit ăți organoleptice și conservabilitate mare. În general maturarea brânzeturilor se face la tempe raturi de 12-22 0C, o umiditate de 75- 95 %, aerul din înc ăperi fiind schimbat de 4-5 ori pe zi. Durata proces ului de maturare a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 339 brânzeturilor este specific ă sortimentului fabricat și se poate întinde pe perioade de la 20-30 zile, până la 4-6 luni. Cele mai importante transform ări în timpul matur ării le sufer ă lactoza, substan țele proteice și grăsimea. Lactoza, în urma reac ției de glicoliz ă, este transformat ă mai întâi în acid piruvic și mai apoi în acid lactic care, într ă în reac ție cu calciul din paracazeinatul de calciu formând lactatul de calciu, precum și alte s ăruri. În acest mod boabele de coagul se lipesc, rez ultând o mas ă omogen ă. Dac ă avem și bacterii propionice, atunci în urma reac țiilor biochimice se produce acid acetic, acid propionic și bioxid de carbon. Substan țele proteice sunt sub form ă de paracazeinat de calciu și prin reac ția de proteoliz ă (hidroliza par țială a cazeinei), se formeaz ă compu și între care se reg ăsesc peptone și albumoze. Prin continuarea hidrolizei peptonele se descompun în aminoacizi, substan țe determinante în obținerea gustului și aromei brânzeturilor, iar o parte a acestora trec în amoniac și bioxid de carbon. Grăsimile, într-o prim ă fază ca efect al reac ției de lipoliz ă, trec în glicerin ă și acizi gra și, fenomen valabil la toate sortimentele de brânzeturi . El este mai accentuat la sortimentele la care maturarea are loc în prezen ța mucegaiurilor, când acizii gra și sunt hidroliza ți pân ă la aldehide și cetone, conferind, al ături de acidul propionic și acidul acetic, aroma specific ă. Ambalarea brânzeturilor se face în condi țiile stabilite prin norme, folosind l ăzi-rulouri, lăzi compartimentate, folie de polietilen ă sau Criovac, în foarte multe cazuri brânzeturile f iind acoperite cu un strat de parafin ă. Dup ă ambalare brânzeturile sunt p ăstrate în înc ăperi cu atmosfer ă controlat ă, lipsit ă de lumin ă și mirosuri nepl ăcute, uneori maturarea fiind continuat ă și în timpul depozit ării. Brânza telemea este unul dintre cele mai r ăspândite sortimente și difer ă de alte sortimente prin modul de prelucrare a coagulului și maturare. Materia prim ă o constituie laptele de vac ă, laptele de oaie și de bivoli ță, separate sau în amestec După pasteurizare laptele se r ăcește la 28-35 0C și se adaug ă solu ție de clorur ă de calciu 15-20 g/100 litri lapte, azotat de potasiu 20-30 g/ 100 litri lapte și 0,3-0,8 % maia de produc ție (Sterptococcus lactis și Streptococcus casei). Se omogenizeaz ă compozi ția, dup ă care se adaug ă cheag într-o cantitate care s ă permit ă coagularea într-un interval de 45-60 minute. Prelucrarea coagulului se face astfel încât s ă se ob țină felii de coagul suprapuse și care după presare s ă nu dep ășească grosimea de 12-13 cm. Urmeaz ă presarea timp de 45-90 minute și eliminarea zerului, dup ă care coagulul se taie în calupuri și se continu ă scurgerea zerului prin întoarcerea lor periodic ă, timp în care brânza se înt ărește pu țin. Brânza telemea se pune în saramur ă cu concentra ția de 20-22 %, la temperatura de 14-16 0C și păstrarea în aceste condi ții timp de 15-18 ore. Calupurile de brânz ă se scot din saramur ă și se supun unei s ărări uscate timp de 5-8 ore, dup ă care procesul de s ărare uscat ă continu ă timp de 8-16 ore în ambalaje (putini de lemn sau cutii meta lice). Pentru maturare în ambalaje se introduce saramur ă cu concentra ția de 12-16 %, dup ă care se păstreaz ă în înc ăperi cu temperatura de 12-16 0C, durata procesului de maturare fiind de 20-30 zile. Dac ă în timp saramura prezint ă unele aspecte necorespunz ătoare, aceasta se înlocuie ște cu una proasp ătă, în unele cazuri fiind folosit ă saramur ă de zer cu concentra ția de 10-12 %. Brânza Fetta este un sortiment ob ținut din lapte de oaie sau de vac ă nenormalizat. Laptele dup ă pasteurizare se r ăcește la 30-33 0C, se corecteaz ă cu clorur ă de calciu și azotat de potasiu în procente asem ănătoare cu brânza telemea, se adaug ă maia de bacterii lactice și cheag astfel ca timpul de coagulare s ă fie de 40-50 minute. Coagulul se m ărunțește, timp în care se separ ă o cantitate de zer, dup ă care se pune în forme rotunde și se las ă la scurs, cu întoarcerea periodic ă a formelor și uneori cu rotirea acestora. La finalul opera ției brânza se taie în sectoare de cerc, se presar ă cu sare și se las ă în repaus circa 80-90 minute, apoi se scot din forme și se pun la scurs timp de 24-36 de ore, cu întoarce re periodic ă și sărare uscat ă la fiecare întoarcere. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 340 Bucățile de brânz ă se pun în ambalaje cu s ărare uscat ă și păstrare timp de 4 zile la temperatura de 12-14 0C, dup ă care se spal ă pe toate fe țele și se a șează din nou în ambalaje, separate cu hârtie pergaminat ă. Brânzeturi cu mucegai alb . Cel mai reprezentativ sortiment îl constituie brâ nza Camembert și ea se caracterizeaz ă prin dezvoltarea unor mucegaiuri albe pe coaj ă, în timp ce miezul este moale. Materia prim ă o constituie laptele de vac ă integral care, dup ă pasteurizare se r ăcește la 38-40 0C temperatur ă la care se adaug ă maiaua de produc ție 0,5-3 l/100 litri lapte (Streptococcus lactis și Streptococcus diacetilactis) și cultura de mucegai 5-20 ml/100 litri lapte (Penic illium camemberti). Dup ă un repaus de circa 30 minute se r ăcește la temperatura de coagulare de 28-30 0C și se adaug ă cheag, în propor ție care s ă determine închegarea laptelui într-un interval de 1,5-2 ore. Pentru a ob ține o culoare ro șiatică, în lapte se poate ad ăuga 5-20 ml/100 litri o suspensie de Bacterium limens. Prelucrarea coagulului se face prin t ăierea sa, urmat ă de m ărunțire pân ă la boabe de mărimea unei nuci, timp în care se elimin ă o parte din zer. Apoi coagulul este trecut în form e cilindrice cu posibilitatea de întoarcere. Aici are loc scurgerea zerului și autopresarea brânzei timp de circa 20 de ore, cu 4-5 întoarceri. După autopresare brânza se s ărează uscat de dou ă ori într-un interval de dou ă zile, sau pentru scurtarea timpului de fabricare, se poat int roduce timp de trei ore în saramur ă cu concentra ția de 20-22 %. Pentru zvântare brânza s ărată este a șezată în înc ăperi termostatate (13-15 0C, 75-85 % umiditate relativ ă), unde st ă timp de 12-14 zile, cu întoarcerea periodic ă a acesteia. În aceste condi ții, pe suprafa ța brânzei se formeaz ă un strat superficial de mucegai alb. Maturarea dureaz ă între 8-15 zile, timp în care brânzeturile sunt pu se pe rafturi speciale, cu posibilitatea de întoarcere, în spa ții cu temperatura de 11-15 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 88-90 %. La finalul fazei de maturare mucegaiul capătă o nuan ță ușor murdar ă și cu pete ro șii. Brânzeturi cu mucegai verde. Caracteristic acestui sortiment este brânza Roquef ort la care maturarea este realizat ă prin ac țiunea unui mucegai selec ționat (Penicillium roqueforti), de culoare verde-alb ăstrui, ce se dezvolt ă în întreaga mas ă de brânz ă, conferind produsului un gust și o arom ă specific ă. Materia prim ă pentru fabricarea brânzei Roquefort este laptele d e oaie, laptele de vac ă, amestec din cele dou ă, precum și un amestec de lapte de vac ă cu lapte de bivoli ță. Dup ă normalizare la maxim 3 % gr ăsime, laptele se pasteurizeaz ă și se r ăcește la 25-30 0C, moment în care se adaug ă 3-5 % maia de bacterii lactice, timpul de coagular e fiind de 90-120 minute. Coagulul se taie și se prelucreaz ă până la ob ținerea boabelor cu consisten ța dorit ă, se sifoneaz ă zerul format și coagulul este trecut într-o van ă special ă pentru scurgere, temperatura fiind men ținută constant la 18-20 0C. La finalul scurgerii masa de coagul se trece în forme cilindrice (diametrul de 20 cm și înălțimea de 15 cm), sub form ă de straturi de 3-4 cm grosime, peste fiecare strat (mai pu țin ultimul) fiind pres ărat pulbere de mucegai. Formele de brânz ă se supun zvânt ării timp de 3-4 zile în camere termostatate (18 0C și 90-95 % umiditate relativ ă a aerului), cu întoarcerea de trei ori pe zi a for melor. La final, brânzeturile se scot din forme și de zvânteaz ă pe pardoseal ă în pivni țe, timp de 4-5 zile la temperaturi sc ăzute de 10-12 0C. Sărarea brânzeturilor se face în camere speciale, în 3-4 tran șe la interval de 1-2 zile, cu sare uscat ă, prin frecarea marginilor cu sare, temperatura de lucru trebuind s ă fie mai mic ă de 10 0C. În aceast ă perioad ă, pe suprafa ța brânzeturilor se formeaz ă un mucilagiu care trebuie îndep ărtat prin r ăzuire. Înainte de a se pune la maturare formele sunt în țepate cu ace speciale, opera ție ce are ca scop accesul aerului în interior și dezvoltarea ulterioar ă a mucegaiului rapid și într-un mod cât mai uniform. Camerele de maturare sunt astfel reali zate încât s ă asigure în mod strict temperatura de 5-7 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 90-95 %, cu recircularea lui de cel p uțin Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 341 trei ori pe zi. Acest lucru este necesar deoarece î n procesul de maturare se degaj ă amoniac, bioxid de carbon și alte gaze specifice matur ării Pe durata matur ării, la suprafa ța brânzeturilor se formeaz ă un strat de mucegai și mucilagii, care trebuie îndep ărtate deoarece ele blocheaz ă accesul aerului în interiorul brânzei. Timpul de maturare variaz ă între 1-3 luni, dup ă care se recomand ă ambalarea în foi țe metalice și depozitarea în spa ții cu temperatura de 1-2 0C. Brânza Tilsit se prepar ă din lapte de vac ă integral sau par țial smântânit, la un anumit conținut în gr ăsime. Laptele este pasteurizat, apoi r ăcit la temperatura de închegare cuprins ă între 28-35 0C, când se adaug ă maia din bacterii lactice (0,3-0,8 l/100 litri lap te), clorur ă de calciu (10-15 g/100 litri lapte) colorant (2-3 g/100 litri lapte galben de Orleans) și pentru a preveni balonarea azotat de potasiu (10-20 g/100 litri lapt e). Coagularea dureaz ă circa 30-40 minute, dup ă care coagulul este m ărunțit și amestecat timp de 10-15 minute. Urmeaz ă încălzirea a doua la temperatura de 35-42 0C cu amestecare continu ă, la final boabele de brânz ă având o consisten ță elastic ă și suficient de tare. Dup ă un repaus se face scurgerea aproape în totalitate a ze rului, masa r ămasă se amestec ă energic și se repartizeaz ă în forme cilindrice cu diametrul și înălțimea de 25 cm. Se las ă la scurs timp de 12- 20 de ore cu întoarcerea periodic ă a formelor. Brânza se s ărează în saramur ă la 12-16 0C, cu concentra ția de 18-20 %, timp de 2-3 zile, apoi este urmat ă de o s ărare uscat ă în 4-5 reprize, timp de 10-12 ore și o zvântare de scurt ă durat ă, formele fiind trecute la camerele de maturare. Maturarea brânzei Tilsit dureaz ă 2-3 luni și se desf ășoară în înc ăperi cu temperatura de 12-16 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 90-95 %. Ca urmare a faptului c ă după câteva zile pe suprafa ța formelor apare un strat de mucilagiu galben-ro șiatic, acestea se spal ă la intervale de 3 zile, cu schimbarea rafturilor pe care au fost puse . La final brânzeturile se ambaleaz ă în hârtie pergaminat ă sau folie metalic ă cașerată cu hârtie pergament. Brânzeturi olandeze . Din aceast ă grup ă cele mai cunoscute sunt brânza Edam și Gouda, diferen țele între cele dou ă sortimente fiind date de form ă și unele caracteristici organoleptice. Brânza Edam se ob ține din lapte normalizat, pasteurizat și răcit la 32-35 0C când se adaug ă 0,5-1,5 % maia de produc ție, format ă din bacterii lactice. Pentru a ob ține o culoare galben ă, în lapte se adaug ă colorant în propor ție de 3-4 mg/100 litri. Coagularea se produce la temperatura de 28-34 0C și dureaz ă între 35-40 minute. Coagulul se m ărunțește continuu cu evacuarea de zer, fiind urmat de o a doua înc ălzire la 35-37 0C, când boabele de brânz ă sunt mici și elastice, uneori fiind practicat ă o sp ălare cu ap ă a boabelor prin înlocuirea unei p ărți din zer cu ap ă. La finalul sp ălării se elimin ă zerul și masa de coagul se supune pres ării în forme diverse, timpul de presare fiind depen dent de form ă. Sărarea se face cu saramur ă de concentra ție 18-20 % timp de 2 zile la formele mici și 4-5 zile la formele mari, temperatura saramurii fiind d e 12-15 0C. Dup ă sărare uscat ă și o zvântare formele de brânz ă se introduc în camere cu temperatura de 10-15 0C și uscate, pentru a începe maturarea. La început brânzeturile se întorc zilnic, apoi la i nterval de 2-3 zile, timp în care pe suprafa ța cojii se formeaz ă un mucegai care trebuie sp ălat periodic (8-10 zile), zvântate și reintroduse în camera de maturare. Dup ă 2-3 s ăptămâni coaja brânzeturilor devine compact ă și uscat ă, moment în care acestea se parafineaz ă și se depoziteaz ă în spa ții refrigerate la maxim 7-8 0C. Brânza Gouda se ob ține din lapte integral sau par țial smântânit, pasteurizat, în care se adaug ă acelea și cantit ăți de maia ca și pentru brânza Edam. Coagularea se desf ășoară timp de 30-35 minute la temperatura de 30-33 0C, masa de coagul se m ărunțește cu eliminarea unei p ărți din zer, apoi se supune înc ălzirii a doua la 37-43 0C cu amestecare, pân ă la ob ținerea unor particule cu consisten ță tare. Presarea masei de coagul se face în van ă iar t ăierea buc ăților de coagul se face la dimensiunea formelor ce urmeaz ă a se ob ține. Dac ă presarea se face în forme atunci acestea se întorc periodic pentru scurgerea zerului, în ambele cazuri for ța de presare fiind cresc ătoare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 342 Sărarea se face cu saramur ă 15-17 % în prima zi și cu 22-24 % concentra ție în a doua zi, durata s ărării fiind în func ție de m ărimea formei brânzeturilor (4-5 zile la formele mic i și 7-8 zile la formele mari). Maturarea brânzeturilor se face în camere speciale și dureaz ă un interval de timp de 2-3 luni, la început (8-10 zile) la temperatura de 15- 17 0C, dup ă care este sc ăzută la 13-15 0C, cu întoarceri ale formelor la intervale de timp determ inate. Deoarece în perioada de maturare pe coajă se formeaz ă mucegaiuri, brânzeturile sunt sp ălate periodic, zvântate și reintroduse în camerele de maturare. Brânza Șvaițer este un sortiment originar din Elve ția, calitatea laptelui și calificarea personalului fiind determinante în ob ținerea unui produs corespunz ător. Laptele folosit ca materie prim ă trebuie s ă fie de foarte bun ă calitate, de regul ă provenit de la vacile care p ășuneaz ă în zona de munte. Înainte de coagulare, în lapte s e adaug ă o maia de culturi de tipul Stertococcus thermophilus și Thermobacterium helveticum, la care se mai poate adăuga și bacterii propionice. Coagularea se desf ășoară timp de 25-35 minute la 32-34 0C, cu t ăierea vertical ă a coagulului și mărunțirea grosier ă, urmat ă de m ărunțirea cu harp ă și formarea bobului de coagul. De aici masa este trecut ă la un amestec ător mecanic unde timp de 30-50 minute se omogenizea ză boabele pân ă la consisten ța și forma dorit ă. Urmeaz ă încălzirea a doua, timp de 25-35 minute la temperatura de 52-56 0C, când se continu ă amestecarea masei de coagul și uscarea bobului, timp de 30-60 minute, la final fiind executat ă o amestecare puternic ă a masei de coagul, pentru uniformizarea reparti ției acesteia sub form ă conic ă. Scoas ă cu ajutorul unei sedile (tifon) masa de coagul est e supus ă pres ării într-o form ă numit ă veșcă de form ă cilindric ă), mai întâi manual, pentru eliminarea unei p ărți din zer și uniformizarea grosimii, apoi se introduce într-o pr esă cu capac din lemn. Deoarece activitatea bacteriilor lactice trebuie s ă fie intens ă în timpul pres ării, temperatura de lucru se va men ține la circa 20 0C, bacteriile termofile cunoscând o dezvoltare inte nsă. Durata pres ării variaz ă între 20-24 de ore, timp în care formele se întorc periodic, la fiecare întoarcere fiind schimbat ă sedila cu una nou ă. În acest timp for ța de presare cre ște progresiv. Dup ă presare ro țile de brânz ă se marcheaz ă cu data fabrica ției și se cânt ăresc, apoi sunt l ăsate un timp determinat pentru r ăcire. S ărarea uscat ă se face timp de 1-2 zile în forme și apoi în saramur ă cu concentra ția de 20-22 %, la temperatura de 10-15 0C, cu întoarcerea lor , dup ă care se scot buc ățile de brânz ă și se așează pe poli țe timp de 2-3 zile la zvântare. Înainte de maturare acestea se p ăstreaz ă timp de 2-3 s ăptămâni în spa ții cu temperatura de 12-15 0C. Maturarea se desf ășoară în spa ții amenajate cu temperatura de 20-24 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 85-90 %, cu întoarcere periodic ă și spălare de mucegai cu ap ă sărată (se evită astfel și o uscare prea intens ă a cojii). Dup ă aproximativ o lun ă, brânzeturile sunt mutate într-un spa țiu cu temperatura de 12-15 0C și umiditatea de 85-87 %, timpul de p ăstrare fiind de 3-6 luni, repetând întoarcere periodic ă și spălare de mucegai cu ap ă sărată. În final coaja cap ătă o culoare g ălbuie, pasta este elastic ă cu goluri de aer, gust și arom ă specifice. Brânza Parmezan are consisten ța tare, fapt ce permite p ăstrarea ei o perioad ă foarte lung ă (mai mul ți ani). Se ob ține din lapte de vac ă normalizat la 2,0-2,2 % gr ăsime și nepasteurizat. Coagularea se desf ășoară timp de 15-20 minute la temperatura de 32-34 0C, dup ă care coagulul este bine m ărunțit și apoi amestecat 20 de minute cu separarea abundent ă a zerului. După un repaus se scoate o parte din zer și se procedeaz ă la a doua înc ălzire în dou ă trepte. O prim ă treapt ă timp de 10-15 minute la 45-47 0C, când coagulul pierde din luciu și cap ătă elasticitate, apoi în faza a doua timp de 15-20 min ute la 52-550C, când deshidratarea este accentuat ă iar boabele de coagul leag ă tot mai bine, colora ția pastei în galben fiind evident ă. La sfâr șitul înc ălzirii se face o amestecare intens ă a masei de coagul, cu eliminarea unei cantit ăți importante de zer și se las ă pentru depunere. Dup ă aceasta, coagulul se pune în forme cilindrice și se preseaz ă timp de 24 de ore, progresiv și cu întoarcerea periodic ă a formelor. La final formele se scot din pres ă și se las ă 2-3 zile la zvântat în spa ții cu temperatura de 14-16 0C. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 343 Sărarea formelor de brânz ă se face timp de 25-27 de zile cu saramur ă (40 g sare la 1 kg de brânz ă) la temperatura de 10-15 0C, cu întoarcere periodic ă a lor. La sfâr șitul acestei perioade formele de brânz ă se pun pe rafturi la zvântare timp de 6-8 zile, ap oi se spal ă cu ap ă călduță și se răzuiesc pe toat ă suprafa ța. Efectul urm ărit este acela de a îndep ărta eventualele mucegaiuri, dar și pentru a asigura cojii acea consisten ță care s ă împiedice evaporarea apei și extrudarea gr ăsimii în timpul matur ării. Prima etap ă de maturare se desf ășoară timp de 5-6 luni în înc ăperi cu temperatura de 12- 16 0C, cu întoarcerea formelor la intervale de 4-5 zile . A doua etap ă de maturare presupune curățirea brânzeturilor de mucegai, tratarea cojii cu ul ei de in pentru oprirea procesului de deshidratare și păstrarea în spa ții cu umiditate de 75-80 % timp de 8-10 luni, timp în care pe suprafa ța brânzei se aplic ă un strat de vopsea special ă. Procesul de maturare poate continua 3-4 ani, brânzeturile ob ținute putând fi p ăstrare la temperatura de 10-12 0C timp de pân ă la 15-20 de ani. Brânza Cheddar , este tot un sortiment cu consisten ță tare și durat ă de p ăstrare mare, specific acesteia fiind procesul de acidifiere a ca șului, opera ție numit ă și cedarizare. Materia prim ă o constituie laptele de vac ă cu 3,4-3,6 % gr ăsime, 85 % crud în amestec cu 15 % lapte pasteurizat. Maiaua de produc ție, în propor ție de 1,5-1,7 %, con ține bacterii lactice de tipul Streptococcus lactis, diacetilactis și cremoris, la care se mai adaug ă 0,1-0,2 % o maia din Lactobacillus helveticus și Streptobacterium casei. În aceast ă fază se mai adaug ă în lapte colorant alimentar (4-8 g/100 litri șofran) și clorur ă de calciu (20 g/100 litri). Coagularea se desf ășoară timp de 30-35 de minute la o temperatur ă de 30-35 0C. Prelucrarea presupune m ărunțirea treptat ă a boabelor de coagul cu eliminarea zerului urmat ă de încălzirea masei de coagul în dou ă trepte: o prim ă treapt ă la 37 0C cu amestecare continu ă, urmat ă de a doua la 42 0C, când se separ ă cea mai mare parte din zer iar boabele de ca ș se așează în van ă sub form ă de strat gros de 15-20 cm, urmat de o presare a ma sei de coagul. Cedarizarea începe cu t ăierea în forme paralelipipedice ale masei presate și așezarea lor în vana special ă, la care evacuarea zerului se face prin zona centr ală. Se închide capacul vanei și se introduce abur pân ă temperatura ajunge la 35-38 0C. La intervale de 10 minute buc ățile de ca ș se întorc și se a șează pe trei straturi. Ca urmare a cre șterii temperaturii, fermenta ția lactic ă este stimulat ă, se formeaz ă tot mai mult acid lactic și care determin ă acumularea unei cantit ăți din ce în ce mai mari de paracazeinat monocalcic în masa d e caș care, se înmoaie, se întinde și se desface în straturi. Procesul de cedarizare se opre ște atunci când aciditatea ca șului a ajuns la 220 0T, de regul ă procesul durând între 100-120 de minute. Brânza cedarizat ă este t ăiată sub form ă de tăiței mari, se s ărează cu 2,5-3,0 kg sare pentru 1000 litri de lapte, dup ă care se introduce în forme cilindrice unde se pres ează progresiv timp de 30-40 de ore. Se scoate din forme și se supune prematur ării timp de 12 zile în camere cu temperatura de 10-12 0C și umiditatea relativ ă de 75-80 %, cu întoarcerea și ștergerea periodic ă a mucegaiului, la final formele de brânz ă se parafineaz ă. Maturarea propriu-zis ă se desf ășoară timp de 3 luni în camere cu temperatura de 6-10 0C, umiditatea relativ ă de 75-80 %, cu întoarceri periodice, dup ă care formele de brânz ă se parafineaz ă din nou. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor fr ământate. Brânzeturile fr ământate sunt produse originare din zona montan ă, obținute din lapte de oaie, dup ă procedee simple și care presupun prepararea ca șului de oaie și apoi a brânzei propriu-zise. Brânza de putin ă, specific ă zonei Moldovei, presupune închegarea ca șului de oaie cu cheag timp de 45-60 de minute, la temperatura de 30 -32 0C. Coagulul se taie în buc ăți și se mărunțește pentru ob ținerea boabelor de coagul de m ărimea unei nuci sau chiar mai mici, dup ă care se strânge cu o sedil ă și se fr ământ ă ușor pe o crint ă, timp în care se scurge o mare parte din zer. Sedila se leag ă și se atârn ă pentru scurgerea zerului, uneori cu u șoare pres ări a masei, scurgerea fiind considerat ă încheiat ă atunci când pic ăturile de zer sunt mici și rare. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 344 Cașul rezultat de la scurgere trebuie maturat timp de 3-6 zile în spa ții cu atmosfer ă controlat ă (temperatura de 12-15 0C, cu întoarcere periodic ă a ca șului). La finalul matur ării, cașul are o culoare g ălbuie, miros și gust specifice, cu goluri în întreaga mas ă a sa. Pentru ob ținerea brânzei fr ământate, ca șul se taie în felii sub țiri, dup ă îndep ărtarea cojii, se supune m ărunțirii cu ma șini de tocat, în urma c ăreia rezult ă o past ă fină și cu structur ă omogen ă. Se adaug ă 3-4 % sare peste pasta de brânz ă care, se amestec ă bine și se trece prin valțuri pentru a omogeniza pasta. Astfel preg ătită, pasta de brânz ă se introduce în putini de lemn căptușite cu hârtie pergament, se preseaz ă bine pentru eliminarea aerului și se închid cu capace pentru a nu permite contactul cu aerul, dup ă care se putinile se pun la maturare dou ă săptămâni în spa ții cu temperatura de 14-16 0C. Brânza de burduf este de asemenea specific ă regiunilor montane, dar se fabric ă și în sistem industrial. Tehnologia presupune ob ținerea ca șului de oaie care, este asem ănătoare ca la brânza de putin ă, cu mici deosebiri ce țin de specificul zonei. Cașul maturat se taie în buc ăți mici și se m ărunțește pe ma șini de tocat, se s ărează uscat cu 2,5-3,5 % sare, se fr ământ ă bine pân ă când rezult ă o past ă omogen ă cu gust u șor sărat. Dac ă este necesar pasta se poate omogeniza și prin trecerea ei pe val țuri. Preparat ă astfel, pasta de brânz ă se pune în piele de oaie (burduful) și care a fost pregătită, respectiv tratat ă corespunz ător, presat ă bine pentru eliminarea cât mai complet ă a aerului, urmat ă de în țeparea pe alocuri a burdufului pentru a permite scu rgerea zerului care se elibereaz ă din pasta de brânz ă. Mărimea burdufului poate varia de la 2-3 kg, când se folosesc bucăți din piele de oaie și pân ă la 50-60 kg când se folosesc piei întregi de oaie. Maturarea brânzei de burduf se desf ășoară timp de 10-14 zile în spa ții cu temperatura de 12-15 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 80-85 %, în final produsul având o co nsisten ță moale, untoas ă și gustul specific. Brânza în coaj ă de brad este un produs care se face de obicei în stânile m ontane, dup ă un proces asem ănător cu cel al brânzei de burduf, cu deosebirea c ă maturarea se face dup ă ambalarea pastei de brânz ă în coaj ă de brad. Acest lucru permite imprimarea unei arome specifice de material r ășinos produsului final. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor op ărite. Fabricarea brânzeturile op ărite se bazeaz ă pe proprietatea cazeinei de a se întinde în fire ( a căpăta propriet ăți plastice), în anumite condi ții de temperatur ă și aciditate. Practic se produce o demineralizare a coagulului, când fosfocazeinatul de calciu elimin ă o parte din calciul combinat. Produse originare din Italia (cunoscute înc ă din perioada roman ă), ele foloseau în exclusivitate laptele de oaie, actualmente fiind fo losit și laptele de vac ă simplu sau în amestec cu cel de oaie. În func ție de consisten ța pastei brânzeturile op ărite, denumite ca șcavaluri, se fabric ă în trei variante: cu past ă tare, cu past ă semitare și cu past ă moale. Cașcavalul cu past ă tare se ob ține din lapte de oaie și cuprinde dou ă faze: preg ătirea cașului și fabricarea efectiv ă a cașcavalului. Laptele normalizat și pasteurizat se încheag ă cu culturi selec ționate timp de 30-45 de minute la temperatura de 32-35 0C. Prelucrarea coagulului presupune t ăierea și amestecarea sa timp de 10-15 minute, pân ă la ob ținerea unor boabe de m ărimea maz ării, urmat ă de amestecarea energic ă timp de 5-10 minute cu amestec ătorul. Se ob ține în acest fel o bun ă deshidratare a masei de coagul, proces care este continuat prin înc ălzirea a doua la 38-40 0C, timp în care masa este supus ă unei amestec ări continue. După încălzirea a doua, boabele de coagul se adun ă și se preseaz ă pe fundul vanei, dup ă care se pun într-o sedil ă la scurs, cu m ărunțire pentru favorizarea elimin ării zerului. Ca șul se preseaz ă până la realizarea unei umidit ăți de 46-48 %, fiind l ăsat apoi în camere la temperatura de 22-24 0C pentru fermentare, pân ă la ob ținerea unui pH de 4,8-5,0, considerat ă valoarea optim ă pentru op ărire. Opera ția specific ă fabric ării ca șcavalului este op ărirea și ea asigur ă cașului acele însu șiri plastice precum consisten ță și elasticitate, cu pierderi minime de substan ță uscat ă sau gr ăsimi. Pentru aceasta ca șul se taie în felii sau buc ăți mici și se amestec ă cu ap ă fierbinte la temperatura Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 345 de 70-75 0C (la unele sortimente poate ajunge și la 85 0C), timp de 1-2 minute cu amestecarea continu ă a masei de ca ș cu spatule, astfel c ă masa de ca ș devine o past ă moale și elastic ă și are temperatura final ă de circa 55 0C. Pentru eliminarea apei ca șul op ărit se fr ământ ă manual, se întinde de câteva ori și se suprapune în straturi, cu s ărarea uscat ă a fâșiilor de ca ș opărit. S ărarea se poate face și în timpul op ăririi ca șului, ad ăugând o saramur ă cu concentra ția de 8-12 %. Pasta cald ă se pune în forme cilindrice sau paralelipipedice d e diferite m ărimi, prev ăzute cu la interior cu tifon pentru absorbirea zerului, se las ă timp de 24 de ore cu întoarcere periodic ă a formelor, dup ă care se scot din forme și se a șează pe rafturi în camere aerate pentru zvântare. Procesul de maturare a ca șcavalului dureaz ă aproximativ trei luni și se desf ășoară în spații cu temperatura de 16-20 0C și umiditate de 85 %, cu întoarcere periodic ă a formelor. În primele zile de maturare se poate aplica o u șoară sărarea uscat ă a formelor, ceea ce gr ăbește formarea cojii. După terminarea matur ării formele de ca șcaval se spal ă, se zvânteaz ă și se acoper ă cu parafin ă, depozitarea fiind f ăcută în spa ții reci la temperaturi de 4-8 0C și umiditate de 85-90 %. Cașcavalul cu past ă semitare se ob ține dup ă o tehnologie asem ănătoare celui cu past ă tare, cu deosebirea c ă opărirea și prelucrarea ca șului op ărit se face astfel încât umiditatea pastei este mai mare. Sărarea formelor de ca șcaval se face cu saramur ă de 22-24 % concentra ție, timp de 24 de ore și ea poate fi completat ă cu sărare uscat ă în timpul zvânt ării și dup ă aceasta. Maturarea ca șcavalului cu past ă semitare se face timp de 45 de zile la temperaturi joase și umiditate ridicat ă, din care cauz ă și cantitatea de ap ă din produs se p ăstreaz ă. Cașcavalul cu past ă moale se fabric ă din lapte de vac ă și are o tehnologie asem ănătoare produselor cu past ă semitare, con ținutul în ap ă fiind superior acestora. În afara acestor produse caracteristice, în industr ia alimentar ă de mai reg ăsesc și alte tipuri de produse precum ca șcavalul afumat (cu past ă tare, împletit sau în forme cilindrice, paralelipipedice, respectiv par ă-Provolone) ca șcaval crud (Mozzarella, este un ca șcaval care se consum ă imediat dup ă maturare), p ăpuși de ca ș (cu past ă tare, s ărate în saramur ă și afumate la rece), etc. Tehnologia de fabricare a brânzeturilor topite. Sunt produse rezultate în urma topirii diverselor sortimente de brânzeturi în prezen ța unor s ăruri de topire. Aceste produse nu prezint ă coajă, nu au nevoie de maturare și se pot p ăstra timp îndelungat în anumite condi ții de depozitare. Ca materie prim ă la fabricarea brânzeturilor topite se folosesc brâ nzeturi fermentate, brânzeturi fr ământate, brânzeturi oprite și caș, propor țiile fiind stabilite prin re țete de fabrica ție. Aici se adaug ă și acele brânzeturi care prezint ă defecte de form ă, cu coaja cr ăpată sau neîngrijit ă. Nu se folosesc acele produse care prezint ă defecte de fabrica ție, deoarece aceste defecte se transmit și produsului topit. Opera ția specific ă acestor brânzeturi este topirea și ea este influen țată de s ărurile de topire folosite, având rol de emulgatori, cu efecte asupra consisten ței, a gustului și a conservabilit ății. În practica industrial ă se folosesc s ăruri de sodiu ale acidului citric, ale acidului tartric, polifosfa ți și săruri ale acizilor orto și meta pirofosforic. În timpul topirii, în lipsa emulgatorilor, are loc o separare a gr ăsimii de substan țele proteice sub efectul c ăldurii, rezultând o mas ă cauciucoas ă ce plute ște în gr ăsimea topit ă. Adăugarea de s ăriri de topire fac ca acestea s ă se absoarb ă în masa de brânz ă, produc umflarea și solubilizarea substan țelor proteice, cu formarea unei noi emulsii cu gr ăsimea. Prin r ăcire masa de emulsie se solidific ă, păstrându- și caracterul de emulsie. Topirea materiilor prime, m ărunțite în prealabil, se realizeaz ă pe durata a 10-15 minute în utilaje speciale, la temperaturi de 85-90 0C, amestecarea continu ă a masei topite cu adaos de 2-3 % pulbere de s ăruri în func ție de tipul de produs, astfel ca brânza topit ă să aibă un pH final de 5,7-5,9. Pentru produse cu past ă moale se face o topire la temperaturi mai sc ăzute și cu o durat ă în timp mai mare, în timp ce la produsele cu past ă mai tare se face o topire rapid ă la temperaturi ridicate și cu s ăruri speciale. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 346 După topire pasta moale se trece la ma șinile de divizat, unde temperatura pastei se menține ridicat ă, urmat ă de ambalare și răcire progresiv ă pentru a evita condensarea vaporilor de apă pe suprafa ța ambalajului. 14.7. Tehnologia de fabricare a înghe țatei Înghe țata este definit ă ca un produs alimentar ob ținut prin congelarea cu înglobarea de aer a unui amestec format din lapte, produse lactat e și ingrediente. Fluxul tehnologic de fabrica ție cuprinde opera țiile urm ătoare: prepararea mixului sau a amestecului de mate rii prime și adaosuri, pasteurizarea, omogenizarea, r ăcirea, maturarea, congelarea sau freezarea, ambalarea, c ălirea și depozitarea. Materiile prime și adaosurile folosite la fabricarea înghe țatei depind de sortimentul fabricat și sunt: – lapte integral, lapte concentrat, smântân ă, lapte praf degresat, unt dulce și topit, zar ă dulce sau praf; – emulgatori și stabilizatori de emulsie precum gelatin ă, monostearat de glicerin ă, agar- agar, polizaharide de tipul gume sau amidon, unii f osfați și citra ți, lecitin ă, gălbenu ș de ou; – îndulcitori vegetali (zaharoz ă, glucoz ă) și înlocuitori (zaharin ă, sorbitol); – adaosuri pentru arom ă și gust: arome și coloran ți sintetici, fructe proaspete, congelate, zaharisite și sucuri de fructe, vanilie, cacao, alune, nuci, es ențe (portocale, l ămâie, fistic, etc.), coloran ți naturali (indigotin ă, tartrazin ă, amarant); – acizi organici pentru corectarea acidit ății (acid ascorbic, acid citric, acid lactic, acid fosforic, acid malic, acid tartric), pentru cre șterea con ținutului în vitamina C (acid ascorbic) sau ca emulgatori (acid fosforic și acid citric). Prepararea mixului sau a amestecului de materii pri me, materiale și adaosuri se realizeaz ă în vane mari cu posibilitatea amestec ării și înc ălzirii acestuia, dup ă rețete specifice fiec ărui sortiment fabricat. Ca ordine de introducere, mai î ntâi se pun în van ă toate componentele lichide care se amestec ă continuu și se înc ălzesc pentru o mai bun ă omogenizare. Urmeaz ă adăugarea componentelor uscate, dup ă ce în prealabil au fost preg ătite corespunz ător, continuând amestecarea și apoi stabilizatorii de emulsie, sub form ă de solu ții sau pulbere. Principalii indicatori de calitate ai amestecului sunt vâscozit atea și aciditatea natural ă, acești parametri fiind determina ți de compozi ția amestecului și calitatea ingredientelor folosite. Pasteurizarea urm ărește atât distrugerea microflorei patogene, cât și o îmbun ătățire a calităților tehnologice ale amestecului. În func ție de tipul de stabilizator folosit pasteurizarea s e poate face la temperaturi de 63-65 0C timp de 20-30 minute, pentru aceasta fiind utiliz ate vane cu pereți dubli, respectiv timp de minim 2,5 secunde la 8 0 0C sau 1-3 secunde la 100-130 0C, când se utilizeaz ă pasteurizatoare cu pl ăci. Dup ă pasteurizare și răcire, în amestec se introduc aromele și coloran ții Metodele de pasteurizare la temperaturi înalte sunt recomandate deoarece ele distrug cel mai bine microorganismele din mixuri, îmbun ătățesc textura și aroma produsului, reducând și cantitatea necesar ă de stabilizator. Omogenizarea amestecului trebuie s ă ducă la ob ținerea unei suspensii stabile, omogene și fine a gr ăsimii, pentru a evita separarea ei sub form ă de boabe de unt. Opera ția se realizeaz ă în instala ții cu dou ă trepte, prima la presiune ridicat ă (între 150-250 atm, în func ție de con ținutul în grăsime), iar a doua treapt ă la presiune sc ăzută (35-40 atm). Răcirea amestecului se face rapid la 3-5 0C și are ca scop stabilizarea emulsiei de grăsime. Acest lucru va împiedica particulele de gr ăsime s ă se aglomereze, dar în acela și timp va preveni și o eventual ă dezvoltare a microorganismelor ce au supravie țuit tratamentului termic. Răcirea previne cre șterea vâscozit ății amestecului, fapt care va favoriza opera ția de congelare parțială. După răcire masa de amestec se las ă la maturare timp de minim 4 ore, temperatura de lucru fiind de 0-4 0C. În acest timp se produce solidificarea particule lor de gr ăsime, o hidratare a Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 347 substan țelor proteice cu absorb ția apei în stare liber ă și care determin ă formarea unui gel elastic. Dacă durata de maturare cre ște și procesele de maturare se intensific ă, dar din considerente economice aceasta este limitat ă în timp. Congelarea par țială a masei de amestec, numit ă și freezerare, realizeaz ă solidificarea a cel pu țin 35-60 % a apei din amestec, fapt ce determin ă creșterea volumul înghe țatei cu pân ă la 25-100 % fa ță de volumul ini țial. În tot acest timp în masa de amestec supus ă congel ării se înglobeaz ă aer pân ă la limita la care cantitatea de aer încorporat ă este egal ă cu cea pierdut ă (limita de re ținere a aerului). Prezen ța aerului face ca în timpul congel ării cristalele de ghea ță formate s ă aibă o structur ă fină, uniform distribuite în masa de înghe țată, rezultând un produs care în timpul c ălirii și depozit ării își va p ăstra structura. Viteza de congelare trebuie s ă fie mare și ea se realizeaz ă în aparate speciale numite freezere, la final temperatura produsului fiind de -4 … -7 0C. Ea depinde de vâscozitatea amestecului, de punctul de înghe ț al acestuia, con ținutul în gr ăsime, temperatura de lucru, viteza de circula ție a amestecului și a agentului frigorigen, astfel c ă ea se alege în func ție de to ți ace ști factori. Călirea înghe țatei se face imediat dup ă congelare și se realizeaz ă în tunele cu circula ție forțată a aerului la temperaturi de -35 … -40 0C, timp de 1-4 ore (în func ție de modul de ambalare). În acest interval de timp se congeleaz ă și restul de ap ă din înghe țată (circa 50 %). Aici se poate eviden ția dac ă aerul înglobat în amestec la freezerare este în pr oporție corespunz ătoare. Astfel, dac ă aerul înglobat este prea pu țin, atunci înghe țata se înt ărește, devine densă, iar cristalele de ghea ță sunt mari, în timp ce o cantitate de aer prea mare duce la comprimarea înghe țatei. Înghe țata se p ăstreaz ă în depozite frigorifice timp de 1-4 luni la temper aturi de -18 … -25 0C, iar la temperaturi mai sc ăzute și pân ă la 8 luni, transportul și distribuirea ei fiind realizat ă cu mașini frigorifice la care temperatura produsului nu t rebuie s ă depășească valori de -15 …-16 0C. 14.8. Tehnologii de valorificare a subproduselor di n industria laptelui În urma prelucr ării laptelui rezult ă unele subproduse a c ăror valoare nutritiv ă este importan ță, ca de altfel și prezen ța substan țelor azotoase, a glucidelor și lipidelor, din care se pot obține produse cu diverse utiliz ări în industria alimentar ă (industria produselor lactate, industria cărnii, industria produselor de panifica ție și patiserie), industria hârtiei, zootehnie, etc. Principalele produse secundare rezultate la industr ializarea laptelui sunt laptele smântânit, zerul rezultat de la fabricarea brânzetu rilor și zara rezultat ă de la baterea smântânii, compozi ția lor fiind determinat ă de procedeele fizice și biochimice aplicate la prelucrarea laptelui sau a smântânii. Fig. 14.35. Schema tehnologic ă de valorificare a laptelui degresat Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 348 Laptele degresat rezult ă în urma extragerii gr ăsimii, restul componentelor fiind în propor țiile normale (91-93 % ap ă, 7-9 % substan ță uscat ă din care 0,01-0,1 % gr ăsime, 3-4 % substan țe proteice, 4-5 % lactoz ă, 0,6-0,8 % s ăruri minerale, vitamine și enzime). Prin diverse procedee de prelucrare a laptelui degr esat (fig. 14.35) din acest subprodus se pot ob ține lapte de consum dietetic, îndulcit și aromatizat, lapte praf degresat, brânzeturi dietetice proaspete și maturate, cazein ă și derivate proteice sub form ă de praf, produse lactate acide sau lapte delactozat. Cazeina acid ă în soli ții alcaline este folosit ă la producerea cleiurilor, a hârtiei, liant în pastele de cretare, la finisarea pieilor de animale , precum și la prepararea unor solu ții pentru hârtii și pelicule fotografice. Coprecipitatele și cazeina ții sunt foarte larg utilizate în diverse subramuri ale industriei alimentare: – în industria laptelui: la produsele lactate propr iu-zise (iaurt cu coprecipitat proteic, smântân ă cu cazeinat de sodiu), produse lactate speciale pe ntru alimenta ția copiilor mici și a sugarilor (cu con ținut ridicat în aminoacizi esen țiali, calciu și digestibilitate m ărită), produse energizante și fortifiante, produse lactate simulate (lapte simu lat cu gr ăsime ce nu provine din lapte sau uleiuri vegetale, smântân ă simulat ă), produse de batere (sunt pulberi care în amestec cu apa dau spume stabile), produse instant; – în industria c ărnii: la ob ținerea texturatelor proteice care constituie materi a prim ă la fabricarea înlocuitorilor de carne și ca adaosuri proteice nutritive în preparatele din carne; – în industria de panifica ție și patiserie: la îmbun ătățirea indicelui de deforma ție a glutenului și a însu șirilor aluatului, m ărind porozitatea și volumul, la fabricarea biscui ților gluteno și și zaharo și mărind rezisten ța la rupere și sfărâmare, la cre șterea valorii nutritive a unor produse de patiserie, cu imprimarea unui gust speci fic de lapte. Laptele praf degresat este cel mai des utilizat în industria alimentar ă dintre produsele secundare, fiind folosit la fabricarea unor produse lactate (iaurturi, înghe țată, unele brânzeturi), în industria c ărnii (într ă în compozi ția unor preparate precun salamuri, cârna ți, rulade, cremwur ști), în industria de panifica ție la cre șterea valorii nutritive a pâinii, a conservabilit ății, dar și la imprimarea gustului de caramel al cojii, la fa bricarea biscui ților, a napolitanelor și a diferitelor glazuri, la fabricarea ciocolatei și a bomboanelor. Laptele delactozat este utilizat în alimenta ția acelor persoane care manifest ă intoleran ță față de lactoz ă. Zerul rezultat de la fabricarea brânzeturilor are o comp oziție chimic ă medie de 93-95 % apă, 5-7 % substan ță uscat ă din care 4-5 % lactoz ă, 0,8-1,0 % substan țe proteice, 0,5-0,8 % săruri minerale, 0,0-0,3 % gr ăsime și 0,2-0,8 % acid lactic, în zer mai fiind identific ate și vitaminele C, B 1, B2, B6 și H. Din zer, ca subprodus al industriei laptelui, se po t obține b ăuturi r ăcoritoare, brânzeturi, zer concentrat și praf, lactoz ă și unele produse chimice. În unele cazuri zerul este folosit și la producerea de etanol. Băuturile r ăcoritoare din zer sunt fabricate din timpuri str ăvechi, caracteristice fiind cvasul și chiselul. Cvasul se ob ține prin fermentarea cu culturi de bacterii lactice și drojdii a zerului dulce (rezultat de la fabricarea brânzeturi lor închegate cu cheag sau a ca șului), la care se adaug ă 2-3 % zah ăr. Chiselul are acela și proces de fabrica ție, cu deosebirea c ă în zer se mai adaug ă cantit ăți mici de amidon și substan țe aromatizante. Unele sortimente de b ăuturi din zer se obțin prin adaos de zar ă, zah ăr, miere și sucuri de fructe. Brânzeturile din zer sunt reprezentate în special d e urd ă, un produs alimentar bogat în grăsime și albumin ă. Urda se prepar ă din zerul rezultat la fabricarea ca șului de oaie, înc ălzit și amestecat continuu (se evit ă depunerea albuminei pe suprafa ța vasului), când la suprafa ța sa se formeaz ă o spum ă care se separ ă și se pune la scurs într-o sedil ă. Din categoria brânzeturilor din zer se mai pot amin ti brânza Ricotta (se fabric ă din zer amestecat cu 10 % lapte degresat sau zar ă dulce), Brânza Mysot (din zer de vac ă), Gjetost (din zer de oaie), Primost (din zer cu adaos de gr ăsime din lapte), respectiv Gudbrandsdalsost (88 % Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 349 zer de oaie, 12 % zer de vac ă amândou ă concentrate). Zerul concentrat poate fi cu sau f ără adaosuri, în func ție de gradul de concentrare având zer concentrat la o anume densitate cu adaos de zah ar sau f ără adaos, sirop de zer și pastă de zer. Zerul praf se ob ține dup ă o tehnologie asem ănătoare laptelui praf, con ținutul final al produsului în ap ă fiind de circa 8 %. Zerul praf este utilizat atât în industria de panifica ție, cât și la fabricarea înghe țatei, la fabricarea bomboanelor precum și în scopuri furajere. Lactoza separat ă din zerul dulce este folosit ă ca agent de cristalizare la fabricarea laptelui concentrat, la fr ăgezirea produselor de patiserie, ca agent de disper sie în producerea coloran ților. Dintre produsele chimice care se pot separa din zer , cele mai importante sunt acidul lactic și lactatul de calciu. Pentru aceasta zerul pasteuri zat se fermenteaz ă cu bacterii lactice termofile rezultând 0,5-0,6 % acid lactic, iar prin neutraliz area cu carbonat de calciu se ob ține lactatul de calciu. Acidul lactic este utilizat la fabricarea b ăuturilor nealcoolice, la unele produse de cofet ărie, la prelucrarea pieilor în industria textil ă, la fabricarea unor materiale plastice. Zara rezultat ă de la baterea smântânii are compozi ția chimic ă apropiat ă de cea a laptelui degresat: 92-93 % ap ă, 7-8 % substan ță uscat ă din care 0,1-1 % gr ăsime, 3-3,5 % substan țe proteice, 3-3,5 % lactoz ă și 0,6-0,7 % s ăruri minerale. Ca urmare a compozi ției sale bogat ă în substan țe nutritive, zara se poate valorifica în mai multe sortimente de produse. Băuturile r ăcoritoare se ob țin din zar ă proasp ătă în amestec cu zah ăr, fermentat ă cu bacterii acidofile și aromatizat ă cu diverse substan țe. Brânzeturile se fabric ă din zar ă în amestec cu lapte smântânit (sub 30 %), produsul final având aspectul asem ănător brânzei de vac ă. Concentratele din zar ă sunt utilizate pe scar ă largă la alimenta ția animalelor. Aceasta se concentreaz ă până la 28-30 % substan ță uscat ă, dup ă care se amestec ă cu alte furaje. Zara sub form ă de praf are o valoare nutritiv ă apropiat ă de cea a laptelui smântânit și este folosit ă în industria de panifica ție la cre șterea valorii nutritive a produselor, la unele prod use de patiserie, prin con ținutul în acid lactic zara având și rolul de a combate flora de putrefac ție din intestine. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 350 XV. TEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA MOR ĂRITULUI ȘI A PRODUSELOR DE PANIFICA ȚIE 15.1. Tehnologia mor ăritului și a crupelor Mărunțirea cerealelor și a altor boabe a început s ă se practice înc ă din neolitic, odat ă cu apari ția primelor mori cu pietre, evoluând extrem de rapi d în perioada modern ă la actualele instala ții complexe de mor ărit. Morăritul are ca scop m ărunțirea și transformarea boabelor de cereale și unele leguminoase în f ăină și crupe. Crupele sunt produse rezultate prin descoj irea și uneori sf ărâmarea grosolan ă a boabelor, urmat ă de șlefuirea și polisarea lor. Principalele materii prime folosite în industria mo răritului sunt grâul și secara, din care se obține f ăina necesar ă fabric ării pâinii și produselor f ăinoase, respectiv porumbul din care se obține m ălai și materii prime pentru produse expandate. Ca pondere grâul ocup ă primul loc în mor ărit, cele mai cunoscute specii fiind grâul comun (Triticum vulgare), cu cea mai larg ă întrebuin țare la ob ținerea f ăinii de panifica ție și grâul tare (Triticum durum), folosit la ob ținerea unei f ăini cu destina ție special ă, dar mai ales la f ăina folosit ă la fabricarea pastelor f ăinoase. Compozi ția chimic ă a boabelor de grâu este divers ă și neuniform repartizat ă pe p ărțile anatomice, de aceea prin m ăcinare se separ ă miezul sau corpul făinos, cu valoare alimentar ă ridicat ă, de înveli șul lipsit de valoare pentru consum. Secara este a doua cereal ă ca importan ță din care se ob ține f ăină panificabil ă. Făina de secar ă este folosit ă atât la fabricarea unor produse de panifica ție, ca atare sau în amestec cu f ăină de grâu, cât și în alte domenii precum industria mobilei, industr ia electrotehnic ă, etc. Porumbul are o compozi ție chimic ă complex ă, fiind o materie prim ă valoroas ă la obținerea m ălaiului, iar germenii din boabe la fabricarea uleiu lui comestibil. Caracteristicile tehnologice ale cerealelor au o in fluen ță foarte mare asupra procesului de prelucrare, cele mai importante fiind: m ărimea, forma și umiditatea boabelor, duritatea, sticlozitatea și făinozitatea lor, masa hectolitric ă, capacitatea de curgere, plutire și autosortare, conductibilitatea și difuzivitatea termic ă, higroscopicitatea acestora. Curățirea și condi ționarea urm ărește eliminarea impurit ăților și a corpurilor str ăine, precum și reglarea umidit ății la valori optime pentru m ăcinare. În figura 15.1 este prezentat ă schema tehnologic ă de cur ățire și condi ționare a grâului. Eliminarea impurit ăților se poate realiza în patru etape distincte: – eliminarea frac țiilor u șoare prin aspira ție: folose ște separatorul aspirator sau tararul de moar ă, etap ă în care se separ ă minim 65-70 % din impurit ăți; – eliminarea pietrelor cu separatoare de pietre: masa de boabe este distribuit ă uniform pe o sit ă înclinat ă, fiind supus ă unor microarunc ări în prezen ța unui curent de aer ascendent; pietrele mai mari decât boabele r ămân pe sit ă înaintând spre partea ridicat ă, în timp ce boabele coboar ă spre evacuare; Fig. 15.1. Schema de cur ățire și condiționare a grâului – eliminarea impurit ăților prin separarea dup ă forma geometric ă: se realizeaz ă cu trioare cilindrice de mare capacitate; – eliminarea impurit ăților metalice feroase: ele provin de la ma șinile de recoltat, sistemul de transport mecanic sau silozuri și se separ ă cu ajutorul magne ților permanen ți sau a electromagne ților. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 351 Pe lâng ă impurit ățile prezentate anterior, unele boabe de cereale con țin pe suprafa ța lor, în șănțuleț și bărbiță, praf și microorganisme, pentru îndep ărtarea lor fiind necesare opera ții de descojire și periere. Descojirea are ca scop eliminarea praful ui de pe suprafa ța boabelor, a unei părți din embrion și parțial a înveli șului superficial (pericarp), prin lovirea și frecarea boabelor de o manta din împletitur ă de sârm ă. Efectul tehnologic al descojirii se apreciaz ă după cantitatea de praf rezultat ă, mic șorarea con ținutului de substan țe minerale și con ținutul de boabe sparte r ămase în masa de grâu, respectiv în praful colectat la de scojire. Perierea este ultima treapt ă a descojirii la care, pentru a evita producerea el ectricit ății statice în timpul frec ării, periile sunt confec ționate din material plastic stabilizat electrostati c. Deoarece prin descojiri repetate nu se pot îndep ărta în totalitate impurit ățile de pe suprafa ța boabelor, acestea se supun unei sp ălări prin care sunt separate eventualele resturi de fragmente de pietre, p ământ paie, sau pleav ă. Spălarea este considerat ă o opera ție costisitoare prin consumul mare de ap ă (1-3 l/kg boabe) și de aceea ea nu este obligatorie. Condi ționarea boabelor de grâu se practic ă deoarece s-a constatat c ă prin tratarea lor cu apă și căldură se influen țează în mare parte procesul de m ăcinare, gradul de extrac ție, con ținutul în substan țe minerale ale f ăinii și într-o oarecare m ăsură însu șirile de panifica ție ale f ăinii. Moara sau sec ția de m ăciniș este locul unde boabele diverselor cereale sunt tr ansformate în făină, germeni, t ărâțe și uneori gri ș comestibil. Principalele opera ții tehnologice din moar ă sunt m ăcinarea și cernerea, pentru a c ăror realizare sunt necesare instala ții de transport și ventila ție, complexitatea unei mori fiind influen țată de tipul de cereale m ăcinate și sistemul de transport al produselor în moar ă. Cea mai simpl ă din punct de vedere constructiv este moara de porumb, iar cea mai complex ă este moara de grâu. Măcinarea este opera ția de sf ărâmare a boabelor de cereale în particule cu dimens iuni diferite, în scopul ob ținerii f ăinii, t ărâței și germenilor. Se bazeaz ă pe ac țiunea mecanic ă a tăvălugilor m ăcinători asupra boabelor, pân ă când întreg miezul este transformat în f ăină. Măcinarea se realizeaz ă printr-o fragmentare a boabelor care, trecute de m ai multe ori printre t ăvălugi, ajung la o granula ție din de în ce mai mic ă, între fragment ări fiind efectuate și separarea frac țiilor prin cernere. În raport cu m ărimea granulelor, la m ăcinare se pot ob ține următoarele frac ții: șroturi sau crupe, gri șuri, dunsturi și făină, respectiv t ărâțe. Valțurile pentru m ăcinat au cunoscut diverse forme constructive, dar la toa te măcinarea se produce prin trecerea boabelor printre doi t ăvălugi a șezați paralel, la o anumit ă distan ță unul de cel ălalt. T ăvălugii sunt executa ți din font ă cu suprafa ța neted ă sau profilat ă, în func ție de rolul tehnologic, capacitatea de lucru a val țurilor fiind influen țată de o serie de factori, cei mai importan ți fiind: ● gradul de m ăcinare sau de m ărunțire: depinde de caracteristicile tehnice ale val țurilor și modul de conducere a opera ției; ● tipul de produse ob ținute: de regul ă, fiecare pereche de t ăvălugi macin ă doar o anumit ă categorie sau tip de produse; ● gradul de înc ărcare: depinde de caracteristicile tehnice ale val țurilor, respectiv de sortimentul de f ăină ce urmeaz ă a fi ob ținut (scade înc ărcătura specific ă la ob ținerea f ăinii albe față de cea la ob ținerea f ăinii integrale); ● starea suprafe ței de lucru: scade capacitatea de lucru odat ă cu cre șterea gradului de uzură a suprafe ței active de lucru (uzura riflurilor), prin aceea c ă nu se mai ob ține granula ția dorit ă; ● umiditatea boabelor: cu cât boabele sunt mai umede trec mai greu prin val țuri, ader ă la suprafa ța lor și afecteaz ă negativ gradul de m ărunțire; ● granula ția boabelor: boabele cu granula ție mult diferit ă vor fi m ăcinate selectiv, afectând capacitatea de m ăcinare; ● temperatura val țurilor: prin c ăldura degajat ă în timpul m ăcinării un val ț neventilat transpir ă și împreun ă cu f ăina formeaz ă o coc ă ce se depune pe suprafa ța tuturor organelor utilajului. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 352 Dislocatorul sau finisorul de t ărâțe este un utilaj care realizeaz ă desprinderea înveli șului de pe miez și mărunțirea miezului, prin lovirea puternic ă a boabelor de o manta cilindric ă perforat ă. Înveli șul rămâne sub forma unor particule mari, spre deosebire de val țuri care macin ă în mare m ăsură și înveli șul. M ăcinarea cu dislocatorul de t ărâțe este folosit ă atât la terminarea șrotuirii, cât și a fazei de m ăcinare. Cernerea const ă în separarea cu ajutorul sitelor a unor frac țiuni alc ătuite din particule cu granula ția cuprins ă în anumite limite, dintr-un amestec de boabe m ăcinate. Frac ția ce trece prin ochiurile sitei se nume ște cernut, iar partea care alunec ă pe site se nume ște refuz. În morile de cereale se folosesc scheme de cernere complexe la care, prin ordinea de dispunere a sitelor, se urm ărește ca produsele cu granula ție mare s ă fie trecute cât mai repede la măcinare. Prima grup ă de site care refuz ă aceste produse au ochiurile mari și sunt executate din sârm ă de o țel. Urmeaz ă sitele care refuz ă a doua categorie de produse (gri șuri), care sunt dirijate la m ăcinare sau cur ățire. A treia categorie de site o constituie sitele cernătoare de f ăină, iar a patra grup ă de site sorteaz ă dunsturile sau frac țiile cu granula ția cuprins ă între gri șurile mici și făină. Capacitatea de cernere a unei site este influen țată de suprafa ța util ă, desimea ochiurilor (num ărul sitei), înc ărcătura cu material, umiditatea amestecului și temperatura lui, modul de mișcare a particulelor pe suprafa ța sitei, diferen țierea granulometric ă, modul de cur ățire a sitei, etc. Ca urmare a acestor factori, la stabilirea une i scheme de cernere trebuie s ă se țină cont de to ți parametrii care influen țează capacitatea de lucru a sitei. Transformarea boabelor de grâu în f ăină se face prin mai multe faze tehnologice care se numesc dislocare, șrotuire, sortare și curățirea gri șurilor, desfacerea gri șurilor și măcinarea (fig. 15.2), la fiecare faz ă obținându-se o anumit ă cantitate de f ăină. Fig. 15.2. Schema de principiu la m ăcinarea grâului Șrotuirea sau zdrobirea realizeaz ă o fragmentare a boabelor de grâu în particule de diverse dimensiuni și deta șarea sub form ă de t ărâțe a celei mai mari p ărți din coaj ă. Fiecare treapt ă de șrotuire este formar ă din una sau mai multe perechi de t ăvălugi, respectiv unul sau mai multe compartimente de site. Din amestecul de produse rezultat la șrotuire se separ ă la primele trei trepte șroturi (mare și mic), gri șuri (mare, mijlociu și mic), dunsturi și făină, la treptele patru și cinci șroturi pân ă la stadiul de t ărâțe, gri șuri, dunsturi și făină de calitate inferioar ă, iar la ultima treapt ă se ob ține făină inferioar ă, tărâțe măruntă și tărâțe obi șnuită. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 353 Num ărul de șrotuiri se stabile ște în func ție de gradul de extrac ție și sortimentele de f ăină ce urmeaz ă a se ob ține, diagramele morilor de capacitate medie și mare fiind prev ăzute cu 6-7 trepte de șrotuire (fig. 15.3). Fig. 15.3. Fluxul tehnologic într-o moar ă de grâu de capacitate medie Sortarea și curățirea grișurilor . Gri șurile mari separate la primele trepte de șrotuire sunt trimise la opera țiile sortat și cur ățat, pentru aceasta folosindu-se ma șini speciale pentru gri ș. Pe lângă curățire, se realizeaz ă o accentuare a frac ționării gri șurilor dup ă granula ție, aceast ă fază tehnologic ă fiind important ă întrucât aceste gri șuri constituie materia prim ă pentru f ăinurile de calitate superioar ă. Cu toate c ă au fost sortate în dou ă etape anterioare, gri șurile de la șrotuire mai con țin particule de f ăină și tărâțe, fiind necesar ă separarea și dirijarea lor conform schemei de m ăcinare. Concomitent cu aceasta se execut ă și o împ ărțire a gri șurilor pe grupe de granula ție cu limite mai restrânse. Gri șurile mijlocii și mici sunt trimise la sortat la un compartiment cu site plane, acestea conținând o cantitate mai mare de f ăină. Acela și tratament se aplic ă și dunsturilor la care o parte din frac ții într ă în categoria f ăinii. Desfacerea gri șurilor este faza tehnologic ă prin care se realizeaz ă micșorarea granulelor grișului mare și desfacerea fragmentelor de coaj ă pe care de obicei le con țin. Ca efect secundar se realizeaz ă și dislocarea în cea mai mare parte a germenilor. Op erația de desfacere se realizeaz ă printr-o ac țiune u șoară a tăvălugilor (de regul ă cu suprafa ță neted ă) asupra granulelor, rezultând un amestec de gri șuri noi, germeni, coji și făină, frac ții care se separ ă prin cernere. Măcinarea grișurilor și a dunsturilor . Gri șurile rezultate de la șrotuire și preg ătite prin sortare, cur ățire și desfacere, sunt transformate treptat prin m ăcinare în f ăină, num ărul treptelor de m ăcinare la morile de capacitate medie și mare fiind de 8-10. În faza tehnologic ă de m ăcinare se ob ține circa 70-75 % din totalul f ăinii extrase, procentul fiind dependent de calitatea produselor s upuse m ăcinării și de felul în care este condus regimul de lucru. F ăinurile rezultate la diverse compartimente de cerne re difer ă calitativ și cantitativ, astfel c ă pentru a ob ține f ăina ca produs finit se face amestecarea lor în dife rite propor ții. De regul ă, un tip sau sort de f ăină se alc ătuiește din acelea și făinuri colectate de la compartimentele de cernere. Ca principale sortimente de f ăină se pot men ționa: f ăină de grâu pentru panifica ție (SR 877-96), f ăină de grâu graham tip 1750 și dietetic ă (SP 957-95), f ăină de grâu neagr ă tip 1250 și 1350 (SP 2498-95), f ăină de grâu semialb ă tip 800 și 900 (SP 3128-95) și făină albă de grâu tip 480, 000, 550 și 650 (SP 3127-95). Tipul f ăinii reprezint ă con ținutul de cenu șă (substan țe minerale) exprimat în procente la substan ța uscat ă (este cuprins între 0,48 % la f ăina alb ă tip 480 și 1,75 % la f ăina tip 1750, ajungând chiar la 2,20 în cazul f ăinii dietetice). Controlul calit ății opera ției de m ăcinare se face cu ajutorul gradului de extrac ție, reprezentând randamentul în f ăină determinat în raport cu masa cerealelor. Dac ă gradul de Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 354 extrac ție este mai mic de 70 % înseamn ă că o anumit ă cantitate de miez r ămâne în t ărâțe sub form ă aderent ă. Făina rezultat ă de la m ăcinare trebuie depozitat ă în condi ții corespunz ătoare de temperatur ă și umiditate, caracteristicile termofizice ale f ăinii fiind foarte importante la stabilirea parametrilor fizici, în mod deosebit umiditatea de echilibru în func ție de umiditatea relativ ă a aerului. Depozitarea f ăinii se poate face în vrac sau ambalat ă în saci, în spa ții speciale din depozitele morii sau la beneficiari, timpul de p ăstrare înainte de folosirea în procesul de fabrica ție fiind de 20-25 de zile, necesare procesului de m aturare a f ăinii. Pentru ob ținerea m ălaiului boabele de porumb trebuie s ă aibă granula ția necesar ă, structur ă sticloas ă, rezisten ță la m ăcinare și să produc ă un procent cât mai mic de f ăină. În afar ă de preg ătirea boabelor în urma unor opera ții de sortare, cur ățire, și separare a impurit ăților, boabele de porumb se pot supune și unei degermin ări prin care se deta șează embrionul de bob, pentru aceasta fiind utilizate ut ilaje speciale. Degerminarea se realizeaz ă prin spargerea boabelor în dou ă trepte, în aparate prev ăzute cu tob ă metalic ă și rotor cu palete. De la prima treapt ă de degerminare amestecul de boabe întregi, sp ărtură, germeni elibera ți și deteriora ți, gri șuri și făină, este trecut la un compartiment cu site unde se face separarea pe frac ții. Primul refuz este supus celei de-a doua trepte de degerminare, amestecul rezultat fiind trecut la un al doilea compartiment de site. Utilajele din schema tehnologic ă de degerminare realizeaz ă o opera ție ce contribuie la obținerea ca produse finite germenii, respectiv sp ărtură de porumb ca materie prim ă pentru măcinare. Calitatea opera ției de degerminare este apreciat ă prin con ținutul de boabe întregi rămase în masa de sp ărtură, cantitatea de germeni nesepara ți din masa de sp ărtură și procentul de mălai furajer din aceasta. În mod normal dup ă a doua treapt ă de degerminare procentul de boabe întregi nu trebuie s ă depășească 2-3 %, sp ărturi ce germenele nedeta șat 4 %, iar procentul de mălai furajer 4-5 %. Schemele de m ăcinare a porumbului pot fi de la simple (trecerea p rintr-o pereche de valțuri și separarea f ăinii de t ărâțe) la complexe (se folosesc mai multe pasaje de m ărunțire, cu obținerea mai multor sorturi de produse finite). Măcinarea este procesul de m ărunțire prin care sp ărturile de porumb se transform ă în mălai, fiind alc ătuit din cele dou ă opera ții: m ăcinare și cernere. M ăcinarea propriu-zis ă const ă în 3-5 trepte de șrotuire a sp ărturilor de porumb, în urma c ărora se îndep ărteaz ă resturile de înveli ș, se recupereaz ă germenii nedeta șați și se ob ține m ălaiul cu granula ția dorit ă. Cernerea amestecurilor de produse rezultate la m ărunțire se face pe site plane, dup ă scheme tehnologice asem ănătoare cu cele de la șrotuirea grâului. Frac țiile ob ținute la cernere sunt dirijate spre noi prelucr ări, iar cele ce corespund sub aspectul granula ției se amestec ă formând sortimentele de m ălai extra sau gri șat (10-15 %), superior sau calitatea I-a (60-65 %) și mălai calitatea a II-a (85-90 %). Gradul de extrac ție din porumbul degerminat este de aproximativ 75 %. În afara celor dou ă principale categorii de f ăinuri ob ținute în industria mor ăritului, pentru obținerea unor produse de panifica ție cu însu șiri nutritive și organoleptice speciale se utilizeaz ă și alte materii prime precum f ăina de secar ă, făina de cartofi sau f ăina de orez. Secara este supus ă curățirii și condi ționării dup ă o schem ă tehnologic ă similar ă grâului, în urma m ăcinării fiind ob ținut un sortiment de f ăină tip 1200, cu un grad de extrac ție de 75 %. Orezul folosit pentru m ăcinare este supus unor opera ții preg ătitoare de cur ățire și separare de impurit ăți, descojire cu eliminarea plevei, șlefuire și polisare pe ma șini speciale cu eliminarea impurit ăților de pe suprafa ța boabelor. M ăcinarea se realizeaz ă dup ă scheme asem ănătoare grâului, cu ob ținerea de sortimente de diverse granula ții (de la crupe la f ăină). Făina de cartofi se ob ține prin m ăcinarea cartofilor sp ălați, cur ățați de coaj ă, tăiați și uscați, făina de cartof având o contribu ție important ă la ridicarea valorii nutritive a produselor de panifica ție. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 355 15.2. Tehnologia produselor de panifica ție Pentru prepararea aluaturilor și a cremelor se folosesc materii prime și auxiliare ale c ăror propriet ăți fizico-chimice sunt importante în procesul tehnol ogic de fabrica ție. Făina de grâu este materia prim ă de baz ă care se utilizeaz ă la fabricarea produselor de panifica ție. De regul ă se folose ște făina alb ă de grâu, iar la unele sortimente și făină semialb ă, neagr ă sau graham. Compozi ția chimic ă a făinii depinde de calitatea grâului din care provine, tehnologia de măcinare, respectiv gradul de extrac ție. Dintre compu șii chimici substan țele proteice (albuminele, globulinele, gliadinele și glutaninele), în special cele insolubile au o imp ortan ță tehnologic ă deosebit ă. Ele au proprietatea de a absorbi o cantitate mare de ap ă în timpul prepar ării aluatului, astfel încât gliadina și glutenina formeaz ă în anumite condi ții o mas ă elasto- vâscoas ă numit ă gluten. Cantitatea și calitatea glutenului sunt propriet ățile cele mai importante ale f ăinii, în raport cu care se stabile ște re țeta și procesul tehnologic de fabrica ție. Pentru stabilirea calit ății glutenului se folosesc mai mul ți indicatori: glutenul umed (se ob ține prin formarea unui aluat și spălarea sa cu ap ă pentru îndep ărtarea amidonului), indicele glutenic (reprezint ă puterea glutenului de a se men ține în timpul prelucr ării aluatului), indicele de deformare (este capacit atea glutenului de a se deforma dup ă 60 de minute la temperatura de 30 0C) și glutenul uscat. În funcție de fiecare indice calitativ se poate face o clas ificare a f ăinurilor. Calitatea f ăinii de grâu mai este determinat ă și de al ți parametri precum culoare, miros, gust, fine țe, umiditate și aciditate, iar din punct de vedere al gradului de panifica ție, de capacitatea de hidratare a f ăinii, capacitatea de a forma aluaturi deschise la c uloare, aluat care s ă gelatinizeze amidonul, s ă formeze și să rețină gaze. În func ție de indicii calitativi ai f ăinii de grâu se poate stabili destina ția acesteia dup ă cum urmeaz ă: ● pentru pâine și produse de panifica ție se folose ște făina cu 26-30 % gluten umed, indicele glutenic cuprins între 20-40 și 5-9 mm indicele de deformare; ● pentru pastele f ăinoase se folose ște făina gri șată cu granula ția de 350-530 microni, cu conținut în substan țe minerale de 0,350-0,550 % și 30-40 % gluten umed de calitate bun ă și foarte bun ă; ● pentru biscui ți și pesme ți se folose ște făină de extrac ție cu un con ținut în substan țe minerale de 0,550-0,900 % (de la f ăină albă și pân ă la făină semialb ă); ● pentru produse de patiserie și foietaje se folose ște o f ăină cu 27-35 % gluten umed, indicele glutenic de 28-40 % și indicele de deformare de 5-8 mm. Înainte de a se folosi în procesul de fabrica ție, dac ă nu s-a procedat dup ă măcinare, f ăina este supus ă unei matur ări pe durate diferen țiate în func ție de destina ție: pentru f ăina folosit ă la fabricarea pâinii și a produselor de panifica ție, minim 15 zile pentru f ăina neagr ă, 20 de zile pentru f ăina semialb ă și 30 de zile pentru f ăina alb ă, minim 35-40 de zile pentru f ăina folosit ă la fabricarea pastelor f ăinoase și 20-25 de zile pentru f ăina folosit ă la fabricarea biscui ților. Apa utilizat ă în procesul de fabrica ție a aluaturilor trebuie s ă corespund ă caracteristicilor apei potabile. S ărurile din ap ă pot modifica puterea f ăinii astfel: apa dur ă și foarte dur ă (între 13- 30 0Ge) influen țează favorabil calitatea aluatului prin înt ărirea și îmbun ătățirea elasticit ății, în timp de apa moale și semidur ă (între 5-12 0Ge) determin ă obținerea unor aluaturi mai pu țin elastice și sfărâmicioase. Dac ă apa nu are duritatea necesar ă, aceasta se corecteaz ă în sensul creșterii ei prin ad ăugare de ap ă de var. Grăsimile alimentare imprim ă aluatului o mai mare plasticitate, rezultând produ se fragede cu miez pufos, respectiv cu valoare nutriti vă și durat ă de p ăstrare mai mare. În industria de panifica ție se folosesc atât gr ăsimi animale precum unt, untur ă de porc sau seu, cât mai ales grăsimi vegetale precum ulei rafinat sau nerafinat de floarea-soarelui, soia, rapi ță și dovleac, margarin ă, grăsimi compoundate. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 356 Pentru prepararea cremelor sunt necesare gr ăsimi solide cu punctul de alunecare mai mare de 38-40 0C, iar pentru aluaturi fragede și foietaje gr ăsimi cu punct de alunecare de 36-38 0C. Substanțele de îndulcire , se folosesc la majoritatea produselor de panifica ție și contribuie la ridicarea valorii nutritive , imprimând totodat ă acestora gust și arom ă specific ă. Îndulcitorii se prezint ă sub form ă solid ă reprezenta ți de zah ăr și glucoza solid ă, respectiv sub form ă lichid ă, categorie din care fac parte mierea de albine, gluc oza lichid ă și extractul de mal ț. Laptele și produsele lactate , prin con ținutul lor în glucide, lipide, protide și substan țe minerale contribuie semnificativ la cre șterea valorii nutritive a produselor, precum și la îmbun ătățirea însu șirilor organoleptice. Produsele lactate se folosesc sub diverse forme: produse lactate lichide (lapte, zer, zar ă, smântân ă dulce sau fermentat ă), produse lactate uscate (lapte praf, zer praf, zar ă praf), brânzeturi fermentate, fr ământate, op ărite sau proaspete, unele preparate solide combinate din lapte (zerpan, cicolact, unila ct, etc,) Ouăle. În industria de panifica ție se folosesc doar ou ăle de g ăină ce se prezint ă ca atare, ca melanj de ou ă (din ou întreg, din albu ș, din g ălbenu ș) sau pulbere de ou ă (praf de albu ș, praf de gălbenu ș, praf de ou întreg). Produse din carne . Carnea se folose ște în special la fabricarea produselor de patiserie sub form ă proasp ătă, iar extractul de carne, f ăina de carne și făina de pe ște sunt utilizate la fabricarea unor sortimente de paste f ăinoase. Alte tipuri de f ăină. În afara f ăinii de grâu, la unele produse se folosesc și alte tipuri sau sortimente de f ăinuri obi șnuite sau cu caracteristici speciale, cele mai întâ lnite fiind: – făina din germeni de grâu → numit și biovit, este un produs bogat în vitaminele B și E, proteine, s ăruri minerale, fiind folosit ă la ob ținerea unor produse de panifica ție, patiserie și plăcintărie; – făina de porumb → este bogat ă în amidon și se folose ște la fabricarea unor sortimente de patiserie și panifica ție; – făina de cartofi → prin con ținutul bogat în amidon se folose ște ca adus la unele tipuri de pâine și produse de panifica ție; – făina de orez → se folose ște la fabricarea produselor de panifica ție, biscui ți și produse zaharoase, contribuie la cre șterea puterii calorice și confer ă aspectul rumen, crocant, – făina de soia → este cel mai bogat produs în proteine și substan țe minerale fiind folosit la fabricarea unor sortimente de paste f ăinoase, biscui ți și produse de panifica ție; – făină proteic ă → se ob ține din germeni de porumb degresa ți sau nedegresa ți, prin măcinare dup ă uscarea și prăjirea acestora, fiind bogat ă în proteine, s ăruri minerale și grăsimi vegetale. Substanțe pentru gust și aromă. Din aceast ă categorie fac parte sarea comestibil ă folosit ă la toate produsele de panifica ție, excep ție făcând pastele f ăinoase, vanilia, etylvanilina, scorțișoara, cui șoarele, chimenul, arome și esen țe naturale sub form ă de uleiuri eterice (din citrice, migdale, trandafir, etc.), esen țe alimentare sintetice. Substanțe pentru scopuri tehnologice . În industria de panifica ție se folosesc o serie de substan țe care contribuie la îmbun ătățirea condi țiilor de desf ășurare a unor faze din procesul tehnologic, ele putând fi grupate pe mai multe cate gorii. Afân ători biochimici . Afânarea biochimic ă se bazeaz ă pe activitatea drojdiilor care, în urma fermenta ției alcoolice degaj ă bioxid de carbon, producând afânarea aluatului. Pe ntru aceasta se folose ște drojdia de panifica ție comprimat ă și drojdia uscat ă (din familia Saccharomyces cerevisiae), produse ob ținute prin înmul țirea celulelor de drojdie selec ționat ă și separarea lor de mediul de cultur ă. Afân ători chimici . Afânarea aluatului pe cale chimic ă se ob ține cu ajutorul unor substan țe care, introduse în aluat, sub ac țiunea c ăldurii dau reac ții cu formare de bioxid de carbon și amoniac. Afân ătorii chimici sunt reprezenta ți de produse tip acido-alcalini (praf de copt) sau alcalini (bicarbonatul de sodiu, carbonatul de magn eziu). Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 357 Acizii alimentari , sunt substan țe cu rol de amelioratori ai însu șirilor de panifica ție ale făinii, prin ad ăugarea c ărora se ob ține o decolorare a aluatului. Cei mai folosi ți acizi alimentari în industria de panifica ție sunt acidul tartric, acidul citric, acidul ascor bic și acidul lactic. În afara celor prezentate, în industria de panifica ție se mai folosesc gluten vital (ad ăugat la făinurile s ărace în proteine și făină integral ă), semin țele unor culturi pr ăjite sau nu în prealabil (susan, mac, floarea-soarelui, dovleac, in, etc.), presărate la exterior sau înglobate în aluat, conservan ți pentru combaterea muceg ăirii și a bolii mezentericus (aceta ți, propiona ți, sorba ți). Toate materiile prime și auxiliare, înainte de a se folosi în procesul de fabrica ție, sunt supuse unor opera ții specifice de recep ție calitativ ă și cantitativ ă, urmare de o prelucrare preliminar ă prin m ărunțire, m ăcinare, dizolvare, amestecare, topire, caracteristi c fiec ăruia. 15.2.1. Tehnologia de fabricare a pâinii și a produselor de franzel ărie Cu pondere foarte mare în consumul uman, produsele de franzel ărie se fabric ă într-o gamă variat ă de sortimente, aici fiind incluse pâinea rotund ă (alb ă, neagr ă, dietetic ă, graham), pâine alb ă tip franzel ă, împleti ți suprapu și, colaci, cornuri, covrigi, chifle, batoane, lipie , etc. Pâinea este principalul produs de panifica ție și se ob ține, de regul ă, dup ă schema tehnologic ă din figura 15.4. În practic ă, pentru fabricarea pâinii se folosesc dou ă variante tehnologice: ● procedeul monofazic sau direct: const ă în amestecarea tuturor componentelor din re țetă și frământarea pân ă la ob ținerea unui aluat de consisten ță dorit ă; ● procedeul indirect: poate fi bifazic (se preg ătește în prealabil o maia fermentat ă din făină, apă și toat ă drojdia, în faza a doua fiind ad ăugate peste maia și restul de materiale, dup ă care se fr ământ ă aluatul) sau trifazic (se preg ătește o por ție de aluat fr ământat, maiaua și în final aluatul). Metoda direct ă duce la ob ținerea unui aluat cu gust și arom ă insuficiente, miezul rezultat este sf ărâmicios și se înveche ște repede, consum mare de drojdie. Metoda bifazic ă este cea mai des utilizat ă în practic ă deoarece se aplic ă la făinurile superioare calitativ, caracteristicile aluatului și implicit ale produsului finit fiind superioare, durata de p ăstrare mai mare și caracteristici organoleptice corespunz ătoare. Metoda trifazic ă este folosit ă cu prec ădere la prelucrarea unor f ăinuri cu grad de extrac ție mare, f ăinuri slabe calitativ sau chiar degradate. Fig. 15.4. Schema tehnologic ă de fabricare a pâinii prin procedeul bifazic Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 358 Pregătirea maielei const ă în amestecarea drojdiei cu ap ă și a unei p ărți din f ăina de grâu și fermentarea amestecului, propor ția componentelor fiind dependent ă de calitatea f ăinii de grâu folosite. Felul în care se conduce modul de ob ținere a maielei (consisten ță, temperatur ă, durata de fermentare) determin ă calitatea pâinii. În func ție de consisten ță, maielele pot fi fluide (65-75 % umiditate, 80-82 % din apa necesar ă, 30-40 % din f ăină, 0,7-1,0 % sare, 3-4 ore fermentare la 27-29 0C), respectiv consistente (41-45 % umiditate, 30-60 % din f ăină, 90-180 minute fermentare la 25-29 0C). Pregătirea aluatului conține de fapt dou ă etape: amestecarea și frământarea propriu-zis ă. În prima faz ă se face amestecarea maielei cu restul f ăinuri, adaosuri, ap ă sare și materiale auxiliare, conform re țetei de fabrica ție. Amestecarea dureaz ă 4-5 minute la o vitez ă scăzută a organelor active de lucru, timp în care particulele de f ăină adsorb apa m ărindu- și volumul, adsorb ția fiind înso țită de o înc ălzire u șoară a amestecului. Pe m ăsură ce se formeaz ă aglomer ări de f ăină umede, prin amestecare acestea se unesc și formeaz ă treptat o mas ă omogen ă, amestecarea trecând treptat în fr ământare propriu-zis ă, viteza de lucru a organelor active crescând. În perioada f rământ ării se formeaz ă glutenul care absoarbe o mare cantitate de ap ă. Aluatul devine mai plastic, nelipicios și uscat la pip ăit, moment în care frământarea este considerat ă încheiat ă. Durata de fr ământare este mai mare decât la amestecare și este cuprins ă între 8-12 minute, în func ție de calitatea f ăinii. Fermentarea aluatului este determinat ă de enzimele din drojdie. Astfel, sub ac țiunea zimazei zaharurile din f ăină sunt transformate în bioxid de carbon și alcool, procesul fiind pus în eviden ță prin aceea c ă volumul aluatului cre ște, consisten ța lui se mic șoreaz ă și devine mai buretos. Gazele și aromele rezultate din activitatea drojdiilor cont ribuie la buna fermentare a aluatului. În paralel cu fermenta ția alcoolic ă produs ă de drojdii, mai are loc și o fermenta ție lactic ă ca urmare a prezen ței bacteriilor lactice prezente în f ăină, mărind aciditatea aluatului. Durata de fermentare a aluatului depinde de mai mul ți factori precum cantitatea de drojdie, tehnologia de fabricare a aluatului, tempe ratur ă. Dac ă fermentarea se face în camere termostatate, atunci timpul de fermentare este de 1 0-20 minute la temperatura de 28-30 0C și umiditatea relativ ă a aerului de 75-80 %. Divizarea și modelarea aluatului au ca scop ob ținerea unei forme și greut ăți caracteristice fiecărui sortiment fabricat, pentru aceasta fiind folosi te ma șini specializate. Dospirea aluatului sau fermentarea final ă const ă în definitivarea ferment ării aluatului și înglobarea de noi gaze, cele formate fiind eliminat e în urma model ării. Aluatul dospit are un volum m ărit în func ție de capacitatea de re ținere a gazelor și care depinde de caracteristicile reologice ale acestuia, iar în final de calitatea f ăinii de grâu folosit ă. Regimul de lucru la dospire depinde de tipul sortim entului fabricat, de calitatea materiei prime folosite și variaz ă între 20-90 de minute, regimul optim fiind caracte rizat printr-o temperatur ă de 30-35 0C și 70-80 % umiditate relativ ă a aerului. Coacerea aluatului urm ărește transformarea componen ților aluatului, cu deosebire a amidonului și proteinelor în substan țe mai u șor asimilabile de c ătre organism, imprimarea gustului și aromei specifice pâinii. Transform ările care au loc în aluat depind de temperatura ace stuia, astfel c ă în primele minute aluatul atingând o temperatur ă de circa 50 0C determin ă o activitate intens ă a drojdiilor și enzimelor, fapt ce produce o fermentare violent ă. Drojdiile mor la 55-60 0C în timp ce enzimele își continu ă activitatea pân ă la circa 80 0C, transformând amidonul în zaharuri fermentascibil e. La temperatura de 120 0C în aluat începe formarea dextrinelor și caramelizarea zaharurilor, în final fiind ob ținute produsele de pr ăjire. Opera ția de coacere a pâinii se realizeaz ă în cuptoare cu vatr ă, cuptoare cu abur, cuptoare electrice sau cuptoare cu func ționare continu ă de tipul tunel cu band ă. Regimul de coacere este caracterizat printr-o temperatur ă de 240-280 0C, durata fiind caracteristic ă fiec ărui sortiment fabricat sub aspectul formei și a masei acestuia, variind între 10 minute la chif le și 65 de minute la pâinea semialb ă de 2 kg, pierderile în greutate la coacere fiind d e 8-18 %. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 359 Răcirea pâinii . La ie șirea din cuptor coaja pâinii are temperatura de 140 -160 0C, în timp ce miezul doar 90 0C, de aceea este necesar ă răcirea ei la valori la care poate fi manipulat ă pentru ambalare și expediere. Opera ția de r ăcire se execut ă lent pentru a nu afecta calitatea pâinii, în camere sau tunele de r ăcire, pierderile în greutate fiind de 0,5-0,8 %. În practica industrial ă se folosesc și alte metode de fabricare a pâinii și care urm ăresc scurtarea duratei de fabrica ție, cre șterea calit ății produselor, mecanizarea și automatizarea fluxului de fabrica ție. Între acestea se pot aminti: metoda de fabricar e cu fr ământarea rapid ă și intensiv ă a aluatului, metoda de fabricare cu semifabricate fluide, metoda cu culturi starter de microorganisme, metoda de fabricare cu semifabricat e refrigerate și congelate, metoda de fabricare a pâinii precoapte. 15.2.2. Tehnologia de fabricare a pastelor f ăinoase Pastele f ăinoase sunt produse alimentare ob ținute din f ăină de grâu și apă, cu sau f ără adaos de ou ă, past ă de tomate, lapte sau alte materii auxiliare, dup ă schema tehnologic ă din figura 15.5. Pastele f ăinoase se fabric ă într-un sortiment variat atât ca form ă, cât și din punct de vedere al compozi ției, clasificându-se astfel: – dup ă forma de prezentare: paste f ăinoase lungi (spaghete, macaroane, lazane), paste făinoase medii (fidea, t ăiței) și paste f ăinoase scurte (stelu țe, melci, scoici, alte forme); – dup ă compozi ție: paste f ăinoase simple, paste f ăinoase cu ou ă, paste f ăinoase cu adaosuri, paste f ăinoase din alte f ăinuri (porumb, orez, maz ăre) și paste f ăinoase cu umplutur ă (carne, brânzeturi, legume, fructe). Prepararea aluatului . Aluatul destinat fabric ării pastelor f ăinoase este cel mai simplu, fiind format din f ăină și apă, adaosurile reprezentând maxim 10 % fa ță de f ăină și având o influen ță redus ă asupra caracterului aluatului. Pentru fabricarea pastelor f ăinoase se prepar ă un aluat tare, de consisten ță legat ă. Pentru aceasta amidonul din f ăină se hidrateaz ă în propor ție de 75-80 % cu ap ă puțină, fără a-și modifica forma și structura. Întrucât el gelatinizeaz ă la temperaturi mai mari de 60 0C, rolul de liant este luat de c ătre glutenul format din substan țe proteice și într-o mai mică măsură de substan țele grase din făină. Din acest motiv f ăina folosit ă la prepararea aluatului de paste f ăinoase trebuie s ă aibă minim 36 % gluten umed și peste 12 % gluten uscat. Caracteristicile aluatului sunt determinate de regimul tehnologic aplicat, reprezentat de: Fig. 15.5. Schema tehnologic ă de fabricare a pastelor f ăinoase – umiditatea aluatului → variaz ă între 28-36 %, cu mult sub capacitatea de hidratare a făinii, cantitatea de ap ă adăugată stabilindu-se în func ție de cantitatea și calitatea glutenului, granula ția și umiditatea f ăinii, respectiv de sortimentul fabricat; – temperatura aluatului → determin ă în mare m ăsură propriet ățile plastice, influen țând formarea peliculelor glutenoase și legarea amidonului; temperatura la care plasticit atea aluatului are valoarea optim ă este cuprins ă între 35-45 0C, în afara acestui interval ap ărând unele dezavantaje; Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 360 – durata și intensitatea fr ământ ării → se stabile ște prin regimul tehnologic de fabricare și are valori de circa 15-20 de minute, în raport cu c alitatea f ăinii, consisten ța și temperatura aluatului; – granula ția făinii → făina gri șată este cea care determin ă formarea aluatului compact, bine legat, plastic, din care se ob țin paste f ăinoase de calitate superioar ă, rezistente, sticloase, cu suprafa ța neted ă; granulozitatea optim ă a făinii este de 250-400 µ. Făina, apa și materiile auxiliare se preg ătesc corespunz ător și se dozeaz ă conform re țetei în vasul de amestecare, prepararea aluatului fiind alcătuită din fr ământarea și compactizarea acestuia. Durata de fr ământare depinde de calitatea f ăinii, de temperatura și consisten ța final ă a aluatului, variind între 15-25 minute la presiunea atmosferic ă și între 10-15 minute la frământarea în aparate cu vid. Compactarea aluatului s e face prin v ălțuire sau presare și are ca scop eliminarea aerului, aglomerarea și lipirea particulelor, rezultând un aluat elasto-p lastic compact, apt pentru a fi supus model ării. Pentru a-i conferi aluatului aceste însu șiri elasto- plastice, cu efect asupra calit ății pastelor ob ținute, este necesar a se respecta regimul termic și hidric optim pentru aluat, regim dependent de calit atea f ăinii folosite la fabrica ție. Modelarea aluatului are ca scop principal asigurare a formei specifice fiec ărui sortiment de paste f ăinoase. Pe lâng ă form ă, care trebuie s ă fie uniform ă la toat ă masa de produse finite, modelarea asigur ă pastelor f ăinoase aspectul exterior lucios și structur ă omogen ă în sec țiune. Pentru modelarea pastelor f ăinoase se pot folosi mai multe metode care țin cont de forma și structura acestora: ● modelarea prin trefilare → const ă în trecerea sub presiune a aluatului prin orificii le matri țelor (similar cu ob ținerea sârmelor metalice), fiind cea mai folosit ă metod ă; ● modelarea prin ștanțare → se decupeaz ă bucăți de aluat în diverse forme, dintr-o foaie de aluat de o anumit ă grosime (aluatul este laminat între val țuri înainte de ștanțare); ● modelarea prin t ăiere → se taie fâ șii de o anumit ă lungime dintr-o foaie de aluat cu grosime determinat ă. Modelarea fastelor f ăinoase se realizeaz ă pe ma șini de modelat care lucreaz ă cu vid de 550-700 mm Hg, pentru eliminarea total ă a aerului din aluat, regimul de lucru al preselor depinde de calitatea f ăinii, umiditatea aluatului, presiunea și viteza de presare. Pentru a ob ține paste f ăinoase de calitate temperatura aluatului trebuie s ă fie cuprins ă între 40-45 0C, umiditatea de 29-31 %, presiunea de lucru între 6,5-15 MPa (în func ție de raportul dintre suprafa ța util ă și cea total ă), iar viteza de presare de 15-25 mm/s la presele c are lucreaz ă la presiune atmosferic ă, respectiv 15-35 mm/s și în unele cazuri chiar pân ă la 100 mm/s, la presele care lucreaz ă sub vid. Pentru ob ținerea pastelor de tip spaghete, macaroane și fidea, viteza de lucru este constant ă pe toat ă secțiunea orificiilor de trefilare. La pastele de tip m elci sau scoici, viteza de lucru este neuniform ă în sec țiunea orificiului, tocmai pentru a imprima o mi șcare de modelare a acestor forme. La finalul model ării pastele f ăinoase sunt t ăiate la lungimi corespunz ătoare sortimentului fabricat, presele de modelat fiind prev ăzute cu cu țite rotative a c ăror vitez ă este reglabil ă. Preuscarea pastelor f ăinoase . Pentru a evita lipirea și deformarea pastelor dup ă modelare, este necesar ă eliminarea rapid ă a unei cantit ăți de ap ă din pastele modelate. În aceast ă fază pastele sunt a șezate pe site și benzi transportoare în strat uniform, macaroanele în casete iar spaghetele suspendate pe vergele. Preuscarea realiz ează eliminarea unui procent de ap ă cuprins între 25-40 % pe durata a 20-60 minute, pentru acea sta fiind folosit aer cu umiditatea relativ ă de 65-75 % și temperatura de 50-65 0C. Opera ția trebuie astfel condus ă încât la finalul ei pastele s ă aibă o umiditate de 18-20 %, să se înt ăreasc ă suficient, s ă nu se deformeze sau s ă se lipeasc ă între ele. Trebuie realizat un regim de uscare în care s ă se ob țină un echilibru între difuzia intern ă și difuzia extern ă a apei din aluat. Uscarea pastelor f ăinoase . Faza de uscare a pastelor f ăinoase asigur ă acele însu șiri calitative ale produsului finit precum rezisten ță la rupere, men ținerea formei modelate, suprafa ță lucioas ă și neted ă, culoare uniform ă. De asemenea, pastele f ăinoase dup ă uscare nu mai crap ă, se Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 361 rup greu și nu se mai f ărâmițează. Uscarea presupune sc ăderea umidit ății pastelor sub valori de 11-13 %, la care se pot p ăstra o perioad ă îndelungat ă de timp, cu men ținerea calit ăților nutritive, culoare, form ă și aspect. Uscarea pastelor f ăinoase se realizeaz ă cu aer cald și pe durate mari de timp, pentru a echilibra cele dou ă viteze de difuziune a apei. Instala țiile tehnologice de uscare a pastelor făinoase au diverse regimuri de lucru și care în mare se pot grupa astfel: – instala ții de uscare continu ă, cu cre șterea progresiv ă a capacit ății de uscare a aerului utilizat; – instala ții de uscare continu ă la capacitate constant ă de uscare a aerului folosit; – instala ții de uscare cu regim intermitent, la care pastele sunt supuse alternativ unor faze de uscare cu faze de repaus în vederea echilibr ării și uniformiz ării umidit ății pastelor. În instala țiile moderne se realizeaz ă uscarea pastelor f ăinoase la temperaturi înalte de 60- 75 0C, când se scurteaz ă timpul de uscare, simultan cu îmbun ătățirea calit ății pastelor și uscarea pastelor la temperaturi foarte înalte de 80-120 0C, când se ob țin paste superioare din punct de vedere calitativ și cu o înc ărcătură microbiologic ă mult diminuat ă. Pentru aceste dou ă metode sunt necesare debite mari de aer la umidit ăți relative mari, practic uscarea fiind realizat ă la gradien ți mici de umiditate. Durata usc ării depinde de regimul termic folosit și este determinat de temperatura și umiditatea relativ ă a aerului. Pentru instala țiile cu uscare continu ă cu aer cald, temperatura acestuia este cuprins ă între 35-45 0C și umiditatea relativ ă de 65-85 %, timpul de uscare variind între 24-36 de ore, în func ție de sortimentul fabricat. La instala țiile de uscare cu aer la temperaturi înalte și foarte înalte umiditatea relativ ă a aerului este cuprins ă între 75-90 %, viteza de circula ție mare, fapt ce determin ă o durat ă de uscare de 3-8 ore. La finalul opera ției de uscare pastele f ăinoase se supun timp de 7-10 ore unei a șa numite stabiliz ări și care urm ărește uniformizarea umidit ății în întreaga mas ă a produsului. Ambalarea pastelor f ăinoase se realizeaz ă manual (în l ăzi de lemn c ăptușite cu hârtie, cutii din carton ondulat, pungi din hârtie, pungi d in polietilen ă) sau mecanic (în cutii din carton, folie din polietilen ă termosudabil ă, celofan termosudabil, hârtie pergaminat ă). Dup ă ambalare pastele sunt depozitate în spa ții cu umiditate redus ă și temperaturi sub 20 0C. 15.2.3. Tehnologia de fabricare a biscui ților Biscui ții sunt produse de panifica ție a c ăror valoare alimentar ă este determinat ă de materiile prime folosite la fabricarea lor. Se ob țin prin coacerea formelor rezultate din modelarea dintr-un aluat dens, întins sub form ă de foaie, care are în compozi ție făină de grâu, gr ăsimi, zahăr, sare, afân ători, arome și esen țe, etc. Varietatea sortimentelor de biscui ți fabricare în momentul de fa ță se poate grupa, în funcție de tehnologia folosit ă, respectiv con ținutul în zah ăr și grăsimi astfel: – biscui ți gluteno și, cu con ținutul în zah ăr de maxim 20 % și în gr ăsime de maxim 12 %; – biscui ți zaharo și, cu con ținutul în zah ăr de minim 20 % și în gr ăsime de maxim 5-6 %; – biscui ți crekers, cu con ținutul în gr ăsime de 22-28 % și în zah ăr de maxim 5-6 %; – biscui ți umplu ți, rezulta ți prin umplerea cu creme a biscui ților gluteno și sau zaharo și; – biscui ți glaza ți (anroba ți), ob ținuți prin acoperirea biscui ților gluteno și sau zaharo și cu diverse glazuri. Principalele opera ții ale procesului tehnologic de fabrica ție (fig. 15.6) sunt: preg ătirea materiilor prime și auxiliare, preg ătirea aluatului, modelarea, coacerea, r ăcirea, sortarea sau clasarea și ambalarea biscui ților. Pregătirea materiilor prime și auxiliare const ă în recep ția cantitativ ă și calitativ ă, urmat ă, dup ă caz, de cernere, m ărunțire, dizolvare, filtrare, lichefiere, diluare iar î n final dozarea componentelor conform re țetei de fabrica ție, opera ție important ă prin efectele pe care le are asupra calit ății produselor finite. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 362 Fig. 15.6. Schema tehnologic ă de fabricare a biscui ților glutenoși, crekers și zaharoși Pregătirea aluatului . Aluatul pentru fabricarea biscui ților este caracterizat printr-un număr mare de componente, cu pondere însemnat ă în raport cu f ăina de grâu, fapt care-l diferen țiază semnificativ de celelalte tipuri de aluat.. De ace ea se procedeaz ă mai întâi la formarea unor preamestecuri de materiale și apoi a amestecului final care este aluatul. Pregătirea aluatului const ă în amestecarea componentelor cu ajutorul unor mala xoare prevăzute cu bra țe puternice de fr ământare și omogenizarea lor în toat ă masa de aluat. Formarea acelei structuri glutenoase în acest caz nu mai est e atât de important ă ca în cazul prepar ării aluatului pentru pâine sau paste f ăinoase. Caracteristicile aluatului destinat fabric ării biscui ților sunt determinate de urm ătorii factori: ● compozi ția aluatului: depinde de re țeta de fabrica ție și este cea care imprim ă produsului finit caracteristicile specifice; ● umiditatea aluatului: este determinat ă de adaosul de ap ă și produse lichide, precum și de umiditatea ini țială a componentelor aluatului, dar care trebuie s ă se încadreze între 25-27 % pentru biscui ții gluteno și, 26-29 % pentru biscui ții crekers și 16-19 % pentru biscui ții zaharo și; ● temperatura aluatului: are efecte directe asupra î nsușirilor plastice ale aluatului și se recomand ă a avea valori de 28-40 0C pentru biscui ții gluteno și, 19-25 0C pentru biscui ții zaharo și și 20-28 0C (în func ție de durata ferment ării) pentru biscui ți crekers. Modelarea aluatului . Pentru ob ținerea unor produse având forma și dimensiunile dorite, aluatul este supus opera ției de modelare care, în func ție de modul de prelucrare, poate fi realizat prin ștanțarea aluatului trecut printre val țuri (biscui ți gluteno și și crekers), presarea aluatului în forme (biscui ți zaharo și) sau trefilarea aluatului (biscui ți șprițați). La unele sortimente de biscui ți opera ția de modelare este urmat ă fie de o pres ărare cu zahăr sau sare, fie ungerea buc ăților de aluat modelat cu emulsie de ou ă sau sirop de zah ăr. Coacerea este principala opera ție a fluxului tehnologic de fabrica ție a biscui ților, de ea depinzând calitatea și durata de conservare a produselor, precum și eficien ța economic ă a produc ției. Coacerea biscui ților este opera ția tehnologic ă în care au loc procese fizico-chimice, coloidale și biochimice, care produc modific ări importante aluatului. Prin coacere se asigur ă o structur ă stabil ă cu rezisten ță mecanic ă specific ă, se definitiveaz ă gustul, aroma și aspectul exterior. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 363 Coacerea biscui ților de face în cuptoare cu band ă în flux continuu, regimul de lucru aplicat fiind caracterizat prin temperaturi de pân ă la 230-245 0C, durata de coacere fiind de 4-9 minute, în func ție de tipul, m ărimea și forma biscui ților. Răcirea biscuiților este necesar ă deoarece la ie șirea din cuptor ace știa au o temperatur ă de 100-120 0C și consisten ță redus ă, fiind destul de moi. Pentru a putea fi manipula ți fără a se produce deform ări sau ruperi, biscui ții sunt r ăciți în dou ă faze: o r ăcire rapid ă la 70 0C într-un interval de timp de 1-2 minute, urmat ă de o r ăcire lent ă la temperatura de 35-40 0C, pentru a se evita încruzirea sau apari ția de fisuri în straturile superficiale. Dacă răcirea lent ă se face în tunele cu circula ție for țată a aerului atunci timpul de r ăcire poate fi redus pân ă la 10-15 minute. Ambalarea biscui ților se execut ă manual sau mecanic, pentru aceasta fiind folosite lăzi, cutii din carton, pungi din materiale plastice, fol ie termosudabil ă, pachete din hârtie. 15.2.4. Tehnologia de fabricare a produselor f ăinoase afânate Produc ția de produse f ăinoase afânate cunoa ște o dezvoltare deosebit ă prin diversitatea sortimentului fabricat și cererea mare a consumatorilor, aici fiind incluse produsele f ăinoase afânate chimic (turt ă dulce, vafe, napolitane), produse f ăinoase afânate biochimic și mixt (panetoane, checuri, stiksuri) și produse afânate mecanic (rulade, blaturi, pi școturi, produse din albuș de ou). Fabricarea turtei dulci . Materiile prime folosite sunt f ăina de grâu, zah ăr, glucoz ă, ouă, grăsimi, iar ca afân ători bicarbonatul de sodiu și carbonatul de amoniu. Aluatul se prepar ă în malaxoare cu bra țe în care se realizeaz ă o frământare energic ă, dup ă care este supus unui repaus îndelungat, de regul ă la temperaturi sc ăzute. Prelucrarea aluatului se realizeaz ă prin v ălțuire repetat ă până la ob ținerea unei foi cu structur ă și dimensiuni uniforme. Modelarea se face prin tăiere sau cu ma șini rotative, fiind urmat ă de coacerea buc ăților de aluat, r ăcirea turtelor, t ăierea, umplerea și glazarea acestora. Fabricarea vafelor și a napolitanelor . Pentru fabricarea vafelor se folose ște făină de grâu, amidon, lapte, zah ăr, eventual arome și coloran ți, iar ca afân ători bicarbonatul de sodiu și carbonatul de amoniu. Aluatul pentru vafe are o con sisten ță foarte sc ăzută, fiind de fapt un fluid care curge u șor. Dup ă preg ătire aluatul se toarn ă în matri țe, se coace în instala ții cu flux continuu, dup ă care foile sunt scoase din forme și, dup ă caz, t ăiate sau decupate. Napolitanele sunt produse ob ținute din foi de vafe care sunt umplute cu diverse creme. Fabricarea panetoanelor . La fabricarea panetoanelor se folose ște făină de grâu de foarte bună calitate, cu con ținut în gluten de peste 30 %, zah ăr, ou ă, margarin ă, unt, stafide, fructe confitate, esen țe naturale. Caracteristic acestor produse este preg ătirea unor cuiburi, numite și madre, din f ăină apă și o cultur ă special ă de drojdii și microorganisme. Aluatul pentru cuib are o consisten ță foarte ridicat ă, este fermentat la temperatur ă scăzută și presiune cu cre ștere progresiv ă. Folosind o parte din cuib se prepar ă maielele, prin ad ăugare de ap ă și făină, acestea fiind înmul țite periodic și maturate. Cu aceste maiele se prepar ă aluatul care, dup ă frământare, este trecut la ma șinile de divizat și premodelat. Dup ă o predospire se face modelarea aluatului sub form ă rotund ă urmat ă de a șezarea în pirotine (forme cilindrice din hârtie per gaminat ă sau hârtie tratat ă) pentru dospirea final ă. Coacerea se face în cuptoare timp de 40-60 minute . Fabricarea grisinelor . Materiile prime pentru fabricarea grisinelor sunt făina de grâu, margarin ă, extract de mal ț, lapte praf, zah ăr și drojdie comprimat ă ca afân ător. Aluatul pentru grisine are o consisten ță foarte ridicat ă, umiditatea lui fiind apropiat ă de cea a biscui ților crekers. Durata de fr ământare este scurt ă iar temperatura optim ă nu trebuie s ă dep ășească 70 0C. Prelucrarea aluatului const ă în v ălțuire pân ă la ob ținerea unei foi de grosime determinat ă și modelarea pe ma șini speciale numite grisinatrice. Firele rezultate sunt a șezate în t ăvi și lăsate un timp pentru dospirea final ă, dup ă care sunt trecute la coacere. Fabricarea checurilor . Checurile se prepar ă dup ă diverse re țete de fabrica ție, caracteristica lor principal ă fiind determinat ă de consisten ța scăzută a aluatului pentru astfel de Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 364 produse și de coacerea în t ăvi de diferite dimensiuni și forme. Fr ământarea aluatului se realizeaz ă cu ajutorul b ătătoarelor, durata opera ției fiind relativ scurt ă. Dac ă afânarea se face pe cale chimic ă, afân ătorii se adaug ă dizolva ți în ap ă spre sfâr șitul fr ământ ării, iar dac ă afânarea se face biochimic, afân ătorii se adaug ă în timpul fr ământ ării. În situa ția în care afânarea se face pe cale mixtă, atunci afân ătorii se adaug ă în ultima parte a fr ământ ării aluatului. Dup ă frământare aluatul este divizat și turnat în t ăvi pentru dospirea final ă, împreun ă cu care se introduc în cuptor pentru coacere. Fabricarea blaturilor și ruladelor . Opera ția de preg ătire a aluatului const ă în amestecarea tuturor componentelor sau a unor p ărți din acestea, urmat ă de înspumarea puternic ă a compozi ției. Imediat dup ă preparare aluatul este dozat și turnat în t ăvi, forme sau pe banda cuptorului. Coacerea se realizeaz ă în regim termic moderat, fiind urmat ă de răcire, umplere cu creme sau paste de fructe, pliere și rulare. Fabricarea produselor din albu ș de ou . Pentru ob ținerea bezelelor simple sau asortate se folose ște albu șul de ou. Prepararea compozi ției const ă în amestecarea și baterea energic ă timp îndelungat a albu șului de ou cu zah ăr tos, spre sfâr șitul înspum ării fiind ad ăugate și înglobate uniform în întreaga mas ă a restului de ingrediente, conform re țetei de fabrica ție. Compozi ția se toarn ă cu ajutorul cornetului în t ăvi de coacere și care se introduc în cuptor, unde sunt coapte timp îndelungat la temperatur ă scăzută. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 365 B I B L I O G R A F I E 1. Alexandru R. 1981 – Operații și utilaje în industria alimentar ă. Universitatea din Gala ți. 2. Amarfi R., ș.a. 1996 – Procesarea atermic ă și termică în industria alimentar ă. Editura Alma, Gala ți. 3. Balan O. 1999 – Materii prime și materiale pentru industria alimentar ă. Universitatea Tehnic ă „Gh. Asachi” Ia și. 4. Banu C., ș.a. 1985 – Îndrumător în tehnologia preparatelor din carne . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 5. Banu C., ș.a. 1998 – Manualul inginerului de industria alimentar ă. Vol I .Editura Tehnic ă Bucure ști. 6. Banu C., ș.a. 1992 – Progrese tehnice, tehnologice și științifice în industria alimentar ă. Vol I, Editura Tehnic ă, Bucure ști. 7. Banu C., ș.a. 2002 – Manualul inginerului de industrie alimentar ă. Vol. II, Editura Tehnic ă, Bucure ști. 8. Băcăuanu A. 1997 – Operații și utilaje în industria chimic ă și alimentară. Editura „Gh. Asachi” Ia și. 9. Băisan I. 1999 – Tehnologii în industria alimentar ă. Universitatea Tehnic ă „Gh. Asachi” Iași. 10. B ăisan I. 2004 – Operații și procese în industria alimentar ă. Universitatea Tehnic ă „Gh. Asachi” Ia și. 11. B ăisan I., C.Panaite. Tehnologii generale în industria alimentar ă. Editura PIM Ia și 2013 12. B ăisan I., C. Panaite. Conservarea produselor agroalimentare. Editura PIM Ia și 2015 13. Berk Z. 2008 – Food Science and Technology . Academic Press, London 14. Berzescu P., Dumitrescu M. 1981 – Tehnologia berii și a malțului. Editura Ceres, Bucure ști. 15. Bratu E., ș.a. 1985 – Operații unitare în industria chimic ă. Vol I și II, Editura Tehnic ă Bucure ști. 16. Brennan J.G. 2006 – Food Processing Handbook . Wiley-VCH Publisher. 17. Brennan J.G. 1990 – Food Engineering Operation . 3rd edn. Elsevier Applied Science, London. 18. Brown A.C. 2007 – Understanding Food: Principles and Preparation . Thomson- Wadsworth Learning Inc. Florida. 19. Boeru Gh., Puzdrea D. 1980 – Tehnologia uleiurilor vegetale . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 20. Cebot ărescu I.D., ș.a. 1997 – Utilaj tehnologic pentru vinifica ție. Editura Tehnic ă, Bucure ști. 21. Charm S.E. et all. 1978 – The Fundamentals of Food Engineering . 3rd edn. AVI Publishing Co. Westport, Connecticut. 22. Chintescu G., Grigore Șt. 1982 – Îndrumător pentru tehnologia produselor lactate . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 23. Costin I. 1988 – Cartea morarului . Editura Tehnic ă, Bucure ști 24. Cotea V., ș.a. 1982 – Oenologie . Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști 25. Culache D., Platon V. 1983 – Tehnologia zah ărului . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 26. Fellows P. 2000 – Food Processing Technology. Principles and Practices 2nd. edn. Woodhead Publishing Limited and CRC Press, Florida. 27. Fuller G.W. 2011 – New Food Product Development: From Concept to Marketplac e. 3rd. edn. Elsevier Applied Science, London. 28. Gaoncar A.G. 1995 – Food Processing . Elsevier Applied Science, London. 29. Godon B. 1996 – Protenes vegetale. Collection Science et technique agroalim entaires . Editure Lavoisier, Paris. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 366 30. Gu țulescu I., Dautner M. 1977 – Tehnologia prelucr ării legumelor și fructelor . Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști. 31. Haciadur O., Nicolau A. 1971 – Fabricarea amidonului, glucozei și dextrinei . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 32. Hallstrom B., et all. 1988 – Heat Transfer and Food Products . Elsevier Applied Science, London. 33. Hartel R.W., et all. 2008 – Math Concepts for Food Engineering . 2nd. Edn. CRC Press Publisher. 34. Heyse K.U., et all. 1996 – Handbuch der Brauerei Praxis . Editura Carl Getranke Fachverlag. 35. Hopulele T. 1979 – Tehnologia berii, spirtului și a drojdiei . Vol I și II, Universitatea din Gala ți. 36. Hui Y.H., et all. 2007 – Handbook of Food Products Manufacturing . Hoboken N.J. Publisher. 37. Iliescu Gh., Vasile C. 1983 – Caracteristici termofizice ale produselor alimentare . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 38. Ioancea I., Kathrein I. 1988 – Condiționarea și valorificarea superioar ă a materiilor prime vegetale în scopuri alimentare . Editura Ceres, Bucure ști. 39. Ion D., Falbock R. 1997 – Microbiologie și chimie alimentar ă. Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști. 40. Jinescu V. 1989 – Utilaj tehnologic pentru industriile de proces , vol IV, Editura Tehnic ă Bucure ști. 41. Kathrein I., ș.a. 1981 – Tehnologia berii și a malțului. Editura Ceres, Bucure ști. 42. Kunze W. 1996 – Technology brewing and malting . Editura VLB, Berlin. 43. Lupea A.X. 1995 – Tehnologii în industria alimentar ă. Universitatea Politehnica Timi șoara. 44. Macici M. 1990 – Tehnologii moderne de producere a vinurilor . ICVV Valea C ălugăreasc ă. 45. Macovei V. 2000 – Culegere de caracteristi ci termofizice pentru biotehnologie și industria alimentar ă. Editura ALMA Gala ți 46. Mathlouthi M., et all. 1986 – Food Packaging and Preservation . Elsevier Applied Science, Essex. 47. Mihalca Gh., ș.a. 1980 – Congelarea produselor horticole și prepararea lor pentru consum. Editura Tehnic ă, Bucure ști. 48. Moraru C. 1998 – Tehnologia și utilajul industriei mor ăritului și a crupelor . Fascicula 1A. Universitatea din Gala ți. 49. Musc ă M. 1984 – Tehnoloa general ă a industriei alimentare . Universitatea din Gala ți. 50. Nedeff V. 1997 – Materii prime și tehnologii generale în industria alimentar ă. Universitatea din Bac ău. 51. Niculi ță R., Purice N. 1986 – Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine vegetal ă. Editura Ceres, Bucure ști. 52. Niculi ță R., Purice N. 1986 – Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine animal ă. Editura Ceres, Bucure ști. 53. O țel I. 1979 – Tehnologia produselor din carne . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 54. Pan țuru D., ș.a. 1997 – Calculul și construcția utilajelor din industria mor ăritului . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 55. Pavel O., ș.a. 1980 – Utilajul și tehnologia prelucr ării cărnii și laptelui . Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști. 56. Pavlov. K.F., ș.a. 1981 – Procese și aparate în ingineria chimic ă. Editura Tehnic ă Bucure ști. 57. Pieper H.J., Bruchmann E. 1993 – Technologie der Obstbrennerei . Ulmer Verlag, Stuttgart. 58. Pomohaci N., ș.a. 1990 – Oenologie . Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști. 59. Predescu T., ș.a. 1970 – Tehnologia industriilor fermenta tive. Editura Didactic ă și Pedagogic ă, Bucure ști. Opera ții și tehnologii în industria alimentar ă 367 60. R ășinescu I., ș.a. 1988 – Lexicon-îndrumar pentru industria alimentar ă. Tehnologii, procese și produse . Vol. I și II, Editura Tehnic ă, Bucure ști. 61. Rehm N., Reed G. 1996 – Biotechnology. Vol 6, VCH Weinheim. 62. Segal B. 1975 – Tehnologii generale în industria alimentar ă. Universitatea din Gala ți. 63. Segal B., ș.a. 1991 – Aspecte noi în tehnologia b ăuturilor răcoritoare . Universitatea din Gala ți. 64. Simpson R. 2009 – Engineering Aspects of Thermal Food Processing . CRC Press Publisher, Florida 65. Simpson K.B., et all. 2012 – Food Biochemistry and Food Processing . Wiley-Blackwell Publisher. 66. Sing P.R., Heldeman D.R. 2008 – Introduction in Food Engineering . Academic Press, London. 67. Stancu A. 1997 – Industria chimic ă. Operații și utilaje de baz ă. Editura Gh. Asachi Ia și. 68. St ănculescu Gh., ș.a. 1975 – Tehnologia distilatelor din fructe și vin . Editura Ceres, Bucure ști. 69. Stroia A. 1978 – Cartea lucrătorului din industria zah ărului . Editura Tehnic ă, Bucure ști. 70. Stroia A.L., Potcoav ă A. 1984 – Memorator pentru industria zah ărului . Editura Ceres, Bucure ști. 71. Toledo R.T. 2010 – Fundamenthals of Food Processing . Springer Verlag, Berlin. 72. Tudose R. ș.a. 1977 – Procese, opera ții, utilaje în industria chimic ă. Editura Didactic ă și Pedagogic ă Bucure ști 73. Țenu I. 1997 – Tehnologii, procedee, ma șini și instalații pentru industrializarea produselor vegetale . Editura BOLTA RECE, Ia și. 74. Voicu Gh., C ăsăndroiu T. 1995 – Utilaje pentru mor ărit și panificație. Universitatea Politehnica din Bucure ști. 75. Zaharia T. 1984 – Cartea lucrătorului din industria produselor f ăinoase . Editura Tehnic ă, Bucure ști.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Geo.remember@yahoo.com 930 Otiam Text (ID: 700243)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.
