Выпаривание — основополагающая операция в пищевой промышленности, широко используемая для концентрирования жидкостей. В простейшем случае выпаривание удаляет воду (или другие летучие растворители) из продукта, тем самым увеличивая содержание сухого вещества, насыщение вкуса, повышая стабильность структуры раствора. Однако традиционное атмосферное выпаривание часто требует высоких температур, что может привести к разложению чувствительных компонентов продукта, нежелательным изменениям цвета, вкуса или пищевой ценности.

Именно поэтому большинство современных производителей продуктов питания используют системы вакуумного выпаривания, в которых за счет создания вакуума снижается температура кипения, что позволяет проводить выпаривание при значительно более низких температурах, чем при атмосферном давлении. Это делает вакуумное выпаривание все более популярным выбором для предприятий, работающих с термочувствительными ингредиентами или стремящихся к повышению качества конечных продуктов.

Принцип работы вакуумного выпаривания

В основе вакуумного выпаривания лежит зависимость между давлением и температурой кипения. При стандартном атмосферном давлении (≈1 бар) вода кипит при 100 °C. Однако при понижении давления температура кипения также снижается. Например, при 0,2 бар вода может закипать около 60 °C. Таким образом, работа в вакууме позволяет испарению происходить при более низкой температуре по сравнению с атмосферным давлением.

В типичном вакуумном испарителе нагретая жидкость поступает в вакуумную камеру, где с помощью вакуумного насоса или эжекторной системы создано разряжение – вакуум, жидкость, попадая внутрь, мгновенно закипает, преобразуясь в пар, который удаляется из установки через систему улавливания и конденсирования вторичных паров. Благодаря более низкой температуре кипения замедляется термическое разложение термочувствительных соединений (таких как ароматизаторы, пигменты, витамины).

Вакуумная система также производит частичную деаэрацию конечного продукта, создавая более плотную структуру и продлевает срок хранения продукта, за счет удаления пузырьков воздуха, которые могут содержать патогены, вызывать окисление продукта.

Преимущества вакуумного испарения по сравнению с атмосферными методами

  • Более низкая рабочая температура: это позволяет сохранить термочувствительные питательные вещества, ароматы и цвета, что делает этот метод идеальным для деликатных продуктов, таких как фруктовые соки, молочные концентраты, растительные экстракты, мёд и т. д.
  • Высокое качество продукта: благодаря меньшей термической деградации конечный продукт сохраняет в себе органолептические и питательные свойства.
  • Снижение окисления и загрязнения: в вакууме присутствует меньше воздуха. Это означает меньше пузырьков воздуха, снижение риска окисления и вероятности образования летучих неприятных запахов или проникновения микроорганизмов через аэрацию.
  • Более длительный срок хранения: концентрированные под вакуумом продукты имеют более низкую активность воды, меньше микропузырьков и меньшее содержание кислорода, что способствует более длительной стабильности продукта.

Практическая ценность вакуумного выпаривания заключается в возможности контролировать как температуру, так и давление, что напрямую влияет на скорость и качество продукта. Процесс выпаривания можно регулировать, регулируя температуру и уровень вакуума. Эти факторы позволяют использовать одну и ту же технологию для обработки жидкостей с очень разной вязкостью или концентрацией сахара, от прозрачных соков до густых сиропов.

Основные области применения в пищевой промышленности

Вакуумное выпаривание широко применяется во многих сегментах пищевой промышленности. Вот несколько примеров:

  • Фруктовые и овощные концентраты: соки, пюре и мякоть можно концентрировать под вакуумом для уменьшения объема и подготовки к дальнейшей обработке (например, ароматизации, пастеризации, сушке).
  • Молочные продукты: сгущенное молоко, концентраты сыворотки, сухое молоко — вакуумное выпаривание помогает сохранить нежные белки и функциональные компоненты.
  • Переработка мёда: вакуумная дегидратация и концентрирование помогают достичь желаемой вязкости, удалить влагу без чрезмерного нагрева.
  • Растительные экстракты и концентраты вкусовых добавок: многие растительные экстракты содержат летучие ароматические соединения; вакуумное испарение защищает их от теплового повреждения.
  • Соусы, сиропы и пасты: снижение содержания воды под вакуумом помогает контролировать конечную вязкость, улучшает стабильность продукта при хранении и снижает вес при транспортировке.
  • Повышение ценности пищевых отходов: например, концентрирование побочных продуктов или побочных продуктов (например, фруктовых выжимок или сыворотки) для восстановления их ценности в более щадящих условиях.

При проектировании процесса вакуумного выпаривания необходимо тщательно учитывать такие параметры, как начальное содержание твердых веществ, температура кипения и целевая концентрация. Теплочувствительность продукта определяет максимально допустимую температуру, а вязкость при высоких концентрациях – подходящий тип испарителя: с принудительной циркуляцией или вакуумный испаритель периодического действия с нагревательной рубашкой. Понимание этих физических и термодинамических соотношений крайне важно для выбора подходящей производительности и конфигурации оборудования.

Дополнительные соображения для предприятий и производителей продуктов питания

Если вы рассматриваете возможность инвестирования в наше вакуумное выпарное оборудование, полезно оценить следующее:

  • Требования к производительности и пропускной способности: определите желаемые объемы для периодической вакуумной переработки; выберите машину соответствующего размера.
  • Диапазон рабочего давления и температуры: определите требуемую температуру переработки продукта/ глубину вакуума – это влияет и на выбор технического решения по источнику вакуума.
  • Выбор энергии, теплоносителя в виде источника тепла: рубашка под теплоноситель (пар, вода, термомасло), внешний теплообменник с проточным нагревом, и как это согласуется с вашими источниками энергии.
  • Генератор вакуума: водокольцевые вакуумные насосы, эжекторы.
  • Материал конструкции и гигиенические требования: пищевая нержавеющая сталь, легко моющаяся конструкция, возможность безразборной мойки (CIP), минимальные мертвые зоны.
  • Системы управления и мониторинга: желаемые процессы автоматизации и уровень автоматизации для выбора индивидуального решения по управлению. 
  • Техническое обслуживание и ремонтопригодность: выбор и закупка вместе с оборудованием комплекта запасных частей для бесперебойной работы и сервиса оборудования.

Вакуумное испарение представляет собой технически совершенный метод концентрирования жидкостей и обработки пищевых материалов, где важны качество, однородность и эффективность продукта. Снижая температуру кипения за счет снижения давления, производители пищевых продуктов могут сохранить целостность чувствительных ингредиентов, повысить стабильность, а также снизить воздействие на окружающую среду по сравнению с атмосферными методами. Они часто используются для производства фруктовых концентратов, молочных продуктов, мёда, травяных экстрактов или основ для соусов. Тщательный выбор оборудования позволит вам максимально увеличить долгосрочную ценность и общую производительность. Если вы планируете инвестировать в технологию вакуумного выпаривания, оцените производительность, характеристики продукта и инфраструктуру, чтобы определить, какая модель выпарного аппарата наилучшим образом соответствует вашим производственным требованиям.