果蔬汁的澄清

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第335页（3873字）

在用浸提法提取果蔬汁时，根据提取的工艺和方法，在浸汁中总会含有多少不等的悬浮物质，包括碎果肉、果皮碎屑或其他杂质，其主要成分是纤维素、半纤维素。与果汁相比，果肉浆中含有更多的氧化酶和果胶酯酶，这些悬浮物质不仅影响汁的感官和风味，而且成分之间往往相互反应，有些还发生氧化反应，使汁的质量发生变化，因此，汁中的悬浮物质和其他杂质必须加以清除，才能获得澄清果蔬汁。用浸提法获得的浸汁内含分散和悬浮的粗大颗粒或其他杂质，在澄清以前必须经过粗滤。粗滤一般采用筛滤方法，主要用不锈钢制造的平筛、回转筛或振动筛，筛网以32～60目(0．50～0．25mm)为宜。小规模生产可用滤布或筛网粗滤。

另一方面，用压榨法和用螺旋沉降离心机提取的汁，虽然提汁的同时已经过滤或离心分离，但与经过初滤的浸提汁一样，汁中还含有微小的悬浮物质和胶体物质。胶体物质包括果胶、多糖、蛋白质等。这些亲水性胶体带有电荷，在条件发生变化时，由于电荷中和、加热、与酸作用或脱水时，都会引起胶体凝聚沉淀。在清汁生产过程中如果不经脱胶，或汁中的果胶未能充分降解，都有可能导致浓缩汁发生浑浊。鉴于以上原因，澄清、净化就成为果蔬汁生产中的关键工序。澄清、净化包括离心分离、澄清和过滤三种方法。果蔬清汁和浑汁的澄清净化程度是不一样的，应区别情况加以选择。

(一)离心分离

离心分离是利用离心力将悬浮液中的固体颗粒与汁液分离的，主要目的是去除果蔬汁中的粗糙悬浮颗粒、淀渣和部分果肉等微小固体颗粒。传统的果汁加工方法需要经过两次离心分离，一次离心分离是在巴氏杀菌和提香前，主要是去除粗大颗粒，防止加热时在换热器表面结焦，影响传热。二次离心分离是在酶反应后，用于去除酶反应时产生的絮凝物或从果汁沉淀物中回收果汁。对于果肉型饮料，通过离心分离可以去除部分果肉，以调节饮料中的果肉(不溶性固形物)含量。

分离果蔬汁微小固体颗粒最常用的是蝶式离心机，离心机关键部分是转鼓，转鼓内部有50～150片直径0．2～0．6mm的蝶片，蝶片按一定间距(0．5～1．2mm)叠加成蝶片组，转鼓一般以4700～8500r／min的转速旋转。在离心力场作用下，由于离心沉降速度的不同，汁液中的固液两相被分离。

根据斯托克(Stokes)定律，离心分离时固体颗粒的离心分离速度为：

式中 v——离心分离速度，cm／s

a——离心加速度，a=ω²R=(2πn)²R，cm／s²

d₁——颗粒密度，g／cm³

d₂——汁液密度，g／cm³

η——汁液黏度，Pa·s

r——颗粒半径，cm

n——转鼓转速，r／s

R——旋转半径，cm

由公式可见，离心分离速度与转鼓半径(或蝶片外半径)(R)、转鼓转速(n)、固体颗粒半径(r)及温度(密度)有关。

离心加速度与重力加速度之比值，或离心力与重力之比值称为分离因素，是离心分离机最重要的技术特性之一。分离因素f为：

分离因素越大，离心力越大，离心沉降的速度愈快，所能分离出的微粒也愈小。目前离心分离机的分离因素一般为6000～11000，能沉降分离的最小微粒尺寸一般不小于0．5μm。

按照排渣方式，蝶式离心分离机可分为停机排渣的保留固体式、连续运转的间歇自动排渣和连续运转的连续排渣等类型。人工排渣的蝶式离心机适用于含固量＜1%的果蔬汁，自动排渣时适用于含固量5%～6%的果蔬汁。果汁生产广泛使用的自动排渣式离心分离机是阀门型的，转鼓上有利用工作水压开闭的阀门。由继电器按照预先设定的时间控制，间歇排出堆积的固形物。分离的汁液由于加压排出，无需输送泵，不会混入空气，也可进行CIP清洗。

(二)澄清

果蔬汁中的果胶物质能很好保护胶体，对于果蔬浑汁和果蔬浆来说应尽量设法保留其中的原有果胶成分，使果蔬汁能保持稳定的浑浊度。可是果胶物质会使果蔬汁浑浊不清，并且还有保护其他物质的作用，阻碍果蔬汁的澄清，而且果胶与其他高分子物质由于分解或与金属离子结合及其他作用，在贮藏过程中会凝固沉淀，影响果蔬汁的质量和稳定性。另一方面，果胶增加了果蔬汁的黏度，影响果蔬汁的过滤。因此在生产果蔬清汁时必须脱除果胶。

果蔬汁常用的澄清方法见表2－1－40。除自然澄清法外都是果蔬清汁生产时才用的。果蔬清汁澄清应能达到以下目标：

表2－1－40 果蔬汁常用的澄清方法

①去除果蔬汁中的微细胶体颗粒，防止在成品果蔬清汁或浓缩清汁中出现浑浊或沉淀现象。

②用酶法脱除果胶，酒精试验应为阴性。

③用离心分离或酶法去除淀粉颗粒、防止在果蔬清汁中因淀粉而出现膨胀和结团现象，淀粉的碘试验应为阴性。

传统的果蔬清汁的澄清往往使用多种澄清剂，各种澄清剂组合使用的方法见表2－1－41。

表2－1－41 澄清剂组合使用的方法

目前普遍采用酶澄清法和超滤法，可以节省澄清剂。在用酶法澄清时，胶体微粒可以通过沉淀和过滤加以去除。果胶被分解后常与悬浮颗粒结成团簇，发生絮凝。影响絮凝的因素有：

①酶制剂用量、使用方法和反应温度；

②水果品种和成熟的情况；

③果汁中天然果胶的含量。

(三)过滤

水处理一节中已介绍过过滤，在果蔬汁生产中，果汁悬浮物常用离心机或过滤器分离。过滤是利用多孔性的过滤介质截留和吸附果蔬汁中的固体颗粒，从而使汁得到澄清，与重力沉降和离心分离不同的是，过滤操作可以将所有与汁液密度相同的固体物质从汁液中分离出来。过滤可分为表面过滤(机械)和内部过滤(吸附)。在过滤过程中，由过滤介质和被过滤介质截留的固体颗粒形成滤饼并成为过滤层，因此一个过滤过程实际包括机械和吸附两种作用。汁液从过滤层的毛细管通道中通过，固体颗粒不断被截留，因此过滤层的厚度不断增加，过滤时的阻力也随之增大。单位时间内每平方米过滤面积通过的果蔬汁量称为过滤速度。过滤速度与滤器的滤孔大小、过滤压力、果蔬汁黏度、汁中悬浮粒的密度和大小，以及汁的温度等有关。从直观上说，过滤速度与过滤层两边的压力差成正比，与汁的黏度、滤饼厚度和滤饼比阻力成反比，用公式表示：

式中 q——过滤速度，m³／(m²·s)

△p——压力差，MPa

r₀——滤饼比阻力，1／m²

h——滤饼厚度，m

μ——汁的黏度，N·s／m²

在过滤过程中，滤饼厚度，亦即过滤层的厚度不断增加，因此通过过滤层的果蔬汁流量不断减少。当汁液的毛细管通道逐渐变细直至被堵塞时，过滤时的操作压力已不能使汁液通过过滤层，这时过滤过程即行停止。

为了降低滤饼比阻力，提高过滤速度，可以添加电解质、絮凝剂、凝固剂，以及硅藻土等助滤剂。

果蔬汁过滤常用的过滤介质有不锈钢丝布、各种纤维布、纸板、硅藻土以及半透膜等。常用的过滤机有板框过滤机、膜充气式板框压榨机、硅藻土过滤机、薄板过滤机以及超滤装置等。硅藻土过滤和薄板过滤参见表2－1－42，硅藻土用量一般为果汁量的0．1%～0．5%。

表2－1－42 果蔬汁常用的过滤方法