Технология изготовления газированных безалкогольных напитков

Введение 

Производство газированных безалкогольных напитков  - развивающаяся отрасль пищевой промышленности, вырабатывающая продукты питания повседневного спроса.

В последние годы производство безалкогольных напитков и минеральных  вод развивается достаточно высокими темпами. Развитие рынка безалкогольных напитков и минеральных вод в  России по качественным характеристикам  соответствует мировым тенденциям. Запасы минеральных (лечебных, лечебно-столовых) в Российской Федерации практически  не ограничены, а их уникальность предоставляет  возможность для развития прямых связей с зарубежными странами по поставкам на экспорт. Постепенно восстанавливаются  позиции национального русского напитка – кваса брожения с  длительным сроком хранения. В последние  годы вырос спрос на негазированные питьевые воды, при том, что 10 лет назад такой воды не производилось. Мощности по производству безалкогольных напитков используются на 54%, минеральным водам – на 58%. В отрасли имеются внутренние резервы для дальнейшего их развития. Да и по уровню потребления минеральных вод и безалкогольных напитков Россия в настоящее время отстает от многих зарубежных стран.

Актуальностью настоящей  работы обусловлена необходимостью внедрения новых прогрессивных технологий, основанных на интенсификации производственных процессов, повышения качества и улучшению дизайна оформления, а также наращиванию выработки напитков на натуральной основе  и с использованием нетрадиционного сырья.

Основной целью данного  курсового проекта является совершенствование  технологии изготовления безалкогольных напитков высокого качества в условиях малого предприятия на основе  безотходной  технологии, с использованием более  дешевого сырья.

В соответствии с поставленной целью выдвигаются следующие  задачи:

- представить характеристику  готового продукта, сырья, используемого  для его производства и методы  их технохимического контроля;

- рассмотреть теоретические  основы производства газированных  безалкогольных напитков;

- разработать технологию  изготовления безалкогольных напитков;

- выбрать машинно-аппаратурную  схему производства;

- предложить технологическую  схему производства;

- провести расчет материального  баланса;

- произвести выбор основного  оборудования и дать его описание.

Внедрение данного проекта  позволит обеспечит выпуск безалкогольной продукции с высокими органолептическими показателями.

Раздел 1 Технологическая  часть

1. Характеристика готового продукта

Газированная вода - питьевая вода, насыщенная диоксидом углерода до содержания 0,4….0,5 % к массе воды, с кисловатым вкусом, своеобразной свежестью и способностью хорошо утолять жажду. Искусственно минерализированные воды представляют собой бесцветные растворы химически чистых солей натрия, кальция и магния в воде, насыщенной диоксидом углерода.

Минеральные воды разделяют  на природные столовые (минерализация  которых не превышает 1,0 мг/дм³), лечебно-столовые (с минерализацией 1,0….10,0мг/дм³) и лечебные (с высокой степенью минерализации 10,0…15,0 мг/дм³) и содержанием биологически активных компонентов – йод, мышьяк, бор и др.). В зависимости от химического состава минеральные воды подразделяют на 31 группу (гидрокарбонатную, натриевую, сульфатную, магниево-кальцевую и др.).

Газированные фруктовые воды представлены двумя группами напитков: общего назначения (водные растворы купажных смесей сахарного сиропа, фруктово-ягодных соков и морсов, натуральных экстрактов, пищевых кислот и красителей) и для больных диабетом ( сахароза заменена ксилитом, сорбитом или сахарином).

 На основе некоторых  растений (женьшень, элеутерококк, аралия  маньчжурская, и др.) собраны тонизирующие  напитки. Безалкогольные витаминизированные напитки содержат витамин С  в пределах 150….160 мг/л, а также витамины группы В В₁ -1,0…1,2 мг/л, В₂ -0,6….1,0 мг/л, В₆ – 1,5…2,5 мг/л).

Сухие напитки выпускают  в виде шипучих (состоят из смеси  сахара, виннокаменной кислоты, пищевых  эссенций, плодово-ягодных экстрактов, а также пищевой соды) и нешипучих (не содержат пищевую соду). Освоен выпуск сыпучих напитков в виде таблеток и порошка.

Особенности производства и  потребления готовой продукции. Если газированные напитки готовят  на полуфабрикатах, то все плодово - ягодные соки фильтруют, а концентраты и экстракты разбавляют  подработанной питьевой водой в отношении 1:5, смесь отстаивают в течение 2…5 ч, а затем фильтруют. Ароматные настои и эссенции перед подачей в купаж фильтруют, а колер предварительно растворяют в воде в соотношении 1:5. Все кристаллические пищевые кислоты заданы в купаж в виде 90%-ного водного раствора, а молочную кислоту в жидком виде. Конвертированный белый сахарный сироп перед купажированием фильтруют, осветляют и охлаждают до 20 ⁰С.

Купажные сиропы из полуфабрикатов готовят одним из трех способов – холодным (для приготовления напитков с добавлением цитрусовых настоев, концентратов, композиций и натуральных эссенций, полугорячим (часть сока или вина подают сироповарочный аппарат для варки для варки с сахаром) и горячим (всю норму плодово – ягодного сока или вина вносят в сироповарочный аппарат). Два последних способа предусматривают совмещение процессов купажирования и инверсии сахарозы, происходящих под действием кислот и соков, добавляемых вместо воды при варке сиропа.

Готовые напитки должны быть  прозрачными, без осадка и посторонних  взвешенных частиц. Цвет напитков должен соответствовать установленным  эталоном цветности для каждого вида напитка. Вкус и аромат должны соответствовать исходному сырью, из которого изготавливают напитки. Насыщенность напитка диоксидом углерода должна быть выражена обильным и продолжительным выделением газа.

Сокосодержащие фруктовые напитки, фасованные в стеклянную тару, при хранении должны быть защищены от попадания прямых солнечных лучей. Сроки годности сокосодержащих фруктовых напитков устанавливает изготовитель с указанием условий хранения (рекомендуемые условия и периоды хранения, в течении которых сокосодержащие фруктовые напитки сохраняют свое качество, приведены в приложении 1

Метод определения прозрачности соков  и экстрактов и растворимости  экстрактов

Для проведения испытания  должны применяться следующая аппаратура и материалы:

- весы лабораторные общего  назначения по ГОСТ 24104-2001 с наибольшим  пределом взвешивания 200 г и  пределом допускаемой погрешности  не более +/- 2,00 мг;

- термометр ртутный стеклянный  лабораторный типа ТЛ с пределами  измерения температуры от 0 до 100 ^оС, с погрешностью измерения не более +/- 1 ^оС по ГОСТ 28498-90;

- цилиндр мерный стеклянный  вместимостью 100 см³ по ГОСТ 1770-74;

- стакан лабораторный  вместимостью 50 см³ по ГОСТ 25336-82;

- вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Проведение испытания

10 г экстракта отвешивают  в стаканчике с погрешностью  не более +/- 0,1 г и без потерь  переносят в мерный цилиндр  вместимостью 100 см³, доливают дистиллированной водой до 100 см³, тщательно перемешивают и оставляют стоять на 2 ч при 18-20 ^оС. Отстоявщийся разбавленный экстракт рассматривают в проходящем свете. Отсутствие помутнения и сгустков указывает на полную прозрачность и растворимость экстракта.

Для определения прозрачности сока в мерный цилиндр вместимостью 100 см³ наливают 100 см³ испытуемого сока, оставляют стоять на 2 ч при 18-20 ^о С и определяют его прозрачность визуально.

Турбидиметрический  метод  определения мутности соков и  экстрактов

Метод основан на турбидиметрии, заключающейся в измерении светового потока, проходящего сквозь слой продукта.

Мутнометр с диапазоном измерения 0-100 формазинных едениц, с допускаемой погрешностью измерения не более 0,5 формазинных едениц, с автоматической компенсацией окраски испытуемых продуктов.

Весы лабораторные общего назначения по ГОСТ 24104-88, с наибольшим пределом взвешивания 200 г и пределом и пределом допускаемой погрешности не более +/- 2,00 мг.

Гидразин сернокислый  по ГОСТ 5841-74, ч.д.а.

Уротропин по ГОСТ 1381- 73, ч.д.а.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Колбы мерные вместимостью 100, 500 см³ по ГОСТ 1770-74.

Колбы конические вместимостью 250, 1000 см³ по ГОСТ 25336-82.

Пипетки вместимостью 10, 25 см³ , исполнения 2, и вместимостью 5 см³ исполнения 6, по НТД.

Приготовление исходной суспензии  формазина

Температура окружающей среды  и дистиллированной воды при приготовлении  растворов должна быть (20+/-2) ^о С.

1,00 г сернокислого гидразина помещают в мерную колбу вместимостью 100 см³ , растворяют в дистиллированной воде, доводят до метки, тщательно перемешивают и выдерживают 4 ч. Готовят три раствора в трех мерных колбах.

10,00 г  уротропина помещают  в мерную колбу вместимостью 100 см³ , растворяют в дистиллированной воде, доводят до метки, тщательно перемешивают. Готовят три раствора в трех мерных колбах.

Водные растворы сернокислого гидразина и уротропина соединяют  попарно в трех конических колбах вместимостью 250 см³ и тщательно перемешивают. Смеси выдерживают 24 ч. Соединяют равные объемы суспензии формазина из трех конических колб в колбу вместимостью 1000см³ и тщательно перемешивают. Полученная суспензия содержит 1000 формазинных едениц.

Приготовление градуировочных суспензий формазина

Для получения суспензии 50 формазинных едениц в мерную колбу вместимостью 500 см³ пипеткой вносят 25 см³ суспензии, доводят до метки и тщательно перемешивают.

Для получения суспензии 5 формазинных едениц в мерную колбу вместимостью 500 см³ пипеткой вносят 2,5 см³ суспензии, доводят до метки и тщательно перемешивают.

Для получения суспензии 1 формазинных едениц в мерную колбу вместимостью 500 см³ пипеткой вносят 10 см³ суспензии 50 формазинных едениц, доводят до метки и тщательно перемешивают.

Градуировочные суспензии формазина хранят в колбах с притертыми пробками в холодильнике при температуре от 1 до 6 ^оС.

Проверка правильности показаний  мутнометра

Градуировочные суспензии формазина наливают в кювету мутнометра и проводят измерения по инструкции к прибору. Суспензии в кюветах не должны содержать пузырьков воздуха. Если таковые имеются, то заполнение повторяют. На стенках кюветы не должно быть пятен, отпечатков пальцев.

За результат измерения  принимают среднее арифметическое двух параллельных определений. Расхождение  между результатами измерения и  шкалой прибора не должно превышать +/- 0,5 формазинных едениц. При превышении расхождения следует провести юстировку прибора.

Проведение измерений  и вычисление результатов

Сок или подготовленный экстракт наливают в кювету мутнометра и проводят измерения согласно инструкции к прибору. За окончательный результат измерения принимают выраженное целым числом среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, если расхождение между ними не превышает 1 формазинной еденицы при мутности менее 10 формазионных едениц; 2 формазинных едениц – при мутности более 10 формазинных едениц (Р = 0,95)

2. Характеристики исходного  сырья и материалов

Вода

Вода является одним из основных компонентов напитка, поэтому  ее состав существенно влияет на качество готового продукта.

Вода для напитков должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества». Кроме того, существуют дополнительные требования к воде технологического назначения, установленные «Технологической инструкцией по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков» ТИ-10-5031536-73-90, основные из которых приведены в таблице 1.1:

Таблица 1.1

При существенных отклонениях  в составе воды от рекомендуемых  показателей необходимо проводить  водоподготовку.

В данном проекте для очистки  воды в производстве безалкогольных напитков используют следующие способы:

очистка воды от грубых и  тонких взвесей и обезжелезивание;

улучшение вкусовых достоинств воды;

обеззараживание воды;

 умягчение воды;

Отстаивание воды производят для предварительной очистки  ее от грубодисперсных примесей. Необходимость  удаления из воды грубодисперсных примесей на первых стадиях очистки вызвана  тем, что эти примеси снижают  эффект очистки на последующих стадиях. При отстаивании взвешенные частицы под действием силы тяжести осаждаются, при этом происходит как свободное, так и сопряженное осаждение частиц. В верхних слоях отстаиваемой воды, где концентрация взвешенных частиц мала, наблюдается свободное осаждение, при котором исключается влияние частиц друг на друга. В нижних слоях, где концентрация взвешенных частиц увеличивается за счет частиц, движущихся из верхних слоев, происходит сопряженное осаждение. При сопряженном осаждении одни частицы увлекают другие, образуя облако хлопьев. При достаточном сгущении такое облако действует почти как фильтр, задерживая самые малые частицы.

В процессе отстаивания могут  образовываться два типа осадков: грубые и тонкие суспензии. Осадки первого  рода, т.е. крупнозернистые частицы  суспензии, обычно ложатся на дно  плотным слоем, граница которого резко отделяется от слоя осветленной  воды. Такой осадок легко отделяется при фильтрации, а осветленная  вода сливается почти полностью (декантация).

Осадки второго типа, образуемые тонкими суспензиями и даже мутями при осаждении на дне, в сгущенном слое взвесей не образуют резкой границы перехода от осадка к жидкости; твердые частицы их всегда разделены водой и поэтому лекгоподвижны. Этот тип осадков отделяется при фильтрации плохо; декантация с них воды также затруднена.

Коагуляция представляет собой способ ускорения процесса осаждения взвесей воды. Сущность процесса коагуляции заключается в следующем. В результате гидролитической диссоциации, соответственно реакциям взаимодействия с солями воды, коагулянты образуют в воде нерастворимые вещества коллоидного характера [3]. В процессе коагуляции понижается степень дисперсности коллоидно-растворимых примесей в результате агломерации коллоидных частиц с образованием макрофазы. Агломерация вызывается нарушением агрегативной устойчивости коллоидной системы.

В качестве коагулятора используют железный купорос FeSO₄·7H₂O. При добавлении в воду эта соль как сильный электролит полностью диссоциируют:

FeSO₄ Fe²⁺ + SO₄^2-

Ионы Fe²⁺ как катионы слабых оснований подвергаются гидролизу согласно уравнениям

Fe²⁺ + H₂O Fe(OH)⁺ + H⁺

Fe(OH)⁺ + H₂O Fe(OH)₂ + H⁺

В щелочной среде при наличии  в воде растворенного кислорода  гидроксид железа окисляется в еще более труднорастворимый гидроксид железа:

4Fe(OH)₂ + Н₂О +О₂ 4Fe(OH)₃

Гидролиз Fe²⁺ повышает концентрацию ионов водорода. В природной воде это повышение будет незначительным, т.к. Н⁺ связывается с бикарбонат-ионом НСО₃^- по уравнению

Н⁺ + НСО₃^- ↔ Н₂СО₃ Н₂О + СО₂

Однако при низкой щелочности воды и больших дозах коагуляторов буферная емкость воды может быть исчерпана и рН в обрабатываемой воде может значительно понизиться, а следовательно, гидролиз будет протекать неполно.

Скорость установления гидролитического равновесия соли железа зависит от температуры. В чистых растворах  при 20°С гидролиз заканчивается за 5-8 мин. При более низкой температуре гидролитическое равновесие устанавливается через большой период времени.

Образуемые коагулянтами хлопья имеют большую поверхность, которая способна адсорбировать  и органические примеси воды с  большим молекулярным весом, например гуминовые вещества. Поэтому очень  часто в результате коагуляции взвесей  вода не только обесцвечивается, но и  достаточно полно освобождается  от посторонних запахов и привкусов.

Фильтрация воды основана на отделении от нее механических примесей в виде взвесей различного характера, остающихся после очистки  методами отстаивания, с целью их удаления.

Сущность фильтрования состоит  в распределении и осаждении  взвешенных частиц в порах зернистого фильтрующего материала. Задержание взвесей  в слое фильтрующего материала обуславливается  двумя причинами: адгезией частиц взвеси на поверхности зернистого слоя (силами межмолекулярного притяжения) и механическим задержанием взвешенных частиц в  щелях, образующихся в точках контакта зерен фильтрующего слоя.

Фильтрующий материал должен обладать определенной механической прочностью, быть химически стойким по отношению  к фильтрующей воде, а зерна  его должны быть однородны по размеру.

При фильтрации достаточно чистой воды скорость фильтрации увеличивается, а при фильтрации мутных вод –  снижается. Эффективность фильтрации зависит от характера и толщины  слоя фильтрующего материала, его поверхности, давления, скорости фильтрации и вязкости фильтруемой жидкости. В качестве фильтрующего материала применяется  смесь гидроантроцита и кварцевого песка.

Умягчение воды, или полное обессоливание, преследует цель исправить, улучшить солевой состав и вкусовые достоинства исходной воды, используемой на производство напитков.

Умягчение производят методом  обратного осмоса (мембранный метод), для этого используют установки  обратного осмоса.

При работе этих установок  используется явление осмоса, т.е. самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую  мембрану из области с меньшей  концентрацией в более концентрированный  раствор. В связи с тем, что  осмотическое давление для реальных растворов достигает больших  величин, для осуществления этого  процесса необходимо создать большое  давление (3,4-13,7 МПа).

 При обессоливании  воды этим методом жидкость  нагнетается через полупроницаемые  мембраны. Они пропускают растворитель (воду), но задерживают растворенные  вещества (гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений). В процессе обратноосмотической обработки исходная вода под давлением, превышающим осмотическое, подается в аппарат, из которого выходят два потока: фильтрат, очищенный от растворенных веществ, и концентрат с увеличенным содержанием растворенных веществ. Чтобы предотвратить загрязнение полупроницаемых мембран, от них отводят задерживаемые вещества, которые не сорбируются ни на их поверхности, ни в их объеме.

Через мембраны происходит молекулярная диффузия молекул воды по направлению к противоположному их давлению при нормальном осмосе, т.е. молекулы воды перемещаются из области  высоких концентраций растворенных в ней солей в область низких концентраций. В результате такого перемещения вода обессоливается. Одновременно из воды кроме солей эффективно удаляются и микроорганизмы.

Обработка углем. Привкусы и  запахи, обусловленные наличием в  воде органических веществ растительного  и животного происхождения, устраняются  фильтрацией воды через активированный уголь. Угольные фильтры служат также для удаления мути, вкусовых веществ (например, свободного хлора, образующегося при хлорировании воды, хлорфенола и т.д.), красителей.

Принцип действия активированного  основывается на его большой поверхности (площадь 1 г активированного угля составляет 500 м²), результатом чего становится каталитическое разложение гипохлоритов и снижение их содержания.

Адсорбционные свойства активных углей тесно связаны с их пористой структурой. Различают следующие  разновидности пор активных углей: макропоры, переходные и микропоры.

Основная роль в адсорбции  принадлежит наиболее мелким порам  угля — микропорам, так как у  них более развитая внутренняя поверхность, чем у макропор или переходных, и потому они отличаются особым механизмом происходящих в них адсорбционных  или капиллярных процессов.

Так, для микропор характерно объемное заполнение адсорбционного пространства, а для переходных и макропор —  последовательное образование адсорбционных  слоев. Это свидетельствует о  том, что уголь с большим содержанием  микропор обладает большей адсорбционной (поглотительной) способностью. Однако, выбирая мелкопористый уголь  как более активный, следует учитывать, что его поры могут оказаться  более мелкими, чем молекулы примесей, которые он должен сорбировать, и это может значительно затруднить процесс.

Сверхтонкая очистка. При сверхтонкой очистке вода проходит сквозь особые фильтрующие слои. Эти слои задерживают угольную пыль, которая образуется при фильтровании воды через угольные фильтры, так как такая пыль может привести к несоответствию напитков необходимым стандартам.

Обеззараживание. Для биологической  очистки воды применяют обработку  ультрафиолетовыми лучами.

Биологическая очистка воды ультрафиолетовыми лучами основана на свойстве лучей с длинами волн 200-295 нм уничтожать все виды бактерий и спор за несколько минут облучения. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей объясняют фитохимическим действием их на белковые коллоиды протоплазмы клеток, вызывающим изменение их структуры и дисперсности, в результате чего клетки погибают.

УФ-обработка не оказывает влияния на качество воды. Обработка проводится в тонком слое, эффективность бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, а также от наличия взвесей и коллоидных примесей в воде. Взвешенные и коллоидные частицы рассеивают свет и препятствуют проникновению лучей в толщу воды. Из бактерий наибольшей сопротивляемостью бактерицидному облучению обладают бактерии группы кишечной палочки. Поэтому наличие или отсутствие кишечной палочки может служить показателем эффекта обеззараживания воды, загрязненной патогенными неспорообразующими бактериями.

Сахар

Сахар является одним из основных видов сырья при производстве безалкогольных напитков, сиропов и  сухих напитков. Он придает напиткам не только сладкий вкус, но и питательность.

По органолептическим  показателям сахар-песок должен соответствовать требованиям, указанным  в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Органолептические показатели

По физико-химическим показателям  сахар-песок должен соответствовать  требованиям, указанным в таблице 1.3

Таблица 1.3 - Физико-химические показатели

По микробиологическим показателям  сахар-песок для производства молочных консервов, продуктов детского питания  и биофармацевтической промышленности должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.4