Производство яблочного сока

ВСТУП

Значення напоїв у харчуванні людини загальновідоме. Воно пов'язане передусім з харчовою і біологічною цінністю цих продуктів.

Напої є джерелами вуглеводів, органічних кислот, мінеральних речовин, інших біологічно активних компонентів. Важливе значення мають смакові  властивості напоїв, їх здатність  угамовувати спрагу, зручність у  вживанні. Напої чинять на організм загальнозміцнюючу дію, коригують  водно-сольовий обмін, сприяють нормальній діяльності шлунково-кишкового тракту, засвоєнню інших продуктів. Разом  з цим, на думку значної частини  населення, багатьох фахівців з харчування, лікарів, дієтологів, працівників харчової промисловості, соки, а також безалкогольні напої, морси, особливо виготовлені на "натуральній" основі, з фруктів, ягід, овочів, є ідеальним джерелом усіх необхідних людині вітамінів.

На сьогоднішній день в  Україні збільшується не лише кількість, але і асортимент соків, що випускаються. Виробництво соків – одна з галузей плодоовочевої промисловості, що найшвидше розвиваються, як в нашій країні, так і за кордоном.

Фрукти, ягоди містять багато води – від 80 до 95%. Волога рослин з розчиненими в ній глюкозою, фруктозою, сахарозою, органічними кислотами, пектинами, мінеральними речовинами, каротином, аскорбіновою кислотою і є плодовими, ягідними або фруктовими соками.

Соки можуть бути виготовлені  з одного виду фруктів або плодів (яблука, груші, абрикоси, персики та ін.), з двох (яблука і груші; яблука і банани; яблука і сливи та ін.) або з декількох видів плодів і ягід (яблука, банани і чорна смородина; яблука, манго і ананаси; малина, яблука і чорна смородина та ін.). Досить часто випускаються змішані соки з фруктів і овочів: яблучно-морквяного, морквяно-апельсинового та ін. Абсолютно очевидно, що подібні змішані соки з декількох фруктів або овочів і фруктів характеризуються вищою харчовою цінністю, ніж соки з одного виду сировини, оскільки вони взаємно збагачені харчовими речовинами з різних фруктів і овочів, наприклад β-каротином моркви і вітаміном С апельсина (у морквяно-апельсиновому соку). В той же час при прийомі таких соків вище вірогідність виникнення алергічних реакцій.

Аналіз даних про харчову  цінність соків промислового виробництва  показав, що всупереч існуючим представленням, соки можуть задовольняти добову потребу  організму у вітамінах лише на 2-3%. Виняток становлять соки, додатково  збагачені вітаміном С, а також  морквяний сік, що містить значну кількість провітаміну А (β-каротину). Завдяки високому вмісту в соках калію (близько 50% від загальної кількості мінеральних солей у фруктово-ягідних і 30-40% — в овочевих соках) вони є одним з головних постачальників цього нутрієнта, необхідного для адекватного функціонування скелетної мускулатури і підтримки тонусу шлунку і кишечнику, що має велике значення для дітей і підлітків з урахуванням їх високої м'язової активності і недостатньої зрілості фізіологічних механізмів регуляції функцій гладких м'язів. Високий вміст в соках калію на тлі відносно невеликого рівня натрію зумовлює також легку сечогінну дію соків.

Серед вітамінів, що потрапляють  в організм з соками, слід назвати  аскорбінову кислоту, практично  єдиним джерелом якої служать овочі  і фрукти. В ході виробництва консервованих  соків, і зокрема їх теплової обробки, значна частина вітаміну С руйнується, тому значна частина соків промислового випуску додатково збагачується аскорбіновою кислотою в дозі 15-50 міліграм/100 мл.

Важливим компонентом  соків є органічні кислоти, серед  яких основне місце займає яблучна, а також лимонна. В той же час  в соках є невелика кількість щавлевої, саліцилової, бензойної і інших органічних кислот. Саме органічні кислоти надають сокам кислого смаку, причому кінцевий (солодкий, кислий або кисло-солодкий) смак соків залежить від співвідношення в них цукрів і органічних кислот. Органічні кислоти чинять бактерицидну дію і стимулюють діяльність травних залоз шлунку і кишечнику, посилюють його перистальтику.

Таким чином, соки відіграють велику роль в забезпеченні населення рядом харчових речовин – цукрами, мінеральними солями, деякими вітамінами і органічними кислотами, сприяють поліпшенню апетиту і процесу травлення.

В цьому відношенні соки мають безперечні переваги перед  іншими продуктами, які можуть використовуватися  з тими ж цілями, зокрема перед  різними закусками і делікатесами (солона риба, ікра, ковбаса, закусочні  консерви та ін.), звичка до постійного вживання яких може вести до порушення  функції травного апарату.

Необхідно нарешті підкреслити, що включення соків до складу раціонів харчування має особливе значення при ряду захворювань, зокрема, при гострих інфекційних захворюваннях і токсичних станах. У цих випадках соки сприяють поліпшенню апетиту, як правило, пониженого у таких хворих, частковому задоволенню енергетичних потреб за рахунок тих, що містяться в соках легко засвоюваних цукрів, відновленню водного балансу, посиленню сечовиділення (одного з найважливішого способів звільнення організму від інфекційних і токсичних агентів і проміжних продуктів метаболізму).

Аналіз структури харчування населення України демонструє істотне збільшення об'ємів споживання безалкогольних напоїв і соків, вклад яких в загальну енергетичну цінність раціону нині перевищує 7%.

Метою даного проекту є розробка відділення з виробництва соку натурального яблучного продуктивністю 2000 л/добу.

Для цього необхідно вирішити такі завдання:

- розглянути наявні технологічні схеми виробництва аналогової продукції, спроектувати оптимально механізоване технологічне відділення виробництва, яке могла б забезпечити високу якість виробів та конкурентоспроможність на ринку випуску цієї продукції;

- розрахувати та підібрати обладнання, яке найбільше підходить за технічними характеристиками для виробництва даного виду вироби.

1 ЗАГАЛЬНО - ТЕХНІЧНА ЧАСТИНА

1.1. Загальний опис технології  виготовлення харчового продукту, види сировини, її характеристика.

Соки плодів і овочів – найважливіший продукт харчування, оскільки вони забезпечують організм людини набором усіх необхідних фізіологічно активних речовин. Харчова і біологічна цінність соків обумовлена вмістом у сировині, що використовується у їх виробництві, вуглеводів, органічних кислот, амінокислот, мінеральних речовин,  вітамінів та інших з'єднань.

З фруктами, плодами в організм людини надходять пластичні і енергетичні речовини, а також сполуки, які мають захисні і лікувально-профілактичні властивості.

Ця якість фруктів і  плодів пов’язана з вмістом вітамінів С. А, Р, групи В, РР, Е, К та ін., пектину, клітковини, лігніну, мінеральних елементів, деяких амінокислот, органічних кислот.

Вітаміни, пектин рослинної  їжі здатні видаляти з організму  важкі токсичні метали, радіонукліди.

Пектин, завдяки антибактеріальним  властивостям, використовують для лікування  захворювань шлунку та кишечнику. Клітковина, пектин, калій, магній сприяють виведенню  з організму холестерину, запобігаючи  розвитку атеросклерозу. Крім того, клітковина нормалізує дiяльнiсть корисних мiкроорганізмiв  кишечнику.

Сік готують з яблук  різних сортів і термінів дозрівання, тому за хімічним складом яблучні соки можуть значно розрізнятися, хоча більшість промислових сортів яблук мають незначний діапазон у вмісті сухих речовин (19-21%) і органічних кислот (0,3-0,6%), також вони містять пектинові речовини (0,5-1,0%), багаті вітамінами. Для отримання соків кращими є яблука осінньо-зимових сортів з щільною тканиною, які при дробленні дають мезгу зернистої структури, що добре піддається пресуванню. Вихід соку складає більш ніж 80%. Після дроблення мезга повинна відразу поступати на пресування, оскільки при подрібненні порушується цілісність клітинних стінок і вивільняються поліфенольні ферменти. При цьому за участю кисню повітря окислюються поліфенольні та інші легко окислювальні з'єднання, що призводить до потемніння та погіршення смаку і запаху соку. Продукти окислення поліфенолів можуть мати червоне, помаранчеве, коричневе забарвлення і, відповідно, міняти колір соку. Віджатий сік необхідно пастеризувати з метою знешкодження патогенної мікрофлори та більш тривалого зберігання. Для отримання яблучного соку застосовують комплексні механізовані лінії, що включають приймання сировини і отримання готового продукту.

Основною сировиною для  виробництва натурального яблучного  соку є яблука.

Яблуко є ефективним засобом для зниження холестерину в крові. Пектин зв'язує холестерин і виводить його надлишки з печінки. У яблук використовується практично усе, навіть кісточки яблука мають цінність – вони багаті йодом (не більше 4 зерняток в день, оскільки в них знаходиться синільна кислота).

Корисність волокон полягає  у здатності приєднувати шкідливий холестерин і виводити його з організму. Така особливість дозволяє значно понизити ризик серцево-судинних захворювань і закупорки судин. Одне середнє яблуко покриває потребу людини на 10% від норми волокон, необхідних для його організму за добу.

Окрім цього, пектинові речовини сприяють виведенню з організму людини сполук важких і радіоактивних металів: свинець, цезій, стронцій, кобальт та ін. Вони нормалізують процес травлення: нерозчинні волокна запобігають закрепам, знижуючи вірогідність онкологічних захворювань товстої кишки.

Неоціниме харчове і дієтичне значення солей яблучною і лимонною кислот, що беруть участь в створенні  тканин і поліпшенні обміну речовин. Ця властивість набуває особливого значення при цукровому діабеті.

Солі калію (вміст калію у яблуках – 276 міліграм) позитивно впливають на організм. Ще в кишечнику калій спільно з танінами заважає утворенню надлишку сечової кислоти і є природною профілактикою подагри, відкладення солей і сечокам'яної хвороби. Калій сприяє виведенню жовчі і сечі з організму.

Яблука гарне джерело вуглеводів, які в нашому організмі швидко перетворюється на енергію.

Сушені плоди калорійніші, ніж свіжі (у 6 разів), але в процесі  висушування в них повністю руйнується вітамін С. В той час, як у свіжих плодах міститься вітаміну С до 40 міліграм, а цукрів - до 16%, дубильних речовин - 0,2-0,9%, вуглеводів - 9,74 г.

Давно відомі і широко використовуються сечогінні властивості яблук. Окрім  цього, завдяки тому, що в яблуці містяться легкозасвоювані цукри, воно є неперевершеним натуральним  тоніком. Клітковина, що міститься у  будь-якому найсолодшому і м'якшому плоді, прекрасно очищає зуби і позитивно впливає на ясна. Ще в давнину люди їли сирі яблука спеціально після трапези, щоб почистити зуби.

Харчова цінність яблук представлена у таблиці 2.1

Таблиця 2.1 – Харчова цінність яблук

За товарознавчою класифiкацiєю помологiчнi сорти яблук поділяють на ранні (лiтнi), ранньоосiннi, осiннi, ранньозимові, зимові i пізньозимові. Однак чіткого розподілу сортів яблук на 6 груп немає. Є сорти, які в різних зонах вирощування можуть належати до суміжних груп.

Ранні (лiтнi), ранньоосiннi сорти яблук: Папiровка, Мельба, Донешта, Млiєвське літне, Шафран лiтнiй, Старк-ерлiст та iн. Їх збирають у липні - серпнi, коли вони досягають споживної стиглості. Ранні сорти яблук зберігаються в холодильнику 10—12 діб, ранньоосiннi – 20-60 діб.

Осiннi сорти яблук збирають в першій половині вересня, коли вони ще досягли споживної стиглості. Їх зберігають 3-4 мiс. Найбільш розповсюджені сорти: Подільське, Путівка осіння, Слава переможцям, Кандiль синап, Ренет Ландсберзький та ін.

Ранньозимові сорти яблук – Антонівка звичайна, Кальвіль сніговий, Пепiн литовська, Мекiнтош, Розмарин білий та ін. – збирають їх в кiнцi вересня і зберігають 5-б мiсяцiв.

 Зимові i пiзньозимовi сорти яблук найпоширенiшi (82% від усіх насаджень). До них належать: Голден делiшес, Голдспур делiшес, Джонатан, Зоря, Поділля, Пепiн Лондонський, Ренет Симиренко, Ренет шампанський, Спартан, Старкiнг, Таврія, Аврора та ін. Широкого розповсюдження набули с орта яблук американського походження: Ред делiшес, Голден делiшес – та їх клони i спуровi сорти: Велспур, Елоуспур, Голдспур, Старкрiмсон та iн. Збирають яблука зимових і пізньозимових сортів в жовтні. Зимові сорти зберігають 6-7 мiс., пізньозимові – 7-8 мiсяцiв.

Яблука мають бути однорідними  по зрілості, мати плоди, однотипні  за формою і розміром, переважні  плоди середнього розміру, масою не менше 80г., дрібніші плоди дають великі відходи при протиранні та віджиманні соку. Плоди треба прибирати і переробляти у стадії зрілості, близької до споживчої, коли вони мають найбільш інтенсивний аромат і добрий гармонійний смак.

Рекомендовані сорти: Антонівка  звичайна, Аніс смугастий, Аніс Кубанський, Бойкен, Вагнер, Джонатан, Кальвіль сніговий, Пепінка Лондонська, Пармен зимовий золотий, Ранет Симиренка, Ранет шампанський, Осіннє смугасте, Пепінка шафранова та інші.

1.2. Вибір місця  розміщення виробництва. 

Місцем будівництва проектованого  підприємства з виробництва яблучного соку обирається м. Слов’янськ Донецької області, яке входить до Донбаського регіону.

Донбаський регіон займає перше місце в Україні за валовим  обсягом продукції сільського господарства (30%), в першу чергу – за садівництвом. Агрокліматичні умови цього району сприятливі для садівництва. У районі міста та у його межах знаходиться велика кількість садових угідь, великих та малих підприємств, які спеціалізуються на вирощуванні насіннячкових, кісточкових плодів, а також земельних угідь для вирощування овочів, що можуть також використовуватися у виробництві соків (морква, буряк, томати).

Проектоване виробництво  буде в повній мірі забезпечено сировиною: яблуками, питною водою. Питна вода буде взята з міської магістралі, а технічна вода – з ріки  Торець, яка протікає через місто. Електроенергія в необхідних об’ємах буде надходити з Миколаївської ГРЕС.

Місто Слов’янськ та Донецька область мають розгалужену мережу залізничних і автомобільних  доріг, які зв'язують міста області, а також забезпечують добре сполучення з Харківською, Запорізькою областями, що забезпечить доставку сировини і готової продукції споживачу.

Працівники для проектованого  підприємства будуть набрані з населення  м. Слов’янськ, яке нараховує 124,8 тис. Висококваліфіковані кадри будуть набрані з Української інженерно-педагогічної академії, робітничі професії із спеціалізованих технікумів і училищ, що знаходяться у м. Слов’янськ та Краматорськ.

У зв'язку з вищевикладеним вважаємо, що наявність сировинної бази, трудових і енергетичних ресурсів, основних споживачів соків, розгалуженої мережі залізничних і автомобільних доріг створюють реальну можливість для будівництва проектованого підприємства у м. Слов’янську.

2 ТЕХНОЛОГІЧНА  ЧАСТИНА

2.1. Розробка технологічної схеми виробництва

Доставка, приймання і  зберігання сировини здійснюються у спеціальних приміщеннях, що обладнані відповідним устаткуванням. Параметри та режими зберігання сировини відповідають режиму технологічного процесу приготування соків.

З бункера стрічковим транспортером У13-ТЛ-50 плоди подають до мийної машини барабанного типу А9-КМ-2. Машина мийна барабанна А9-КМ-2 призначена для первинного миття плодів і овочів з твердою структурою і застосовується на підприємствах консервної і овочесушильної промисловості.

Далі миту сировину інспектують, видаляючи плоди, що уражені шкідниками, загнили і з іншими дефектами, яке відбувається на інспекційному транспортері ВП-1.

Механічне подрібнення (дроблення) є основним способом дії на рослинну тканину у виробництві соків. Проте надмірно дрібне подрібнення  перетворить мезгу на суцільну масу, в якій не буде «каналів» для витікання  соку. Міра ушкодження клітин при механічному  подрібненні залежить від виду плодів і конструкції подрібнюючого  прибудую. Міра ушкодження клітинної  структури яблук при подрібненні  на шліфувальній машині складає 30-35%. Проте  при подрібненні яблук на терково-ножовій  дробарці доля клітин з пошкодженими мембранами може досягти 60-80%. Дробарка плодоовочева марки ВДР-5 використовується для подрібнення будь-яких видів безкісточкових плодів і овочів. Подрібнена маса насосом для в’язких продуктів перекачується у пресувальну машину ПЯ-5.

Основний спосіб витягання  плодових соків в промислових  умовах — пресування в пресах періодичної  і безперервної дії. При пресуванні мезгу піддають тиску, що поступово  збільшується, що призводить до виділення  соку. Після пресування залишаються  відходи — вичавки, які є майже  сухою на дотик масою плодового  м'якуша.

Для пресування застосовують різні по конструкції і принципу дії преси, які можуть бути безперервної (шнекові, стрічкові) і періодичної (пакетні, кошикові) дії. У пакетних пресах мезгу шаром 6-8 мм завертають в серветки (пакети) з міцної тканини. Пакети укладають на платформі один на іншій з прокладенням між ними дерев'яних плиток. Згори пакети зміцнюють пресуючою плитою. Платформа з пакетами піднімається під пресуючу плиту плунжером.

Гідравлічний кошиковий  прес фірми «Бухер» є суцільним  циліндром, закритим з двох сторін дисками, один з яких приводиться в рух  гідравлічною системою, другою нерухомий. Між дисками розміщена дренажна система з гнучких жолобчастих  стержнів, покритих зовні тканиною. Мезга подається насосом через  трубопровід всередину циліндра і заповнює простір між стержнями. Після заповнення кошику рухливий диск рухається всередину кошику і  давить на мезгу. Сік, що виділяється, проходить  через тканину, що фільтрує, і по жолобках стержнів стікає в загальний  трубопровід. При зближенні дисків стержні згинаються. Після закінчення одного циклу пресування рухливий диск відсовується назад, стержні розпрямляються і розпушують мезгу. На цьому пресі  вихід соку складає 80%, тиск - 1,2 МПа.

У проектованому відділенні з виробництва соку використовується гідравлічний кошиковий прес ПЯ-5.

Для отримання прозорого  продукту необхідно порушити колоїдну систему і забезпечити осідання зважених часток і видалення частини  колоїдів, передусім нестійких. Проте  в процесі зберігання можлива  взаємодія колоїдів між собою  і утворення більших часток, які  можуть викликати помутніння соку і  випадання осаду. Стабільність колоїдної  системи соку забезпечується наступними властивостями:

• висока дисперсність колоїдних часток;
• наявність у колоїдних часток однойменного електричного заряду;
• наявність на поверхні часток водної оболонки, яка наближає щільність часток до щільності рідкої фази і перешкоджає їх з'єднанню.

Розрізняють фізичні, біохімічні і фізико-хімічні способи освітлення соку. До фізичних відносяться: проціджування, відстоювання, сепарація. До біохімічних  – обробка ферментами. До фізико-хімічних: обробка бентонітом, миттєве підігрівання.

У проектованому відділенні виробляється натуральний освітлений яблучний сік. Отриманий після пресування сік подається насосом у трубчастий теплообмінник для освітлення соку миттєвим підігріванням. При швидкому чергуванні підігрівання і охолодження соку змінюється структура білкових молекул, відбувається коагуляція білків і седиментація.

При нагріванні розгортаються  поліпептидні ланцюги, і підвищується асиметричність молекул білку, які  з'єднуються між собою, утворюючи  великі нерозчинні частки. Термічна деструкція призводить до зменшення водозв'язуючої  здатності білків, і колоїдна система, утворена ними, перетворюється з гідрофільної в гідрофобну.

При швидкому підігріванні загальний вміст колоїдів в соку знижується. Проте підігрівання впродовж декількох хвилин збільшує їх кількість. Щоб уникнути новоутворення колоїдів, процес підігрівання потрібно проводити «миттєво», змінюючи охолодженням. Тривалість підігрівання і охолодження складає по 10 с. Температура підігрівання для яблучного соку 80°С. Температура охолодження 15-20°С. В результаті миттєвого підігрівання повна прозорість продукту не досягається (яблучний сік), але основна маса зважених в соку часток осідає.

Миттєве підігрівання соку проводять в трубчастих теплообмінниках. Миттєве підігрівання на відміну  від більшості інших методів  дозволяє вести процес освітлення соку безперервно.

Теплообмінник призначений  для стерилізації соку при температурі 125°С і витримці в нім впродовж 60 секунд з наступним охолодженням до 96-98°С. Дана технологічна операція проводиться у пастеризаційній установці типу РА 500Gas.

Далі сік насосом перекачується  у розливну машина для соку у тетра-паки MBF 500, що оснащена транспортером для готових тетра-паків. Рухаючись по транспортеру тетра-паки потрапляють у підготовлені контейнери для готової продукції та на реалізацію.

Технологічний процес отримання  соку яблучного показано на схемі 2.1.

Схема 2.1 – Технологічний  процес виготовлення соку натурального яблучного.

2.2. Матеріальний  баланс виробництва

Матеріальний баланс складають  на підставі закону збереження маси: кількість  вихідних матеріалів повинна дорівнювати кількості кінцевих продуктів ,  одержаних у результаті проведення процесу, плюс втрати :

Припустимі втрати сировини при складанні матеріального  балансу періодичного виробництва  соку яблучного становлять:

  -  відходи при сортуванні – 4 %;

  - при пресуванні – 32 %;

-  втрати на технологічних операціях – 4%

Розрахуємо сировину на 1200 кг готової продукції з втратами:

Надамо витрати сировини для виробництва соку яблучного (табл.2.3)

Таблиця 2.3 – Рецептура  соку яблучного

Таблиця 2.4 – Рецептура соку яблучного з врахуванням втрат

Перевіримо враховуючи сировину:

3334=2000,4+133,36+1066,88=3334 кг.

У результаті ми отримали, що вихідна сировина дорівнює кінцевому  продукту з втратами.

2.3 Вибір стандартного  і допоміжного технологічного  обладнання 

Виробництво соку яблучного відбувається на обладнаній різним технологічним обладнанням лінії. Технологічна лінія має ряд машин, а саме (табл. 2.5):

Таблиця 2.5 – Набір технологічного обладнання для виробництва соку яблучного