Концентрируют протертую томатную массу в 2,5-6 и более раз. В зависимости от степени концентрации, готовый продукт носит название томатное пюре или томатная паста. Концентрировать можно и высушиванием (в 15-18 раз), тогда можно получить брикеты или томатный порошок.
Для выпаривания воды из томатной массы применяют следующие аппараты:
выпарные чаны со змеевиками, где выпаривание воды ведется при атмосферном давлении;
вакуум-аппараты;
вальцовые вакуум-сушилки или распылительные сушилки.
При концентрировании томатной массы до пасты потребуется удаление из нее примерно 80-85% воды. Если это производить в двутельных паровых котлах или в вакуум-аппаратах, то необходимо доливать массу в процессе уваривания с таким расчетом, чтобы поверхность нагрева покрывалась увариваемым продуктом, иначе на этой открытой поверхности может образоваться нагар. За цикл выпаривания надо переработать массы в 5-6 раз больше, чем рабочая емкость аппарата. Так, если двутельный котел имеет рабочую емкость 150 л, то он должен уварить около 900 кг массы и при этом испарить 750 кг воды.
При испарительной способности котла 80-100 кг воды в 1 час уваривание будет продолжаться около 7-9 час. Что может произойти с продуктом при столь длительном процессе? Разложение сахаров и других веществ, а также появление меланоидиновых образований (соединение некоторых азотистых веществ и сахаров), придающих продукту бурый цвет и ухудшающих вкус;
за счет длительной аэрации (кислород воздуха) при одновременном нагреве и кипении протекают окислительные процессы, в том числе и разрушающие многие витамины, в основном витамин С; создается возможность нагара на стенках аппарата с карамелизацией сахаров, расщеплением белковых веществ и обугливанием целлюлозы.
Все это ведет к резкому потемнению, ухудшению запаха и вкуса и снижению питательных качеств продукта. Как видно, для получения пюре или пасты двутельные паровые аппараты мало пригодны. Для того чтобы уяснить, как лучше вести процессы выпаривания, рассмотрим другой пример: из 1000 кг протертой массы с 5% сухих веществ надо получить пасту с содержанием 30% сухих веществ, т. е. 167 кг. Для этого составим следующий расчет (табл. 37).
Таблица 37
Продукты | Начальная и конечная концентрации сухих веществ, % | ||
5-10 | 10-20 | 20-30 | |
Выход концентрированного продукта, кг | 500 | 250 | 167 |
Выпаривается воды, кг | 500 | 250 | 83 |
Выпаривается воды к общему количеству выпаренной воды, % | 60 | 30 | 10 |
Из расчета видно, что при первой фазе концентрации с 5 до 10% сухих веществ требуется удалить 60% воды, во второй (до 20% сухих веществ) - 30%, а всего 90%. Для выпаривания такого большого количества воды требуются аппараты с большой теплоотдачей, что достигается: высокой разницей температур между греющим паром и кипящей массой, интенсивной циркуляцией продукта или же за счет очень развитой поверхности нагрева, что позволяет снизить перепады температуры. Последние 10% воды возможно удалить в двутельных вакуум-аппаратах с мешалками, которые обеспечивают циркуляцию густого продукта и предохраняют от образования нагара.
Этот пример является характерным для выбора аппаратуры и комплектации выпарных станций. Рассмотрим типы отдельных выпарных установок, применяемых на консервных заводах,
Выпарные чаны.
Для удаления сокового пара, чтобы не увлажнять помещения над чаном, устанавливают металлический конусообразный кожух, переходящий выше в вытяжную трубу, по которой пар выводится из здания. Змеевик, благодаря его конструктивным особенностям и применению пара высокого давления (8-9 атм), имеет высокую теплоотдачу, что вызывает очень бурное кипение продукта. Для создания интенсивного кипения слой жидкости над змеевиком сокращают до минимума (25-35 см), а остальной объем чана остается свободным. Это предохраняет от выброса продукта из аппарата.
Интенсивное кипение создает не только конвекционное движение жидкости, но оно резко усиливается смесью жидкости и пузырьков пара, устремляющихся вверх. Это интенсивное движение одновременно создает в центре чана обратное движение жидкости вниз.
При такой циркуляции томатной массы взвешенные нерастворимые частицы не имеют длительного соприкосновения с горячей поверхностью змеевика и не пригорают к поверхности нагрева. Если интенсивность движения снизится за счет меньшей теплоотдачи змеевиком (в том случае, если пар в него будет поступать низкого давления - 2-3 атм) или если кипение приостановится из-за долива значительного количества холодной томатной массы, то это может вызвать быстрое нагорание продукта на змеевике. Соответственно ухудшится теплопередача, а это увеличит скорость дальнейшего нагара на змеевиках (нагар - это изоляция). Обуглившиеся частицы нагара (темно-коричневые и даже черные) ухудшат цвет продукта, придадут ему горький привкус. При правильном ведении технологии уваривания томатной массы, необходимо поддерживать высокое давление пара в змеевике (8-9 атм) и доливать массу малыми порциями или же непрерывно, не нарушая интенсивности кипения.
В выпарном чане можно концентрировать томатную массу с 5-6% сухих веществ до томатного пюре с 12-15% и даже до 20% сухих веществ. Получать концентрацию больше, чем 20% сухих веществ, в чанах затруднительно, так как повышающаяся вязкость продукта уменьшает интенсивность циркуляции жидкости и способствует образованию нагара.
Продолжительность уваривания в чанах 25-45 мин. (в зависимости от желаемой концентрации готового продукта).
Вакуум-аппараты.
Для получения высокого качества концентрированных томатопродуктов следует применять вакуум-аппараты. Для уваривания до 18-20% сухих веществ, т. е. для удаления 90% воды, вакуум-аппараты должны быть с большой поверхностью нагрева, это ускоряет варку.
Для исключения возможности нагара греющий пар должен иметь температуру не выше 100-105°. Для уваривания до томатной пасты, т. е. для удаления оставшихся 10% воды, можно применять и двутельные вакуум-аппараты, но обязательно с мешалками, которые механически обеспечивают движение жидкости, и следовательно, предохраняют от образования нагара, повышают теплопередачу и позволяют применять греющий пар с более высокой температурой - 130-140° (2-3 атм).
Наиболее распространенные вакуум-аппараты с большой поверхностью нагрева имеются двух типов. У одних развитая поверхность нагрева выполняется в виде трубок, по которым циркулирует увариваемый продукт; с внешних сторон трубки обогреваются паром.
Эта система трубок располагается вертикально внутри аппарата; у других поверхность нагрева расположена в отдельном, примыкающем к аппарату теплообменнике. Обе эти системы показаны на рис. 71. На этих аппаратах выпаривание проводится под вакуумом, воздух из аппаратов удаляется специальным насосом, который обеспечивает разрежение 670-680 мм рт. ст., т. е. температура кипения массы будет около 50°. Для того чтобы не нарушать циркуляции жидкости и повысить эффект выпаривания, в аппараты подают томатную массу с температурой 70-80°, вследствие чего происходит частичное самоиспарение воды. Обычно в подобного типа аппаратах массу уваривают до содержания 18-20% сухих веществ, так как более повышенная вязкость продукта затрудняет его циркуляцию. Если в аппаратах с выносной поверхностью нагрева между испарителем и нагревателем установить насос для побудительного движения жидкости, то возможно достигнуть концентрации 30% сухих веществ и даже выше. Обогревать аппараты можно паром (100-105°) при температуре кипения массы 75-85°, тогда соковый пар при этой температуре можно использовать на обогрев второго аппарата, в котором кипение жидкости проводить при температуре 50-55° за счет созданного в аппарате разрежения. На этом принципе организуется двухкорпусная система концентратов. На многих действующих выпарных томатных станциях уваривание продукта с 18-20 до 30% и более сухих веществ происходит в двутельных вакуум-аппаратах с мешалками различных конструкций.
Рис. 71. Схемы трубчатого концентратора и концентратора с выносной поверхностью нагрева: А - зона нагревания; Б - зона испарения.
В зарубежных странах появились новые типы выпарных установок, которые преследуют по своим конструктивным и эксплуатационным особенностям проведение в кратчайшее время процесса выпаривания, снижения температуры выпаривания и увеличение вакуума.