predavanja prehrambeno inženjerstvo 20.12.2012..pdf

7/21/2019 PREDAVANJA Prehrambeno inženjerstvo 20.12.2012..pdf

http://slidepdf.com/reader/full/predavanja-prehrambeno-inzenjerstvo-20122012pdf 1/219

Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku

Prehrambeno tehnološki fakultet

Katedra za prehrambeno inženjerstvo

Prehrambeno inženjerstvo

Prof. dr. sc. Andrija Pozderović

Osijek, 2012.



DIPLOMSKI STUDIJ I godina studija Naziv kolegija: FI 111 Prehrambeno inženjerstvo

POGLAVLJA KOJA OBUHVAĆ

AJU KOLOKVIJII KOLOKVIJ

- Fizička svojstva hrane, reologija, Newtonov zakon, vrste fluida, tipovi isvojstva pojedinih nenewtonovskih tekućina, reološki parametri, reološkasvojstva pojedinih vrsta hrane, metode određivanja reoloških parametara.

- Termofizička svojstva hrane, fazni prijelazi, metode termičke analizeDTA, DSC.

- Postupci, uređaji i provedba pasterizacije namirnica nakon punjenja uambalažu, pasterizacija tekućih namirnica.

- Princip HTST metoda sterilizacije, uređaji i provedba.- Postupci i uređaji za termičku sterilizaciju namirnica nakon punjenja u

ambalažu.- Sterilizacija cjevovoda i cisterni, aseptično skladištenje tekućih namirnica

u cisternama.- Hlađenje u procesima, svrha i primjena. Konzerviranje hlađenjem i

skladištenje u hladnjačama. Princip kontrolirane atmosfere, tipovi iprimjena kontrolirane atmosfere.

- Postupci i uređaji za brzo smrzavanje hrane, skladištenje zamrznute

hrane, promjene tijekom skladištenja, promjene pri zamrzavanju iodmrzavanju.

II KOLOKVIJ - Postupci i uređaji za koncentriranje tekućih namirnica uparavanjem,

smrzavanjem.- Postupci i uređaji za dehidrataciju krutih namirnica.- Postupci i uređaji za dehidrataciju polutekućih itekućih namirnica.- Multifazni postupci dehidratacije tekućih I polutekućih namirnica.-

Dehidratacija namirnica liofilizacijom.- Membranski separacijski procesi, definicija specifičnih parametara, vrstemembrana i materijali za membrane, tipovi modula, cross-flowmembranski procesi, primjene u prehrambenoj industriji.

- Mehaničke separacije, krutih tvari, kruto-tekuće, kruto-plin.- Kemijski enzimski procesi u prehrambenoj industriji, hidrogenacija,

struktura i hidroliza škroba, struktura i hidroliza pektina, primjena uprehrambenoj industriji.

- Materijalne i energetske bilanse pojedinih procesa.

Predmetni nastavnik:Prof. dr. sc. Andrija Pozderović



1. REOLOŠKA SVOJSTVA HRANE I ODREĐIVANJEREOLOŠKKIH PARAMETARA

Reologija je znanstvena disciplina koja se bavi proučavanjem deformacija istrujanja odnosno tečenja nenewtonskih tekućina, te krutih granuliranih ipraškastih materijala. Ona ima primjenu u mnogim industrijama gdje se susrećutakvi sistemi, međutim od posebnog značenja je za prehrambenu industriju, zbogspecifičnih svojstava prehrambenih proizvoda i poluprerađevina.

Idealno materijal se može ponašati na 3. načina: elastično, plastično iviskozno. Prema tome tri osnovna reološka svojstva su: elastičnost, plastičnost i viskoznost.

ElastičnostIdealno elastično ponašanje postoji kada je sila naprezanja (ττττ) direktno

proporcionalna deformaciji (εεεε) koja nastaje kao rezultat djelovanja silenaprezanja.Ovaj odnos poznat je kao Hooke-ov zakon

ττττ = E* εεεε

E – modul elastičnosti ili Youngov modul

Tijelo je idealno elastično kada se deformacija pojavi trenutačno, a nakonprestanka djelovanja sile nema više ni deformacije. Od svih namirnica najvećuelastičnost nalazimo kod kruha i peciva. Ona je u ovom slučaju ovisna o starostikruha, fermentaciji, dodatcima i sl.

σ

ε Prikaz elastičnog ponašanja materijala



PlastičnostMaterijal je plastičan ako podliježe trajnoj deformaciji kada se postigne

određeni prag naprezanja. Pri maloj sili naprezanja nema deformacije. Kada sepostigne prag naprezanja (ττττ0) dolazi do deformacije koja se povećava (kod istog

naprezanja) sve dok ono traje. Kada prestane djelovanje sile naprezanja,materijal zadržava nastalu deformaciju.Plastična svojstva imaju maslac, sir i dr.

σo

ε Prikaz plastičnog ponašanja materijala

ViskoznostVećina tekućina imaju viskozna svojstva.Viskozitet je unutarnje trenje, koje nastaje uslijed relativnog gibanja susjednihslojeva tekućine ili plina. Idealno viskozno svojstvo se može objasnitipromatranjem ponašanja tekućine između dviju paralelnih ploha koje opisujeNewtonov zakon. Prema Newtonovom zakonu sila unutarnjeg trenja F, tj. silakoja se javlja između dva susjedna sloja tekućine koji se kreću različitimbrzinama upravno je proporcionalna relativnoj brzini gibanja u i veličinipovršine dodira A tih slojeva, a obrnuto je proporcionalna razmaku y izmeđuslojeva.

Sila F ovisi o svojstvima tekućine, a praktički ne ovisi o svojstvima tlaku. Slikadolje ilustrira ponašanje idealno viskozne tekućine.



y

u A

F

⋅

= µ

F – sila unutarnjeg trenja (N) A – površina dodira između slojeva, (m2)u – relativna brzina slojevay – rastojanje između slojevaµµµµ - koeficijent proporcionalnosti, dinamički viskozitet ili koeficijent viskoziteta,koji ovisi o prirodi tekućine, temperaturi i tlaku, (Pas) ili (Ns/m2)

Ako rastojanje y i brzina u nisu veliki, gradijent brzine kroz tekućinu izmeđuslojeva će biti pravac. Pa se može pisati da je:

−⋅=⇒

−⋅⋅=

dy

du

A

F

dy

du AF µ µ

τ = A

F

−⋅= dy

du µ τ

τ- napon smicanja ili tangencijsko naprezanje (N/m2)

dy

du D −= - brzina smicanja ili prirast brzine na jedinicu razmaka između slojeva

ili gradijent brzine (s-1)

D⋅=τ , D

τ µ =

Koeficijent viskoziteta µµµµ za konstantnu temperaturu i tlak je konstantan.



Tekućine za koje vrijedi navedeni zakon (Newton-ov zakon) nazivaju senewton-ovske tekućine. Za te tekućine funkcionalna ovisnost ττττ, -du/dy i µµµµ prikazana grafički je pravac koji prolazi kroz koordinatni početak (vidi sliku),nagib pravca je viskozitet tekućine.

NEWTON-OVSKE TEKUĆINE

τ µ 1 > µ 2 > µ 3

µ 1

µ 2

µ 3

D D⋅= µ

Prema slici vidi se da µµµµ 1 odgovara tekućini čiji je viskozitet najveći, pošto je zaistu brzinu smicanja potreban najveći napon smicanja dok µµµµ 3 odgovara tekućininižeg viskoziteta, a µµµµ 2 tekućini srednjeg viskoziteta.

NENEWTON-OVSKE TEKUĆINE

Tekućine koje se ne ponašaju po spomenutom Newtonovom zakonu (iako jeispunjen preduvjet da su temperatura i tlak konstantni) nazivaju se nenewton-ovske tekućine. Strujanje nenewton-ovskih tekućina naziva se plastično strujanje i bitno serazlikuje od strujanja newton-ovskih tekućina koje se naziva viskozno strujanje.Viskozitet newton-ovske tekućine kod određene temperature i tlaka je

konstantna veličina dok viskozitet nenewton-ovskih tekućina kod određenetemperature i tlaka nije stalna veličina, već se mijenja s promjenom brzine



smicanja (gradijenta brzine – du / dy), a kod nekih nenewton-ovskih tekućinaviskozitet ovisi osim o brzini smicanja još i o vremenu smicanja (gibanja) iobliku cijevi, odnosno kanala u kome se giba. Zbog toga ovisnost naponasmicanja ττττ o brzini smicanja D ( - du / dy) za nenewton-ovske tekućine nije

pravac koji počinje iz koordinatnog početka već krivulja različitog oblika zapojedine tipove ovih tekućina.

S obzirom na odnos napona smicanja, brzine smicanja, viskoziteta i vremenasmicanja nenewton-ovske tekućine se dijele na: -stacionarne;-nestacionarne i-maxwell-ove.

Stacionarne nenewton-ovske tekućine

To su tekućine kod kojih se ovisnost napona smicanja o brzini smicanja nemijenja s vremenom. Viskozitet stacionarnih tekućina se mijenja s promjenombrzine smicanja a ne mijenja se s vremenom smicanja (strujanja). Prema obliku funkcije ϕϕϕϕ (ττττ) = du / dy ove tekućine se dijele na: pseudoplastične,diletantne i plastične tekućine ( binghamovske i nebinghamovske).

Nestacionarne nenewton-ovske tekućine

To su tekućine kod kojih se napon smicanja t mijenja s brzinom smicanja ivremenom smicanja. Viskozitet nestacionarnih tekućina ovisi o brzini smicanja ivremenu smicanja (strujanja). Ovisno o utjecaju vremena gibanja nestacionarnetekućine se dijele na : tiksotropne i reopektične.

Maxwell-ovske tekućine

To su tekućine koje kod strujanja imaju napon smicanja ali kod prestankadjelovanja naprezanja uspostavljaju svoj oblik slično elastičnoj krutoj tvari.Tjestaste tvari i smole su maxwell-ovske tekućine. Kod stacionarnog strujanjamaxwell-ovskih tekućina vrijede jednadžbe za pseudoplastične tekućine.



STACIONARNE NENEWTON-OVSKE TEKUĆINE

NENEWTON-OVSKE TEKUĆINE

STACIONARNE NESTACIONARNE

Pseudoplastičnetekućine

Diletantnetekućine

Plastičnetekućine

Reopektičnetekućine

Tiksotropnetekućine

Bingham-ovskeplastične tekućine

Nebingham-ovskeplastične tekućine



PSEUDOPLASTIČNE TEKUĆINE

To su tekućine koje se dovode u gibanje kod proizvoljno malog naponasmicanja, ali povećanjem brzine smicanja dolazi do razrjeđenja uslijed smicanja

odnosno smanjuje se konzistencija i prividni viskozitet. Kao što je prikazano naslici krivulja ovisnosti napona smicanja ττττ i brzine smicanja D za ove tekućine jekonkavna prema dolje.

Za ove tekućine vrijedi izraz

n Dm ⋅=τ , 1<n

m (k) – koeficijent konzistencije (Pasn = Nsn /m2)n – indeks strujanja ili tečenjaKoeficijent konzistencije m se povećava s viskozitetom, a n varira od 0 do 1.Ako je n=1 tekućina je newton-ovska a m je tada koeficijent viskoziteta.

Grafička ovisnost napona smicanja ττττ i brzine smicanja D za pseudoplastične

tekućine.

DILETANTNE TEKUĆINE

To su tekućine koje se dovode u gibanje kod proizvoljno malog naponasmicanja, ali povećanjem brzine smicanja dolazi do povećanja prividnogviskoziteta i konzistencije.Za diletantne tekućine vrijedi izraz:

n Dm ⋅=τ , 1>n



Kao što je prikazano na slici krivulja ovisnosti napona smicanja ττττ i brzinesmicanja D za diletantne tekućine je konkavna prema gore.

Grafička ovisnost napona smicanja ττττ i brzine smicanja D za diletantne tekućine.

PLASTIČNE TEKUĆINE

To su tekućine kod kojih ne dolazi do strujanja odnosno tečenja dok se ne

postigne određeni granični napon smicanja tzv. prag naprezanja. Prije togatekućina se deformira odnosno promjeni oblik poput krute plastične tvari. Kada se postigne određeni granični napon smicanja odnosno prag naprezanja ττττo

tekućina će poteći. Po prestanku djelovanja smičnog naprezanja tekućina ćepoprimiti prvobitni oblik.

Prema krivulji tečenja nakon što se postigne prag naprezanja ττττo razlikuju se dvatipa plastičnog tečenja:

a. Binghamovsko ili idealno plastično tečenje

b. Nebinghamovsko ili neidealno kvaziplastično tečenje.

a. Binghamovske ili idealno plastične tekućine

Za ove tekućine je karakteristično da nakon što se postigne pragnaprezanja ττττo poprimaju viskozni karakter. Na dijagramu grafičkog odnosa ττττ i D nakon ττττo je pravac.



Idealno plastično ponašanje je definirao Bingham slijedećim izrazom:

0τ τ +⋅= Dm

ττττ- napon smicanjaD – brzina smicanjam – koeficijent konzistencijeττττ0 – prag naprezanja

Grafička ovisnost napona smicanja ττττ i brzinesmicanja D za binghamovske tekućine.

b. Nebinghamovske ili kvaziplastične tekućine

Za ove tekućine je karakteristično da nakon što se postigne pragnaprezanja ττττo poprimaju pseudoplastična ili diletantna svojstva.

Na dijagramu grafičkog odnosa ττττ i D nakon ττττo je krivulja konkavna prema dolje(pseudoplastična svojstva) ili konkavna prema dolje (diletantna svojstva).

Neidealna plastična svojstva (nebinghamovska) su definirali Herschel i Bulkleyslijedećim izrazom:

0τ τ +⋅= n Dm

ττττ- napon smicanjaD – brzina smicanjam – koeficijent konzistencijen – indeks tečenjaττττ0 – prag naprezanja

Grafička ovisnost napona smicanja ττττ i brzine

smicanja D za nebinghamovske tekućine.



Prag naprezanja ili granična vrijednost napona smicanja ττττo Kod plastičnih tekućina prag naprezanja ili granična vrijednost napona

smicanja ττττo javlja se zbog djelovanja između molekula tih sustava ili zbogmeđusobnog povezivanja koloidnih krutih čestica unutar tih sustava.

Međusobno povezivanje koloidnih (krutih) čestica ovisi o disperznom sredstvu io svojstvima čestica te njihovoj koncentraciji, a uzrokovano je Van derWaalsovim i drugim silama.Tek kada se savladaju (raskinu) te sile dolazi do tečenja, to se dogodi kada sepostigne prag naprezanja odnosno granična vrijednost napona smicanja ττττo .



Reološka svojstva tijesta

Sirovine za pripremu tijesta: -Brašno

-Voda-Sol-Kvasac

Za vrijeme miješanja razvijaju se sljedeća reološka svojstva tijesta:-Pokretljivost-Tečnost-Otpornost na rastezanje

Nakon optimalnog vremena miješanja tijesto je glatko i nije ljepljivo

- Kod produljenog miješanja tijesto postaje ljepljivo, gubi elastičnost, rasterastezljivost.-Povećanje rastezljivosti kod produljenog miješanja objašnjava sereorijentacijom proteina uz oslobađanje vode.

Instrumenti za određivanje reoloških svojstava tijesta:- Brabenderov farinograf- Brabenderov ekstenzograf- Brabenderov amilograf

Brabenderov farinogram

Brabenderov farinogram daje informacije o:-Optimalnom vremenu miješanja (vrijeme nastajanja tijesta)-Stabilnosti tijesta-Farinografskoj apsorpciji vodeFarinografska apsorpcija vode je količina vode koja je potrebna tijestu zapostizanje standardne konzistencije od 500 farinografskih jedinica (BU)

Farinogram koji pokazuje uobičajene parametre mjerenja



Brabenderov ekstenzograf Brabenderovim ekstenzografom se određuje:-Otpor tijesta prema deformaciji-Rastezljivost

-Energija potrebna za rezanje tijesta

Ekstenzogram koji pokazuje uobičajene parametre mjerenja



2. TERMOFIZIČKA SVOJSTVA HRANE

Termofizička svojstva su ona fizička svojstva materijala koja se mijenjaju s

promjenom temperature. Ovise o kemijskom sastavu i strukturi materijala.

Namirnice se dijele u tri grupe:

1. Namirnice homogene strukture koju čini jedna faza sastavljena od različitihsastojaka (proteini, ugljikohidrati, masti, vlakna, voda).

2. Namirnice koje imaju čvrstu strukturu unutar koje je prisutna disperzna faza uobliku plina ili kapljevine (zrak ili voda). Namirnice porozne strukture,

suspenzije i praškaste namirnice.

3. Sve vrste konzervirane i pakirane hrane, gotova hrana proizvedena iz višerazličitih namirnica.

Termofizička svojstva hrane ovise o:-Temperaturi-Udjelu pojedinih sastojaka, naročito vode-Poroznosti strukture

Temperature faznih promjenaFazne promjene su promjene stanja nekog materijala. Fazne promjene sedogađaju kod određenih temperatura, te temperature su karakterističnitermofizički parametri svake namirnice.

Fazne promjene kod niskih temperatura su: -Skrućivanje (smrzavanje)-Taljenje (odmrzavanje)-Staklasti prijelaz

-Predtaljenje-Iruptivna rekristalizacija (devitrifikacija)

Temperature kod kojih dolazi do ovih faznih promjena ovise o:-vrsti namirnice i njezinom kemijskom sastavu-udjelu vode-udjelu suhe tvari.



Poznavanje temperature smrzavanja namirnice važno je za:-Određivanje rashladnog učina za smrzavanje i skladištenje-Određivane uvjeta smrzavanja-Izbora postupaka odnosno uređaja za smrzavanje

-Vođenje procesa smrzavanja namirnica.-Poznavanje temperatura odmrzavanja namirnica važno je za :-određivanje uvjeta skladištenja-određivanje uvjeta manipulacije-određivanje uvjeta transporta smrznute namirnice.

Temperatura smrzavanja

Kod smrzavanja namirnica postoje dvije temperature:

1.Temperatura smrzavanja (Ts) je početna temperatura smrzavanja kod kojepočinje stvaranje kristala leda. Temperatura smrzavanja je karakterističnosvojstvo svakog materijala i ne ovisi o uvjetima smrzavanja.

2.Temperatura završetka smrzavanja (Tms) je temperatura kod koje proceskristalizacije završava, odnosno kod koje je sva prisutna voda u obliku leda. To

je temperatura vrha krivulje smrzavanja koja je promjenjiva i ovisi o brzinismrzavanja.

Temperatura smrzavanja se može odrediti:

1.Eksperimentalno s pomoću dvije metode-Diferencijalna termička analiza DTA-Diferencijalna motridbena kalorimetrija DSC

2. Računskim putem uz pomoć matematičkih modela



Temperatura odmrzavanja

Temperaturu odmrzavanja odnosno taljenja hrane nije moguće izračunati spomoću matematičkih modela već se može odrediti eksperimentalno s pomoću

DTA.

Fazni prijelazi kod niskih temperatura

Kod niskih temperatura osim faznih promjena kristalizacije i taljenja postoje isljedeći fazni prijelazi:-Staklasti prijelaz-Iruptivna kristalizacija-PredtaljenjeJavljaju se u tekućim i polutekućim sustavima većeg udjela suhe tvari.

Određivanje faznih prijelaza

-DTA (diferencijalnom termičkom analizom)-DSC (diferencijalnom motridbenom kalorimetrijom)-DMTA – određivanje staklastog prijelaza (dinamičkom mehaničko-termičkomanalizom)

Staklasti prijelaz (G)

Karakterističan je za materijale s udjelom suhe tvari većim od 65 % koji kodsmrzavanja ne kristaliziraju.Staklasti prijelaz je prijelaz pothlađene otopine u amorfnu masu.Temperature staklastog prijelaza su niže od – 40°C.

Iruptivna rekristalizacija (IR) Iruptivna rekristalizacija javlja se u sustavima sa 60 do 70% suhe tvari tijekomzagrijavanja prethodno ohlađenog–smrznutog materijala.Tijekom hlađenja–smrzavanja ovih sustava ne dolazi do kristalizacije iako su

prisutni centri kristalizacije.Iruptivna rekristalizacija se javlja kod zagrijavanja ohlađenog–smrznutogmaterijala kada prisutna slobodna voda kristalizira uz oslobađanje topline(egzotermna reakcija).Temperatura kod koje započinje kristalizacija slobodne vode se kreće od – 80°Cdo – 30°C.Ukoliko se proces hlađenje / grijanje ponovi egzotermni pik kod DTA i DSCkrivulje nestaje.



Predtaljenje (AM) Javlja se tijekom zagrijavanja smrznutog materijala ako se u fazi hlađenja –smrzavanja postigne dovoljno niska temperatura da izazove skrućivanje vezanevode.

To je rekristalizacija vezane vode tijekom zagrijavanja prethodno skrutnute uamorfnu masu.Na DTA i DSC krivulji javi se kao mali egzotermni pik prije pojaveendotermnog pika.

Diferencijalna termička analiza (DTA)

DTA je metoda kojom se mjeri razlika temperature između ispitivanogmaterijala i termički inertnog referentnog materijala kod hlađenja ili

zagrijavanja konstantnom brzinom u određenom temperaturnom intervalu.Inertni referentni materijal je bezvodni kvarcni pijesak.Crta se grafička ovisnost ∆∆∆∆T/T∆∆∆∆T – razlika temperature između uzorka i referentnog materijalaT - temperatura

Ako je ispitivani uzorak termički aktivan krivulja uzorka u koordinatnomsustavu ∆T – T ima jedan ili više pikova. Pikovi se pojavljuju zbog promjene entalpije uslijed odvijanja nekog procesa u

uzorku.Ti procesi su:-Kristalizacija-Taljenje-Isparavanje-Kemijske reakcije.

Instrumenti za DTA

Instrumenti za DTA se sastoje od:

-Posudica za uzorak-Posudica za referentni uzorak (pijesak)-Električna peć za zagrijavanje-Posuda za hlađenje sa tekućim dušikom ili tekućim CO2

-Programator za linearno povišenje ili sniženje temperature-Termootpornički platinski termometar Pt-100-Pisač za crtanje krivulje ovisnosti DT/T



Fazni prijelazi pri niskim temperaturama (a-staklasti prijelaz, b-iruptivnarekristalizacija, c-predtaljenje)

Kada se u uzorku ne zbiva nikakva fazna promjena pisač crta ravnu nultu liniju.

- Kod endotermne fazne promjene (taljenje, isparavanje) pisač crta endotermnipik.

- Kod egzotermne fazne promjene (kristalizacija) pisač crta egzotermni pik.



Shematski prikaz DTA krivulje

Na gornjoj slici razlikuju se sljedeći dijelovi:-Bazna linija AB i DE – ne odvija se nikakva fazna promjena-Nulta linija ∆∆∆∆T = 0-B početak fazne promjene-Vrh pika C – završetak fazne promjene-Površina pika – toplina fazne promjene

Temperatura smrzavanja

Temperatura smrzavanja određuje se s pomoću DTA. Na DTA krivuljidobivenoj tijekom hlađenja prvo primjetno odvajanje krivulje od bazne linije jetemperatura smrzavanja uzorka.

Temperatura odmrzavanja

Određuje se iz DTA krivulje taljenja koja se dobije tijekom zagrijavanja uzorka ireferentnog materijala (pijesak).



DTA krivulje taljenja nekih juha

Diferencijalna motridbena kalorimetrija DSC

DSC je metoda kojom se mjeri količina topline koju je potrebno dovesti iliodvesti uzorku da bi tijekom hlađenja ili grijanja temperaturna razlika izmeđuuzorka i referentnog materijala bila jednaka 0.

DSC termogram taljenja

Na apscisi (x) se nanose podatci za temperaturu ili vrijeme hlađenja ili grijanja. Na ordinatu (y) se nanosi toplina potrebna za održavanje jednake temperature uuzorku i referentnom materijalu.



Površina dobivenog pika na termogramu proporcionalna je toplini koja seapsorbira ili oslobađa tijekom procesa grijanja ili hlađenja.

Iz dobivenih podataka moguće je izračunati entalpiju i specifični toplinski

kapacitet uzorka.Kod egzotermnog procesa (kristalizacija) oslobađa se latentna toplina, pa setemperatura uzorka sporije snižava.

Kod endotermnih procesa (taljenje leda, isparavanje) tijekom zagrijavanjauzorka treba dovoditi dodatnu toplinu da bi ∆T=0.



3. POSTUPCI I UREĐAJI ZA PROVEDBU TERMIČKEPASTERIZACIJE I STERILIZACIJE NAMIRNICA

Postupci provedbe termičke Pasterizacije i Sterilizacije:

-Prije punjenja i zatvaranja u ambalažu-Nakon punjenja i zatvaranja u ambalažu-Kombinirano - djelomično prije i djelomično poslije punjenja u ambalažu

3.1. Postupci i uređaji za provedbu termičke Pasterizacijenamirnica

Termička pasterizacija je postupak konzerviranja namirnica na temperaturamado 100°C. Pasterizacija prije punjenja u ambalažu provodi se za tekuće i polutekućenamirnice.Pasterizacija nakon punjenja u ambalažu provodi se za krute, polutekućeviskozne namirnice ali i za tekuće namirnice.

Pasterizacija namirnice nakon punjenja u ambalažu: -Najjednostavniji uređaj je vodena kupelj koja se zagrijava direktno ili

indirektno vodenom parom, koristi se za manje kapacitete-Tunelski pasterizatori - kontinuirani uređaji, pasterizacija se provodi nakonpunjenja namirnica u staklenke, staklene boce, limenke ili tzv. fleksibilnuambalažu izrađenu od laminata (hipo pakovanje, brick pakovanje)-Pasterizacija se provodi sa toplom vodom ili upuštanjem zasićene vodene pareu tunel

Tunelski pasterizator: -Kućište pasterizatora-Beskonačna transportna traka od žičanog pletiva ili plastičnih dijelova. Natraku se postavlja ambalaža sa proizvodom.-Rezervoari za zagrijavanje vode-Rezervoari za hladnu vodu-Pumpe za cirkulaciju vode-Cjevovod i dizne za rasprskavanje vode



-Sekcije pasterizatora

1.Prvo predgrijanje2.Drugo predgrijanje3.Pasterizacija

4.Predhlađenje5.Hlađenje6.Ispiranje



Pasterizacija namirnica prije punjenja u ambalažu

Tekuće i polutekuće namirnice se zagrijavaju u izmjenjivačima topline, sterilnimcjevovodom odvode na punjenje i pune u sterilnu ambalažu u aseptičnimuvjetima, slično kao kod HTST metoda sterilizacije.

Izmjenjivači topline za pasterizaciju tekućih i polutekućih namirnica

1.Pločasti izmjenjivači2.Cijevni izmjenjivači3.Izmjenjivači sa brišućom površinomZagrijavanje se provodi toplom vodom ili zasićenom vodenom parom natemperature 80 – 98 °C.

Pločasti cijevni izmjenjivači se koriste kod pasterizacije tekućih namirnica.

Pločasti izmjenjivači imaju sekcije za predgrijavanje, pasterizaciju i hlađenjeproizvoda.U sekciji za predgrijavanje vrši se rekuperacija topline, ulazna hladna namirnicase zagrijava pasteriziranom namirnicom koja se hladi.U sekciji za hlađenje djelomično ohlađena pasterizirana namirnica se dalje hladirashladnom vodom.



Izmjenjivači sa brišućom površinom za pasterizaciju polutekućih viskoznihnamirnica. Izmjenjivači topline sa brišućom površinom najčešće se koriste kodkombiniranih postupaka pasterizacije za djelomičnu pasterizaciju prije punjenja

namirnica u ambalažu.Konstrukcija izmjenjivača sa brišućom površinom:-Cilindrično kućište sa dvostrukim stjenkama-Rotaciono vratilo sa lopaticama za brisanje unutarnje površine izmjenjivača, zamiješanje i transport proizvoda kroz izmjenjivač -Elektromotor za pokretanje vratila-Armatura za dovod vodene pare u dvostruke stjenke izmjenjivača-Odvod kondenzata iz izmjenjivača



3.2. Postupci i uređaji za provedbu termičke Sterilizacijenamirnica

Termička sterilizacija namirnica je postupak konzerviranja namirnica na

temperaturama iznad 100°C.

Sterilizacija namirnice prije punjenja u ambalažu provodi se za tekuće ipolutekuće namirnice.

Sterilizacija namirnice nakon punjenja u ambalažu provodi se za krute,polutekuće viskozne namirnice ali i za tekuće namirnice.

Sterilizacija namirnica prije punjenja u ambalažu, HTST metodesterilizacije

-Provodi se kod tekućih i polutekućih namirnica HTST metodama sterilizacije-Namirnica se mora brzo zagrijavati na temperaturu sterilizacije i brzo ohladiti-Namirnica se zagrijava na temperature 120 °C i više-Sterilna i ohlađena namirnica se puni u sterilnu ambalažu u aseptičnim(sterilnim) uvjetima-Zagrijavanje namirnice se provodi u pločastim ili cijevnim izmjenjivačimatopline

-Pločasti izmjenjivači topline imaju sekcije za predgrijavanje, sterilizaciju ihlađenje

-U sekciji za predgrijavanje vrši se rekuperacija topline-Sterilna i ohlađena namirnica puni se u sterilnu ambalažu u aseptičnim(sterilnim) uvjetima u zatvorenim komorama za punjenje-U komorama za punjenje formira se sterilna ambalaža i vrši punjenje izatvaranje

-Aseptični (sterilni) uvjeti u komorama se ostvaruju:

1. HCF postupak – ubacivanjem suhozasićene vodene pare

2. Martinov postupak – ubacivanjem pregrijane vodene pare



Pločasti izmjenjivači topline: -Sastoji se od niza ploča sa nabranom površinom-Ploče se slažu jedna uz drugu i čine sendvič -Zbog nabrane površine ploča površina izmjene topline je velika

-Dihtanje između ploča postiže se gumenim brtvama-Sa jedne strane ploče struji ogrjevni ili rashladni medij, sa druge namirnica-Pločasti izmjenjivač je podijeljen u sekcije za predgrijavanje, sterilizaciju ihlađenje -Fleksibilan je, odabirom broja ploča proizvoljno se odabire kapacitet -Brza je izmjena topline zbog tankih stjenki i velike površine izmjene topline-Podjelom na sekcije moguća je rekuperacija topline i predgrijanje, sterilizacija ihlađenje u jednom izmjenjivaču topline



Cijevni izmjenjivači topline

Cijevni izmjenjivači topline mogu biti:-Sa jednom širokom cijevi sa ravnom ili nabranom površinom i dvostrukimstjenkama u kojima struji ogrjevni ili rashladni medij-Sa više cijevi (sa ravnom ili nabranom površinom) u široj cijevi kao kućištu



Sterilizacija namirnica nakon punjenja u ambalažu

Sterilizacija namirnica nakon punjenja u ambalažu provodi se u autoklavima.Sterilizacija u autoklavima može se provoditi:-U vodenoj kupelji pod tlakom, manja opasnost od stvaranja zračnih jastuka

-U vodenoj pari pod tlakom, moguće stvaranje zračnih jastuka, ali većaekonomičnost, manji utrošak topline.

Osnovni tipovi autoklava: 1.Normalni autoklav2.Tlačni autoklav3.Pretlačni autoklav

Normalni autoklav

-Radni tlak 1,50 bara

-Kapacitet 300 limenki od 1 kg.Konstrukcija:-Cilindrična posuda za rad pod tlakom sa poklopcem i vijcima-Armatura za dovod pare-Termometar-Manometar-Vod i ventil za odzračivanje-Sigurnosni ventil-Odvod kondenzata



Rad normalnog autoklava:-U djelomično vodom napunjeni autoklav stavlja se košara sa limenkama-Gornje limenke trebaju biti samo djelomično uronjene-Zatvori se poklopac i dotegnu vijci

-Otvori se dovod vodene pare, ventil za ispust zraka i ventil za odzračivanje parena poklopcu-Kada se istjera zrak iz autoklava zatvori se ventil za ispust zraka, ventil zaodzračivanje pare na poklopcu ostaje otvoren-Kada para istjera zrak kroz otvor i ventil na poklopcu zatvori se taj ventil-Nakon zatvaranja ventila za odzračivanje na poklopcu počinje vrijeme uspona

-Vrijeme uspona završava kada se postigne radni tlak i temperatura u autoklavu-Nakon završetka vremena uspona počinje vrijeme zadržavanja. Dovod pare seregulira tako da se održava stalni radni tlak, a time i temperatura u autoklavu.-Nakon završetka vremena zadržavanja zatvori se dovod pare, a otvori ventil zaodzračivanje na poklopcu.-Ventil za odzračivanje i ispust pare na poklopcu se postepeno otvara tako da setlak postepeno smanjuje da se spriječi naprezanje limenke i moguća bombažazbog previsokog unutarnjeg tlaka

-Vrijeme padanja je vrijeme tijekom smanjenja tlaka, ono je završeno kada setlak u autoklavu izjednači sa atmosferskim-Otvaranje poklopca i vađenje košare- Hlađenje limenki u vodi do temperature sadržaja limenke 35 – 40 °C

Sterilizacija u normalnom autoklavu se može provesti i sa vodenom parom. Utom slučaju se mora provesti dovoljno odzračivanje da ne ostanu zračni džepovi. Nedostatak normalnog autoklava je moguće naprezanje limenki i mogućabombaža zbog previsokog tlaka u limenci na kraju procesa.

Normalni autoklav s hlađenjem pod tlakom

Ovaj autoklav radi kao i Normalni autoklav samo se hlađenje provodi podtlakom.Tehnički opis autoklavaOsnovni dijelovi su:-Horizontalni kotao sa okvirom za košare-Poklopac kotla-Košare za limenke, staklenke i drugu ambalažu-Rezervoar za toplu vodu-Cjevovod sa armaturom za dovod vodene pare-Cjevovod sa armaturom za dovod hladne vode-Tlačni ventil



Osnovne karakteristike autoklava

-Sterilizacija se provodi u vodi-Zagrijavanje se provodi vodenom parom-Radni tlak je 1,5 bara

-Hlađenje se provodi sa hladnom vodom pod tlakom-Topla voda nakon sterilizacije se rekuperira daljnjom upotrebom-Nakon sterilizacije vruća voda se prebacuje u rezervoar za vruću vodu

Provedba sterilizacije

•Postave se košare sa ambalažom u autoklav.•Pusti se topla voda iz rezervoara za toplu vodu u autoklav.•Tlačni ventil koji radi na principu sigurnosnog ventila podesi se na radni tlak.•Otvori se dovod vodene pare.

•Provede se odzračivanje.•Vrijeme doziranja je do postizanja radnog tlaka i temperature. •Vrijeme zadržavanja počinje nakon postizanja radnog tlaka i temperature. •Nakon završetka vremena zadržavanja ne snižava se tlak već se provodihlađenje pod tlakom sa hladnom vodom.•Hladna voda se dovodi pod tlakom odozdo.•Otvara se tlačni ventil.•Topla voda se prebacuje u gornji rezervoar.•Kada se prebaci topla u rezervoar voda od hlađenja odlazi u kanal.•Kada su konzerve dovoljno ohlađene otpušta se tlak i hlađenje se nastavlja beztlaka.



Pretlačni autoklav

Kod većih pakovanja limenki i staklenki dolazi do naprezanja zbog razlike tlakau konzervi i u autoklavu, zbog toga može doći do deformacije i bombaže

limenki. Kod ovakvih pakovanja sterilizacija je sigurnija u pretlačnomautoklavu. Zbog višeg tlaka i temperature sterilizacija kod pretlačnog autoklava je brža i efikasnija.

Odnos tlaka i temperature: Temperatura Tlak100°C 1 - 1,3 bara110 °C 1,6 - 2 bara120 °C 2,2 - 2,5 bara

Tehnički opis pretlačnog autoklava

Osnovni dijelovi su:-horizontalni kotao s okvirom za košare-Poklopac kotla-Košare za limenke, staklenke i drugu ambalažu-Bojler (rezervoar) za zagrijavanje vode ako se sterilizacija provodi u vodi, akou pari onda nema bojler (rezervoar)-Cjevovod sa armaturom za dovod vodene pare za zagrijavanje-Dovod komprimiranog zraka ili pare na vrh autoklava-Cjevovod za dovođenje vode za hlađenje-Izmjenjivač topline za hlađenje sa rashladnom vodom



Osnovne karakteristike autoklava

-Sterilizacija se provodi najčešće u vodi, a može i u vodenoj pari-Kod sterilizacije u vodi zagrijavanje se provodi vodenom parom u bojleru-Radni tlak je 2,5 bara

-Radni tlak se postiže ubacivanjem komprimiranog zraka ili vodene pare na vrhautoklava-Ubacivanjem komprimiranog zraka omogućava se postizanje protutlaka u svimfazama procesa, pa i kod hlađenja što sprječava fizikalnu bombažu-Hlađenje se provodi hladnom vodom uz postizanje protutlaka ubacivanjemkomprimiranog zraka

Primjenom pretlačnog autoklava postiže se: •Ušteda na energiji i vremenu

•Viša temperatura sterilizacije, kraće vrijeme sterilizacije•Bolja kvaliteta proizvoda•Manja opasnost od fizikalne bombaže zbog velike razlike u tlaku.

Pokretanje konzervi i staklenki tijekom sterilizacije

Pokretanje limenki i staklenki postiže se rotacijom košara sa limenkama istaklenkama tijekom sterilizacije.Rotacijom limenki i staklenki postiže se miješanje sadržaja što pospješujeprijenos topline i povećava efikasnost zagrijavanja.



Kontinuirani autoklavi Za veće kapacitete se koriste kontinuirani autoklavi kod kojih se processterilizacije provodi kontinuirano u svim fazama.

FMC Sterilmatic uređajSastoji se od tri cilindrična horizontalna bubnja:•Predgrijača•Sterilizatora•Agregata za hlađenjeLimenke se kreću spiralno po površini bubnja u kontinuiranom toku.



Hidrostatski autoklav

-Sterilizacija se provodi u vodi i vodenoj pari-Vanjski protutlak se postiže hidrostatskim tlakom stupca vode proporcionalno

povećanju ili smanjenju tlaka u konzervi u svim fazama procesa-Hidrostatski autoklav je kontinuirani autoklav, namirnica se kroz autoklavtransportira s pomoću beskonačnog lančastog transportera-Hermetičnost i protutlak u komori za sterilizaciju postiže se vodom ihidrostatskim protutlakom stupca vode-Zbog velikih dimenzija ovog autoklava (velika visina zbog potrebnog stupcavode) kapacitet autoklava je velik (60 – 1200 pakovanja/min) -Temperatura sterilizacije je 110°C do 130°C, vrijeme sterilizacije od 10 do 120minuta ovisno o namirnici, veličini pakiranja i temperaturi.



Priprema hrane za termičku sterilizaciju

Opće operacije ovisno o vrsti hrane-Pranje

-Sortiranje-Kalibriranje-Vađenje kostiju-Odkoštičavanje-Guljenje-Rezanje-Sitnjenje-Blanširanje-Pasiranje

Specifične operacije

-Ekshaustiranje-Vakuumiranje-Deaeracija-Obrada parom



Blanširanje

Kratkotrajno termičko tretiranje koje se provodi zbog:-Inaktivacija enzima koji kataliziraju degradativne biokemijske reakcije

-Redukcija broja mikroorganizama-Omekšavanje tkiva-Deaeracija, istjerivanje zraka-Uklanjanje nosioca nepoželjnog mirisa

Provedba blanširanja

Blanširanje se provodi:-u blanšerima u vodi ili otopinama soli ili šećera-U blanšerima u struji zasićene vodene pare

-U cijevnim izmjenjivačima i izmjenjivačima sa brišućom površinomBlanširanje se provodi na temperaturama od 80°C do 95°C kroz vrijeme odnekoliko minuta što ovisi o veličini komada namirnice, vrsti namirnice i oblikunamirnice (komadići, kolutići, kockice, ploške, usitnjena namirnica).



Specifične operacije se koriste za uklanjanje zraka iz namirnice ili konzerve ilistaklenke.

Ekshaustiranje

To je postupak kojim se napunjene limenke prije zatvaranja zagrijavajuprovođenjem kroz vodenu kupelj.

VakuumiranjeVakuumiranje konzervi je postupak kojim se konzerve prije zatvaranja uvode uvakuumske komore u kojima se na izlažu vakuumu zbog izdvajanja zraka. Uistim komorama se i zatvaraju.

Deaeracija

Deaeracija je postupak uklanjanja zraka iz namirnica kojim se tekuće ipolutekuće namirnice raspršuju preko dizni u komorama sa sniženim tlakom.

Obrada paromObrada parom je uklanjanje zraka iz grla staklenke ili limenke ubrizgavanjemvodene pare ispod poklopca pri zatvaranju.

Skladištenje pasteriziranih i steriliziranih tekućih i polutekućihnamirnica u cisternama

Tekuće i polutekuće namirnice namijenjene za daljnju preradu ili prodaju nakonpasterizacije ili sterilizacije skladište se u cisternama.Za tu namjenu koriste se skladišta cisterni koja se hlade na određenutemperaturu od 10 °C do 5°C.Cisterne se izrađene od inoxa, mogu biti postavljene horizontalno ili vertikalno.Cisterne su spojene cjevovodom za dovod i odvod namirnica.Cjevovod i cisterne prije skladištenja namirnice moraju biti oprane isterilizirane.



Sterilizacija cisterni i cjevovoda

Sterilizirati se moraju cisterne i cjevovod u skladištima i cisterne i cjevovodprijevoznim sredstvima (kamioni, bodovi, vagoni).

Postupak-Cisterne i cjevovodi se moraju prethodno oprati odgovarajućim detergentom itoplom vodom-Zatim isprati cisternu i cjevovod čistom vodom i potom sterilizirati s vodenomparom-Na cisterni i cjevovodu se zatvore svi ventili-Vodena para se pušta u cjevovod i cisternu-Vodena para se uvodi u cisternu i cjevovod sve dotle dok temperaturakondenzata koji izlazi na dnu cisterne ne bude preko 100°C

-Nakon toga zatvori se ventili na odvodu kondenzata i zatvori se dovod vodenepare-Cisterne i cjevovod se hlade, hlađenjem se kondenzira vodena para zbog čeganastaje podtlak. Da ne bi nastao podtlak u cisternama i cjevovodu u cisterne icjevovod se ubacuje sterlini zrak. Zrak se iz kompresora filtrira na Ek filteru ipušta u cisterne i cjevovod.U cisternama i cjevovodu ne smije nastati podtlak jer bi na mjestimanedovoljnog brtvljenja moglo doći do usisavanja vanjskog zraka koji nijesterilan koji bi kontaminirao cisterne i cjevovod ili bi zbog nastalog podtlaka

(vakuuma) moglo doći do implozije cisterni.-Nakon hlađenje cisterna i cjevovod se ostave hermetički zatvoreni pod malimpretlakom sterlinog zraka-Tako pripremljena cisterna i cjevovod su spremni za prihvat sterilne tekućenamirnice



Kvarenje namirnica konzerviranih termičkom sterilizacijom

Uzrok mikrobiološkog kvarenja steriliziranih namirnica može biti:-Zbog neadekvatne i nedovoljne sterilizacije-Zbog lošeg dihtanja poklopca ili dvostrukog šava limenki.Mikrobiološko kvarenje namirnica može uzrokovati stvaranje plinova nastalih umetabolizmu mikroorganizama.Neki mikroorganizmi kvare konzerve bez razvijanja plinova samo povećavajukiselost.

Nastajanjem plinova u konzervi dolazi do deformacije konzerve odnosnobombaže.

Bombaža može biti:

-Fizikalna bombaža-Kemijska bombaža-Mikrobiološka bombaža



Fizikalna bombaža nastaje oslobađanjem plinova prisutnih u hrani prijezatvaranja ili povećanjem volumena bubrenjem ili smrzavanjem.

Kemijska bombaža nastaje razvijanjem plinova kemijskim reakcijama na

primjer između nedovoljno ili loše verniranog lima i kiselog sadržaja konzerve(nastaje H2)

Mikrobiološka bombaža nastaje mikrobiološkim kvarenjem namirnica nakonsterilizacije . Plinove razvijaju mikroorganizmi metabolizmom. Mikrobiološka bombaža uzrokovana jednom vrstom mikroorganizma je zbognedovoljne sterilizacije.Mikrobiološka bombaža uzrokovana miješanom mikroflorom (više vrstamikroorganizama) je nastala zbog nedovoljne hermetičnosti ambalaže.

Najčešći plin nastao mikrobiološkom bombažom je CO2, a kemijskombombažom H2.

Dokazivanje uzroka kvarenja može se provesti dokazivanjem vrste plina. Prisustvo CO2 se dokazuje hvatanjem plina iz konzerve i uvođenjem u otopinuBa(OH)2 pri čemu nastaje zamućenje uslijed nastajanja BaCO3.Prisustvo vodika u konzervi se dokazuje hvatanjem plina iz konzerve u epruvetupod vodom i potom prinošenje otvora epruvete plamenu pri čemu nastaje prasakako je prisutan H2.



4. HLAĐENJE U PROCESIMA PREHRAMBENE INDUSTRIJESVRHA, PRIMJENA I PROVEDBA

U Prehrambenoj industriji hlađenje sirovina, poluproizvoda i proizvoda uprocesima proizvodnje i prerade se provodi iz sljedećih razloga:

1. Konzerviranje hlađenjem gotovih proizvoda, poluproizvoda i sirovina-Skladištenje u rashladnim komorama hladnjače-Skladištenje (čuvanje) u cisternama u hlađenim skladištima cisterni

2. Hlađenje tekućih sirovina i poluproizvoda u procesima proizvodnje zbogsprječavanja odnosno usporavanja mikrobioloških, kemijskih i

biokemijskih promjena Primjer: Hlađenje mlijeka, mošta, voćnih sokova, piva i drugih tekućina u

procesu proizvodnje

3. Odležavanje kod niskih temperatura u procesu proizvodnje zbogpostizanja određene kakvoće proizvodaPrimjer: Odležavanje i dozrijevanje kod niskih temperatura vina, piva i sirevaradi postizanja određene kakvoće

4. Hlađenje (kondicioniranje) sirovina, poluproizvoda i proizvoda radipostizanja određenog okusa i kakvoće

Primjer: Postmortalni procesi i zrenje mesa nakon klanja.Hlađenje krumpira i kestena radi postizanja određene kakvoće za preradu.

4.1. Hlađenje tekućih i polutekućih namirnica, poluproizvoda isirovina

Tekuće i polutekuće namirnice se hlade u izmjenjivačima topline sa rashladnimmedijem.

Izmjenjivači topline mogu biti:-Pločasti izmjenjivači topline-Cijevni izmjenjivači topline-izmjenjivači topline uronjeni u cisterne-Cisterne sa dvostrukim stjenkama za hlađenje (duplikatori)



Hlađenje tekućih i polutekućih namirnica u izmjenjivačima topline najčešćese hladi indirektno sa hladnom vodom ili nekom otopinom najčešće otopinometilenglikola. Hladna voda (ledena voda) se koristi za temperature do 0 °C, a za temperature

niže od 0 °C koristi se etilenglikol.Voda ili etilenglikol se hlade u zatvorenom sustavu rashladnim uređajem.Cirkulacijom se provode kroz izmjenjivač topline.

4.2. Konzerviranje hlađenjem i skladištenje u hladnjačama

Krute namirnice se ohlade u rashladnim komorama većeg rashladnog učina natemperaturu skladištenja (predhlađenje) i skladište u rashladnim komorama

hladnjače.Tekuće i polutekuće namirnice se ohlade u izmjenjivačima topline natemperaturu skladištenja i skladište u sterilnim cisternama koje se nalaze uhlađenom prostoru.

Postupci hlađenja krutih namirnica

Krute namirnice se mogu hladiti sljedećim postupcima:-Hlađenje u struji hladnog zraka-Hlađenje suhim ledom – kruti CO

2-Hlađenje mokrim ledom (H2O)-Prskanjem ili uranjanjem u hladnu vodu

Hlađenje krutih namirnica najčešće se provodi u struji hladnog zraka urashladnim komorama hladnjače.

Brzo ohlađivanje namirnica na temperaturu skladištenja se provodipredhlađenjem u komorama većeg rashladnog učina. Tako ohlađena namirnica

se unosi u rashladnu komoru hladnjače u kojoj se skladišti.

Krute namirnice se mogu skladištiti u hladnjačama na sljedeći način: -u rinfuzi u velikim box paletama-Pakirane u manju ambalažu, gajbe ili kartonske kutije poslagane na palete.

Namirnice koje se skladište u box paletama se prije otpreme na tržište probiru ipakiraju u manju ambalažu pogodnu za tržište.



Za uspješno konzerviranje namirnica hlađenjem potreban je rashladnilanac.

Proizvodna Hladnjača Hladnjača i hladnjak Hladnjača potrošača

hladnjača veletržnice trgovine ili tržnice

4.3. Primjena kontrolirane atmosfere

Kontrolirana i modificirana atmosfera (CA i MA) se postiže promjenomkoncentracije plinova u zraku i to:

-Sniženjem koncentracije kisika u zraku od 21 % na 3 %-Povećanjem koncentracije CO2 na 2 – 5 %

Modificirana atmosfera (MA) je atmosfera koja nije u potpunosti kontrolirana. To je atmosfera koja se uspostavlja prirodnim putem (disanjem živih tkiva) iselektivnom difuzijom kod pakiranja u plastične folije.

Kontrolirana atmosfera (CA) je atmosfera u kojoj se sastav plinova kontrolirai održava u određenim granicama koncentracije s pomoću posebnih uređaja.

Primjenom CA i MA uz hlađenje kod skladištenja i pakiranja prehrambenihproizvoda postiže se: -Usporavaju se fiziološki procesi živih tkiva kao što su disanje i dozrijevanje-Usporava se kvarenje namirnica-Smanjuje se oštećenje pri manipulaciji-Smanjuje se mikrobna kontaminacija-Postiže se bolja kvaliteta-Postiže se veća trajnost proizvoda

Sniženjem koncentracije O2 kao reaktanta i povećanjem koncentracije CO2 kaoprodukta u zraku uz hlađenje dodatno se usporavaju procesi disanja idozrijevanja u živim tkivima kao što su plodovi voća i povrća. Usporavanjemtih procesa povećava se trajnost namirnice.



Prema udjelu tri osnovna plina u zraku O2, N2, CO2 postoje tri tipa CA:

CO2= 0-2%

N2 = 97 %



Karakteristike tipova CA

Tip I – atmosfera bogata O2 i obogaćena sa CO2

Tip II – atmosfera siromašna O2 i umjereno obogaćena sa CO2

Tip III – atmosfera niskog sadržaja O2 i vrlo siromašna sa CO2 (0 – 2 %)

Princip kontrolirane atmosfere

Ciklus respiracije i disanja u živim tkivima se odvija po sljedećoj biokemijskojreakciji:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2817 kJ/molglukoza

Brzina kemijske reakcije ovisi o:

1.TemperaturiSniženjem temperature (hlađenjem) usporavaju se sve kemijske i biokemijskereakcije.

2.Koncentraciji reaktanata i produkata,Upravo je proporcionalna koncentraciji reaktanata i obrnuto koncentracijiprodukata.-manja koncentracija reaktanata manja brzina reakcije i obrnuto-veća koncentracija produkata manja brzina reakcije i obrnuto

Postupci i uređaji za uspostavu CA

1.Biološkim putem2.Automatski plinski generatori3.Difuzijski izmjenjivači4.Fiziološka ambalaža



1.Biološkim putem-U zatvorenoj komori biološkim putem (respiracija) se troši kisik i takosmanjuje njegova koncentracija.-Višak CO2 se uklanja ventilacijom zraka i ispiranje zraka na skruberima koji

sadrže sredstva koja reverzibilno ili ireverzibilno vežu CO2.

2. Automatski plinski generatori-Rade na principu katalitičke oksidacije plina propana ili butana i takokontrolirano troše (smanjuju) koncentraciju O2.-Višak CO2 se uklanja ispiranjem zraka na skruberima na bazi aktivnog ugljenakoji se regeneriraju propuhivanjem sa zrakom.-Skruberima u kojima se CO2 adsorbira na zeolitima, K2CO3, NaOH ilietanolaminu (kemijski skruberi).

3. Difuzijski izmjenjivači -Rade na principu diferencijalne difuzije O2, N2 i CO2 kroz membranesilikonskih elastomera.-Uređaji se smještaju unutar komore ili izvana



4. Fiziološka ambalaža

-Ambalaža – omotači i vreće od plastičnih folija-Zbog diferencijalne difuzije plinova kroz foliju uspostavlja se atmosferakonstantnog sastava-Zbog potrošnje kisika smanjena je koncentracija O2, difuzijom O2 iz atmosfere

izvana održava se stalna smanjena koncentracija O2

-Zbog oslobađanja CO2 povećana je koncentracija CO2 , višak izlazi difuzijom iodržava se stalna koncentracija

Provedba-za manja pakiranja koriste se omotači od polietilena debljine 30 do 60 mikrona-za veća pakiranja koriste se vreće ili omotači većih dimenzija od polietilena sadifuzijskim oknima od silikonskih elastomera



Osim za voće i povrće CA obogaćena CO2 se koristi i za konzerviranje jaja imesa.

Komore za uspostavu CA

-Komore za CA osim što su hlađene moraju biti nepropusne za plinove-Nepropusnost se postiže oblaganjem unutarnje površine slojem materijalanepropusnih za plinove-Nepropusnost se postiže oblaganjem sa sljedećim materijalima:-Poliesterske smole-Poliamidske smole-Epoksi smole

Za izgradnju hladnjača i komora za CA koriste se sendvič ploče izrađene od: -profilirani pocinčani lim od aluminija ili pocinčani željezni lim – izvana

-Izolacijski sloj od ekspandiranog poliuretana-Sloj nepropustan za plinove sa kojim je obložen ekspandirani poliuretan saunutarnje strane

Konzerviranje u hipobaričkoj atmosferi

-Smanjena koncentracija O2 u atmosferi-Smanjen ukupni tlak 0,1 do 0,2 bara-Održavanje odgovarajuće relativne vlažnosti

Pored snižene koncentracije O2 sniženim tlakom se postiže kontinuiranoizdvajanje nekih hlapljivih plinova iz tkiva namirnice.

Plinovi koji se izdvajaju:•Etilen

•α- farnezan•Acetaldehid•Esteri octene kiselineIzdvajanjem navedenih plinova usporava se dozrijevanje kod voća (etilen) ili sesprječava štetno djelovanje (α- farnezan, acetaldehid, esteri octene kiseline).



Skladištenje u dinamičkoj atmosferi

Dinamička atmosfera se sastoji od prilagodbe sa sastavom atmosfere premafiziološkom stanju plodova voća kontinuirano tijekom skladištenja.

Dinamička atmosfera se primjenjuje kod skladištenja voća i povrća u CA ukomorama hladnjača i kod ubrzanog dozrijevanja. Kontrola atmosfere i korekcija se mora provoditi da ne dođe do anaerobnogdisanja i tvorbe etanola što dovodi do fiziološkog oštećenja plodova.Osim ujela O2 i CO2 kontrolira se i podešava udio etilena i relativna vlažnostzraka.

Za dinamičku atmosferu primjenjuju se rashladne komore sljedećihkarakteristika: -Optimalni kapacitet je 10 do 15 t-Optimalna visina komore hladnjače je 8,5 m-Održavanje temperature oko 0°C-Održavanje visoke relativne vlažnosti zraka-Uspostavljanje i održavanje odgovarajuće koncentracije O2, CO2 i etilena-Za održavanje sastava atmosfere koriste se generator dušika, praonik CO2 iuređaj za katalitičko sagorijevanje etilena-Površina isparivača treba biti najmanje 15 m2 za 10 t voća-Razlike između temperature isparavanja rashladnog sredstva u isparivaču itemperature u komori ne bi trebala biti veća od 3°C

-Miješanje zraka vrši se s pomoću ventilatora-Održavanje svih procesnih parametara provodi se pomoću računala.

Režimi i trajanje čuvanja jabuka



Pakiranje u modificiranoj atmosferi (MA)

Pakiranje u modificiranoj atmosferi je postupak u kojem se prehrambeniproizvod pakira u za plinove selektivno propusni materijal, to su najčešće

plastične folije.Uloga smjese plinova (MA) je:-Da smanji intenzitet disanja-Da se uspori rast mikroorganizama-Da se uspore enzimske reakcije

U MA se pakiraju: -Živa tkiva – plodovi voća i povrća ili dijelovi biljaka koji dišu-Proizvodi kod kojih nema respiracije kao što su meso, mesni proizvodi, riba,mliječni proizvodi, pekarski proizvodi, pripremljena i polupripremljena hrana-Za trajnost ovako pakiranih proizvoda važni su higijenski uvjeti zbog štomanjeg broja inicijalnih mikroorganizama

Princip rada uređaja za pakiranje u modificiranoj atmosferi

Uvjeti pakiranja u MA za neke nerespirirajuće prehrambene proizvode



Primjena CA i MA kod voća je povezana sa fiziološkim stanjem plodova, prijesvega sa dozrijevanjem i disanjem. Primjenom CA i MA disanje i dozrijevanje se usporavaju.

Fiziološki proces razvoja i dozrijevanja jabučastog voća:

Faze razvoja plodova:-Dioba stanice-Povećanje stanice-Predklimakterijski minimum – početak dozrijevanja, karakterističan po sintezietilena-Klimakterij – dozrijevanje (u prirodi traje 15 dana)-Klimakterijski maksimum – puna zrelost-Prezrijevanje ili senescencija

DIOBA

STANICE

POVEĆANJE STANICA KLIMAKTERIJ

ZRENJE DOZRIJEV. SENESCENCIJA

Relativnapromjena



Određivanje termina berbe

U nedozrelim plodovima jabučastog voća (jabuka, kruška, dunja) nalazi se škrobu cijelom plodu, nedozreli plodovi se nalaze u fazi prije predklimaktrijskog

minimuma i u predklimakterijskom minimumu. U predklimakterijskomminimumu plod postiže fiziološku zrelost, počinje sinteza etilena i počinjezrenje. Zrenjem se počinje razgrađivati škrob prelazeći u šećer. Razgradnjaškroba počinje oko sjemene lože i širi se prema periferiji ploda.Za konzerviranje jabučastog voća hlađenjem i u CA berbu plodova trebaprovesti na početku zrenja odnosno u fazi fiziološke zrelosti.Za određivanje stupnja zrelosti postoji više metoda, jedna od najjednostavnijihmetoda je test na škrob s otopinom joda i kalijevog jodida.

Test se provodi tako da se plod prereže popreko i uroni u otopinu joda. Udijelovima ploda u kojima još ima nerazgrađenog škroba će se obojiti plavo,ostali dijelovi neće biti obojeni (vidi sliku) kada je 70 do 75% površinepoprečnog presjeka ploda obojeno plavo plod je spreman za berbu (slika A), utim dijelovima ploda se još nalazi škrob, počelo je zrenje i plod se nalazi ufiziološkoj zrelosti, to je optimalni rok berbe. Kada je razgrađenog škroba višeod toga, prošao je optimalni termin berbe (slike B i C).Od predkilmakterijskog minimuma kada počinje zrenje i sinteza etilena doklimakterijskog maksimuma je zrenje ili dozrijevanje plodova. Ta faza traje uprirodi na stablu oko 15 dana. Tijekom te faze se razgrađuje škrob u šećer. Uklimakterijskom maksimumu škrob je potpuno razgrađen i postignuta je punazrelost. Ako se plod ubere u početnoj fazi zrenja (kako je naprijed opisano) iskladišti u hladnjači i u CA i Ma taj period zrenja se može znatno usporiti iprodužiti s 15 dana u prirodi na više mjeseci.



Ubrzano dozrijevanje voća

-Ubrzano dozrijevanje voća provodi se u atmosferi obogaćenoj O2 i na povišenojtemperaturi-Atmosfera je obogaćena O2 od 15 do 55 %

-Temperatura 16 – 24 °C-Relativna vlažnost zraka 95 – 98 %-Niska koncentracija CO2

-Povećana koncentracija etilenaEtilen

H2C CH2 C2H4

-Etilen je biljni hormon koji regulira zrenje voća

-Kod voća etilen nastaje u voću kada dostigne koncentraciju 0,1 ppm počinje

intenzivna sinteza etilena-Kada se postigne koncentracija od 1 ppm voće je pogodno za berbu-CO2 je inhibitor sinteze etilena do koncentracije 1 ppm, nakon toga gubi tosvojstvo

Ubrzano dozrijevanje se primjenjuje za: -Dozrijevanje banana-Razeljenjavanje agruma (limun, naranča, mandarina, grejp)-Razeljenjavanje i dozrijevanja nekih kasnih sorti krušaka



Čuvanje i dozrijevanje banana

Skladištenje zelene banane:-Temperatura 12 °C

-Relativna vlažnost 85 %Hlađenje rashladne komore mora biti indirektno etilen glikolom jer je bananaosjetljiva i na vrlo male koncentracije amonijaka.

Dozrijevanje banane

-Temperatura 18 do 20 °C-Relativna vlažnost zraka 85 do 95 %-Koncentracija O2 50 %-Koncentracija CO2 do 1,2 %-Etilen 1g/m3 ili 0,1 %-Vrijeme trajanja procesa dozrijevanja je 3 – 5 dana-Veličina komora za dozrijevanje 20 do 25 t

-Nakon 24 sata od uspostave CA, sastav atmosfere se provjerava i ponovnopodesi koncentracija O2, CO2 i etilena

-Nakon narednih 24 sata kontrolirati zrelost i prema potrebi prekidati proces-Smjesa plinova za dozrijevanje se nabavlja u bocama pod tlakom i plinovi seubacuju iz boca u komoru.

Čuvanje nakon dozrijevanjaDozrele banane se čuvaju na temperaturi 11 do 15°C.



5. POSTUPCI I UREĐAJI ZA BRZO ZAMRZAVANJE HRANEI SKLADIŠTENJE SMRZNUTE HRANE

Postupci zamrzavanja hrane dijele se prema:1.Brzini zamrzavanja2.Prema načinu odvođenja topline

Prema brzini zamrzavanja postupci mogu biti: -Spori sa brzinom kretanja fronte leda od 0,1 do 0,2 cm/h-Brzi sa brzinom kretanja fronte leda od 0,5 do 3 cm/h-Vrlo brzi sa brzinom kretanja fronte leda od 5 do 10 (i više) cm/h

Prema načinu odvođenja topline:

-Zamrzavanje u struji hladnog zraka-Zamrzavanje kontaktom s hlađenim (metalnim) površinama-Zamrzavanje imerzijom (uranjanjem) u rashladno sredstvo

Brzina hlađenja odnosno zamrzavanja ovisi o dvije osnovne varijable a tosu: 1. Pokretna sila koja proizlazi iz razlike temperature između proizvoda irashladnog sredstva

2. Otporima prijenosu topline koji ovisi o svojstvima proizvoda, njegovimdimenzijama, brzini strujanja rashladnog medija, površini kontakta izmeđuproizvoda i rashladnog medija, debljini sloja i toplinskoj vodljivosti.

Primjeri:

Utjecaj razlike temperature:U tunelskom zamrzivaču sniženjem temperature zraka smanjuje se vrijemezamrzavanja:

Temperatura zraka Vrijeme zamrzavanja-18 °C 40 min-28 °C 20 min

Utjecaj kontakta proizvoda sa rashladnim sredstvom: Najbolji kontakt se postiže raspršivanjem ukapljenog plina rashladnog sredstva(freon, tekući dušik, tekući CO2) po proizvoduRaspršivanjem ukapljenog plina temperature – 28 °C vrijeme smrzavanja je

ispod 2 min.



Utjecaj brzine strujanja zraka: Kod zamrzavanja u struji hladnog zraka brzina strujanja zraka ima veliki utjecaj.

Temperatura zraka Brzina strujanja zraka Vrijeme zamrzavanja

- 18 °C 0 m/min 3 sata

- 18 °C 80 m/min 1 sat

- 18 °C 300 m/min 40 min

Utjecaj debljine sloja odnosno dimenzija namirnice:Povećanjem debljine namirnice od 5 cm na 10 cm vrijeme zamrzavanja sepovećava za 2,5 puta.

Utjecaj toplinske vodljivosti hrane

Toplinska vodljivost hrane ovisi o sastavu, što je veća toplinska vodljivost brže je zamrzavanje. Toplinska vodljivost vode malo se mijenja hlađenjem ismrzavanjem sve do promjene faza tj. pretvorbe u led.Toplinska vodljivost leda znatno je veća od toplinske vodljivosti vode, pa setoplinska vodljivost hrane povećava zamrzavanjem.

Zamrzavanje u struji ohlađenog zraka

Zamrzavanje namirnica u struji hladnog zraka se najčešće primjenjuje, ono seprovodi u komorama ili tunelima različite izvedbe.Zamrzavanje krutih namirnica se može provesti prije pakiranja u rastresitomstanju ili nakon pakiranja u ambalažu.Znatno brže zamrzavanje se postiže zamrzavanjem (sloj od nekoliko cm ) prijepakiranja u ambalažu.



Zamrzavanje u komorama

Zamrzavanje u komorama je najjednostavniji i najstariji postupak zamrzavanja.Zamrzavanje se provodi u izoliranim komorama koje se hlade na – 20 do – 30°C, s ili bez strujanja zraka.Prisilno strujanje zraka se ostvaruje ventilatorima. Ovisno o veličini komadanamirnice, temperaturi i brzini strujanja zraka zamrzavanje traje od nekoliko satido nekoliko dana.

Zamrzavanje u tunelima

Suvremeni postupci zamrzavanja se provode u tunelima za zamrzavanjenamirnica. Zamrzavanje u tunelima može trajati od nekoliko minuta do nekolikosati.Zamrzavanje u tunelima se provodi u struji hladnog zraka koji se hladistrujanjem preko isparivača rashladnog postrojenja i tako ohlađen ubacuje utunel.Strujanje zraka se ostvaruje ventilatorima.

Tuneli za zamrzavanje namirnica mogu biti:

-Tuneli sa kolicima-Tuneli sa jednom ili više traka-Tuneli sa zamrzavanjem fluidizacijom (lebdeći sloj).



Tuneli sa kolicima

To su najstariji tipovi tunela u kojima se zamrzavanje namirnica provodi nakolicima. Proizvod se slaže na kolica koja se potom uvode u tunel. Kolica na

jednoj strani tunela ulaze, a na drugoj izlaze čime se ostvaruje kontinuiranostprocesa.Smrzavanje se provodi u struji hladnog zraka koji se u tunel ubacujeventilatorima.Povećanjem brzine strujanja zraka povećava se brzina zamrzavanja.

Tuneli sa trakama

To su suvremeni zamrzivači koji se sastoje od tunela u kojeg su ugrađenebeskonačne trake. Zamrzavanje se provodi u struji hladnog zraka različite brzinestrujanja. Zrak se u tunel ubacuje s pomoću ventilatora ispod ili iznad trake istruji kroz traku i namirnicu.

Beskonačna traka se u tunelu može kretati:-Pravolinijski-Spiralno

Tuneli sa pravolinijskim trakama mogu biti:

a) Sa jednom trakom i jednim prolazom kroz tunel sa fluidizacijom ili bez nje.b) Sa dvije trake i jednim prolazom kroz tunel sa fluidizacijom ili bez nje.c) Sa dvije trake i dvostrukim prolazom kroz tunel sa fluidizacijom ili bez nje.d) Sa tri trake i trostrukim prolazom kroz tunel bez fluidizacije.



Zamrzavanje krutih namirnica u lebdećem odnosno fluidizirajućem sloju

Lebdeći ili fluidizirajući sloj se postiže u struji zraka određene brzine kod kojekomadići namirnice lebde u struji zraka odnosno fluidiziraju.

Prednosti zamrzavanja u fluidizirajućem sloju-Velika površina izmjene topline, namirnica je obavijena strujom hladnog zraka

po cijeloj površini-Velika brzina strujanja zraka i turbulencija ubrzavaju izmjenu topline-Postiže se veliki koeficijent prijelaza topline između namirnice i zraka-Postiže se velika brzina zamrzavanja

Uređaji za zamrzavanje fluidizacijom mogu biti: -Komornog odnosno statičkog tipa-Tuneli sa trakama

Uređaji statičkog tipa imaju komoru sa perforiranim statičkim dnom kroz kojese dovodi struja zraka koja iznad dna drži komadiće proizvoda u lebdećemstanju i pokreće ga prema naprijed. Ovakvi uređaji su prikladni za zamrzavanjemanjih komadića hrane pravilnog oblika kao što su mladi grašak, kukuruz,korjenasto povrće rezano na sitne kockice, trešnje, višnje, jagode, maline idrugo.

Poprečni presjek uređaja za zamrzavanje u lebdećem sloju



Uređaj za zamrzavanje u lebdećem sloju (fluidizacijom)

Tuneli sa trakama i fluidizacijom

Kod ovih uređaja trake vrše mehaničko pokretanje materijala, pa je potrebnamanje pokretna fluidizacija.

Materijal prema naprijed ne pokreće fluidizacija već traka zbog toga senaziva nepotpuna fluidizacija.Kod ove fluidizacije potrebna je veća površina trake od površine statičkihkomora za isti kapacitet.

Zrak s pomoću ventilatora struji preko isparivača, ohlađeni zrak se dovodiispod perforirane beskonačne trake. Brzina strujanja zraka je takva da se

komadići namirnice drže u lebdećem sloju obavijeni ledenim zrakom. Na tajnačin se svaki komadić odvojeno pojedinačno smrzava (I.Q.F. IndividuallyQuick Freezing). Komadići namirnice osciliraju između trake i lebdećeg slojatako da su u rastresitom stanju a traka ih pokreće prema naprijed.

Ovi tuneli su pogodni za: -Zamrzavanje namirnica različitog oblika i veličine-Za zamrzavanje sa potpunom fluidizacijom, djelomičnom ili bez fluidizacije.



Tunel za zamrzavanje namirnica sa spiralnom trakom

Kod ovog tunela spiralno savijena beskonačna traka je ovijena oko centralnosmještenog bubnja koji rotira.Proizvod se postavlja na traku koja ga odvodi do zone zamrzavanja.Zona zamrzavanja je uz površinu bubnja, s pomoću ventilatora zrak struji prekoisparivača rashladnog postrojenja, ohlađeni zrak se dovodi odozgo na vrh bubnjai struji prema dolje kroz spirale na namirnicu i traku.Temperatura ohlađenog zraka je – 40 °C.Traka može biti izrađena od jednog ili više segmenata.

Tuneli sa trakama od više segmenata koriste se za zamrzavanje različitihnamirnica istovremeno.

Tuneli sa spiralnim trakama se koriste za smrzavanje:-Namirnica većih dimenzija prije pakiranja, na primjer: fileti mesa i ribe,panirani komadići mesa i ribe, hamburgeri, pekarski proizvodi, peciva, kifle itd.,veći nepravilni komadi povrća i voća-Namirnice nakon pakiranja u ambalažu, polugotova i gotova jela, sladoled.



Zamrzavanje i dehidratacija namirnica

Tijekom zamrzavanja namirnica u struji hladnog zraka zbog niske vlažnostizraka može doći do manje ili veće dehidratacije namirnica.

Potrebno je postići ispravno zamrzavanje i što manju dehidrataciju namirnica.

Dehidratacijom namirnica dolazi do gubitka težine što utječe na kvalitetu

namirnice ali predstavlja i ekonomski gubitak.

Dehidratacija namirnica tijekom zamrzavanja ovisi o :-Brzini zamrzavanja odnosno vremenu zadržavanja proizvoda u zamrzivaču –kraće vrijeme zadržavanja manja dehidratacija-O temperaturi isparavanja rashladnog sredstva u isparivaču-O razlici temperature zraka i površine isparivača

Gubitci težine zbog dehidratacije kod zamrzavanja fluidizacijom su od 1 do 1,5

%.

Zamrzavanje kontaktom sa hlađenim površinama

Kod ovih uređaja za zamrzavanje namirnica toplina se prenosi kondukcijomkroz metalne površine.

Uređaji su različite konstrukcije, a hlađenje se vrši direktnim isparavanjemrashladnog sredstva ili indirektno sa rashladnim otopinama (rasolinama iliotopinom etilen glikola).



Tipovi uređaja za zamrzavanje kontaktom sa hlađenim metalnimpovršinama

•Pločasti zamrzivači

•Zamrzavanjem izmjenjivačima topline sa brišućom površinom tzv. Votator•Uređaj za zamrzavanje namirnica u obliku pojedinačnih komadića tzv. peleta(Pellofreezer).

Pločasti zamrzivači tzv. “Jackstone”

Namirnica se zamrzava u pretincima ili ćelijama između metalnih ploča. Sadruge strane ploče struji rashladni medij.

Radna temperatura je od –34°C do –37°C. Brzina zamrzavanja je 1 sat za svakih2,5 cm.

Zamrzavati se mogu krute, tekuće i polutekuće namirnice.

Krute namirnice mogu biti većih dimenzija nepravilnog oblika kao što su ribe,plodovi voća i povrća.

Tekuće i polutekuće namirnice se pumpom i cjevovodom dovode do zamrzivačai pune u pretince odnosno ćelije.

Zamrznute namirnice su u obliku četvrtastog bloka koji se prije ili poslijezamrzavanja ulažu u plastičnu foliju.

Kod ulaganja u plastičnu foliju prije zamrzavanja folija se stavlja u pretinacodnosno ćeliju zamrzivača prije namirnice.

Manji blokovi zamrznute hrane se pakiraju u kartonske kutije (npr. pire špinata).

Blokovi većih dimenzija zamrznuti u zamrzivačima tzv. "Jackstone" se ulažu uplastične folije prije ili poslije zamrzavanja i slažu na palete sa okvirima iodvoze u mrazne komore hladnjače.



Zamrzavanje u izmjenjivačima topline sa brišućom površinom tzv. Votator

Uređaj se koristi za djelomično brzo zamrzavanje tekućih i polutekućihnamirnica.

Djelomično zamrznuti proizvod koji je još u polutekućem stanju puni se uambalažu i naknadno dozamrzava u nekom od tunela za zamrzavanje proizvodanakon pakiranja (npr. sladoled).

Konstrukcija uređaja (Votatora)

Uređaj se sastoji od centralne metalne cijevi u kojoj je ugrađeno vratilo salopaticama.

Vratilo se pokreće preko elektromotora a lopatice brišu unutarnju površinucijevi i vrše miješanje proizvoda.

Centralna cijev je koncentrično ugrađena u drugu cijev. Između te dvije cijevistruji rashladno sredstvo.Vanjska površina cijevi je termički izolirana a preko izolacionog materijala jepostavljen vanjski plašt.Unutarnja površina centralne cijevi se briše lopaticama da ne dođe dokristalizacije leda na površini izmjene topline.



Uređaji za zamrzavanje namirnica u obliku pojedinačnih komadića tzv.peleta (Pellofreezer)

Tekuće i polutekuće namirnice se mogu zamrzavati u obliku pojedinačnih

komadića peleta.



Postupak zamrzavanja

Tekuće i polutekuće namirnice se prethodno pripremi (pranje, probiranje,usitnjavanje, blanširanje, pasiranje).Pripremljena namirnica se dovodi u uređaj i zamrzava.

Prednosti peleta pred zamrzavanjem u blokovima su: -Jednostavno odmzravanje-Mogućnost korištenja jeftinije ambalaže, plastične folije-Mogućnost pakiranja u pakovanja različite težine

-Potrošnja namirnice prema potrebama, ne mora se odmrzavati cijelo pakovanjekao kod blokova, namirnice se uzme koliko treba, ostatak se vrati u zamrzivač.

Uređaj za zamrzavanje namirnica u obliku peleta

Zamrzavanje tekućih i polutekućih namirnica u jednom od najnovijih uređajaovoga tipa se sastoji od sljedećih faza:

- Brzo predsmrzavanje tekućih proizvoda na određenu temperaturu- Oblikovanje predsmrznutog proizvoda u obliku peleti- Finalno (konačno) zamrzavanje proizvoda

Predsmrzavanje namirnice:Predsmrzavanje namirnice se provodi sa tekućim dušikom u sekciji zapredsmrzavanje. Ovaj dio uređaja se sastoji od kućišta u koje je ugrađenapužnica za miješanje i transport proizvoda prema sekciji za oblikovanje. Nagornjem dijelu kućišta se nalaze dizne kroz koje se rasprskava tekući dušik poproizvodu. Proizvod se intenzivno miješa sa tekućim dušikom i hladi idjelomično smrzava. Tekući dušik u kontaktu s proizvodom isparava i preuzimatoplinu od proizvoda. Nastali plinoviti dušik sa toplinom koju je preuzeo od

proizvoda izvodi se van kroz otvor za exhaustiranje na vrhu kućišta. Doziranjemodređene količine tekućeg dušika i miješanjem proizvoda regulira se



temperatura do koje se hladi proizvod. Temperatura hlađenje mora biti unaprijedodređena jer proizvod mora ostati u polutekućem stanju odnosno u plastičnomstanju pogodnom za oblikovanje. Ne smije doći do potpunog skrućivanja.

Oblikovanje predsmrznutog proizvodaPredsmrznuti proizvod se ubacuje u sekciju za oblikovanje.Sekcija za oblikovanje se sastoji od dva cilindra koji su profilirani odnosnosadrže šupljine oblika željenog proizvoda. Proizvod ulazi u šupljine dokcilindar rotira. Proizvod se zamrzava u šupljinama cilindra sa tekućim dušikomkoji se raspršuje unutar cilindra. Nakon vrlo kratkog vremena komadići (peleti)izlaze iz zamrzivača i odvode se na finalno završno zamrzavanje. U sekciji zaoblikovanje proizvod se zamrzava samo površinski, a ne po cijelom volumenu.Zbog toga se moraju potpuno zamrznuti u nekom od tunela za zamrzavanje. Uovom uređaju se dobivaju peleti u obliku "sedla". Ovaj oblik osigurava vrlomalu međusobnu površinu između komadića proizvoda u pakovanjima čime seizbjegava sljepljivanje proizvoda.

Zamrzavanje imerzijom ili raspršivanjem

Zamrzavanje ovim postupkom se provodi uranjanjem namirnice u rashladnosredstvo ili prskanjem rashladnog sredstva po namirnici.

Karakteristike ovog postupka su: -Ovaj postupak je najefikasniji jer se postiže najbolji kontakt namirnice i

rashladnog sredstva-Ostvaruje se veliki koeficijent prijelaza topline-Otpor prijenosu topline je minimalan-Dobar kontakt i dobra izmjena topline postižu se i kod nepravilnih namirnica(cvjetača, brokula, rakovi, ribe, gljive itd.)-Postiže se velika brzina smrzavanja zbog čega se postiže visoka kvalitetanamirnica koja se ne može dobiti niti jednim drugim postupkom.

Rashladna sredstva za zamrzavanje imerzijom mogu biti:

1.Tekućine sa niskom temperaturom koje se hlade u rashladnom uređaju(rasoline,otopine šećera, otopina glicerola, smjesa vode i propilenglikola)

2.Kriogenici kao što su tekući dušik, freoni, tekući CO2



Za zamrzavanje imerzijom i raspršivanjem najčešće se koriste kriogenici(tekući dušik temperatura vrelišta –196 °C, tekući CO2 temperatura vrelišta - 79°C i freoni).

Zamrzavanjem kriogenicima postiže se velika brzina zamrzavanja ali zbogvrlo niske temperature vrelišta i velike razlike temperatura između namirnice irashladnog sredstva može doći do pucanja i raspadanja proizvoda naročitokod primjene tekućeg N2 ( - 196 °C).

Upotreba tekućeg dušika

Kod uranjanja proizvoda u tekući dušik dolazi do intenzivnog vrenja tekućegdušika i do odbijanja kapljica dušika od proizvoda. Zbog toga se smanjuje

kontakt proizvoda sa tekućim dušikom.Bolji kontakt dušika sa proizvodom i veći koeficijent prijenosa toplinepostiže se raspršivanjem tekućeg dušika po proizvodu, nakon čega tekući dušikisparava sa površine proizvoda.

Zamrzavanje sa tekućim dušikom najčešće se provodi u tunelu sa trakomgdje se proizvod prska tekućim dušikom neposredno prije izlaska proizvoda iztunela. Pare dušika se kreću protustrujno kroz tunel hladeći i smrzavajućiproizvod. Proizvod se u tunelu hladi i djelomično zamrzava sa parama dušika

nastalim isparavanjem tekućeg dušika. Proizvod se potpuno zamrzava kada sepoprska tekućim dušikom prije izlaska iz tunela. Tekući dušik se koristi u jednom prolazu bez hvatanja i rekuperacije pošto tonije isplativo.

Upotreba tekućeg i krutog CO2

Ukapljeni CO2 se nalazi u tekućem stanju pod tlakom u boci ili kontejneru.Nakon što se ispusti na atmosferski tlak tekući CO2 prelazi u kruto stanje tzv.suhi led.



Tekući CO2 se koristi za zamrzavanje namirnica u tunelima sa trakom,identično kao kod tekućeg dušika, tako što se proizvod prska tekućim CO2 nakraju tunela prije izlaska iz tunela. Kruti CO2 sublimira sa površine namirnice ipotpuno je zamrzava. Pare CO2 nastale sublimacijom krutog CO2 sa površinenamirnice struje kroz tunel protustrujno hlade i djelomično zamrzavajuproizvod. Temperatura u ovakvim tunelima je od - 18 do - 38 °C.



Tekući CO2 se koristi i za hlađenje u transportnim sredstvima, kamionima,brodovima, avionima. Spremljen u posebnim spremnicima u prijevoznomsredstvu po potrebi se prevodi u plinovito stanje preko automatskog ventila.

Kruti CO2 tzv. suhi led se koristi za hlađenje u transportnim sredstvima,skladištima i tržnicama, kampovima.

Koristi se u blokovima i u obliku peleti. Peleti se koriste za hlađenje ribeposipanjem po ribi u gajbama i kašetama.

CO2 se može koristiti samo u jednom prolazu ili se hvata, rekuperira i ponovnoukapljuje (do 80 % upotrebljenog CO2).

Freoni

Freoni su klorirani i fluorirani alifatski ugljikovodici.

Freon R12 CCl2F2 (dikordifluormetan), temperatura vrelišta – 30 °C, koristi seza smrzavanje hrane uranjanjem (imerzijom) i raspršivanjem.Također se koristi u hladnjačama i aerosprejevima.

Freon R22 CHClF2 (klordifluormetan)

Freon R114 C2Cl2F4 (dikolortetrafluoretan) koristi se kao rashladno sredstvo u

hladnjacima u domaćinstvu.



Zamrzavanje imerzijom i raspršivanjem sa freonom

Prednost primjene ferona R12 za zamrzavanje imerzijom je u tome što jetemperatura vrelišta viša od drugih kriogenika ( - 30 °C) zbog čega je vrenje i

isparavanje freona u kontaktu sa namirnicom manje burno nego kod tekućegdušika, zbog toga je bolji kontakt namirnice sa rashladnim sredstvom i većikoeficijent prijenosa topline.

Provedba zamrzavanja

Proizvod se kratkotrajno uroni u tekući freon ( 0,5 – 5 s) brzina smrzavanja je 15– 20 cm/s na temperaturi – 30 °C.Nakon uranjanja proizvod pada na traku koja transportira proizvod ispod tuševaiz kojih se vrši raspršivanje freona po proizvodu koji se na traci zamrzava dokraja.Zamrznuti proizvod se izvodi iz uređaja za zamrzavanje elevatorom sakoficama.Kod ovog uređaja freon se hvata i rekuperira u kondenzatoru rashladnogsredstva.Freon ispari iz namirnice, mala količina ostaje u namirnici, dozvoljena količina

je 100 – 300 ppm.



Priprema hrane za zamrzavanje

Najčešće se zamrzavaju svježe namirnice na primjer: meso, riba, voće, povrće,pored toga zamrzavaju se i prerađevine od mesa, ribe, voća, povrća ili proizvodi

dobiveni preradom brašna i mlijeka. Operacije pripreme obuhvaćaju klasičneoperacije u pripremi hrane.Kod zamrzavanja svježih namirnica to su pranje, probiranje, odstranjivanjenejestivih dijelova, rezanje u određene komadiće i blanširanje. Blanširanje seprovodi zbog inaktivacije enzima naročito kod povrća. Neke vrste voća iprerađevine se tretiraju askorbinskom kiselinom.



6. POSTUPCI I UREĐAJI ZA KONCENTRIRANJE TEKUĆIHNAMIRNICA

Postupci koncentriranja tekućih namirnica

- Koncentriranje uparavanjem- Koncentriranje membranskim procesima, reverzna osmoza, nanofiltracija iultrafiltracija- Koncentriranje kombinirano membranski procesi - uparavanje- Koncentriranje zamrzavanjem

6.1. Postupci i uređaji za koncentriranje tekućih namirnica uparavanjem

Koncentriranje tekućih namirnica uparavanjem provodi se na uređajima koji se

nazivaju isparane stanice, a sastoje se od:-Isparivača-Separatora supare-Kondenzatora

Isparivač

Isparivač je izmjenjivač topline u kojem se tekućoj namirnici dovodi osjetnatoplina za zagrijavanje do temperature vrelišta i latentna toplina isparavanja. U

njemu voda isparava iz namirnice pri čemu nastaje smjesa nastale supare ikoncentrirane namirnice.

Separator supare

Separator supare je dio uređaja za koncentriranje uparavanjem u kojem se vršiseparacija supare od koncentrirane namirnice. Separator supare može činiticjelinu sa isparivačem ili može biti fizički odvojen od isparivača a s pomoćucijevi spojen sa isparivačem.

Kondenzator supare

U kondenzatoru supare kondenzira se supara koja je separirana od koncentriranenamirnice u separatoru supare. Supara se iz separatora isisava u kondenzator ikondenzira. Najčešće se koriste barometarski kondenzatori u kojima se suparakondenzira s pomoću rashladne vode. Kondenzacijom supare nastaje podtlak ubarometarskom kondenzatoru, separatoru supare i isparivaču. Razlika izmeđuatmosferskog tlaka i podtlaka u barometarskom kondenzatoru kompenzira sehidrostatskim tlakom stupca vode u barometarskoj cijevi kondenztora.



U svakom momentu se uspostavlja sljedeća ravnoteža tlaka:

.PispPat Ph −=

.PispPhPat +=

Pat – atmosferski tlak

Ph – hidrostatski tlak stupca vode u barometarskoj cijeviPisp. – tlak u isparivaču odnosno separatoru i kondenzatoru

Visina podtlaka koji nastaje ovisi o temperaturi rashladne vode. Što jetemperatura rashladne vode niža kondenzacija je brža i podtlak je veći odnosnotlak je niži.

Sniženjem tlaka u isparivaču postiže se sljedeće:-Snižava se temperatura vrelišta namirnice-Povećava se razlika temperature između ogrjevne pare i temperature vrelišta-Povećava se isparni kapacitet isparivača-Smanjuju se degradativne promjene zbog niže temperature-Povećava se ekonomičnost procesa koncentriranja

Osim barometarskog kondenzatora za kondenzaciju supare koriste se iizmjenjivači topline, najčešće cijevni izmjenjivači topline koji se hlade nekim

rashladnim medijem.



Tipovi isparivača

Za koncentriranje uparavanjem koriste se sljedeći tipovi isparivača:

1. Cijevni isparivači koji mogu bitia. Cijevni isparivači sa vertikalnim cijevima i uzlaznim strujanjemb. Cijevni isparivači sa vertikalnim cijevima i silaznim strujanjemc. Cijevni isparivači sa koso položenim cijevimad. Cijevni isparivači sa horizontalnim cijevimae. Robertov isparivač

2. Pločasti isparivači 3. Cilindrični isparivači sa brišućom površinom tzv. tankoslojni isparivači4. Isparivači sa rotirajućom cilindričnom površinom5. Isparivači sa rotirajućom konusnom ogrjevnom površinom6. Isparivači sa stacionarnom konusnom ogrjevnom površinom.

Cijevni isparivači i isparne stanice

Za koncentriranje tekućih namirnica najčešće se koriste cijevni isparivači savertikalnim cijevima sa uzlaznim ili silaznim strujanjem. Namirnica se možekoncentrirati u jednom prolazu kroz isparivač ili u recirkulaciji.Cijevni isparivači mogu biti sa kratkim ili dugim cijevima. Isparivači sakratkim cijevima se koriste za koncentriranje u recirkulacji, a sa dugim cijevima

za koncentriranje u jednom prolazu. Koncentriranjem u jednom prolazu krozisparivač namirnica se kraće vrijeme zadržava u isparnoj stanici nego kodkoncentriranja u recirkulaciji.Kod cijevnih isparivača namirnica struji kroz cijevi, a ogrjevna vodena para sedovodi u međucjevni prostor u kojem predaje latentnu toplinu kondenzacije ipritom kondenzira. Kondenzat se sakuplja na dnu međucjevnog prostora odaklese mora odvoditi kako ne bi došlo do potapanja cijevi i smanjenja ogrjevnepovršine.

Cijevni isparivači sa vertikalnim cijevima i uzlaznim strujanjemKod ovih isparivača strujanje namirnice kroz isparivač može biti prisilno ilitermosifonsko. Prisilno strujanje se ostvaruje s pomoću pumpe. Termosifonskostrujanje je strujanje koje uzrokuju mjehurići vodene pare koji nastajuintenzivnim isparavanjem. Nastali mjehurići pare potiskuju namirnicu krozcijevi prema gornjem izlazu gdje izlazi namirnica sa mjehurićima supare umlazu. Smjesa namirnice i supare se odvodi u separator supare gdje se suparaodvaja od namirnice. Kod ovih isparivača nema filmskog strujanja već namirnica potpuno ispunjava cijevi.



Isparivač prikazan na gornjoj slici ima odvojeni separator supare i isparivač međusobno spojeni cijevima. Kod ovog isparivača strujanje je termosifonsko akoncentriranje se provodi u recirkulaciji.

Gore prikazani isparivač je isparivač sa kratkim cijevima. Separator supare iisparivač čine jednu cjelinu, strujanje je termosifonsko, a koncentriranje seprovodi u recirkulaciji.



Gore prikazani isparivač je isparivač sa dugim cijevima. Separator supare iisparivač čine jednu cjelinu, strujanje može biti prisilno ili termosifonsko,koncentriranje je u jednom prolazu.

Cijevni isparivači sa vertikalnim cijevima i silaznim strujanjem

Kod ovih isparivača strujanje namirnica je pod djelovanjem gravitacije.

Namirnica može strujati po cijelom presjeku cijevi ali najčešće kod isparivača sadugim cijevima namirnica struji u tankom filmu po unutarnjoj površini cijevi odgore prema dolje i koncentrira se u jednom prolazu.

Gore prikazani isparivač je isparivač sa dugim cijevima, separator supare iisparivač su odvojeni, spojeni su širokom cijevi, namirnica struji u tankom filmu

od gore prema dolje, koncentriranje se provodi u jednom prolazu.



Gore prikazani isparivač je isparivač sa dugim cijevima, separator supare iisparivač čine jednu cjelinu, namirnica struji u tankom filmu od gore premadolje, koncentriranje se provodi u jednom prolazu.

Tipovi isparnih stanica sa cijevnim isparivačima

Za koncentriranje tekućih namirnica koriste se različiti tipovi isparnih stanica sacijevnim isparivačima.

Isparne stanice mogu biti:

Prema broju stupnjeva isparenja:-Jednostepene-Dvostepene-Trostepene-Četverostepene.

Prema smjeru strujanja namirnice i ogrjevne pare:

-IstostrujnePočetna namirnica i ogrjevna vodena para iz kotlovnice se dovode u I stupanj istruje u istom smjeru.-Protustrujne Početna namirnica se dovodi u I stupanj a ogrjevna vodena para iz kotlovnice sedovodi u zadnji stupanj pa struje u suprotnom smjeru.

Prema strujanju namirnice u isparivaču

-Isparne stanice sa silaznim strujanjem ili padajućim filmom

-Isparne stanice sa uzlaznim strujanjem



-Prema načinu koncentriranja-Isparne stanice sa koncentriranjem u recirkulaciji-Isparne stanice sa koncentriranjem u jednom prolazu

Na gore prikazanoj slici je četverostepena istostrujna isparna stanica sa silaznimstrujanjem i koncentriranjem u jednom prolazu.



Na gore prikazanoj slici je dvostepena protustrujna isparna stanica sa dvaisparivača u drugom stupnju, sa uzlaznim strujanjem i koncentriranjem urecirkulaciji

Trostepena isparna stanica

Peterostepena isparna stanica



Cilindrični isparivači sa brišućom površinom tzv. tankoslojni isparivači

Ovi isparivači su namijenjeni za koncentriranje tekućih i polutekućih namirnicakoje su Nenewtonske tekućine koje sadrže netopljive čestice, suspenzoide i

koloide. Takve namirnice su kaše voća i povrća i kašasti voćni sokovi. Kod ovihtekućina brzina strujanja ima znatno veći utjecaj na prividni viskozitet nego kodNewtonskih tekućina, a to znači i na koeficijent prijenosa topline. Zbognenewtonskih svojstava i velike konzistencije ovakve namirnice nije mogućekoncentrirati na klasičnim isparnim stanicama jer bi došlo do pregrijavanja izagaranja na površinama izmjene topline.Ovi isparivači se sastoje od vertikalne cilindrične posude sa dvostrukimstjenkama i vratilom koje pokreće elektromotor. U dvostruke stjenke se dovodiogrjevna vodena para, supara nastala isparavanjem vode iz namirnice se odvodiiz isparivača na gornjem dijelu. Na vratilu imaju lopatice koje se pokreću, miješaju namirnicu i brišu površinuizmjene topline. Na taj način se povećava koeficijent prijenosa topline na straninamirnice a brisanje površine izmjene topline sprječava se i pregrijavanje na tojpovršini i zagaranje.Ovi isparivači se često koriste i kao finišeri za završno koncentriranje viskoznihi konzistentnih namirnica koje su prethodno koncentrirane na klasičnimisparnim stanicama sa cijevnim isparivačima. Zbog povećanja udjela suhe tvarikoncentriranjem povećava se viskozitet i konzistencija pa na cijevnimisparivačima nije moguće postići veći udio suhe tvari. U takvim slučajevima se

ovi isparivači koriste za završno koncentriranje.

Tankoslojni isparivač sa prisilnim strujanjem



Isparivač sa rotirajućom konusnom ogrjevnom površinom tzv.centrifugalni isparivač

Ovaj isparivač se sastoji od više konusnih diskova koji su učvršćeni na

vertikalno vratilo koje velikim brojem okretaja pokreće elektromotor. Konusnidiskovi imaju dvostruke stjenke u koje se dovodi ogrjevna vodena para izkotlovnice. Početna tekuća namirnica se dovodi na središnji gornji dio konusnogdiska. Zbog rotacije diskova velikom brzinom namirnica struji pod utjecajemcentrifugalne sile u tankom sloju po površini diska prema periferiji.Što je namirnica dalje od centra ona je koncentriranija pa je veći i viskozitet ali

je veća i centrifugalna sila pa se brzina strujanja održava približno istom a time ikoeficijent prijelaza topline na strani namirnice. Koncentriranje namirnice u ovom isparivaču traje svega nekoliko sekundi. Zbogtoga je ovaj isparivač pogodan za termoosjetljive namirnice. Nedostatak ovogisparivača je visoka cijena investicije i mali kapaciteti. Zbog toga je pogodan zakoncentriranje skupih namirnica sa manjim kapacitetom.



Pločasti isparivači i isparne stanice

Pločaste isparne stanice se sastoje od:-Pločastog isparivača

-Separatora supare-KondenzatoraPločasti isparivači su kao i pločasti izmjenjivači topline izrađeni od niza limenihploča izrađenih od nehrđajućeg čelika. Ploče se slažu u nizu jedna za drugom,površina ploča je nabrana da bi bila što veća površina izmjene topline. Napločama se nalaze odgovarajući otvori, kada se ploče slože u nizu otvori činekanale za prolaz tekuće namirnice, ogrjevne pare i smjese supare i koncentriranenamirnice.Između ploča se postavljaju gumene brtve koje osiguravaju nepropusnostprostora između ploča. Nepropusnost bloka dobivenog slaganjem ploča sepostiže i čvrstim međusobnim pritiskom ploča koji se postiže dotezanjem vijaka.Sa jedne strane ploče struji ogrjevna vodena para, a sa druge strane u tankomfilmu namirnica koja se koncentrira. Izmjena topline se vrši kroz ploču, vodenapara predaje latentnu toplinu i kondenzira, a namirnica se zagrijava i isparava sevoda. Smjesa koncentrirane namirnice i supare se uvodi u separator supare gdjese separira supara od koncentrirane namirnice. Namirnica se koncentrira u jednom prolazu kroz isparivač. Pri tome struji preko

jedne ogrjevne ploče od dolje prema gore i preko druge ploče od gore premadolje, potom izlazi van kroz kanal za izvođenje smjese supare i koncentrirane

namirnice.



Pločaste isparne stanice prema broju stupnjeva isparenja mogu biti: -Jednostepene-Dvostepene-Trostepene

Kao i kod isparnih stanica sa cijevnim isparivačima supara iz zadnjeg isparivačase kondenzira u barometarskom kondenzatoru zbog čega se stvara podtlak u



isparnoj stanici. To omogućava višestepeni isparni efekt odnosno da se supara izI stupnja koristi kao ogrjevna para u II stupnju, a supara iz II stupnja kaoogrjevna para u III stupnju.



Kao i kod isparnih stanica sa cijevnim isparivačima i kod ovih isparnih stanica

zbog povećanja ekonomičnosti provodi se termokompresija supare ipredgrijavanje ulazne namirnice kondenzatom.

Prednosti isparnih stanica sa pločastim isparivačima su sljedeće:

-U malom volumenu velika površina izmjene topline-Namirnica se uparava strujanjem u tankom filmu zbog čega je kratko vrijemezadržavanja u isparivaču-Zbog kratkog vremena zadržavanja manje su degradativne promjene



Niskotemperaturne isparne stanice NTI

Kod ovih isparnih stanica kao ogrjevni medij koristi se amonijak ili neko drugorashladno sredstvo.

NTI isparna stanica se sastoji od cijevnog isparivača sa silaznim strujanjem,separatora supare, kondenzatora supare i kompresorskog rashladnog postrojenjakoje u ovom slučaju ima funkciju zagrijavanja namirnice u isparivaču ikondenzatora za kondenzaciju supare.Rad ove isparne stanice se temelji na principu rada kompresorskog rashladnogpostrojenja. U kružnom ciklusu rashladno sredstvo najčešće amonijak sekondenzira, isparava i vrši termokompresija u kompresoru. Isparavanje vode iznamirnice vrši se na račun latentne topline kondenzacije suhozasićene pareamonijaka. Prema tome isparivač ove isparne stanice u kojem se isparava vodaiz namirnice ima funkciju kondenzatora u ciklusu rada rashladnog postrojenja.Kompresor za amonijak je mjesto gdje se dovodi energija za isparenje vode iznamirnice.Termokompresija para amonijaka se postiže mehaničkim radom kompresora.Komprimirana pregrijana para amonijaka se dovodi u hladnjak za oduzimanjepregrijanja gdje se prevodi u suhozasićenu paru koja se uvodi u isparivač isparnestanice. Suhozasićena para amonijaka u isparivaču isparne stanice kondenzirapredajući toplinu namirnici koja isparava. Ukapljeni amonijak služi kaorashladno sredstvo u kondenzatoru supare gdje oduzima toplinu kondenzacijesupari pri čemu sam isparava a supara kondenzira. Prema tome kondenzator

supare isparne stanice ima funkciju isparivača amonijaka. Pare amonijaka izkondenzatora supare se odvode u kompresor na termokompresiju.NTI isparne stanice mogu biti jednostepene i dvostepene.Pošto se kondenzacija supare provodi kod vrlo niske temperature i isparavanjemukapljenog amonijaka postiže se vrlo visoki podtlak (vakuum) u isparivaču iseparatoru supare. Zbog toga je temperatura isparavanja odnosno vrelištenamirnice u isparivaču vrlo niska. Kod jednostepene isparne stanice je 25 °C, akod dvostepene isparne stanice je u I stupnju 32 °C, a u II stupnju 17 °C.



Uređaji za rekuperaciju arome tzv. hvatači arome

Najveći nedostatak koncentriranja uparavanjem je skoro potpuni gubitak arome(preko 90 %). Ovaj nedostatak je naročito izražen kod koncentriranja voćnih

sokova.Taj nedostatak se nadoknađuje rekuperacijom arome to jest hvatanjem arome,koncentriranjem i vraćanjem u namirnicu kod razrjeđivanja koncentrata.

Proces rekuperacije arome se sastoji od:

1.Separacija arome isparavanjem2.Koncentriranje arome iz supare ili iz kondenzata

Koncentriranje arome iz supare ili iz kondenzata se može provesti:1.Rektifikacijom – na rektifikacionim kolonama2.Pervaporacijom3.Reverznom osmozom (postupak razrađen u našem laboratoriju).

Ostali postupci rekuparacije arome:-Adsorpcijom-Ekstrakcijom (ekstrakcijom inertnim plinom u vakuumu sa rotacionomkonusnom kolonom)

Hvatači arome sa koncentriranjem rektifikacijom

Najčešće se koriste hvatači arome sa koncentriranjem rektifikacijom. Aroma seprethodno ispari u isparivaču, cijevnom, pločastom ili nekom drugom.Isparavanjem se dobije supara koja osim vodene pare sadrži i tvari arome.Dobivena supara se odvodi na koncentriranje u rektifikacionu kolonu ili sekoristi kao ogrjevna para u narednom isparivaču pa se dobiveni kondenzat kojisadrži tvari arome koncentrira rektifikacijom.

Hvatači arome mogu raditi kao:

1. Zasebni uređaji odvojeni od isparne stanice pri čemu imaju vlastitiisparivač i separator supare. Pri tome se početna namirnica prvo dearomatizira uisparivaču, nastala supara se koncentrira rektifikacijom, a dearomatizirananamirnica odvodi u isparnu stanicu na daljnje koncentriranje. Ovakva odvojenapostrojenja su fleksibilnija i jednostavnija za rukovanje, ali su veća iinvesticijska ulaganja i veći procesni troškovi.



2. Hvatači arome koji su sastavni dio isparne stanice. Namirnica sedearomatizira u isparivaču prvog stupnja isparne stanice, nastala supara satvarima arome se koristi kao ogrjevna para u narednom isparivaču. Kondenzatkoji nastane kondenzacijom te supare se odvodi na koncentriranje u

rektifikacionu kolonu. Dearomatizirana namirnica se kontinuirano nastavljakoncentrirati u isparanoj stanici. Ovakvi hvatači arome su složeniji za vođenje procesa od prethodnih, ali suinvesticijska ulaganja manja i manji su procesni troškovi pošto proceskoncentriranja namirnice nije prekinut.Dobiveni koncentrat arome se puni u cisterne i čuva do finalizacijekoncentrirane namirnice pri čemu se vraća u proizvod u određenom omjeru kojiodgovara prirodnoj koncentraciji arome.

Hvatač arome koji je zaseban uređaj i radi odvojeno od isparne stanice:



Hvatač arome koji je sastavni dio isparne stanice:



6.2. Postupci i uređaji za koncentriranje tekućih namirnica zamrzavanjem

Uređaji za koncentriranje zamrzavanjem

Uređaji za koncentriranje zamrzavanjem se sastoje od sljedećih dijelova:1. Uređaj za kristalizaciju2. Uređaj za odjeljivanje faza odnosno kristala leda.

U uređaju za kristalizaciju nastaju kristali leda koji se odvajaju od koncentriraneotopine (koncentrata) u uređaju za odjeljivanje faza.

Uređaj za kristalizaciju može biti: - izmjenjivač topline s brisanom površinom (sa strugačem) s kratkimzadržavanjem suspenzije bez recirkulacije- izmjenjivač topline s brisanom površinom i kolonom s klipnim transportom srecirkulacijom suspenzije- izmjenjivač topline s brisanom površinom i posudom s miješalicom, srecirkulacijom tekuće faze (bez kristala).

Uređaj za odjeljivanje kristala leda može biti: - Preša (obična pužna)- Preša + centrifugalni isparivač - Centrifuga

- Centrifuga + centrifugalni isparivač - Kolona za ispiranje.

Kapacitet svih navedenih uređaja za odjeljivanje je obrnuto proporcionalanviskoznosti koncentrata i upravo proporcionalan kvadratu srednjeg promjera(veličine) kristala leda.

Gubitci suhe tvari na površini kristala leda povećavaju se povećanjemkoncentracije. Primjena koncentriranja zamrzavanjem ovisi o uspješnostiseparacije faza koja je najosjetljiviji dio procesa.

"Step Freeze" proces za koncentriranjeTo je jedan od najstarijih klasičnih postupaka za koncentriranje zamrzavanjem idanas ima povijesno značenje, potrebno ga je objasniti zbog principa kao irazumijevanja nastojanja u nalaženju novih procesnih rješenja.Sastoji se iz pet sukcesivnih faza zamrzavanja vode kod postupno sve nižihtemperatura uz odvajanje leda na centrifugi poslije svake faze zamrzavanja. Usvakoj fazi izdvaja se oko jedna trećina prisutne vode u posudi – kristalizatoru

koji je opremljen izmjenjivačem topline, strugačem i miješalicom.



Hlađenje u izmjenjivaču topline je indirektno, rashladno sredstvo je etilenglikol.Kapaciteti kristalizatora i centrifuge su postepeno sve manji kako sekoncentriranjem smanjuje volumen i masa proizvoda. U svakoj narednoj faziproizvod je sve koncentriraniji pa se mora primijeniti sve niža temperatura u

svakoj narednoj fazi.

Nedostatci ovog postupka su gubitak suhe tvari na površini kristala leda kojise separiraju na centrifugama, veliki investicijski troškovi i veliki troškoviproizvodnje. Zbog navedenih nedostataka tražena su druga procesna rješenja sakojima se nastojalo smanjiti gubitke suhe tvari sa kristalima leda i pojednostavitiproces. U tu svrhu se koriste različite kombinacije uređaja za kristalizaciju iodjeljivanje faza.



Kao što se vidi na slici za smanjenje gubitaka suhe tvari sa kristalima leda usustavu 2 i 5 koriste se preša i centrifuga u kombinaciji sa centifugalnimisparivačem. Centrifugalni isparivač se koristi za koncentriranje uparavanjemotopine suhe tvari koja se dobije ispiranjem ili otapanjem kristala leda. Na tajnačin se suha tvar koja se izdvoji na površini kristala vraća (rekuperira) uproces. Upotreba centrifugalnog isparivača povećava investicijske troškove iutrošak energije u procesu.Kod sustava 4 i 6 na gornjoj slici za separaciju kristala leda primijenjena je

kolona za ispiranje. Primjenom kolone za ispiranje otklonjeni su većinanedostataka prethodnih postupaka koncentriranja zamrzavanjem. Smanjena suinvesticijska ulaganja, manji su troškovi proizvodnje, otklonjen je gubitak suhetvari, proces je jednostavniji i jeftiniji. Ovaj postupak je usavršen nakomercijalnoj razini u tvrtki "Grenco" u Nizozemskoj.

"Grenco" postupak koncentriranja zamrzavanjem

Karakteristike "Grenco" postupka su:-Odvojena je faza nukleacije i faza rasta kristala leda (rekristalizacija)-Upotreba kolone za ispiranje za separaciju kristala leda

Odvajanjem faze nukleacije i faze rasta kristala leda omogućen je visokstupanj pothlađivanja u fazi nukleacije bez utjecaja na veličinu kristala leda.

Kod ovog postupka toplina se odvodi isključivo u fazi nukleacije odnosno u



izmjenjivaču topline što omogućava visoki stupanj pothlađivanja i tvorbu vrlositnih kristala leda.Sitni kristali leda iz izmjenjivača topline se kontinuirano odvode u uređaj zarekristalizaciju, zapravo posudu s miješalicom. U toj posudi se sitni kristali

nastali nukleacijom u izmjenjivaču topline miješaju sa krupnim kristalima.U uređaju za rekristalizaciju se uspostavlja temperatura otopine sa kristalimaleda koja je viša od ravnotežne temperature sitnih, a niža od ravnotežnetemperature krupnih kristala leda što dovodi do rasta krupnih na račun sitnihkristala leda.Osim navedenog u ovom postupku je za separaciju kristala leda upotrijebljenakolona za ispiranje. Kolonom za ispiranje postiže se savršeno odvajanje ledaod koncentrata bez razrjeđivanja. Kolona za ispiranje je potpuno zatvorena pa sugubitci arome zanemarivi. U koloni za ispiranje koncentrirana otopina se odvajakroz perforirano dno a kompaktni sloj leda se potiskuje prema vrhu kolone. Kristali leda se u koloni ispiru u protustruji sa vodom koja nastaje otapanjemdijela ispranih kristala leda, dio ispranih kristala leda se otapa zagrijavanjemizmjenjivačem topline. Ostali kristali leda i voda se odvode iz kolone. Kolone zaispiranje i uređaj (posuda) za rekristalizaciju su spojeni sistemom spojenihposuda.U ovom uređaju tekuća namirnica se kontinuirano koncentrira u recirkulaciji doželjene suhe tvari, potom se koncentrat izvodi van. U sustavu se održava stalninivo tekuće faze nivo regulatorima.Kada nivo opadne zbog koncentriranja i izdvajanja leda ili izdvajanja

koncentrata uvodi se početna tekuća namirnica. Izdvajanje koncentrata sezaustavlja kada zbog uvođenja početne namirnice koncentracija suhe tvari padneispod željene. Koncentrat se ponovno izdvaja kada se daljnjim koncentriranjempostigne željena suha tvar.Uređaj "Grenco" može raditi kao jednostepeno ili višestepeno postrojenje.



7. POSTUPCI I UREĐAJI ZA DEHIDRATACIJU NAMIRNICA

Postoje brojni sustavi postrojenja za konzerviranje sušenjem, više ili manje

prilagođeni dehidrataciji pojedine vrste hrane. Također je način prijenosa topline i mase u različitim sušnicama različit. S

obzirom na taj prijenos, oni se mogu svrstati u adijabatske i kontaktne sušnice.Upotreba ostalih sušnica (npr. s infra-crvenim, dielektričnim i mikrovalnimgrijanjem) je ograničena.

Hrana se može sušiti i desikantima, npr. silikagelom, kalcij-kloridom i fosfor(V)-oksidom, a upotrebljavaju se za neke specijalne svrhe, uglavnom zadosušivanje u zatvorenoj ambalaži. U adijabatskim sušnicama za grijanje i odvođenje pare služe vrući plinovi,najčešće zrak, rjeđe dimni ili inertni plinovi, ili pregijana para.U kontaktnim sušnicama toplina se prenosi kroz metalne plohe, koje su ujednoi nosači hrane pri sušenju. Proces se u tim sušnicama vodi ili na zraku ili uvakuumskim komorama pod sniženim tlakom, uz odsisavanje i ukapljivanjerazvijene supare. Neke se od tih sušnica izdvajaju u zasebnu skupinuvakuumskih sušnica. Prikladnost pojedinih tipova unutar tih skupina sušnicanajviše zavisi od toga da li je hrana koju treba sušiti čvrsta, tekuća ili kašasta.



7.1. POSTUPCI I UREĐAJI ZA DEHIDRATCIJU KRUTIHNAMIRNICA

Komorne sušnice

Među najjednostavnije tipove sušnica spadaju tzv. komorne, koje su u praviludiskontinuirane a sastoje se iz jedne izolirane komore-prostora za smještajmaterijala (obično na lesama), ventilatora i grijača.

Tunelske ili kanalske sušnice

Tunelske ili kanalske sušnice su obično polukontinuirane; lese sa materijalom(najčešće na odgovarajući način pripremljeno povrće ili voće) smještaju se i

provode kroz sušnicu na kolicima. Sa stanovišta kretanja materijala i zrakakojim se vrši sušenje postoje dva osnovna sistema sušenja u ovom tipu sušnica,a to su: sustrujno (istosmjerno) i protustrujno. Osnovne karakteristike jednog idrugog sistema su sljedeće: a)Tunelski istostrujni ili sustrujni sistem – velika brzina sušenja na vlažnomkraju tunela zbog relativno visoke temperature (i male relativne vlažnosti) zrakakojom dolazi na vlažni materijal, bez opasnosti od toplinskog oštećenja.Temperatura površine materijala u toj fazi (dijelu tunela) je znatno ispodtemperature suhog termometra zraka zbog adijabatskog ohlađivanja (na račun

isparivanja vode). Kako se materijal pokreće prema izlazu tunela dolazi ukontakt sa sve hladnijim i vlažnijim zrakom tako da brzina sušenja pada, a iopasnost od oštećenja toplinom se smanjuje. Zbog takvih uvjeta je teškoostvariti dovoljnu vlažnost materijala na suhom kraju tunela (izlazu).



b)Tunelski protustrujni sistem – relativno male početne brzine sušenja navlažnom dijelu tunela zbog relativno malog temperaturnog i koncentracionoggradijenta (između zraka i materijala). To pogoduje kvrčenju (skupljanju)materijala sa staničnom strukturom što rezultira velikom nasipnom volumnom

gustoćom. Kod većeg opterećenja sušnice topla i vlažna atmosfera pogodujekontaminaciji mikroorganizmima. Uvjeti na suhom kraju tunela (topao i suhizrak) pogoduju postizanju niske vlažnosti u proizvodu, ali predstavljaju iopasnost za pregrijavanje, odnosno njegovo toplinsko oštećenje. Ne smije seispustiti iz vida da je u ovoj fazi – dijelu sušnice- nastupio period padajućebrzine, kada je jako usporena izmjena mase. Ovaj je sistem obično ekonomičnijisa stanovišta utroška topline nego sustrujni.

Princip protustrujnog tunelskog sušionika

c)Tunelske kombinirane sušniceDa bi se iskoristile prednosti i eliminirali nedostatci jednog i drugog sistemamoguće ih je kombinirati povezivanjem u seriju. Na taj način moguće jeostvariti veliku brzinu sušenja na početku (što je karakteristika istostrujnogsistema) i povoljne uvjete pri kraju procesa koji omogućavaju efikasnijepostizanje traženog (niskog) nivoa vlažnosti u gotovom proizvodu. To jemoguće realizirati i jedinstvenim tunelom sa centralno smještenim ventilatorom(izlazom zraka).



d)Tunelske sušnice sa poprečnim strujanjem zraka

Osim uzdužnog toka struje zraka kod tunelskih sušnica se primjenjuje i poprečnitok (poprečno strujanje) zraka u odnosu na pravac kretanja proizvoda.

Sušnice sa trakama

Sušnice sa trakama su u principu vrlo slične tunelskim. Materijal se raspoređujei transportira na perforiranim trakama, odnosno na trakama od pletiva (npr.žičanog), što omogućava kontinuiranost procesa i dobar kontakt sa zrakom dokse prebacivanjem s gornje na donju traku postiže okretanje materijala iujednačenost dehidratacije pojedinih dijelova proizvoda. Danas se konstruirajusušnice ovog tipa s dvije ili više (obično četiri) traka. Brzina kretanja traka možese regulirati posebnim varijatorom (obično 0,1 do 1 m/min). Zrak se zagrijavagrijačima smještenim sa strane ili između traka.



Prikladnim uvođenjem (usmjeravanjem) i recirkulacijom zraka moguće je kodovog tipa sušnica ostvariti priličnu fleksibilnost režima i ekonomičnost procesa.Materijal se nanosi na najgornju traku a skida s najdonje trake, sušnice s trakamase najviše upotrebljavaju za dehidtataciju povrća i voće, uglavnom rezanog u

različitim oblicima.

Rotaciona sušnica

Rotaciona sušnica ima značajnu primjenu u prehrambenoj industriji, bilo da seradi o sirovinama, gotovim proizvodima ili nusproizvodima prehrambeneindustrije. Tako npr. služi za sušenje različitog zrnatog materijala (žitarice,

uljarice, kakaovca i sl.), povrća, zelene mase (djetelina), repinih rezanaca,tropina od voća u proizvodnji pektina, kristala šećera (saharoze i glukoze) itd.Ovisno o materijalu kao medij za dehidrataciju upotrebljavaju se dimni plinovi(ponekad temperature i do 1000°C) ili zagrijani zrak. Proces se vodi u praviluistostrujno.Rotacione sušnice se sastoje od horizontalnog rotacionog bubnja sa pregradamaunutar bubnja. Pregrade osiguravaju prilikom okretanja bubnja potreban kontaktplina sa kojim se vrši zagrijavanje i materijala koji se suši, one takođerusmjeravaju kretanje materijala uzdužno kroz bubanj. Materijal ulazi na jednoj

strani bubnja i kreće se uzduž bubnja tijekom sušenja.



Sušenje fluidizacijom

Sušenje fluidizacijom (u lebdećem sloju) sadrži u sebi velike mogućnostiprimjene u prehrambenoj industriji, koje se tek u posljednje vrijeme, i todjelomično, koriste. Ono se može primijeniti kao samostalni procesdehidratacije za različite materijale (koji dolaze pretežno u vidu granula, manjihkomadića hrane, kristala i sl.) ili u sklopu tzv. višefaznih (multifaznih)postupaka u kombinaciji sa drugim jediničnim procesima (operacijama) uzavršnoj fazi procesa (dosušivanje i ohlađivanje) često uz upotrebu odvlaženogzraka.Princip rada ovog tipa sušnice je u primjeni struje (zagrijanog ili odvlaženog)zraka takvih svojstava da se materijal podvrgnut dehidrataciji održava ulebdećem stanju iznad perforirane plohe kroz koju struji i ujedno suši. Zrak imadvojaku funkciju: služi za fluidizaciju i dehidrataciju. Na taj način postižu se

relativno visoke brzine i ujednačenost sušenja. Kod nekih uređaja primijenjena je i vibracija osnove (plohe) kako bi se pospješilo pokretanje materijala. Prednost ovog postupka sušenja je što se ostvaruje gotovo idealan kontaktčestica koje se suše sa zrakom. One su obavijene zrakom po cijeloj svojojpovršini koji struji preko njih velikom brzinom. Na taj način se ostvarujemaksimalno mogući prijenos mase i topline.

Princip rada kontinuirane sušnice s fluidizirajućim slojem



Pneumatske sušnice

Vlažni materijal je suspendiran u struji zagrijanog zraka koji ga pokreće(transportira) kroz uređaj za sušenje. To pretpostavlja i veće brzine strujanja

zraka nego u slučaju fluidizacije. Podešavanjem dimenzija (promjera) vodova(obično cijevi ili konusa) u odnosu na druge parametre (brzina strujanja, masa ipovršina čestica)može utjecati na vrijeme zadržavanja materijala u uređaju. Kodovog načina sušenja ponekad se primjenjuje postupak vraćanja dijela osušenogmaterijala i miješanja sa vlažnim (mokrim) polaznim materijalom, koji inačekao takav ne bi bio prikladan za pneumatsko sušenje.Primjena pneumatskih sušnica je kod materijala (hrane) sličnih svojstava onimakoji se suše fluidizacijom (npr. krumpirove granule ili pahuljice, sitni komadićimesa, sjemenke i sl.). Proces je kontinuiran i relativno brz.



7.2. POSTUPCI I UREĐAJI ZA DEHIDRATACIJU TEKUĆIH IPOLUTEKUĆIH NAMIRNICA

Sušenje tekućih namirnica

Proizvodnja dehidratiranih (pulverziranih) namirnica iz otopina i suspenzijasuočava se sa specifičnim problemima koji proizlaze iz potrebe uklanjanja, uvećini slučajeva, znatnih količina vode iz sistema u kojima to nije jednostavno ine može se ostvariti bez dalekosežnih promjena.Do danas je pronađeno niz postupaka koji se s više ili manje uspjeha primjenjujuza dehidrataciju pojedinih vrsta tekućih i polutekućih namirnica. To su prijesvega sušenje raspršivanjem, sušenje na valjcima, sušenje u vakuumu,liofilizacija, Birs-ov postupak, UTAG postupak, sušenje nadimanjem (puff-drying), sušenje pomoću pjene kao i pojedine kombinacije, npr. sa sušenjemodnosno dosušivanjem u lebdećem sloju (tzv. višefazni postupci) i sl..

Sušenje raspršivanjem

Sušenje raspršivanjem je najrašireniji, vrlo važan postupak koji se uspješnoprimjenjuje na mnoge namirnice koje dolaze u vidu otopina, suspenzija ili kaše.

Specifične karakteristike iz kojih proizlaze prednosti ovog postupka suslijedeće:

-Vrlo velika površina na kojoj se vrši izmjena tvari i topline, iz čega rezultiravrlo kratko vrijeme operacije (red veličine nekoliko sekundi),-Relativno niska temperatura proizvoda u odnosu na relativno visokutemperaturu ulaznog zraka;-Materijal (namirnica) se dehidratira bez da dolazi u dodir sa toplom(zagrijanom) metalnom površinom; -Gotovi pulverizirani proizvod je stabilan i prikladan za rukovanje i transport.

Ono što je vrlo bitno, naročito u usporedbi s drugim postupcima, je

ekonomičnost i mogući veliki kapaciteti proizvodnje.

Sam postupak sastoji se od četiri osnovna stupnja:1.Raspršivanje namirnice (atomizacija)2.Ostvarivanje kontakta raspršene namirnice sa zrakom kojim se vršidehidratacija,3.Isparavanje vode iz raspršenih kapljica4.Odvajanje osušenog praha iz izlazećeg zraka.

Vrlo značajna operacija o kojoj u velikoj mjeri ovisi uspješnost procesa je samoraspršivanje odnosno izbor prikladnog uređaja kojim se ono provodi. U tu



svrhu najčešće se upotrebljavaju sapnice-mirujuće ili rotirajuće, rotirajućidiskovi, pneumatski ili dvostrujni raspršivači i sl. Danas se nastoje upotrijebiti gdje god je moguće rotirajući raspršivači(uređaj za raspršivanje) jer su prilagodljivi (fleksibilniji) u odnosu na

specifičnost namirnice i kapacitete proizvodnje.U svakom slučaju veličina raspršenih kapljica (iz kojih rezultira i određenaveličina čestica) je faktor koji igra značajnu ulogu pri izboru uređaja zaraspršivanje. Stoga razna konstrukcijska rješenja vode i te kako računa o tomčiniocu, isto kao i o otpornosti materijala iz kojeg je izrađen otvor sapnica.Današnji napori na usavršavanju ovog postupka su usmjereni u više pravaca. Uprvom redu u pravcu postizanja što većih kapaciteta i ekonomičnosti – što sepostiže povećanjem temperaturnog gradijenta kroz komoru sušionika, a to značiomogućiti što višu temperaturu zraka na ulazu (oko 400°C za termoosjetljiveproizvode). Gornji kapacitet iznosi cca 300 t/h zraka (za otpariti cca 30 t/hvode).

Shematski prikaz sušenja raspršivanjem

Husmannov ili Birsov postupak sušenja raspršivanjem

Proučavanjem tehnika sušenja raspršivanjem razvio se jedan novi postupakpoznat kao Hussmann-ov ili Birs-ov postupak. Realizirala ga je firma Birs izBasela a predstavljao je u trenutku kada je nastao, svojevrsnu novinu napodruč ju dehidratacije namirnica.



Postupak je zapravo primjer jednostepenog sušenja raspršivanjem u kojem se zadehidrataciju primjenjuje odvlaženi zrak (rel. vlažnosti do 3 %) temperaturedo 30 °C.

Sušenje se vrši u tornjevima vrlo velikih dimenzija (oko 70 m visine i 15 iliviše m promjera). Ulazni materijal raspršen u kapljice unaprijed točno određenih dimenzija pada svrha tornja. Željena veličina čestica postiže se podešavanjem pritiska pod kojimse tjera tekućina u toranj i izborom prikladnih sapnica. U protustruji prema gorekreće se odvlaženi, filtrirani sterilni zrak koji oduzima vlagu materijalu i ujednousporava njegov pad.Brzina kretanja zraka varira od 4,5 – 90 cm/s. Zrak izlazi na vrhu tornja s 80 –90 % relativne vlažnosti. Vrijeme pada kapljice je 90 – 200 sekundi, za koje sevrijeme ona potpuno osuši. Za razliku od klasičnog postupka sušenjaraspršivanjem voda difundira do slobodne površine mnogo sporije djelovanjemkapilarnih i osmotskih sila (ima dovoljno vremena), čime je znatno smanjengubitak hlapljivih tvari okusa i mirisa koji je inače najčešće neizbježan. Osušeni materijal se odvodi s dna tornja u sistem ciklona. Dobiveni proizvod jevrlo dobre kvalitete i lako i dobro se rekonstruira zahvaljujući prvenstvenoprimijenjenom temperaturnom režimu.Međutim, zbog velikih investicionih ulaganja spomenuti postupak moguće jeekonomično primijeniti samo uz maksimalno korištenje kapaciteta uređaja (od900 – 4500 kg isparene vode na sat) tj. tamo gdje je osigurana sirovinska baza i

tržište. Danas se Hussmann-ov postupak dehidratacije uglavnom koristi zadobivanje rajčice u prahu, ali i nekih proizvoda na bazi mlijeka.



Sušenje u vakuumu

Sušenje u vakuumu uvedeno je za dehidrataciju tekućih i polutekućihtermosenzibilnih namirnica. Do danas su konstruirani razni modeli vakuumsušnica koje rade kontinuirano, što je u velikoj mjeri doprinijelo široj primjeni temetode dehidratacije.

Jedinica za sušenje sastoji se od komore s beskonačnom trakom na koju sepolaže namirnica, izvora topline (bilo zagrijani valjci, bilo infracrvenelampe) i hlađenog valjka za ohlađivanje osušenog proizvoda.Proizvod se u vidu pahuljice ili kuglice sakuplja u hermetički priključenomsabirniku bez narušavanja vakuuma. Kvaliteta dobivenog proizvoda je relativnološa u odnosu na pogonske troškove (vakuum), a osim toga mjehurići parenastali u toku procesa sušenja ne tvore željenu strukturu proizvoda.

Sušenje na valjcima

Sušenje na valjcima je vrlo raširen postupak dehidratacije, relativno lakoprilagodljiv različitim materijalima i uvjetima. Koristi se za sušenje tekućih,češće polutekućih, a najčešće kašastih proizvoda. Ovaj se postupakdehidratacije s priličnim uspjehom primjenjuje u proizvodnji dehidratiranedječ je hrane. Proizvodi su uglavnom na bazi ceralija, u raznim kombinacijamasa povrćem, voćem ili mlijekom. Sušenje se provodi kod atmosferskog

pritiska ili u vakuumu na jednom ili više šupljih valjaka, unutar kojihcirkulira ogrjevni medij – para ili u iznimnom slučaju vruća voda.



U uvjetima sušenja su šećeri u svim tim namirnicama obično ljepljivi, aponekad i rastopljeni u času skidanja mase sa valjka. Ukoliko se u takvomslučaju upotrebi obični strugač za skidanje mase dolazi do nabiranja “plahte”osušenog materijala i sljepljivanja iste. Tako dobiveni proizvod se kasnije vrlo

teško dispergira i nema zadovoljavajuća fizikalna svojstva. Da bi se to izbjegloneophodno je da se proizvod hladi i ukrućuje dok je još na valjku. To sepostiže strujom hladnog zraka koji se dovodi ispod “plahte” materijala i ujedno

je podržava dok se skida s valjka (noževima ili strugačima). Dobiveni proizvod je u vidu pahuljica.Sušenje na valjcima nije dalo zadovoljavajuće rezultate kod sokova voća ipovrća upravo zbog njihovih svojstava (šećerne otopine). Toplinski režim jenepodesan za takve namirnice. Dobiveni proizvod se teško rekonstruira i imaprevelik sadržaj vlage. Stoga se taj postupak kod osjetljivih namirnica sve višezamjenjuje drugim postupcima dehidratacije. Radi poboljšanja rehidratacijskihsvojstava danas se sve češće i kod proizvoda dobivenih ovim postupkomprimjenjuje proces aglomeracije.

Sušenje nadimanjem

Sušenje nadimanjem – puff-drying – je zapravo modifikacija tehnike sušenja uvakuumu. Postupak je preporučljiv za guste tekuće odnosno polutekućenamirnice koje sadrže pretežno ili samo topljivu suhu tvar, pa se daju prethodnokoncentrirati do visokog postotka suhe tvari. Dehidratacijom takvih viskoznih koncentriranih namirnica u vakuumu postiže sefina porozna ili otvorena struktura. Tokom procesa sušenja iz materijala izlazivodena para i uklopljeni zrak što uvjetuje nastajanje jedne ekspandiranestrukture, a volumen mase poveća se za oko 20 puta. Ovaj postupak se vrlo uspješno primjenjuje za dehidrataciju soka naranče, ali jeneprikladan za dehidrataciju koncentrata rajčice.



Sušenje u pjeni

Osnovna karakteristika postupka sušenja u pjeni je prevođenje tekuće ilipolutekuće namirnice u stabilnu pjenu koja se u vidu tankog sloja suši

zagrijanim zrakom kod atmosferskog pritiska.Za pripremanje pjene koriste se tekući koncentrati namirnica s barem 20 % suhetvari, jer same tekućine ne daju pjenu ili ona nije dovoljno stabilna. Većakoncentracija suhe tvari poželjna je kod proizvoda niske konzistencije i onihkoji imaju pretežno topljivu suhu tvar.Priroda suhe tvari ima važniju ulogu kod primjene tog postupka nego sam udiosuhe tvari.Za dobivanje pjene upotrebljavaju se sredstva za upjenjivanje u koncentracijamaod 0,1 – 4 % (računajući na suhu tvar koncentrata namirnice). Prema sastavu to

su uglavnom monogliceridi viših masnih kiselina.

Stabilizacija pjene postiže se primjenom tvari koje ulaženjem u međusloj pjenepovećavaju njegov viskozitet kao što je npr. metilceluloza.Upjenjivanje se provodi pomoću netoksičnih plinova (N2, CO2) koji seinkorporiraju u namirnicu intenzivnim miješanjem u prikladnom uređaju.Pripremljena pjena se nanosi na traku ili perforirane lese u tankom i jednoličnomsloju. O ovoj fazi postupka u znatnoj mjeri ovisi uspjeh sušenja. Prije samog postupka dehidratacije provodi se krateriranje pjene (propuhivanjemmaterijala nanesenog na lese preko niza dizni kontinuiranom strujom plina).Nanesena pjena ima niz šupljina nalik na kratere. Krateriranje pjene omogućavabolji kontakt zagrijanog plina s namirnicom i povećava površinu sušenja.Sušenje pomoću pjene provodi se u horizontalnim ili vertikalnim sušnicamakontinuiranog ili diskontinuiranog tipa. Pored toga koriste se i vertikalne sušnices perforiranim lesama. Proces sušenja traje 10-15 minuta.



Ecal-postupak

Za dehidrataciju se upotrebljavaju sferična nosiva tijela (kuglice) od plastike ilimetala promjera 18-40 mm na koje se nanosi tekuća ili polutekuća namirnica,čime se postiže velika površina. Primjenom kuglica od 18 mm npr. dobije sepovršina od 200 m2 /m3.Kontinuiranom cirkulacijom kuglica tvori se sporo pokretni sloj (slow motiongravity bed) visine 70-80 cm. Dehidratacija se ostvaruje zagrijanim zrakomulazne temperature 65-150°C, koji u gornjem vlažnijem dijelu sloja strujiprotustrujno, a u donjem sušem istostrujno na pravac kretanja kuglica snamirnicom. Temperature zraka na izlazu kreću se od 25-50°C.



7.3. MULTIFAZNI POSTUPCI DEHIDRATACIJE TEKUĆIH IPOLUTEKUĆIH NAMIRNICA

Teškoće u dehidrataciji raspršivanjem jako higroskopnih i termosenzibilnihnamirnica (kao što su npr. voćni sokovi i kaše) nastoje se prevladati hlađenjemmaterijala u drugoj fazi procesa primjenom odvlaženog zraka ili povezivanjemnekoliko tehnika dehidratacije u jedan jedinstveni postupak (npr. sušenjeraspršivanjem i fluidizacijom) tzv. multifazni postupak.

Sušenje raspršivanjem s hlađenjem i završnim sušenjem fluidizacijom

To je multifazni postupak sušenja koji se sastoji od više faza. U prvoj fazi senamirnica suši klasičnim postupkom raspršivanja, a u drugoj fazi dosušuje ihladi fluidizacijom. Donji dio tornja sa kojim namirnica nakon sušenjaraspršivanjem dolazi u kontakt hladi se rashladnom vodom.U dvostrukoj stjenki tornja za sušenje struji zrak kojim se hladi unutrašnjapovršina raspršivača a time i sam proizvod koji se zadržava izvjesno vrijeme nakonusnom dnu uređaja. Uređaji su povezani zatvorenim transporterom

(beskonačnom trakom) u kojem se provodi daljnje dosušivanje i hlađenje



fluidizacijom odvlaženim (dehumificiranim) zrakom da bi se u vibro uređajupostigla finalizacija procesa.

Multifazni postupak sušenja UTAG

Za dehidrataciju koncentrata rajčice i sličnih termoosjetljivih proizvodanjemačka firma UTAG realizirala je postupak koji predstavlja svojevrsnumodifikaciju Hussmann-ovog postupka, a po efektu je usporediv s

liofilizacijom. Postupak se sastoji od tri sukcesivne faze dehidratacije, aodvija se u dva odvojena uređaja (tipičan primjer multifaznog postupka). Prvedvije faze (raspršivanje i fluidizacija) provode se u tornju visine oko 15 m,dok se treća faza (finalizacija) provodi u odvojenom uređaju za fluidizaciju.Sličnost sa Birs-ovim postupkom je u primjeni odvlaženog zraka zadehidrataciju, dok je razlika u odnosu na taj postupak – primjena zraka višepočetne temperature (oko 90°C) i već spomenute manje dimenzije tornja. U prvoj fazi dehidratacija se provodi raspršivanjem sa djelomično odvlaženimzrakom temperature 90°C gdje dolazi do djelomičnog aglomeriranja čestica kojese skupljaju na perforiranom dnu tornja gdje se podvrgavaju fluidizaciji pomoćustruje odvlaženog zraka (rosište ispod 20°C) temperature oko 50°C.



Nakon što se u drugoj fazi procesa postigne željena vlažnost proizvoda on seprebacuje u odvojeni uređaj za fluidizaciju – treću fazu – gdje se dosušuje dokonačne vlažnosti. Upotrebljeni zrak, zasićen vlagom se ne odbacuje, već sepodvrgava pročišćavanju i dehumifikaciji pomoću LiCl, regenerira toplim

zrakom i ponovno uvodi u proces. Usporedbom s liofilizacijom troškovi kodprimjene ovog postupka su za 25-50% manji.



7.4. DEHIDRATACIJA LIOFILIZACIJOM

Liofilizacija je proces dehidratacije kod kojega se voda iz namirnice uklanja usmrznutom stanju u dvije faze, sublimacijom i izotermnom desorpcijom.

Princip uklanjanja vode sublimacijom leda

Kristal leda sastavljen je iz molekula vode raspoređenih (povezanih) u jednupravilnu rešetku. Iako je svaka molekula vode ograničena u svom položaju, onaunutar određenih granica vrši gibanje. Temperatura nekog materijala je upravo iodređena veličinom tog gibanja. Za neku molekulu na površini kristala ledapostoji mogućost da se, u slučaju dovoljno snažnog spomenutog gibanja, odupredjelovanju privlačnih sila susjednih molekula i iziđe iz svog prvobitnogpoložaja. Ako se radi o velikom broju molekula onda postoji određena

statistička vjerojatnost za takvu pojavu izdvajanja.Pošto je veličina gibanja molekula vode funkcija temperature, onda ćevjerojatnost izlaženja molekula iz površine kristala leda rasti porastomtemperature. Kada se kristali leda nalaze u jednoj zatvorenoj komori (prostoru) kod nekekonstantne temperature, molekule vode napuštaju kristale leda određenom(stalnom) brzinom. Međutim, kako sublimacija napreduje, tako raste ikoncentracija vodene pare u prostoru oko leda, a time i vjerojatnost povratkaslobodnih molekula vode na površinu leda. U slučaju kad je koncentracijamolekula vode u okolini leda dovoljno velika, brzina kondenzacije molekulavode izjednačava se brzinom sublimacije.Iz faznog dijagrama za čistu vodu vidljivo je pod kojim se uvjetima mijenjaagregatno stanje vode. Točka o predstavlja trojnu točku u kojoj je mogućepostojanje sve tri faze (čvrste, tekuće i plinovite). U trojnoj točki se sijeku ravnotežne krivulje promjene faza i u toj točki sve trifaze su u istovremenoj ravnoteži. Kod običnog isparavanja proces se odigravapo krivulji OC, odnosno ispod nje. Molekule vodene pare odlaze u parni prostoršto se može ubrzati i olakšati održavanjem veće razlike u tlakovima.Trojna točka ima koordinate 0,0076 °C i 610,75 Pa i za odvijanje procesa

sublimacije (krivulja) OA vrijednosti temperature i tlaka treba održavati ispodnjih. Prema tome, da bi se proces sublimacije mogao odvijati što efikasnije,stvaranjem pogodnog vakuuma ostvaruje se uvjet po kojem će parcijalni tlak napovršini čvrste tvari koja isparava (led) biti veći od parcijalnog tlaka pare uokolnom prostoru.



Praktična primjena ove pravilnosti diktira što veću udaljenost od točke O. Safaznog dijagrama za vodu vidi se da je kod sušenja sublimacijom ulogavakuuma mnogo veća nego što je uloga hlađenja. Kod donjih dijelova krivuljaOA i OC tangens kuta je manji čime je objašnjeno da je sa manjim promjenamatlaka udaljavanje od trojne točke brže i proces se može lakše ostvariti. Treba napomenuti da je brzina sublimacije isključivo funkcija temperature, dok

je brzina kondenzacije funkcija temperature i tlaka para. Prisutnost para drugihmolekula osim vode nema utjecaja na apsolutne vrijednosti tih brzina, osim štoone sprječavaju tok para i uvode koncentracione gradijente.Smanjenje koncentracije zraka (i drugih plinova) potrebno je isključivo radislobodnijeg kretanja molekula vodene pare krema kondenzatoru.

Latentna toplina sublimacijeMolekule vode u kristalnoj rešetki imaju neznatno gibanje u usporedbi sa parom,a prema tome i znatno manje energije. Stoga da bi jedna molekula vodenapustila kristal leda i prešla u paru potrebno je dovesti tu razliku energije. To je

latentna toplina sublimacije, koja iznosi približno 2843 kJ/kg pri 0°C. Ako setoplina dovodi u sistem određenom (stalnom) brzinom, postiže se ravnotežnetemperaturno stanje kod kojega je toplina potrebna za sublimaciju jednaka onojdovedenoj (ili obratno).Ukoliko je brzina sublimacije veća nego dovod topline, temperatura pada svedok brzina sublimacije ne postane ekvivalentna dovodu topline. I obratno, ako jetemperatura materijala suviše niska, tako da je sublimacija nedostatna zakorištenje dovedene topline, “suvišak” topline utječe na porast temperature svedok sublimacija ne postane ekvivalentna dovedenoj toplini. U praksi, temperatura namirnice je određena brzinom dovođenja topline ibrzinom prijenosa (odvođenja) pare. Svaki uvjet koji utječe na promjenu jednog



od tih faktora mijenja temperaturu materijala podvrgnutog liofilizaciji.Ravnotežu između topline sublimacije i topline koju je potrebno dovesti može seprema tome ostvariti dovođenjem ekvivalentne količine topline.

Liofilizacija se sastoji od sljedećih faza:

1.Priprema namirnice2.Zamrzavanje namirnice3.Pothlađivanje zamrznute namirnice4.Sublimacija leda ili primarna dehidratacija5.Izotermna desorpcija ili sekundarna dehidratacija

1.Priprema namirnice za liofilizaciju

Priprema namirnice za liofilizaciju obuhvaća klasične operacije pripreme(pranje, probiranje, kalibriranje, odvajanje nejestivih dijelova) i specifičneoperacije ovisno o vrsti namirnice i o tome da li je liofilizirana izvorna sirovinaili njena poluprerađevina ili prerađevina (rezanje na komadiće, usitnjavanje,pasiranje, koncentriranje itd.)

2.Zamrzavanje namirnice

Zamrzavanje se provodi ili na uobičajeni način pomoću rashladnih uređajapodesnih za postizanje željenih niskih temperatura ili otparavanjem određenekoličine vode podvrgavanjem proizvoda odgovarajućem vakuumu,pri čemuoduzimanje topline isparavanja izaziva njegovo smrzavanje.Obično se ovaj spomenuti postupak provodi u samom uređaju za liofilizaciju.Taj način zamrzavanja ima određenih (prije svega ekonomskih) prednosti predprvim, ali je njegova primjena prilično ograničena. Bez obzira na primijenjenipostupak zamrzavanja i temperaturni režim primijenjen kasnije tokom fazesublimacije, potrebno je u većini slučajeva dostići temperature između –30 °C i

–40°C. Zamrzavanje namirnice treba provesti tako da se dobiju što krupniji kristali leda.

3.Pothlađivanje zamrznute namirnice

Uspješna provedba liofilizacije u velikoj je mjeri ovisna o strukturi smrznutogmaterijala, a ova rezultira iz niza faktora, između kojih je od bitnog značajanačin na koji je postignuta određena(željena) temperatura proizvoda tijekomprocesa smrzavanja. Da bi se postigla određena stabilizacija supstrata

(materijala) potrebno je provesti njegovo pothlađivanje.



Naknadnim zagrijavanjem do temperature eutektikuma ne narušava sepostignuta struktura, što omogućava provođenje sublimacije (uz manju opasnostod “odmrzavanja”) kod viših temperatura. Na spomenutoj pojavi zasniva se tzv.termičko tretiranje proizvoda koje se može provesti na razne načine (npr.

pomoću tekućeg dušika, ili jednostavno u samoj komori za liofilizaciju).4.Sublimacija leda ili primarna dehidratacija

U stadiju sublimacije ili tzv. primarnoj dehidrataciji uklanja se voda koja senalazi u vidu leda; to je prije svega tzv. slobodna voda i najvećim dijelom tzv.konstitucijska voda.Iz prethodno smrznutog proizvoda voda se uklanja sublimacijom leda tj.neposrednim prijelazom iz čvrstog u plinovito stanje. To se realizirapodvrgavanjem smrznutog proizvoda djelovanju topline pod odgovarajućimpodtlakom (vakuumom).Tokom toga stadija zagrijavanjem prethodno zaleđenog proizvoda dolazi doneposredne sublimacije kristala leda, bez da se i jednog časa pojavljuje voda utekućem stanju. Na taj način nestajanjem kristala leda smrznuti materijal sepostepeno dehidratira bez zamijetnije promjene oblika, poprimajući fino –poroznu strukturu. Tokom čitavog tog stadija (primarne dehidratacije) proizvodmora ostati smrznut i zbog toga zagrijavanje treba provesti tako da se utretiranom materijalu konstantno održava tako niska temperatura koja rezultiraiz ravnoteže između količine dovedene topline i one potrebne za sublimaciju.

Sublimacija kristala leda se ne odvija istovremeno po cijelom volumenunamirnice već sublimacija počinje na površini zamrznute namirnice i frontalnose kreće prema unutrašnjosti odnosno prema dolje. Pri tome iznad frontesublimacije ostaje porozni sloj namirnice kroz koji prolazi para koja nastajesublimacijom.Pošto se uklanjanje vode provodi “in situ”, kao što je rečeno sublimacijom leda,taj postupak dehidratacije je karakteriziran i time što je isključena migracijatopljivih sastojaka (šećera, kiselina, mineralnih soli, aminokiselina itd.) premapovršini proizvoda, karakteristična za ostale metode dehidratacije. Na taj način

je isključeno stvaranje krute površinske “kore”, koja usporava procesdehidratacije i koja redovito predstavlja mjesto najintenzivnijih degradacionihpojava. Osim toga, kako se molekule vode izdvajaju iz krute strukture koja sepostepeno pretvara u fino – poroznu, onemogućeno je aglomeriranje molekulabjelančevina, a primjenom niskih temperatura znatno su usporene kemijskereakcije.



Parametri koji utječu na prijenos vodene pare nastale sublimacijom krozosušeni sloj Pod uobičajenim uvjetima tokom procesa sublimacije povećava se sloj osušenogmaterijala. Sva vodena para oslobođena sublimacijom u zoni sušenja prolazi

kroz prepreku odnosno osušeni sloj sve veće i veće debljine. Kod toga trebaimati u vidu spoznaju da je koncentracijski gradijent jedina sila koja pokrećemolekule vodene pare kroz osušeni sloj.

Dva su načina da se utječe na koncentracioni gradijent u toku sušenja:1. Da se mijenja koncentracija vodene pare na površini namirnice (pritisak ukomori treba biti otprilike 1/3 – 1/4 pritiska para leda),2. Da se mijenja napetost para na granici sušenja.(Pošto je napetost para leda funkcija temperature unutarnji pritisak se možepovećati povišenjem temperature uzorka odnosno povećanjem dovođenjatopline dok se ne uspostavi prije spomenuta ravnoteža, kod čega to povišenje nesmije biti štetno po proizvod).Da bi se dobio što veći koncentracioni gradijent kroz osušeni sloj neophodno jepostići što niži tlak para na površini proizvoda. Efikasno uklanjanje vodene pareiz blizine (okoline) proizvoda drugi je (uz adekvatan prijenos topline) osnovnipreduvjet za uspješno projektiranje uređaja za liofilizaciju. Stoga je neophodnošto kraćim putem i uz što manje zapreka odvesti paru iz komore za dehidrataciju(npr. nisko-hlađenog kondenzatora ili nekog drugog uređaja sa istomfunkcijom).

Utjecaj veličine kristala leda na otpore odvođenja vodene pare

Da bi otpori prolasku vodene pare nastale sublimacijom leda kroz osušeni slojbili što manji i da bi uklanjanje vodene pare bilo što efikasnije veličina pora uosušenom sloju treba biti što veća.Sublimacijom leda na mjestu kristala ostaje šupljina (pora), što su veći kristalileda to će veličina pora biti veća i manji otpor prolasku vodene pare krozosušeni sloj. Zbog toga se zamrzavanje materijala treba provesti tako da nastanukrupni kristali leda.

5. Izotermna desorpcija ili sekundarna dehidratacija

U stadiju izotermne desorpcije ili tzv. sekundarnoj dehidrataciji uklanja sekapilarna i adsorbirana voda (vezana voda) ili ona voda koja nije bila izdvojenau vidu leda. Ta se voda uklanja zagrijavanjem proizvoda pod vakuumom na+30°C do +60°C, (što ovisi o prirodi i svojstvima proizvoda) nakon što sunestali i posljednji tragovi leda. To se postiže tretiranjem proizvoda krozodređeno vrijeme pod vakuumom kod navedenih temperatura.



Dok je relativno lako odrediti trajanje prvog stadija dehidratacije,odnosnosublimacije, čiji se završetak poklapa sa trenutkom sublimacije posljednjegkristala leda, to međutim nije slučaj s drugim stadijem; u stvari, procesdesorpcije je kontinuiran i s fizikalnog stanovišta nema završne točke.

U ovisnosti o trajanju operacije i primijenjenim uvjetima preostaje prema tome uproizvodu određena količina vode, koja predstavlja tzv. zaostalu vlagu. Količinate zaostale vode neposredno uvjetuje trajnost liofiliziranog proizvoda.

Postupci dvođenja topline tijekom liofilizacije

Toplinska energija u uređajima za liofilizaciju dovodi se na tri osnovna načina:1.Kondukcijom sa grijane površine (plohe)2.Radijacijom iz izvora unutar vakuum sistema3.Indukcijom ili dielektričnim grijanjem

1.Dovođenje topline provođenjem (kondukcijom)

Kod ovog načina dovođenja topline smrznuti proizvod nalazi se u kontaktu sgrijanom površinom, dok se sušenje, odnosno sublimacija, odvija na suprotnojpovršini.Budući da se toplina može prenositi samo uz pretpostavku postojanja

termodinamičkog gradijenta, količina topline koja se može dovesti u zonusušenja ograničena je temperaturom površine koja priliježe uz grijani nosač (ploču), zatim debljinom i toplinskom vodljivosti smrznutog materijala itemperaturom na granici sušenja.Vodljivost topline, većine bioloških materijala u smrznutom stanju je vrlo niska. Temperatura na mjestu sušenja ovisi o količini dovedene topline, o brzinisublimacije i efikasnosti uklanjanja (odvođenja) vodene pare i samo seindirektno može odrediti.Temperatura na gornjoj grijanoj plohi je pod neposrednom kontrolom operatora,

ali ta je temperatura ograničena zahtjevom da materijal neprekidno ostane usmrznutom stanju.Ova metoda dovođenja topline ima nedostatak i u tome što se sušenje neodvija na strani koja je u dodiru (kontaktu) s izvorom topline, jer bi u protivnomput kondukcije bio razoren. Ukoliko bi se sušenje pojavilo na toj strani osušena“ljuska” predstavljala bi veliku zapreku toku topline. Intenzitet dovođenja topline tim načinom je vrlo nizak iz čega proizlazidugotrajnost procesa sušenja (tako npr. sušenje mesa u komadima traje oko 24sata).



Da bi se poboljšao kontakt između grijanih ploča i proizvoda, pojediniproizvođači uređaja za liofilizaciju primijenili su specijalne rešetke, međukojima se proizvod održava pod određenim pritiskom. Takvim postupkom smanjeno je potrebno vrijeme procesa na 6-10 sati.

Međutim, i taj postupak ima određenih nedostataka, kao što su mogućnostipregrijavanja i zbijanja površinskog dijela proizvoda, veća složenost izvedbe irukovanja, te viša cijena uređaja.Drugi način poboljšanja kontaktnog prijenosa topline je pomoću bodlji kojeprodiru u smrznuti proizvod.



2. Dovođenje topline radijacijom (zračenjem)

Kod primjene infracrvenih zraka moguće je (u principu) toplinu zračenjadovoditi materijalu u komori za sušenje sa svih strana, što povećava brzinusušenja. Međutim, ni ovaj način zagrijavanja ne predstavlja idealno rješenje,pošto se toplina dovodi na površinu materijala, a nužno pretpostavlja određenitemperaturni gradijent između površine proizvoda i zone sušenja kroz osušenisloj materijala.

Termička izolacija uvjetovana osušenim slojem u vakuumu je znatna, tako da jetaj gradijent vrlo ovisan o debljini toga sloja, a ujedno ograničen (dozvoljenom)temperaturom površine materijala.Razumljivo je da, ukoliko se pretjera u toj temperaturi, može doći do neželjenogtermičkog oštećenja. Osim toga, postoji i jedan drugi nedostatak kod tog načinadovođenja topline, koji proizlazi iz zahtjeva da se materijal podvrgnut sušenjunalazi u određenom položaju prema izvoru zračenja, i da treba izbjegavati raznamoguća “zasjenjivanja”, uvjetovana nepravilnim oblicima materijala. Udanašnjoj praksi samo zračenje se rijetko upotrebljava za dovođenje topline, već

se ono najčešće kombinira s nekim drugim načinom.



Dovođenje topline radijacijom je pogodno u početku sublimacije pošto je frontasublimacije na površini namirnice a radijacijom se toplina dovodi na površinu.Kasnije kada se fronta sublimacije spusti u unutrašnjost materijala toplina moraprolaziti kroz osušeni sloj koji ima manju toplinsku vodljivost od smrznutogmaterijala. Zbog toga se dovođenje topline radijacijom može dovoditi u početkuprocesa sublimacija, a kasnije nekim drugim postupkom npr. kondukcijom(provođenjem) preko grijanih ploča.

3. Dovođenje topline indukcijom ili dielektričnim grijanjem

Dovođenje topline pomoću elektromagnetskog zračenja, potaknuto nastojanjemda se toplina dovodi materijalu sa svih strana, iako vrlo privlačno sa stanovištaliofilizacije, usprkos nastojanjima, nije dalo željene rezultate, naročito uprimjeni energije mikrovalova. Razlozi tome prvenstveno su vezani uz složenosti još više promjenljivost svojstava materijala u toku procesa, tako da je vrloteško kontrolirati i održavati nužne uvjete.

Dielektrično zagrijavanje se bazira na pretvorbi rada, koji je upotrijebljen zapromjenu orijentacije (položaja) dipola (molekula sa asimetričnim nabojem) upromjenljivom elektromagnetskom polju, u toplinu. Pošto je voda izraziti dipol,razumljivo je da takvo dielektrično “grijanje” može biti i te kako efikasnosredstvo prijenosa energije u hidratiziranom materijalu. Međutim, zbog relativnenepokretnosti molekula vode u kristalnoj rešetki leda smanjena je mogućnostabsorpcije dielektrične energije do zanemarivih vrijednosti.Usprkos toga, zbog činjenice da je 5 do 100 % vode u biološkom materijalu“vezano” na druge sastojke – i ne smrzava – te molekule vode zadržavajufunkciju diplola i omogućavaju da se najveći dio dielektrične energije upravopreko njih prenosi na smrznuti materijal. Pokusi su provođeni sa



radiofrekvencijama od 1 do 150 megacikla; kao i sa većim frekvencijama (upodruč ju mikrovalova) od 300 do 10000 megacikla. Međutim, poteškoćezapažene u prvom slučaju javile su se i kod primjene mikrovalova. Naime,promjene u dielektričnim karakteristikama u toku sušenja izazivaju nepoželjne

promjene (na njemu) i zahtijevaju neprekidno podešavanje izvora energije.

Odvođenje vodene pare iz uređaja za liofilizaciju

Važnost uklanjanja vodene pare za liofilizaciju često je stavljena u drugi planproblemima vezanim uz prijenos topline. Kao što je ranije napomenuto, uintegralnom sistemu liofilizacije prijenos topline i pare su u potpunostimeđuovisni. Pretvorba leda u vodenu paru nije ništa drugo nego nastavak tokaenergije započetog dovođenjem topline. Ukoliko se para nastala na granicisušenja ne bi mogla efikasno ukloniti, daljnji dovod topline uvjetovao bi na tommjestu porast temperature.

Isto tako efikasno uklanjanje vodene pare iz zone sušenja znatno povećavabrzinu kojom se može dovesti toplina, a da pri tome ne dođe do pretjeranogpovišenja temperature. Otpor osušenog sloja toku pare jednim dijelom ovisi osamom materijalu. Tako npr. strukturni putovi (kao što su npr. krvne žile, ilipukotine) mogu predstavljati putove niske otpornosti za prijenos para. Na tokpara utjecati će također veličina, oblik i orijentacija kristala leda stvorenih zavrijeme početnog zamrzavanja.Materijal sa visokim sadržajem vode sadržavati će nakon sublimacije ledaodgovarajuće dimenzije praznog prostora pri čemu se smanjuje otpornost prema

toku para. Važan faktor je i oblik pora zaostalih nakon sublimacije kristala leda.Dugački kristali orijentirani pod pravim kutom prema granici sušenja bitno će



poboljšati prijenos para. Takvi dugi kristali su karakteristični za mišićno tkivogdje dolaze paralelno mišićnim vlaknima. Općenito govoreći, otpor prijenosu mase (toku para) opada porastom veličinekristala leda ili porastom udjela slobodne vode u materijalu. U svakom slučaju,

otpor toku pare u osušenom sloju je vrlo velik i u većini slučajeva limitirajućifaktor sistema za sušenje. Uređaji za održavanje vakuuma moraju biti prilagođeni stadiju sublimacije, tj.primarne dehidratacije tako i stadiju sekundarne dehidratacije (desorpcije).

Postupci odvođenja vodene pare iz uređaja: Za uklanjanje vodene pare iz sistema za liofilizaciju primjenjuju se sljedećemetode ili njihove kombinacije:1.Niskohlađeni kondenzatori2.Vakuum pumpe3.Parni ejektori4.Kemijska i mehanička dehidratizirajuća sredstva

Uklanjanje vodene pare niskohlađenim kondenzatorima

Kod primjene niskohlađenih kondenzatora treba voditi računa da rashladnopostrojenje ima dovoljan kapacitet kako bi se odvela toplina odgovarajućombrzinom da ne bi došlo do porasta temperature u kondenzatoru. Pošto je napetostpara leda eksponencijalna funkcija temperature, razumljivo je da relativno male

promjene temperature mogu izazvati znatne promjene tlaka para.Međutim, isto tako treba imati u vidu da se progresivnim smanjenjemasimptotski približava nuli, iz čega proizlazi zaključak da nije neophodnoprimjenjivati suviše niske temperature kondenzatora da bi se dobiozadovoljavajući gradijent tlaka para. Kondenzatori se najčešće upotrebljavaju u kombinaciji sa mehaničkim vakuumpumpama. Kod tih pumpi problemi su vezani uz pojavu emulzije (ulje – voda)zbog kondenzacije dijela vodene pare, čime se mijenjaju karakteristike pumpe, adolazi i do korozije pojedinih elemenata pumpe.

U novije vrijeme upotrebljavaju se tzv. pumpe sa plin-balastom u kojima se uposljednjim stupnjevima kompersionog ciklusa dovodi neznatna količina zrakaradi sprječavanja kondenzacije vodene pare. U istu svrhu firma “Stokes” je kodsvojih postrojenja za liofilizaciju uvela tzv. “tople” pumpe u kojima se grije uljedo 120°C.

Uklanjanje vodene pare parnim ejektorima

Primjena višestepenih (četiri do pet) parnih ejektora pokaza se ekonomičnom jedino tamo gdje su pristupačni veći i jeftini izvori vode i vodene pare. (zapostizanje pritisaka od oko 267 Pa potrebno je upotrijebiti vodenu paru od 9*105



do 10*105 Pa prema podatcima firme “Atlas” utrošak vodene pare i vode priupotrebi parnih ejektora iznosi 10 kg, odnosno 800 kg po kilogramu isparenevode iz proizvoda). Nedostatak sistema s parnim ejektorima je i u tome što sepomoću njih ne postižu, ponekad potrebni, dovoljno niski pritisci.

Spomenuta firma “Atlas” konstruirala je također i kombinirani uređaj zaodržavanje vakuuma primjenom niskohlađenog kondenzatora i parnih ejektora.Takva kombinacija omogućava veću fleksibilnost u vođenju procesa i većuekonomičnost jer se pri kraju procesa smanjuje utrošak energije.

Uklanjanje vodne pare desikatorima i adsorbensima

Za uklanjanje vodene pare iz komore za liofilizaciju upotrebljavaju se i različitidesikanti (adsorbensi). To mogu biti dva tipa: kemijski desikanti, kao npr. P2O5 – koji sa vodom ulazi u ireverzibilnu kemijsku reakciju; i mehanički desikanti

kao što su silikagel ili zeoliti koji adsorbiraju vodu unutar svoje poroznestrukture; (ovi se mogu, za razliku od prvih, regenerirati zagrijavanjem).Konstruirani su također i vakuum uređaji sa tekućim adsorbensom, koji rade naprincipu raspršivanja ohlađene (na – 25°C do -30°C) koncentrirane otopine solinpr. litijevog ili kalcijevog klorida. Osim na spomenute načine, uklanjanjevodene pare provodi se pomoću plinova vrlo niske vlažnosti.

Primjena liofilizacije

Dugo se smatralo da je ovaj postupak prihvatljiv samo za dehidratacijubiološkog materijala poput krvi, plazme i nekih antibiotika. Principijelno semogu liofilizirati sve namirnice. Na tržištu se mogu dobiti ili se upotrebljavajukod daljnje prerade slijedeće liofilizirane namirnice: meso, ribe, perad,mlijeko, jaja, rakovi, voće, voćni sokovi, povrće (karfiol, gljive, luk,feferoni), gotova camping jela, juhe i kava. Liofilizirane namirnice dobro suposlužile istraživačkim ekspedicijama. Liofiliziraju se i enzimni preparati zaprimjenu u prehrambenoj industriji.

Kvaliteta i stabilnost liofiliziranih proizvoda u velikoj su mjeri ovisni o načinupripreme materijala. Tako npr. kod proizvodnje poluverziranih namirnica trebavoditi računa o količini suhe tvari u polaznom koncentratu (odnosno stupnjuugušćivanja), kao i o metodi koncentriranja ukoliko se primjenjuje (nijesvejedno da li je neki koncentrat dobiven koncentriranjem zamrzavanjem iliuparavanjem pod vakuumom). U tu svrhu za preporučiti je postupakkoncentriranja zamrzavanjem tzv. “Grenco” postupak koji se danas provodipotpuno kontinuirano i ekonomičan je.



Karakteristike liofiliziranih proizvoda i prednosti procesa liofilizacije

Prednosti liofilizacije:-Velika trajnost-Održanje strukture i vanjskog oblika

-Dobra topljivost proizvoda u prahu-Dobra rekonstrukcija kod ponovnog primanja vode-Porozna struktura podesna za bubrenje-Neznatne promjene boje, arome i okusa-Minimalan gubitak vitamina.Osim navedenih prednosti smanjenjem težine snizuju se troškovi transporta iskladištenja. Pored toga mnoge liofilizirane namirnice vrlo su podesne kaomeđuproizvodi u prehrambenoj industriji( npr. liofilizirano voće za proizvodnjupekarskih proizvoda). Liofilizacija omogućuje odstranjivanje vode iz osjetljivogmaterijala koji se primjenom uobičajenih postupaka sušenja ne mogu sušiti ili sene suše dovoljno. Današnji trendovi u primjeni liofilizacije za dehidratacijunamirnica vezani su uglavnom uz tekuće i polutekuće namirnice vjerojatno zbogveće mogućnosti provedbe kontinuiranih procesa većih kapaciteta, pa prematome ekonomičnijih.

Pakiranje dehidratiranih proizvoda

Ambalaža i uvjeti pakiranja i skladištenja su važni faktori održavanja kvalitete

dehidratirane hrane. Naročito je važno da oni štite proizvod od rehidratacije idodira s kisikom. Većina tih proizvoda, posebno onih u vidu praha ili granula(instant proizvodi) je vrlo osjetljiva na kombinirani utjecaj vlage (vode), kisika isvjetla. Zbog toga se kao ambalažni materijali upotrebljavaju plastične folije,različiti laminati i limovi. Ponekad je potrebno primijeniti zatvaranje proizvoda kod sniženog tlaka (podvakuumom) ili ambalažiranje u atmosferi inertnog plina (N2, CO2) i dodavanjedesikanata. U nekim slučajevima se prilikom konfekcioniranja dehidratiranihproizvoda provodi fumigacija (obrada epoksidima ili drugim fungicidima i

baktericidima) ili pasterizacija.



8. MEMBRANSKI PROCESI

Osnove membranskih procesa su predavani na Preddiplomskom studiju, uokviru ovoga studija kao nastavak prethodnoga biti će detaljnije opisani

membranski procesi i njihova primjena u prehrambenoj industriji. U svrhukvalitetnijeg nastavka opisa ovih procesa ponoviti ću neke osnovne teze.

Membranski procesi se zasnivaju na primjeni semipermeabilnih membrana kojeselektivno propuštaju odnosno zadržavaju određene molekule i ione. Membranskim procesima zajedničko je postojanje membrane kao tankog slojakoji razdvaja dvije tekuće faze (fluida) i omogućava selektivni transport tvarikroz membranu djelovanjem pogonske sile.Ulazna otopina dolazi na membranu pod tlakom, permeat je struja koja prolazi

kroz membranu, u njoj je manja koncentracija tvari u odnosu na ulaznu otopinuili suspenziju.Retentat ili koncentrat je dio ulazne otopine koji se zadržao na membrani, unjoj je veća koncentracija tvari u odnosu na ulaznu otopinu ili suspenziju.

Shematski prikaz membranskog procesa

Vrste membranskih procesa

S obzirom na veličinu pora i propusnost membrana najznačajniji membranskiprocesi koji imaju primjenu u prehrambenoj industriji su:-Reverzna osmoza (RO)-Nanofiltracija (NF)-Ultrafiltracija (UF)-Mikrofiltracija (MF)



Mehanizam djelovanja i svojstva membrana

Reverzna osmoza i nanofiltracijaSmatra se da membrane za RO i NF propuštaju vodu procesom otapanja i

molekularne difuzije kroz tvar membrane. Otopljene molekule (tvari) kojezadržava membrana imaju manju topljivost od vode u tvari membrane idifundiraju sporije kroz membranu. Molekule koje zadržavaju RO i NFmembrane su dovoljno male molekule koje u otopini razvijaju značajanosmotski tlak i imaju dovoljno velik termodinamski aktivitet u otopini i zbogtoga zahtijevaju primjenu visokih tlakova da bi se nadvladao njihov osmotskitlak.Kod ovih procesa (RO i NF) prolaz vode kroz membranu je upravoproporcionalan visini primijenjenog tlaka a zadržavanje otopljenih tvari jeobrnuto proporcionalno tlaku. Iz gore navedenih razloga prikladnost neke tvari (polimera) za izradu membraneza RO i NF ovisi o njihovom kemijskom sastavu i molekularnoj građi.

Ultrafiltracija i mikrofiltracija

UF i MF membrane zadržavaju relativno velike molekule, permeabilnost ovihmembrana za vodu je prevelika da se može objasniti mehanizmom otapanja idifuzije. Utvrđeno je da se dimenzije pora ovih membrana manje od dimenzijamolekula koje membrane zadržavaju. Velike molekule koje ove membranezadržavaju imaju veliku molekularnu masu i njihov osmotski tlak i

termodinamski aktivitet u otopini su neznatni. Zbog toga se kod UF i MF netreba primijeniti visoki tlak za svladavanje osmotskog tlaka.Kod UF i MF membrana kemijski sastav i molekularna konfiguracija polimeraod kojih se izrađuju membrane manje je važna za karakteristike membrane upogledu permeabilnosti za vodu i zadržavanje otopljenih tvari.



Specifični termodinamski parametri u membranskim procesima

U stručnoj literaturi za matematičku interpretaciju membranskih procesa koristese različiti parametri. Ovdje su opisani najvažniji parametri koji se najčešće

koriste.

Protok permeata (J)

t A

V J

p

*= [L/m2h]

J = protok permeata [L/m2h]

Vp = volumen permeata [L]A = površina membrane [m2]t = vrijeme istjecanja permeata [h]

Volumen retentata (Vr)

pur V V V −= 0

Vr = volumen retentata [L]

V0 = početni volumen [L]Vpu = ukupni volumen permeata u datom vremenu [L]

Volumni udio permeata (Y)

100*0V

V Y

p=

Y = volumni udio permeata [%] Vp = volumen permeata [L]

V0 = početni volumen [L]



Permeabilnost (propuštanje P)

Od ukupnog broja iona ili molekula u dobavnoj otopini jedan broj prolazi krozmembranu, većina ostaje u retentatu.

Permeabilnost je parametar koji pokazuje koliko molekula prolazi krozmembranu u %.Permeabilnost za pojedine ione i molekule i određenu membranu ovisi okarakteristikama membrane, razlici tlaka, veličini i obliku molekula te naboju.

100*r

p

C

C P = [%]

P = permeabilnost [%]

Cp = koncentracija u permeatuCr = koncentracija u retentatu

Koeficijent zadržavanja ili retencije (R)

Selektivnost membrane se također izražava koeficijentom zadržavanja iliretencije otopljenih tvari koje se djelomično ili potpuno zadržavaju na

membrani.

100*1100*

−=

−=

r

p

r

pr

C

C

C

C C R [%]

R = koeficijent zadržavanja ili retencije [%] Cr = koncentracija u retentatuCp = koncentracija u permeatu

U slučaju potpunog zadržavanja tvari na membrani vrijednost R je 100 %, dokće u slučaju potpunog prolaza svih iona i molekula kroz membranu vrijednost Rbiti 0 %. Permeabilnost P i retencija R su recipročne vrijednosti. Permeabilnost pokazujekoliko % iona ili molekula prolazi kroz membranu, a retencija pokazuje koliko% iona ili molekula ostaje na membrani. Zbog toga se može napisati:

P R −= 100

RP −= 100



Polarizacija koncentracije (M) Zbog prolaza otapala (vode) kroz membranu na površini membrane može doćido povećanja koncentracije otopljene tvari.Polarizacija koncentracije je omjer između koncentracije otopljenih tvari na

površini membrane i u dobavnoj struji.Ukoliko njegova vrijednost poraste znatno iznad 1 biti će značajno smanjenprotok permeata kroz membranu. Važno je da je polarizacija koncentracije (M)što manja. Povećanje koncentracije na površini membrane može dovesti do prezasićenja ikristalizacije. Osim toga ako tekućina sadrži tvari koje želiraju (pektin, proteini)može doći do stvaranja gela na površini membrane kao sekundarne membrane.

b

m

C

C M =

M = polarizacija koncentracije

Cm = koncentracija tvari na membraniCb = koncentracija tvari u dobavnoj struji

Polarizacija koncentracije ovisi o: -Uvjetima strujanja na membrani-Protoku permeata

-Zadržavanju molekula i čestica u retentatu odnosno na membrani-Viskozitetu otopine



M se povećava porastom viskoziteta i povećanjem protoka permeataM je manji kod većeg prolaza otopljene tvari kroz membranu odnosno manjegzadržavanja otopljene tvari u retentatu.

Utjecaj polarizacije koncentracije na protok permeata

Povećanjem polarizacije koncentracije smanjuje se protok permeata.Utjecaj polarizacije koncentracije na protok permeata dan je izrazom:

pb

pm

C C

C C k J

−

−= ln* [L/m2h]

J = protok permeata [L/m2h] k = koeficijent prijenosa mase

δ

Dk =

D = koeficijent difuzijeδ = debljina graničnog sloja u kojem dolazi do polarizacije koncentracije

Postupci membranske filtracije

Razlikuju se dva osnovna postupka membranske filtracije:

1.Statička tzv. dead-end filtracija

2.Dinamička tzv. cross-flow filtracija

Statička dead-end filtracija

Kod ovog postupka dobavna tekućina struji okomito na površinu membrane. Na

površini membrane se stvara filterski kolač ili talog koji dovodi do začepljenjamembrane i do povećanja otpora protoka permeata kroz membranu. Polarizacijakoncentracije kod ovog postupka je velika. Kapacitet zadržavanja čestica kodove filtacije je mali.Protok permeata povećanjem polarizacije koncentracije i stvaranjem taloga namembrani se značajno smanjuje. Zbog toga ovakav postupak membranskefiltracije nije pogodan za industrijsku primjenu.



Dinamička cross-flow filtracija

Kod ove filtacije tekućina struji uzdužno po površini membrane odnosnotangencijalno, a permeat struji poprečno.Uzdužnim strujanjem dobavne tekućine ispire se (čisti) površina membrane i

na taj način se smanjuje polarizacija koncentracije i sprječava taloženje česticana membrani.Osnovni princip cross-flow filtracije je da brzina strujanja dobavne tekućinena membrani mora biti dovoljno velika da se održavaju turbulentni uvjetistrujanja (Re veći od 3000). Da bi se to postiglo brzina strujanja mora biti 4 – 8m/s.

U praksi nije moguće potpuno izbjeći taloženje čestica i polarizacijukoncentracije na površini membrane. Povećanjem brzine strujanja dobavnetekućine smanjuje se debljina laminarnog sloja uz površinu membrane,održavaju se turbulentni uvjeti strujanja u dobavnoj struji. Na taj način seznačajno smanjuje povećanje polarizacije koncentracije, stvaranje taloga namembrani i smanjenje protoka permeata. To značajno produžava rad filteraizmeđu dva pranja. Međutim na površini membrane ipak ostaje tanki laminarni sloj u kojem dolazi

do taloženja čestica na membranu i do povećanja polarizacije koncentracije. To je ipak značajno manje nego kod dead-end filtacije.



Što je veća brzina strujanja tekućine uzduž membrane to je bolje ispiranjemembrane, tanji je laminarni sloj, manje se talože čestice na membrani i veći jeprotok permeata. Međutim tu postoje ograničenja zbog hidrauličkih otpora urecirkulacionom toku. Povećanjem brzine strujanja zbog hidrauličkih otpora

povećava se zagrijavanje namirnice što nije poželjno i povećavaju se troškovipogona recirkulacije.

Utjecaj pogonskog tlaka

Povećanjem tlaka na strani dobavne tekućine povećava se protok permeata ali sepovećava i polarizacija koncentracije i brzina taloženja čestica. Povećanjemtlaka se povećava kompresija i kompaktnost taloga na membrani što dovodi dobržeg začepljenja membrane. Zbog toga se membranske filtracije počinje saminimalnim tlakom i tijekom procesa se tlak postupno povećava.

Vrste membrana

Membrane se dijele prema različitim kriterijima kao što su:

1.Mehanizam separacije

2.Fizičkoj strukturi

3.Kemijskom sastavu

4.Geometrijskom obliku

1.Klasifikacija prema mehanizmu separacije

Prema mehanizmu separacije membrane se dijele u 3 glavne grupe:

a.Porozne membraneSeparacija bazirana na principu razlike u veličini pora i molekula odnosno

čestica (efekt sita).Primjenjuju se kod MF, UF i NF.Prema veličini pora dijele se na:-Makroporozne – veličina pora veća od 50 nm-Porozne – veličina pora od 2 do 50 nm-Mikroporozne – veličina pora manja od 2 nm.Membrane za MF su makroporozne. Membrane za NF mogu biti mikroporozne i neporozne



b.Neporozne membraneMehanizam separacije na ovim membranama se temelji na različitoj topljivosti irazličitoj brzini difuzije kroz membranu.Membrane za RO su ovoga tipa membrana.

c.Membrane sa ionskom izmjenomTo su specifični tip neporoznih membrana, imaju fiksirane pozitivne ilinegativne grupe.Postoje kationske i anionske membrane.Kationske membrane imaju fiksirane negativne grupe.Anionske membrane imaju fiksirane pozitivne grupe.

2.Klasifikacija prema fizičkoj strukturi

Prema fizičkoj strukturi membrane se dijele na:

a.Simetrične membrane

b.Asimetrične membrane

a.Simetrične membrane

Simetričnih membrane su po poprečnom presjeku iste strukture i ne mijenjaju seseparacijska svojstva. Po svojoj strukturi simetrične membrane mogu biti:

-Porozne membrane – imaju dovoljno velike pore u odnosu na molekulepolimera pa se transport kroz membranu odvija kroz pore membrane, pore ovihmembrana po poprečnom presjeku su istog promjera.-Neporozne membrane – ne sadrže pore mikroskopskih dimenzija pa setransport odvija između lanaca makromolekula tvari membrane.

b.Asimetrične membrane

Asimetrične membrane po poprečnom presjeku nemaju isti promjer, jednakustrukturu i istu permeabilnost (propusnost).

Ove membrane se sastoje od tankog gustog sloja na površini membrane debljineod 0,1 do 0,5 µm koji može biti porozan i neporozan, a koji se nalazi na znatnoporoznijem nosaču debljine 50 do 150 µm.Tanki gusti sloj debljine 0,1 do 0,5 µmPorozni sloj (nosač) debljine 50 do 150 µmTanki gusti sloj i porozni sloj (nosač) su izrađeni od istog materijala(polimera).



c.Kompozitne membrane

Kompozitne membrane su također asimetrične membrane i sastoje se kao iprethodne od tankog gustog sloja na površini membrane i poroznog sloja kaonosača. Debljina slojeva je ista kao kod što je gore navedeno.

Tanki gusti (kožasti) sloj i porozni sloj nosač su izra

đeni od razli

čitihmaterijala (polimera).

3.Klasifikacija prema kemijskom sastavu

Prema kemijskom sastavu membrane mogu biti:

a.Organske membrane, izrađene su od organskih polimera

b.Anorganske membrane, izrađene su od keramike, metala i stakla.

O kemijskom sastavu membrane će biti više riječi u poglavlju Materijali odkojih se izrađuju membrane.

4.Klasifikacija prema geometrijskom obliku

Prema geometrijskom obliku membrane mogu biti:

a.Ravne ili planarne membrane

b.Cijevne membrane

c.Membrane u obliku šupljih vlakana

d.Kapilarne membrane



Ravne ili planarane membrane su u obliku ravnih tankih listova kao papir,koriste se kod pločastih i spiralnih modula. Cijevne membrane su u obliku cijevi promjera većeg od 3 mm. Izrađuju se kaovišekanalne cijevi od polimernih materijala, keramike, metala i stakla.

Kapilarne membrane i u obliku šupljih vlakana (Hollow-fiber). Ovemembrane su u obliku cjevčica šupljih vlakana i kapilara sa unutarnjimpromjerom manjim od 3 mm. Sa unutarnjim promjerom od 80 do 500 µmkoriste se za RO, sa većim promjerom se koriste za UF i MF i nazivaju sekapilarne membrane. Izrađuju se od polimernih organskih materijala.

Materijali od kojih se izrađuju membrane

Membrane se mogu izraditi od velikog broja različitih materijala koji se dijele u

dvije grupe:

1.Organskog porijekla

2.Anorganskog porijekla

1.Materijali organskog porijekla

Organski materijali od kojih se najčešće izrađuju membrane su:-celuloza i derivati celuloze kao što su: celulozni esteri,eteri i nitrati

-Ostali organski polimerni materijali koji se sastoje od većeg broja monomernih jedinica kao što su: poliamidi, polisulfoni, vinilni polimeri, polietilen,elastomeri.



Celuloza i derivati celuloze

Značajan materijal za izradu membrana je celuloza i derivati celuloze. Celuloza je polisaharid građen od jedinica glukoze povezanih β-1,4-glikozidnom vezom.Glukoza sadrži reaktivne hidroksilne skupine, te lako stupa u kemijske reakcije

pri čemu nastaju esteri, celuloza-acetat-propionat, celuloza-nitrat, eteri, etil-celuloza koji se koriste za izradu membrana. Celuloza i derivati celuloze su hidrofilni materijali sa niskim adsorpcijskimsvojstvima. Imaju nisku cijenu koštanja, celuloza se koristi za izradu membrana za dijalizu aderivati celuloze, celulozni acetati (diacetat i triacetat) i celulozni nitrat za MF iUF.

Ostali organski polimerni materijali

PoliamidiPoliamidi su spojevi građeni od jedinice amida (- CO –NH - ), oni su hidrofilnipolimeri, najveću primjenu imaju aromatski amidi za izradu membrana za ROzbog dobrih mehaničkih, kemijskih i termičkih svojstava.

Vinilni polimeri Vinilni polimeri se dobivaju polimerizacijom vinila (H2 - CHR), u kojima jeskupina R smještena sa različite strane kod različitih polimera.

Važni vinilni polimeri su: polibutilen, polistiren, polipropilen, poliakvilonitril,polimetakrilat, polivinilpirolidin, polivinildenefluorid.

Polisulfoni Od polisulfona za izradu membrana se koriste polisulfon i polietersulfon, to sunehidrofilni polimeri sa visokim adsorpcijskim svojstvima. Imaju vrlo dobrakemijska, termička i mehanička svojstva. Upotrebljavaju se za izradu UFmembrana i kao porozna potpora za kompozitne membrane.

PolietilenPolietilen je najjednostavniji polimer, dobiva se polimerizacijom etena (CH2 –CH2 ). Povezivanjem određenog broja segmenata nastaju različiti polimeri kojise razlikuju u fizikalnim, kemijskim i mehaničkim svojstvima.Polietilen je hidrofobni polimer izuzetne kemijske i termičke stabilnosti.



2.Materijali anorganskog porijekla

Membrane od anorganskih materijala imaju veliku termičku, kemijsku imehaničku otpornost. Primjenjuju se za ultrafiltraciju i mikrofiltraciju. Od

anorganskih materijala za izradu membrana koriste se sljedeći materijali: -Keramički materijali, oksidi, karbidi, nitriti metala Al, Ti, Zn, Si.-Staklene membrane od sinteriranog (poroznog) stakla-Metalne membrane od sinteriranog nehrđajućeg čelika, molibdena, volframa.

Vrste modula

Moduli se sastoje od membrane i kućišta u koje je ugrađena membrana, kućište

ima dovod dobavne otopine, odvod retentata i permeata.Moduli mogu biti:

1.Pločasti moduli

2.Spiralni moduli

3.Cijevni moduli

4.Kapilarni moduli

5.Moduli sa šupljim vlaknima (hollow fiber)



1.Pločasti moduli Pločasti modul je kružnog presjeka sa ravnim odnosno planarnim membranama.Modul se sastoji od nosećih ploča i ploča razmaknica. Membrane se postavljajuna obje strane noseće ploče, noseće ploče sa membranama i razmaknice se slažu

u obliku sendviča naizmjence razmaknica, noseća ploča sa membranama,razmaknica, noseća ploča itd. Moduli su složeni uglavnom vertikalno, rjeđehorizontalno. Broj nosećih ploča i razmaknica koji se slažu ovisi o željenomkapacitetu i visini modula.Membrane, noseće ploče i razmaknice mogu biti sa jednim centralnim otvoromil sa dva periferna otvora (vidi slike). Kroz otvore prolazi metalni valjak koji jeučvršćen za kućište (postolje). Valjak je nosač razmaknica i nosećih ploča samembranama. Na otvore se postavljaju specijalni plastični prsteni zbogodvajanja kanala i dihtanja. Razmaknice imaju otvore i žljebove kroz kojedobavna tekućina nastrujava na membranu. Permeat prolazi kroz membranu inastrujava na noseću ploču. Noseća ploča je dvoslojna a slojevi su porozni i krozpore slojeva prolazi permeat koji je prošao kroz membranu i između slojevaprolazi do vanjske cjevčice (pipca) kroz koju izlazi van i odvodi se. Kod uređaja većeg kapaciteta ove cjevčice su spojene sa širom centralnomvertikalnom cijevi u kojoj se sakuplja permeat. Kod uređaja manjeg kapacitetakao što su laboratorijski uređaji na cjevčice su spojene plastične cjevčice kojimase odvodi permeat do neke prihvatne posude.



2.Spiralni moduli Spiralni modul ima ravnu ili planarnu membranu, sastoji se od više slojeva i tood membrane i razmaknica za dobavnu tekućinu i permeat. Razmaknice senalaze između membrana, one su porozne (mrežaste) strukture, zadatak im je da

razdvajaju membrane i tvore propusne kanale za dobavnu tekućinu i permeat.Membrane i razmaknice se slažu u sendvič koji se spiralno namota u rolu.Modul se sastoji od centralne uže uzdužne cijevi i cijevnog kućišta. Centralnacijev ima žlijeb po dužini u koji se postavlja početak sendviča membrana irazmaknica, potom se sendvič namota oko cijevi.Tako dobivena rola se ulaže u cijevno metalno kućište. Dobavna tekućina strujiuzdužno kroz modul po površini membrane kroz kanal u kojem se nalazirazmaknica za dobavnu tekućinu. Kao retentat izlazi na drugom kraju cijevikućišta. Permeat prolazi kroz membranu poprečno i struji spiralno kroz kanal ukojem se nalazi razmaknica za permeat. Permeat ulazi u centralnu cijev i kroznju se na kraju modula izvodi van.



Kod spiralnog modula dobavna tekućina struji uzduž modula odnosnomembrane, a permeat poprečno odnosno okomito kroz membranu. Kod ovog

modula moguća je cross-flow filtracija ako je brzina strujanja dobavne tekućinenajmanje 4-8 m/s.

3. Cijevni moduli Cijevne membrane se sastoje od cijevi koje nisu slobodne odnosno samostalneveć su ugrađene u porozni nehrđajući materijal kao potporu. Cijevne membranese izrađuju od keramike i plastičnih polimernih materijala. Cijevni moduli sesastoje od više cijevnih membrana koje su ugrađene u metalno ili plastičnocijevno kućište. Na jednoj strani cijevnog kućišta se dovodi dobavna tekućina

koja prolazi kroz cijevne membrane i na drugom kraju cijevnog kućišta izlaziretentat.Permeat prolazi poprečno kroz membranu i poroznu potporu i sakuplja se ukućištu modula. Permeat se odvodi kroz bočni otvor na kućištu. Promjercijevnih membrana može biti od 4 mm i više, broj cijevi može biti različit (od 4-19 cijevi) i taj broj nije ograničen.



Keramičke membrane su posebno konstrukcije, sastoje se od 19 cijevi (kanala)koje su ugrađene u porozni keramički blok od α – Al2O3 koji ima heksagonalnipresjek. Membrane su tanki sloj kojim je obložena unutarnja površina cijeviodnosno kanala, sloj je izrađen od γ – aluminija (γ – Al2O3) ili od cirkonija(ZrO2).



Moduli sa keramičkim membranama se izrađuju sa jednom cijevi, sedam cijevi idevetnaest cijevi; izrađuju se sa promjerom cijevi odnosno kanala od 4 mm i 6mm. Moduli se mogu spajati paralelno i serijski, broj modula u uređaju ovisi okapacitetu. Prednost keramičke membrane i modula je što su otporne na visoku

temperaturu, mogu se sterilizirati parom, kemijski i mehanički su otporne.Kapacitet modula ovisi o površini membrane, gustoća pakiranja je mala, ona jemanja od 300 m2 /m3.

4. Kapilarni modul Kapilarni modul se sastoji od većeg broja kapilara koje se nalaze u cijevnomkućištu modula. Slobodni krajevi kapilara na krajevima cijevnog kućišta suučvršćeni, a prostor između kapilara hermetički zatvoren sa materijalom kao štosu epoksismola, poliuretan ili silikonska guma. Kapilarne membrane (kapilare)su slobodne bez potpore kao što je to kod cijevnih membrana. Gustoća pakiranjakapilarnih modula je 600-1200 m2 /m3 .Dobavna tekućina se može provoditi kroz kapilare i u prostor između kapilara.Kada se provodi kroz kapilare, prolazi uzdužno preko površina membrana i nakraju cijevnog kućišta izlazi retentat. Permeat prolazi poprečno kroz kapilarnumembranu i sakuplja se u prostoru između kapilara odakle se izvodi van izmodula. Kućište kapilarnih modula kao i modula sa šupljim vlaknima seizrađuje od plastike, a u uređaju može biti više modula ovisno o kapacitetu.

5. Modul sa šupljim vlaknima (hollow fiber)

Razlika između kapilarnog modula i modula sa šupljim vlaknima je samo udimenzijama kapilara i šupljih vlakana. Sve drugo je isto kao što je opisano kodkapilarnog modula. Gustoća pakiranja kod ovih modula je vrlo visoka i možebiti do 30 000 m2 /m3. Ovi moduli se koriste za sve vrste membrana (procesi odreverzne osmoze do mikrofiltracije).



Primjena membranskih procesa u prehrambenoj industriji

Membranski procesi su u upotrebi i primjeni u prehrambenoj industriji već višedesetljeća. Međutim, njihova primjena je dugo bila ograničena na primjenu

ultrafiltracije u industriji mlijeka i donekle za koncentriranje otopina šećera idrugih topljivih tvari. U tom periodu egzistira samo pločasti modul sa ravnimodnosno planarnim membranama. Proizvodnjom novih materijala za membrane,razvojem novih tipova membrana i modula kao što su cijevni, kapilarni, šupljavlakna i spiralni omogućena je cross flow filtracija koja je znatno unaprijedilamembranske procese u mnogim industrijama, a naročito u prehrambenojindustriji. Membranski procesi se danas koriste u tehnologiji obrade vode,tehnologiji mlijeka, tehnologiji bistrih voćnih sokova, tehnologiji piva,tehnologiji vina, u proizvodnji različitih ekstrakata kao što su ljekovito bilje,kava itd. U tehnologiji obrade vode reverzna osmoza se koristi za proizvodnjudemineralizirane vode niske vodljivosti i za desalinizaciju morske vode.Nanofiltracija se koristi za proizvodnju pitke vode. Ultrafiltracija imikrofiltracija se koriste za obradu otpadnih voda. U mljekarskoj industrijiultrafiltracija se koristi za koncentriranje sirutke i kondenziranog mlijeka. Utehnologiji bistrih voćnih sokova reverzna osmoza i nanofiltracija se koriste zakoncentriranje bistrih voćnih sokova. Mikrofiltracija se koristi za bistrenjebistrih voćnih sokova. U tehnologiji piva se koristi mikrofiltracija za bistrenjepiva, a reverzna osmoza i nanofiltracija za proizvodnju bezalkoholnog piva.

U vinarstvu se koristi mikrofiltracija za bistrenje mošta i vina, reverzna osmoza inanofiltracija za koncentriranje mošta. U proizvodnji različitih ekstrakata,prehrambenih i farmaceutskih proizvoda mikrofiltracija se koristi za bistrenje, areverzna osmoza i nanofiltracija za koncentriranje. Prednost membranskihprocesa je u jednostavnosti procesa i uređaja, nema termičkih degradativnihpromjena, utrošak energije je i do deset puta manji nego kod termičkih procesa,na primjer koncentriranje uparavanjem.



9. MEHANIČKE SEPARACIJE

UvodMehaničke separacije se primjenjuju za heterogene smjese krutih tvari,

krutina i tekućina, krutina i plinova, tekućina i plinova, te tekućina koje sene miješaju. Katkad je moguće birati između mehaničkih i fizikalnih metodaseparacije. Heterogena smjesa krutih tvari i tekućina može se u principuseparirati filtracijom, centrifugiranjem ili prešanjem tj. mehaničkim metodamaili uparavanjem tekućine tj. fizikalnom metodom. U takvom slučaju smjesa sečesto najprije separira koliko je moguće mehaničkom metodom nakon koje seprimjeni fizikalna metoda.

Princip mehaničkih separacija – razlika u svojstvima

Postoji nekoliko metoda za mehaničko separiranje smjesa. Da bi se našlanajbolja metoda za određeni slučaj treba razmotriti sve prednosti i nedostatkeraspoloživih metoda. To naravno zahtjeva poznavanje principa ovih metoda,njihovu praktičnu primjenjivost i njihovu cijenu.Jasno je da ako se žele odvojiti dvije tvari one se moraju razlikovati u nekimsvojstvima. Kako postoje brojna svojstva, također postoje i mnoge metodeseparacije.

9.1. Mehaničke separacije kruto – tekuće

Separacija kruto – tekuće često se primjenjuje u industriji. Heterogenu smjesukruto – tekuće treba separirati u dvije frakcije od kojih je jedna bistra tekućina(ili otopina), dok druga sadrži svu krutu tvar kao i izvjesnu količinu tekućine (iliotopine). Iz gornjeg opisa jasno je da separacija nije potpuna; kruta tvar sene može nikada potpuno separirati od tekućine mehaničkim metodama.Ako se želi potpunija separacija poslije mehaničke separacije treba primijenitifizikalnu metodu.Svaka separacija kruto – tekuće može biti bilo dobivanje tekućine ili krutetvari ili oboje. Dobivanje tekućine je primarna svrha kod bistrenja voćnihsokova i vina, kod prešanja voća za dobivanje voćnih sokova i dr. primjeri zaslučaj kada je primarna svrha dobivanje krute tvari je izolacija škroba izvodene suspenzije, prešanje raznih proizvoda prije sušenja (izluženi rezancišećerne repe i dr.). Prešanje materijala koji sadrže ulje je primjer separacije kod koje su i tekućina ikruta tvar važni proizvodi. Kod proizvodnje škroba se ispiru topljiva onečišćenjaa netopljiva onečišćenja se moraju istovremeno ukloniti. Stoga je u ovomslučaju separacija kruto – tekuće kombinirana sa hidrauličkom klasifikacijom.Mehaničko odvajanje vode kao predtretman sušenju važno je i često se

primjenjuje jer je ono znatno jeftinije nogo isparavanje tekućine. Prešanje prijesušenja se može provesti onda kada tekućina koja se uklanja sadrži malo



vrijednih tvari. Kada bi povrće prešali prije sušenja izgubili bi previše vrijednihotopljenih tvari. Separacija kruto – tekuće može se provesti na nekolikonačina. Uklanjanje dijela tekućine iz smjese kruto – tekuće pod utjecajemgravitacije naziva se cijeđenje. Sedimentacija je taloženje krute tvari iz smjese

kruto – tekuće na takav način da se formiraju dva sloja (koncentrirana suspenzijakrute tvari sa bistrom tekućinom iznad nje). Poslije taloženja ova dva sloja moguse odvojiti na različite načine. Filtracija je separacija heterogene smjese kruto – tekuće pomoću poroznogmedija koji propušta tekućinu ali ne i krutu tvar. Prešanje je separacija krutetvari od tekućine kompresijom smjese na taj način da se tekućina oslobodi akruta tvar ostane. Sedimentacijom je moguće separirati razrijeđenu suspenziju, filtracijom jemoguće separirati razrijeđenu i koncentriranu suspenziju sve dok je suspenzija

još tekuća i dok ju je moguće pumpati. Prešanjem je moguće separirati smjesukruto – tekuće ako ima odgovarajuću strukturu, konzistenciju i koherenciju.

9.1.1. Cijeđenje

Cijeđenje je najjednostavnija i najjeftinija metoda; međutim odvajanje u ovomslučaju je najmanje kompletno tj. Samo mala količina tekućine se uklanjacijeđenjem. Ovaj postupak se može primijeniti za mali broj proizvoda npr. Zaoprani krumpir, povrće i voće. Ako se kruta tvar sastoji od manjih čestica ona se

mora cijediti na finom situ ili poroznom mediju i ovaj proces se zove filtracija.

9.1.2. Sedimentacija

Sedimentacija je taloženje krute tvari iz suspenzije kruto – tekuće pri čemu seformiraju dvije faze, koncentrirana suspenzija krute tvari u tekućini i bistratekućina.Sedimentacija je moguća ako postoji razlika u gustoći između tekućine i krutetvari u razrijeđenim suspenzijama. To je najjednostavnija i najjeftinija metodaseparacije kruto – tekuće, primjenjuje se kada se prerađuju veliki volumenirazrijeđene suspenzije. Koncentrirane suspenzije se separiraju filtracijom iprešanjem.

Povećanje brzine sedimentacije

Mnoge suspenzije se vrlo teško bistre taloženjem jer sadrže čestice koje imajuekstremno malu brzinu padanja. Stoga je važno da se pronađu mjere zapovećanje brzine sedimentacije. Prva mjera bi bila sniženje viskozitetagrijanjem. Međutim ovo nije zadovoljavajuće jer konvekcione struje u vrućojtekućini će uvijek ometati taloženje. U nekim slučajevima se mogu primijenitidruge metode za sniženje viskoziteta.



Veliki viskozitet voćnih sokova je rezultat prisustva pektina; koji se možecijepati enzimima te na taj način sniziti viskozitet i ubrzati bistrenje. Isto takopovećanje veličine čestica ima povoljan efekt. Kako se često radi o više ilimanje koloidnim suspenzijama ove se mogu katkad dovesti do flokulacije

grijanjem. Promjena pH ili dodatak elektrolita općenito nisu prikladni zanamirnice. Kada je moguća koagulacija koloidnih tvari bistrenje (ili filtracija) jeznatno lakše. Značajan postupak ubrzanja sedimentacije je dodatak krutihtvari (bistrila) koje se lako talože i koje će sa sobom povući fine čestice.U nekim slučajevima postoji potreba da se spriječi sedimentacija kao npr. kodmutnih voćnih sokova, što se može postići povećanjem viskoziteta dodavanjemgumastih tvari. Kod veoma razrijeđenih suspenzija sve se čestice talože svojom vlastitombrzinom padanja neovisno jedna o drugoj. Međutim, za vrijeme sedimentacijedolazi do veoma visoke koncentracije krutih tvari i do smetnje padanju čestica;tada se one više ne talože svojom brzinom padanja. Ako raspon brzina padanjanije jako velik sve čestice će se taložiti istom brzinom i stvoriti će se oštrigranični sloj između bistre tekućine i koncentrirane suspenzije.

Povećanje brzine sedimentacije dodatkom bistrila

Kod vrlo razrijeđenih suspenzija koje sadrže vrlo male koloidne čestice kojestvaraju mutnoću proizvoda kao što je to kod mošta, vina, bistrih voćnih sokova,piva i dr. taloženje krutih čestica djelovanjem gravitacije će dugo trajati. Da bise ubrzalo bistrenje takvih tekućina dodaju se bistrila koja se vežu na čestice

mutnoće i talože ih na dno. Pri tome se dobije koncentrirana suspenzija na dnu ibistra tekućina iznad. Bistra tekućina se dekantira sa taloga, tekućina iz taloga semože separirati filtracijom.Bistrila mogu biti nabijena pozitivno (+) ili negativno (-). Pozitivno nabijenabistrila se vežu na negativno nabijene čestice a negativno nabijena bistrila napozitivno nabijene čestice.Obično se koristi kombinacija pozitivno i negativno nabijenih bistrila, jednobistrilo pozitivno nabijeno, jedno bistrilo negativno nabijeno.

Negativno nabijena bistrila su: -Bentonit

-Silicijev dioksid-Dijatomejska zemlja-Riblji mjehurNegativno nabijena bistrila vežu bjelančevine i sluzave tvari.

Pozitivno nabijena bistrila su:-Želatina

-BjelancePozitivno nabijena bistrila vežu tanin i koagulirane bjelančevine.



SREDSTVA ZA BISTRENJE I FILTRACIJU

DOZVOLJENA SREDSTVA ZA BISTRENJE

• Bentonit• Želatina• Tanin• Silicijev dioksid• PVPP

DOZVOLJENA SREDSTVA ZA FILTRACIJU

• Inertna sredstva za filtraciju:dijatomejska zemlja, perlit, celuloza

(-) ČESTICE

- Bentonit- Dijatomejska zemlja- Silicijev dioksid

Talože (+) čestice

- Bjelančevine- Sluzave tvari

(+) ČESTICE

- Želatina

Talože (-) čestice

- Tanin- Koagulirane bjelančevine



SREDSTVA ZA BISTRENJE I FILTRACIJUMOŠTA I VINA

(-) ČESTICE

-

- Bjelančevine- Sluzave tvari

- Želatina- Bjelance

Talože (-) čestice

- Tanin- Koagulirane bjelančevine



Najčešće se koristi kombinacija bentonit + želatina ili SiO2 + želatina. Nijepoželjno da u namirnici ostane višak želatine, zbog toga višak želatine vežebentonit.Bentonit i želatina su bistrila koja bubre u vodi, zbog toga se prethodno moraju

pripremiti u vodi ili vodenoj otopini pa tek onda dodati.Prvo se dodaje bentonit, tekućina se promiješa, potom se doda želatina, ponovnose promiješa i ostavi 1 – 2 sata da se istaloži talog. Bistra tekućina se dekantiraod taloga.Kod tehničke primjene sedimentacije gravitacijom treba razlikovati šaržnusedimentaciju od kontinuirane. Ova prva ima malu primjenu. Primjenjuje sesamo za male količine suspenzije ili u slučajevima gdje je sedimentacijaizvanredno spora (voćni sokovi, vino i dr.). Velike količine suspenzije uvijek seprerađuju u kontinuiranim uređajima.

Dorrovi dekanteri Kod većine kontinuiranih uređaja bistra tekućina i koncentrirani sedimentuklanjaju se kontinuirano. Najpoznatiji takvi uređaji su Dorrovi dekanteri kojise u principu sastoje od plitkog rezervoara sa nešto koničnim dnom, centralnimulazom za suspenziju, preljevom za bistru tekućinu na vrhu i centralnim izlazomza koncentriranu suspenziju na dnu. Koncentrirana suspenzija se prenosipomoću veoma polaganog mješača prema izlazu gdje se uklanja pomoću pumpe(npr. membranska pumpa). Kako se pumpa može podešavati to se može

kontrolirati koncentracija suspenzije koja se odvodi. Dorrovi dekanteri moguimati do 100 m promjera a primjenjuju se najviše za čišćenje vode. Da bi se štobolje iskoristio prostor dekanteri se katkad grade više njih jedan iznad drugog.Pojedine jedinice mogu raditi paralelno ili mogu biti vezane u serije.Kod konstrukcije dekantera važno je izračunati potrebnu površinu za određenubrzinu dobave za bistri preljev te sediment određene koncentracije. Bistri preljevse dobije kada je brzina taloženja čestica u zoni između ulaza i i preljeva većaod ulazne bistre tekućine. Mogućnost uklanjanja dovoljno krute tvari na dnuograničena je brzinom taloženja i koncentracijom krute tvari.

Sedimentacija pod utjecajem centrifugalne sile

Jedan od postupaka ubrzanja sedimentacije je primjenom centrifugalne sile.Sedimentacija pod utjecajem centrifugalne sile može se provesti na šarže u tzv.cijevnoj centrifugi, međutim to nije proizvodna metoda. U proizvodnji imamoizbor između centrifuge u kojoj suspenzija rotira u rotirajućem bubnju ihidrociklona.



Hidrocikloni Kod hidrociklona se rotacija postiže tangencijalnom dobavom u stacionarnomaparatu. Hidrociklon se u principu može primijeniti kao dekanter i izboromdimenzija i radnih uvjeta na taj način da proizvod koji izlazi odozdo sadrži sve

krute čestice i relativno malo tekućine a preljev sadrži najveći dio tekućine, i on je bistar. Nedostatak hidrociklona je pojava velikih posmičnih sila koje djelujunasuprot flokulaciji suspendiranih tvari što je važno za sedimentaciju.Hidrociklon se može primijeniti kao dekanter za suspenzije kod kojih nemamanjih čestica od oko 5 mm.

Centrifugalni separatori Centifugalna sila u centrifugalnom separatoru obično je tako velika da površinatekućine poprima vertikalni položaj. U stvari površina tekućine ima paraboličnioblik.Centrifugalni separator za bistrenje mora biti tako podešen da odvedena tekućinabude bistra tj. najmanje čestice moraju imati dovoljno vremena da se istalože.Separacija veoma malih čestica je naročito težak problem.Brzina padanja postaje mala kada se oblik čestice razlikuje od kugle, kada jekoncentracija suspenzije visoka, kada viskozitet raste, a naročito kada je razlikau gustoćama mala. Ovo posljednje je veoma česti slučaj jer čestice sa visokimsadržajem vode često se nalaze u tekućinama čija je gustoća > 1000 kg/m3 .Prema gornjem slijedi da povećanje karakteristike centrifuge (rω2 /g) jenajdjelotvornija metoda ubrzanja. Teoretski za to nema ograničenja tako da semale čestice bilo koje veličine mogu separirati sedimentacijom (sve dok postojirazlika u gustoćama). Međutim sa stanovišta konstrukcije uređaja postoji granicado koje se može podići karakteristika centrifuge.Za većinu separatora 4rn2 leži između 5000 i 20000. Kod supercentrifuge sa r= 2,5 cm i n = 800/s, 4rn2 iznosi 64000. Sa ovakvom centrifugom teoretski jemoguće separirati mikroorganizme. Za laboratorijsku primjenu razvijene suultracentrifuge sa 4rn2 = 1,000.000. postoje dva glavna tipa separatora zabistrenje koji rade bilo periodički ili kontinuirano. Ove prve treba zaustaviti iisprazniti kada su puni taloga; kod kontinuiranih separatora kruta tvar se uklanja

kontinuirano. Periodički se separatori upotrebljavaju za odvajanje malih količinakrute tvari iz velikih volumena tekućine.



DekanteriTakođer postoje centrifugalni separatori koji su namijenjeni za odvajanjegrubljih krutih čestica ili čestica koje trebaju samo kratko vrijeme zadržavanja(npr. kristali). To su centrifuge sa koničnim horizontalnim bubnjem. Kruta tvar

se transportira po nagibu bubnja pomoću transportnog puža. Također se možedodati voda za pranje.Karakteristika ovih aparata je u tome da bubanj kontinuirano rotira dok serazličite operacije vrše jedna za drugom tj. periodički. Te operacije su: punjenjesuspenzije, sedimentacija, dekantacija bistre tekućine preko cijevi za izvlačenje iuklanjanje krutog taloga sa strugačem. One su potpuno automatizirane. Ovakvecentrifuge promjera 2,5 m upotrebljavaju se u industriji škroba.

9.1.3. FiltracijaFiltracija je najvažnija metoda separiranja kruto – tekuće. U upotrebi su različitemetode filtracije. Tehnolozi su naročito zainteresirani za bržu filtraciju (tj. za štoveću količinu suspenzije koja se može preraditi po jedinici filterske površine u

jedinici vremena). Ova brzina određuje potrebnu filtersku površinu. Procesfiltracije je toliko kompliciran da nije moguće predvidjeti točno brzinu filtracijeiz teoretskih razmatranja. Približne jednadžbe koje su objavili mnogi istraživačisu od male praktične upotrebe. Općenito je jednostavnije da se potrebni podatcidobiju eksperimentalnim metodama.



Filtracioni mediji kroz koje se propušta suspenzija da bi se postiglosepariranje biraju se na bazi: -Prirode suspenzije (koncentracija, veličina čestica, korozivnost i viskozitet)-Tipa upotrebljenog filtera

-CijeneNije jednostavno izabrati ispravno filtersko sredstvo jer postoje mnogemogućnosti.

Najvažnija filtraciona sredstva su: 1. Razni materijali kao: pijesak, koks, usitnjeni keramički materijali, drvenavuna, pamuk. Ovi materijali upotrebljavaju se uglavnom za filtracijurazrijeđenih suspenzija, naročito za čišćenje vode i otpadnih voda.2. Porozne ploče iz keramičkih materijala, sinteriranih metala, sinteriranogstakla i poroznih polimera. Veličina pora može varirati od 0,2 do 1000 µm.3. Ploče iz celuloze, pamučnih vlakana, azbestnih i sintetskih vlakana.4. Tkanine iz metala, tekstilnih vlakana, polimernih vlakana i staklenogvlakna. 5. Membrane. Za odvajanje ekstremno finih čestica primjenjuju se membrane.

Kod nekih filtera filtracija se provodi kroz filterski kolač. Formiranje kolača jeod najveće važnosti kod filtracije. Porozni filterski kolač potreban je za brzu idobru filtraciju. Struktura kolača ovisi o veličini čestica, obliku čestica i brzinikojom se kolač formira. Na početku filtracije brzina je naročito važna. Ako je

brzina filtracije prevelika filter se može začepiti.Kasnije kod filtracije brzinu ne treba povećavati previše jer postoji opasnost dase kolač previše komprimira. Koncentracija suspenzije također igra važnu ulogu,što je veća koncentracija to je i veća poroznost filterskog kolača. Uprehrambenoj industriji rijetko se upotrebljavaju filteri s filterskim kolačem.U prehrambenoj industriji postoji potreba za filtracijom razrijeđenih ikoncentriranih suspenzija. Da bi se dobila koncentrirana suspenzija filtracijičesto prethodi dekantacija. Prednost toga je još i u smanjenom volumenu kojegatreba filtrirati.

Kod filtracije kao i kod sedimentacije mogu se poduzeti mjere radipoboljšanja filtracije. Povećanje temperature gotovo uvijek ima povoljanutjecaj ne samo radi sniženja viskoziteta, nego i zato što povišena temperaturačesto pospješuje flokulaciju mnogih suspenzija. Flokulacija i koagulacijamogu se također pospješiti dodatkom elektrolita itd.



Tipovi filtera

Postoje brojni tipovi filtera: gravitacioni, tlačni, vakuum i centrifugalni filteri.Kontinuirana filtracija kod koje se filterski kolač kontinuirano uklanjaprimjenjuje se samo onda kada se prerađuju velike količine tekućine sa visokim

koncentracijama krutih tvari. U mnogim slučajevima primjenjuju sepolukontinuirane filtracije što znači da se nakon izvjesnog vremena prekida ifilter čisti. Pražnjenje i čišćenje filtera može biti automatizirano. Prednostfiltracije pod tlakom je u tome da se mogu primijeniti velike razlike u tlaku;nasuprot tome kod vakuum filtracije razlike tlaka su ograničene na oko 0,5 do0,7 bara.Vakuum filtacija ima sljedeće prednosti u usporedbi sa tlačnom filtracijom:curenje je manje opasno, a filterski kolač je jednoličniji, porozan i može sedobro prati, s druge strane maksimalna razlika tlaka ne može prijeći 1 bar. Kontinuirani vakuum filteri mogu se podijeliti u četiri grupe: filteri sa trakom,filteri sa bubnjem, pločasti filteri i rotirajući horizontalni filteri.Filtracija s pomoću centrifugalne sile – to su filteri kod kojih se prolaz filtrataostvaruje djelovanjem centrifugalne sile.Većina filtera koji rade na šarže radi pod tlakom dok su gotovo svi kontinuiranifilteri vakuum filteri.

Filteri sa pločama i ramski filteri Ovi filteri se sastoje od niza rama, filtersko sredstvo je platno ili ploče, platno sepresvlači preko rama, a ploče se ulažu u rame. Filterske ploče mogu biti

izrađene od različitih materijala i mogu biti različitog poroziteta. Ovi filteri supogodni za filtraciju razrijeđenih suspenzija pošto se filtersko sredstvo platno iliploče brzo začepe talogom koji se taloži na njihovoj površini. Pogodni su zazavršnu filtraciju kada je poželjna visoka bistroća. Koriste se u proizvodnji vina,voćnih sokova, piva, u šećeranstvu itd.



Naplavni filteri

Kada je filtacija otežana upotrebljavaju se filtraciona pomoćna sredstva. Tosu inertni, fino usitnjeni materijali koji imaju otprilike istu gustoću kao i krutečestice suspenzije koja se filtrira. Filterska pomoćna sredstva mogu se miješati

sa suspenzijom ili prethodno nanijeti na filtersku površinu. Kada se na filternanese sloj filterskog pomoćnog sredstva, on daje dobar pomoćni sloj koji



omogućuje dobivanje bistrog filtrata. Ukoliko se pomoćno filtersko sredstvo nebi upotrijebilo filterski medij bi se začepio.Normalno se upotrebljava 0,25 do 0,5 kg filterskog pomoćnog sredstva po 1m2 površine filtera. Filtersko pomoćno sredstvo se također može kontinuirano

miješati sa suspenzijom koja se filtrira. U tom slučaju filtersko pomoćnosredstvo često služi istovremeno za dekoloraciju i apsorpciju nečistoće. Nekesuspenzije se ne mogu filtrirati bez upotrebe filterskog sredstva. Općenito sedodaje 0,1 do 0,5 % filterskog sredstva računato na količinu tekućine koja sefiltrira. Također je važan izbor tipa filterskog pomoćnog sredstva.Najčešće upotrebljavana pomoćna filterska sredstva u prehrambenoj industrijisu: dijatomejska ili infuzorijska zemlja tzv. kiselgur, perlit i celuloza.

Rotacioni vakuum filteri

Najvažniji kontinuirani vakuum filteri su filteri sa bubnjem. Ovi filteri se mogupodijeliti na filtere sa ili bez ćelije te na filtere kod kojih se filterski kolač stvaraizvan ili unutar bubnja. Najčešće se upotrebljavaju filteri sa ćelijama kod kojihse filterski kolač stvara na vanjskoj strani bubnja. Filteri sa bubnjem sa ćelijamaimaju prednost da omogućuju dobro odvajanje filtrata i vode za pranje.

U prehrambenoj industriji se najčešće koriste rotacioni naplavni vakuum filterikod kojih se filterski kolač formira na vanjskoj površini bubnja. Površina bubnja

je perforirana i na nju se naplavljuje filtersko sredstvo. Nakon naplavljivanjafilterskog sredstva provodi se filtracija. Filterski kolač se stvara na površininaplavljenog sredstva i skida se s pomoću noža u tankom sloju. Unutar bubnjase ostvaruje vakuum s pomoću vakuum pumpe, unutarnji prostor bubnja jepodijeljen na sekcije: filtacija, ispiranje, sušenje, skidanje kolača.Zbog vakuuma u unutrašnjosti bubnja filtrat prolazi kroz filtersko sredstvo, napovršini bubnja ostaje kolač, a filtrat se sakuplja u unutrašnjosti bubnja odaklese izvodi van. S površine bubnja nožem se skida filterski kolač zajedno s tankimslojem naplavljenog filterskog sredstva. Nakon što se skidanjem noža potroši

naplavljeni sloj filter se pere i ponovno formira naplavljivanjem.

Posljednjih dekada filteri sa bubnjem su postali jedni od najvažnijih tipovafiltera koji rade kontinuirano, potpuno automatski, imaju veliki kapacitet i dajufilterske kolače koji su jednolični, lako se peru i suše. Ovakvi filteri seupotrebljavaju npr. u industrijama šećera, škroba, kvasca, bistri voćni sokova,vinarstvu.Ovi filteri su pogodni za filtraciju koncentriranih suspenzija, često se koriste zafiltraciju koncentriranih suspenzija koje se dobiju nakon bistrenjasedimentacijom s ili bez upotrebe bistrila (npr. kod bistrenja mošta, vina ivoćnih sokova).



Naplavni filteri sa horizontalnim pločama

Ovi filteri se sastoje od niza perforiranih metalnih ploča kružnog presjeka kojese postavljaju horizontalno jedne iznad druge sa određenim razmakom. Ploče sepostavljaju na nosač i ulažu se u kućište. Na površinu ploča se naplavljujefiltersko sredstvo kroz koje se provodi filtracija. To je tlačni filter kod kojega se



tekućina za filtriranje dovodi pod tlakom na naplavljeno filtersko sredstvo kojese nalazi na pločama.Filterska sredstva mogu biti različite granulacije, ovisno o granulaciji ovisiporoznost filtera.

Filtersko pomoćno sredstvo može biti i adsorptivno tako da se pored mehaničkefiltracije koja ovisi o poroznosti naplavljenog sloja filterskog sredstva provodi iadsorptivna filtracija. Adsorpcijom pomoćno filtersko sredstvo može vezatinestabilne spojeve kao što su proteini iz otopine koji u momentu filtracije mogubiti otopljeni u otopini ili nepoželjne tvari boje iz tekućine koja se filtrira(dekoloracija). Kao filterska sredstva koriste se infuzorijska ili aktivna zemlja iperlit.

Faze rada filtera

Faze rada naplavnog tlačnog filtera su sljedeće:

1.Naplavljivanje filterskog sredstva na perforiranu ploču

2.Filtracija

3.Završetak filtracije i ispuštanje filtrata iz filtera

4.Pražnjenje filtera

5.Pranje filtera



Naplavljivanje filterskog sredstva ili formiranje filtera

Filtracija

Završetak filtracije i ispuštanje filtrata

Pražnjenje filtera



Pranje filtera

Naplavljivanje filterskog sredstva se provodi tako što se pripremi suspenzijafilterskog sredstva u vodi i propušta kroz filter pri čemu filtersko sredstvo ostaje

na pločama kao filterski kolač a voda prolazi kao filtrat. Filtracija se provodi sve dok se filtersko sredstvo ne začepi sa talogom iz

tekućine koja se filtrira. To se uočava prema povećanju razlike tlakova na stranidobavne tekućine za filtriranje i filtrata.Nakon završetka filtracije ispušta se filtrat i iz mlaznica za vodu koje se nalazena obodu kućišta s unutarnje strane šprica se voda između ploča koja ispirefiltersko sredstvo sa površine ploča. Voda i filtersko sredstvo se izbacuju van i filter se prazni. Nakon pražnjenja filter se pere i potom ponovno formira odnosno naplavljuje.

Prednost ovog filtera u donosu na filter s vertikalnim pločama je što su sveporozne ploče jednake pa se ne mora imati veliki broj rezervnih ploča.Nedostatak je što se teže ispire i prazni filtersko sredstvo sa horizontalnih pločanego sa vertikalnih.



Naplavni filter sa vertikalnim pločama

Kod ovog filtera sve je isto kao i kod naplavnog filtera sa horizontalnimpločama samo što su perforirane ploče postavljene vertikalno u cilindričnom

kućištu.Faze rada filtera naplavljivanje, filtracija, završetak filtracije, pražnjenje filtera ipranje filtera su isti kao kod filtera sa horizontalnim pločama. Prednost ovogfiltra je što se filtersko sredstvo lakše ispire i prazni sa vertikalnih ploča nego sahorizontalnih.Nedostatak je što su perforirane ploče različite, ovaj filter ima samo dvije isteploče pa se moraju imati sve ploče u rezervi.

Naplavljivanje Filtracija Automatsko ispuštanje tekućine

Automatsko ispuštanje Pranje filterafiltrata i sedimenta



Filtracija s pomoću centrifugalne sile

To su filteri kod kojih se prolaz filtrata ostvaruje djelovanjem centrifugalne sile.Sastoje se od vertikalnog ili horizontalnog rotirajućeg perforiranog bubnja.

Perforirana stjenka bubnja može služiti kao filtersko sredstvo ili se unutarbubnja ugrađuje drugo sito sa manjim porama.Vertikalni ili horizontalni bubanj je ugrađen u kućište i s pomoću elektromotorarotira se velikom brzinom. Suspenzija se ubacuje unutar bubnja, uslijed rotacijena suspenziju djeluje centrifugalna sila, pod djelovanjem centrifugalne siletekućina prolazi kroz perforiranu stjenku bubnja, a krute čestice ili kristali ostajuna unutarnjoj površini bubnja.Talog se po potrebi ispire i skida sa bubnja. Ovi filteri se nazivaju i centrifuge,oni rade šaržno. Koriste se u šećeranstvu za separaciju kristala šećera nakonkristalizacije i u industriji škroba.

9.1.4. Prešanje

Separacija kruto – tekuće iz vegetabilnih i animalnih proizvoda često se postižeprešanjem. Prešanje se primjenjuje bio za dobivanje tekućine, krutine ili jednog idrugog. Kao primjer dobivanja tekućine je prešanje voća. Ako je svrha prešanjadobivanje krutine tada se prešanje obično provodi prije sušenja; kao primjermožemo navesti prešanje izluženih rezanaca šećerne repe prije sušenja. Kod

prešanja uljenih sjemenki, jednako je važna krutina kao i tekućina.Prešanje je separacijski proces kojim se separira smjesa kruto – tekuće,primjenom tlaka na tu smjesu istiskuje se tekućina. Prešanjem se postiže boljaseparacija smjese kruto – tekuće nego drugim metodama.

Koherentnost materijalaPrešanje smjese kruto – tekuće moguće je samo onda ako postoji određenakoherentnost (materijal ne smije biti previše tekuć). Za odvajanje tekuće smjeseprimjenjuje se filter. Nema oštre granice između onog što se može filtrirati, a što

prešati. Koherentnost potrebna za prešanje može biti prisutna kao rezultat raznihokolnosti.Ovo svojstvo je prisutno ako je sadržaj tekućine u smjesi tako nizak da ona neteče. Kao primjer može se navesti usitnjeno sjeme uljarice. Materijali sa staničnom strukturom i veoma visokim sadržajem vode su kruti ioni se mogu prešati. Ova metoda separacije je stoga izvanredno važna kodprerade vegetabilnih i animalnih proizvoda. Voće i ribe sa veoma niskimsadržajem suhe tvari mogu se prešati ukoliko se najprije usitne. Koherencijaproizvoda sa staničnom strukturom je dobra pošto su vlaknaste strukture. U

principu svi materijali sa staničnom strukturom se mogu prešati.



Priprema materijala za prešanjePrije prešanja materijal odnosno sirovinu je potrebno na odgovarajući načinpripremiti. Ovisno o sirovini pripremom je potrebno odvojiti ljusku, odvojitikoštice, usitniti materijal, kondicionirati i depektinizirati.

Usitnjavanje materijala

Kod sirovina sa staničnom strukturom, ulje ili sok koje se uklanja nalazi se ustanici. Stoga je potrebno da se razori stanična struktura prije nego što seoslobodi tekućina. Način na koji se to čini varira znatno jer ovisi o strukturistaničnog tkiva, sadržaju tekućine, sastavu itd.Usitnjavanje materijala prije prešanja je važno i specifično za svaku sirovinu,usitnjavanje se provodi između valjaka ili posebnih mlinova ovisno o vrstisirovine.

Kondicioniranje sirovine

Kod uljnih sjemenki ulje je uglavnom smješteno u endospermu i u klici (katkadse klica uklanja jer je klica loše kvalitete). Ove sjemenke mogu se prešati hladnenakon usitnjavanja, ali ova metoda daje manje ulja (visoke kvalitete). U pravilusjemenke se prvo djelomično usitne pomoću valjka čime se samo jedan diostanica razori mehanički. Proizvod se tada kondicionira tj. odvlažuje i grije. Zavrijeme ove operacije stanične stjenke znatno oslabe, ulje se istisne pomoćuvode, proteini koaguliraju itd. Nakon ovoga katkad se provodi djelomičnosušenje i konačno vruća masa se preša.

Isprešavanje tekućine

Veoma je važno kod prešanja svih vrsta materijala da se proizvod komprimirapostupno što znači da tlak mora rasti vrlo polagano. Prvo se istjera zrak nakončega izlazi tekućina kroz kapilare. Kako raste tlak volumen pora postaje manji.Čestice se deformiraju, a stanice pucaju. Kao rezultat toga oslobađa se višaktekućine koja se potiskuje kroz pore koje postaju sve uže i uže. Količinaproizvedene tekućine jednaka je smanjenju volumena isprešane mase materijala.Kada se ovaj proces provodi postupno i oprezno količina slobodne tekućine

tijekom prešanja je tako mala da masa postaje dovoljno čvrsta pa ne teče.Ako tlak raste prebrzo količina slobodne tekućine postaje prevelika tako damasa postane tekuća i počinje teći. Opasnost da se to dogodi je veća kodsirovina koje sadrže više tekućine. U nekim slučajevima usitnjeni materijali su tako tekući da se ne mogu isprešatina uobičajen način. U tom slučaju tekućina se separira na specijalnim prešama ukojima proces počinje filtracijom ili dekantiranjem i postepeno se mijenja uprešanje.Proces za voće koje sadrži ulje je donekle različit. Najvažnije voće ove grupe je

plod uljne palme i masline koji sadrže kako ulje tako i znatnu količinu vode.



U slučaju uljne palme plod se najprije toplinski tretira u autoklavu, nakon čegase voće kuha, usitni i gnječi. Zatim se masa preša pri čemu se dobije smjesa uljai vode; ova se smjesa konačno separira u separatorima. Moguće je raditi samo sacentrifugama bez preše.

Masline se podvrgavaju izvjesnom predtretmanu nakon čega se usitne zajednosa prisutnom košticom. Dobivena pulpa miješa se, gnječi, pri čemu malekapljice ulja se skupljaju u veće. Konačno se u separatorima provodi separacijaulje/voda. Sličan postupak primjenjuje se kod ribljeg otpada koji je također bogat na vodi iulju. On se kuha, usitni i preša uglavnom u kontinuiranim prešama. Isprešanatekućina tretira se u separatorima.Svrha prešanja voća je dobivanje soka. U tu svrhu voće se najprije grubo usitni azatim se postepeno komprimira u preši. U nekim slučajevima važno je dobivanjesmjese soka i pulpe (npr. sok rajčice), pa se upotrebljava preša koja ima karakterpasirke.Veoma malo je poznato o teoriji prešanja. Glavna poteškoća je u tome da sesvojstva krutih tvari ne mogu jasno definirati. Poznato je da na rezultate neutječe samo maksimalni tlak nego također i brzina kojom se tlak povećava ivrijeme kod kojega se maksimalno tlak primjenjuje. Niski viskozitet tekućine, a stoga i visoka temperatura je povoljna. Prešanjem sepostiže viši sadržaj suhe tvari nego filtracijom pod tlakom ili filtracijom ucentrifugi. Kod prešanja tlak se raspodijeli jednoličnije u kolaču i stoga se moguprimijeniti znatno viši tlakovi. Tlak je najniži u središtu kolača gdje je sadržaj

tekućine najviši. To je jedan od razloga zašto se kod prešanja uvijek primjenjujutanki slojevi.Maksimalni tlak koji se primjenjuje i vrijeme kroz koje se primjenjuje upojedinim slučajevima ovisi kolika je cijena povećanog iskorištenja u usporedbisa većim troškovima procesa. Mora biti povoljan kompromis troškova iiskorištenja. U nekim slučajevima ostatak se može nadalje osloboditi vrijednihkomponenata bilo pranjem ili ekstrakcijom. Kada se prešanje primjenjuje kao predtretman za sušenje tada treba cijenuprešanja usporediti sa cijenom isparavanja. Prešanje kao predtretman sušenju

može se primijeniti samo onda kada se ne gubi vrijedna otopljena tvar saisprešanom vodom.Iako se prešanje provodi u praksi na šarže i kontinuirano trend je premakontinuiranim metodama. Šaržne metode prešanja postaju sve višeautomatizirane. Tehnička konstrukcija preša ovisi znatno o materijalima koji se prerađuju i opritiscima koji se primjenjuju.



Tipovi preša koji se koriste u prehrambenoj industriji

Preše koje se koriste u prehrambenoj industriji mogu se podijeliti prema dvijeosnove, prema načinu rada na diskontinuirane i kontinuirane i prema

konstrukciji na zatvorene i otvorene preše.Diskontinuirane zatvorene preše

To su preše koje rade periodički, to znači preša se puni sa materijalom, vrši seprešanje, potom prazni i ponovno puni itd. Kod zatvorenih preša materijal sepreša unutar fiksnih stjenki.Najstariji tip ovih preša su preše sa košem, sastoje se od cilindričnog košačije stjenke su perforirane, materijal se preša između dna i poklopca odnosnoklipa s kojim se tlači materijal prema dnu.Preše sa drvenim košem su našle primjenu za prešanje grožđa odnosnoisprešavanje mošta i voćnog soka iz voća. Ove preše se sastoje od košaizrađenog od drvenih letvica koje su povezane obručima.Drveni koš se postavlja na masivno postolje izrađeno od lijevanog željeza. Izpostolja kroz sredinu koša prolazi vijak na čiji se vrh postavlja masivna maticasa mehanizmom za navijanje na navoj. Izmuljano grožđe odnosno masulj iliusitnjeno voće se ubacuje u koš, kada je koš pun do vrha na vrh se postavljadrveni poklopac i drvene gredice. Na vrh vijka se postavlja matica kojanavijanjem na vijak tlači gredice i poklopac i tako preša materijal u košu. Kodvelikih preša ovog tipa prešanje odnosno potiskivanje poklopca odnosno klipa

vrši se hidraulički pri tlaku od 10 bara.

Preše sa čeličnim košem (Seiher preše) upotrebljavale su se za prešanje ulja izuljnih sirovina (sjemenki). Sastoje se od čeličnog masivnog perforiranog košapostavljenog na masivno postolje, u koš se ubacuje usitnjena uljna sirovina.Prešanje se provodi tlačenjem klipa s pomoću hidrauličke sile. Tlak kod ovihpreša je 350 bara.

Hidraulične klipne preše za prešanje voća (Bucher preše) To je diskontinuirana zatvorena preša, sastoje se od horizontalnog čeličnogcilindra koji je postavljen na masivno postolje, unutar cilindra usitnjeno voće sepreša s pomoću klipa koji se potiskuje hidraulički. Između dna i klipa po cijelompresjeku su postavljeni gumeni elastični profili koji po površini imaju žljebove.Gumeni profili su elastični, oni se prešanjem savijaju, uzdužni žljebovi služe zaotjecanje isprešanog soka. Na taj način je skraćen put isprešanog soka kao kodprešanja u tankom sloju.Preko gumenih profila presvučene su platnene presvlake (čarape) kojesprječavaju da se žljebovi na profilima napune krutim česticama materijala itako ih čine prohodnim za otjecanje soka prema poklopcu gdje se sok sakuplja i

odvodi iz preše.



Čelični cilindar rotira kod punjenja i pražnjenja. Punjenje i prešanje se provodi uciklusima tako što se nakon prvog punjenja, materijal do izvjesne mjere preša,zatim se klip vraća nazad, preša se ponovno puni i ponovno preša itd.Maksimalni tlak koji se postiže je 12 bara. Prešu ovog tipa proizvodi firma

Bucher i posebno je pogodna za prešanje jabučastog voća ali i drugog voća.

a) punjenje, b) prešanje, c) rastresanje tropa, d) pražnjenje tropa



Presjek elastičnog gumenog profila sa pletenom presvlakom (čarapom)

Pneumatska preša

To je diskontinuirana zatvorena preša, sastoji se od horizontalnog perforiranogčeličnog cilindra unutar kojeg se nalazi gumeni mijeh smješten centralno ucilindar. U gumeni mijeh se s pomoću kompresora tlači zrak. Materijal se prešaizmeđu perforiranog cilindra i gumenog mijeha. Preša se koristi za prešanjemošta iz masulja odnosno grožđa nakon muljanja kod proizvodnje vina i zaisprešavanje soka iz voća. Maksimalni tlak koji se postiže je 6 bara. Nakonprešanja trop se lako ukloni otvaranjem i okretanjem bubnja (cilindra).

Diskontinuirane otvorene preše

Kod otvorenih preša materijal koji se preša samo je djelomično zatvoren ufiksne stjenke. Najjednostavniji tip otvorene preše je tzv. pak-preša koja se čestoupotrebljava za prešanje voća; nešto drugačiji oblik upotrebljava se za masline.Grubo usitnjeno voće pakira se u platno, ovi paketi slažu se jadan na drugi, aizmeđu njih se stavljaju okviri iz drvenih letvica. Obično se preša 10 do 20paketa istovremeno. Tlak na kolač obično iznosi 10 do 15 bara, a rijetko preko20 bara. U ovim prešama tlak treba također dizati postepeno.Paketi sa materijalom se slažu na masivno postolje od lijevanog željeza koje imažlijeb za sakupljanje soka i otvor u žlijebu za odvod soka. Paketi se tlače od gore

s pomoću hidrauličkog uređaja.



Kontinuirane zatvorene preše

Od kontinuiranih zatvorenih preša danas se najviše koriste pužne preše. One sesastoje iz perforiranog cijevnog kućišta unutar kojeg rotira transportni puž.Materijal se može komprimirati na tri različita načina:

1.Postepena redukcija promjera kućišta preše2.Postepenim smanjenjem koraka puža3.Postepenim povećanjem promjera puža.Također su moguće kombinacije ovih metoda. Izlaz svih preša je zatvorenkonusom pomoću kojega se preša može regulirati. Puž transportira i postepenokomprimira materijal, tekućina se cijedi kroz perforacije.Pužne preše primjenjuje se najviše kod prerade uljnih sjemenki. U nekimslučajevima prešanje počinje kod niskog tlaka i nastavlja se kod visokog tlaka,dok se u drugim slučajevima prešanje kombinira sa ekstrakcijom. Većinavisokotlačnih preša postižu danas rezidualni sadržaj ulja od 3 do 6 %. Utrošakenergije kod pužnih preša je visok; najveći dio energije pretvara se u toplinukoja, kako se pokazalo, malo ili ništa ne šteti kvaliteti proizvoda. Prednostpužnih preša prema hidrauličkim prešama je jednolično prešanje materijala jerse materijal donekle miješa za vrijeme transporta. Pužne preše danas se upotrebljavaju za prešanje maslinovog i palminog ulja. Uindustriji prerade ribe pužne preše se jednim ili dva puža upotrebljavaju se krozmnogo godina za isprešavanje smjese voda/ulje iz prekuhanog materijala. Pužnepreše specijalne konstrukcije služe u industriji šećera za djelomičnudehidrataciju izluženih rezanaca prije sušenja.

Kod prerade voća i povrća pužne preše se upotrebljavaju za proizvodnju sokarajčice te prešanje grožđa. Preša koja se upotrebljava za ulje palme ima dva pužakoji rotiraju u suprotnim pravcima.Kako su navoji također suprotni to oni transportiraju materijal u istom pravcu.Prijelaz s jednog puža na drugi osigurava dodatno miješanje. Tlak se moževarirati pomoću konusa na izlazu preše.

Kontinuirana otvorena preša – tračna prešaPreša se sastoji od dvije beskonačne trake, gornje i donje, prebačene preko nizavaljaka. Trake se neovisno jedna od druge rotiraju, u određenoj fazi trake sespajaju i dolaze jedna uz drugu, prije toga se materijal koji se preša ubacujeizmeđu traka. Trake sa materijalom između njih prolaze između niza valjakakoji pritišću jedan na drugi i time na trake i materijal.Materijal se preša između traka koje prolaze između valjaka. Valjci zatežu trakei pritišću jedan na drugog s pomoću hidrauličkog uređaja. Nakon prolaska krozniz valjaka trake se razdvajaju i materijal se izbacuje van. Isprešana tekućina sesakuplja u tavama koje su postavljene ispod traka i valjaka. Ove preše se koristeza prešanje voća kod proizvodnje bistrih sokova. Jednokratno prešanje na ovimprešama daje malo iskorištenje (65%), da bi se povećalo iskorištenje trop nakon



prvog prešanja se ekstrahira sa vodom i ponovno preša na drugoj tračnoj preši,pri tome se može postići iskorištenje od 80 do 90 %.Prednost ovih preša je jer su kontinuirane, imaju veliki kapacitet i znatno su

jeftinije od hidrauličkih preša. Nedostatak je malo iskorištenje u jednokratnom

prešanju bez ekstrakcije. Ekstrakcijom se povećava iskorištenje ali se ubacujevoda koja se mora otpariti što su dodatni troškovi.



9.1.5. Pasiranje

Pasiranje je specifičan separacijski proces u kojem se iz ulazne sirovinesepariraju nejestivi dijelovi ili kruti dijelovi većih dimenzija. Pasiranje se

provodi na pasirkama koje se sastoje od metalnog horizontalnog kućišta u kojese ugrađuje perforirani cilindar (sito) kroz koje se vrši pasiranje. Centralno krozperforirani cilindar prolazi vratilo na kojem su učvršćeni nosači lopatica.Lopatice se rotiraju zajedno sa vratilom, transportiraju materijal uzdužno krozsito i protiskuju ga kroz pore na situ. Kruti dijelovi koji ostaju u situ se izbacujuna kraju cilindra (sita).Obično se koristi višestruko najčešće trostruko pasiranje. Za to se koristikaskada pasirki, propasirana masa iz prve pasirke odlazi u drugu, a iz druge utreću pasirku. Veličina čestica koje prođu kroz sita ovisi o veličini otvora (pora)na situ. Kada se koristi kaskada pasirki najgrublje je prvo sito, a najfinije trećeodnosno zadnje.

Pasiranje može biti:-Grubo pasiranje, promjer pora φ1,2 mm-Fino pasiranje, promjer pora φ0,8 mm-Super fino pasiranje, promjer pora φ0,4 mmPrije pasiranja obično se sirovina prethodno usitni i termički obradi odnosnoblanšira da se materijal omekani i da se inaktiviraju enzimi. Pored klasičnihpasirki postoje i turbo pasirke, one se koriste pojedinačno i u kaskadi sa dvijepasirke odnosno dvostepeno pasiranje. Po konstrukciji su slične klasičnim pasirkama, samo unutar sita umjesto jednogvratila sa lopaticama imaju četiri vratila sa lopaticama i veću brzinu rotacije.



9.2. Mehaničke separacije kruto – plin

Separacija krutina od plinova može imati dvije različite situacije: separacijarelativno malih količina krutine od velike količine plina, ili obrnuto relativno

male količine plina od velike količine krutine. U drugom slučaju se radi odegaziranju krutina što je važna operacija koje se primjenjuje kada se krute tvaritrebaju pakirati u vakuumu ili inertnom plinu. Ovdje ćemo se zadržati naodvajanju male količine krutine od velike količine plina.Ova operacija je potrebna na kraju nekih procesa kod kojih su krute tvaridispergirane u plin. Nakon završenog pneumatskog transporta materijal seuvijek mora separirati od transportirajućeg zraka. Kod pneumatskog sušenja isušenja raspršivanjem konačni proizvod se mora separirati od zrakaupotrebljenog za sušenje. Kod pneumatske klasifikacije frakcije se takođermoraju odvojiti od zraka. Struje zraka često se upotrebljavaju kod mljevenja biloza hlađenje, transport ili klasiranje. Osim toga odvajanje prašine iz zraka igravažnu ulogu u mnogim tvornicama gdje prašinu treba ukloniti iz proizvodnihhala, dimnih plinova itd.

Sakupljanje prašine može biti potrebno radi toga što: 1.Prašina je opasna ili iritirajuća za ljude i životinje2.Može dovesti do eksplozije3.Može utjecati na kvalitetu proizvoda te na rad uređaja i instrumenata.

Jasno je da je to teže sakupljati prašinu što su čestice manje. U praksi su česticeprašine veličine svega 10 do 100 µm. Najvažnije metode za odvajanje prašine izzraka su: 1.Sedimentacija bilo pod utjecajem gravitacije ili pomoću centrifugalnih sila2.Pomoću sudara sa krutim ili tekućim tvarima3.Filtracijom4.Elektrostatskim metodama.Neki uređaji primjenjuju kombinaciju ovih metoda.

Odvajanje krutih čestica pomoću centrifugalne sile provodi se u principu nanekoliko načina: 1.Smjesa zrak/krute čestice se tangencijalno dovodi u valjkasti prostor velikombrzinom; to se događa u dobro poznatim ciklonima.2.Zrak prolazi uzduž stacionarnog propelera3.Zrak se dodaje kroz centrifugalni ventilator specijalne konstrukcije. Oviventilatori imaju prednost što se mogu koristiti kako za transport tako zaseparaciju istovremeno i lako se ugrađuju u linije. Međutim oni nisu prikladni zafine čestice.



Cikloni se sastoje od valjka i konusa, tangencijalne ulazne cijevi, aksijalnecijevi za izlaz zraka na vrhu i otvora za ispust materijala. Smjesa zrak/krutečestice puše se kroz ulazni otvor brzinom od 10 do 15 m/s što rezultira rotacijomsmjese tako da centrifugalna sila djeluje na čestice. Za jako velike ciklone

promjera nekoliko metara i kapaciteta preko 20 m3

/s relativna centrifugalna silav2 /gr je oko 5; za veoma male ciklone promjera 10 do 15 cm relativnacentrifugalna sila iznosi do 1000. dvije sile djeluju na čestice u ciklonu i to upravcu prema van djeluje centrifugalna sila a prema unutra sila kočenja. Što ćese dogoditi sa česticom ovisi o omjeru tih dviju sila.Kada relativno mala čestica uđe u ciklon blizu same stjenke postoji znatna šansada će završiti u filmu prašine na stjenci i da će biti separirana, dok relativnovelika čestica koja uđe u ciklon na većoj udaljenosti od stjenke može se kretatiprema centru i izaći sa izlaznim zrakom. Dobro konstruirani ciklon možeseparirati čestice > 2 mm gotovo kvantitativno; odvajanje čestica < od 2 – 5 mm

je slabo. Otpor ciklona je reda veličine 200 do 1000 N/m2.

Pomoću sudara čestice prašine u struji zraka imaju izvjesnu inerciju. Kada semijenja pravac toka stavljanjem pregrada tada će dio prašine kolidirati sapregradama i istaložiti se.Skupljanje grubih čestica kolizijom je jednostavan problem. Potrebno je samonaglo promijeniti pravac kretanja zraka. Za hvatanje veoma fine prašineprimjenjuju se filteri napravljeni od tkanine. Ovakav filter sastoji sa iz komore ukojoj je obješeno više vrećastih filtera. Zrak sa prašinom ulazi u vreće odozdo saotvorene strane, prolazi kroz platno i izlazi iz filterske komore pročišćen. S

vremena na vrijeme prašina se mora ukloniti protresanjem vreća ručno ilimehanički sa ili bez prekidanja struje zraka. Čestice prašine koje se sakupljajuna tkanini mnogo su manje nego pore same tkanine. Tanki sloj prašine koji seformira veoma brzo na tkanini djeluje kao stvarni filterski medij. Ovi filteri zadržavaju čestice prašine veličine do 1 mm . Otpor vrećastih filtera

je znatan te se kreće od 50 – 1500 N/m2. Normalna brzina zraka kroz tkaninu jeoko 0,02 m/s pa su obično potrebne velike površine tkanine. Kako su vrećastifilteri relativno skupi oni se obično upotrebljavaju za uklanjanje posljednjihtragova prašine npr. iza ciklona.

Druga djelotvorna metoda odvajanja prašine je pranje zraka sa vodom. To semože provoditi raspršivanjem vode u komori kroz koju prolazi zrak ili

jednostavnim štrcanjem vode u centrifugalni ventilator ili ciklon.

Hvatanje prašine vodom može se primijeniti u dva slučaja: 1.Kada prašina nema nikakve vrijednosti i može se baciti sa vodom2.Kada se prašina zajedno sa vodom recirkulira (šećer u prahu, mlijeko u prahu idr.).



9.3. Mehaničke separacije krutih tvari

Separacija krutih tvari obično se može definirati kao separacija smjesa u dvije iliviše frakcija na takav način da svaka frakcija je više jednolična u jednom

posebnom svojstvu od originalne smjese. Iz ove definicije slijedi da je potrebnoprimijeniti više metoda separacije ako se žale dobiti frakcije koje su jednolične uviše od jednog svojstva.

Sortiranje sirovina je veoma važno naročito kod prerade ceralija i sjemenki(kao uljnih sjemenki, kave i kakao zrna), povrća i voća, krumpira itd. primarnanamjena je uklanjanje stranih tvari, defektnih materijala ili nejestivih dijelova.Nadalje se vrši klasifikacija prema veličini, boji, zrelosti i drugim svojstvima.

Čišćenje sirovina nije važno samo za konačnu kvalitetu proizvoda nego i izhigijenskih razloga. Veliki broj mikroorganizama se uklanja sa nečistoćom.

Prije nego se nečistoća ukloni treba najprije olabaviti njenu vezu sa materijalom.To se katkad postiže miješanjem ili puhanjem zraka kroz materijal, u drugimslučajevima potrebno je primijeniti stroj za pranje. Postoje mnogi tipovi strojevaza pranje adaptiranih za materijale koji se peru. Nakon eventualnog močenja ilihidrotransporta pranje se vrši snažnim mlazovima vode, uranjanjem, uzmiješanje (mehaničko ili sa zrakom).U nekim slučajevima kao što je kod pranja nekih vrsta povrća i voća primjenjujuse rotirajuće četke koje se postavljaju na dno kade uređaja za pranje.

Potrošnja vode može se u principu reducirati radom u protustruji ilirecirkulacijom vode. Postoje specijalni strojevi za pranje za različite proizvode.

Ceralije i sjemenke uvijek su kontaminirane sa stranim ceralijama isjemenkama. U ovim slučajevima separacija je često teža nego jednostavnouklanjanje nečistoća. Isto vrijedi za uklanjanje defektnih dijelova proizvoda kaoi za daljnje sortiranje na bazi nekog svojstva kvalitete.

Separacija se veoma često provodi na bazi veličine, oblika ili gustoće, a

katkad čak i na bazi konzistencije, koeficijenta trenja, boje itd. Separacija postaje sve teža što su manje razlike u svojstvima, često je potrebno

zadovoljiti sa grubom separacijom. Mehanizacija klasifikacije veoma je poželjnai ogroman napredak je postignut na tom područ ju. Međutim u prehrambenojindustriji klasifikacija se velikim dijelom još uvijek provodi ručno. Poteškoćamehanizacije je i u tome što su mnogi proizvodi osjetljivi i lako se oštete.

Separacija na bazi boje se često vrši ručno sa tzv. trakom za inspekcijuodnosno probiranje. Za mnoge proizvode su međutim konstruirani elektronski

uređaji koji rade veoma dobro. Takav aparat služi za separaciju po boji zrnatihmaterijala. Pomoću fotoćelije se prati boja svake pojedine granule ili zrna i onu



čija boja odstupa od standarda odbacuje se pomoću struje zraka. Ovakav uređajne služi samo za sortiranje sirovine nego i u kasnijoj fazi prerade (pržena kava,kikiriki).

Separacija prema zrelosti

Ponekad postoji korelacija između boje i zrelosti, u tim slučajevima separacijase može provesti ručno ili strojno. Strojno se provodi s pomoću fotoćelije kojaprepoznaje odstupanje od standardne boje. Ovakva separacija se provodi nakombajnu za berbu rajčice, kombajn bere sve plodove zrele i zelene, fotoćelijaseparira zelene plodove od zrelih.Često je potrebno provesti separaciju prema zrelosti neovisno o boji.Stanje zrelosti se često očituje u konzistenciji, zato su razvijeni uređaji kojisortiraju prema tvrdoći. Separacija nije teška kada postoji korelacija između

zrelosti i veličine. Druga mogućnost separacije je kada zrelost utječe na gustoću.To je slučaj sa mladim graškom radi konverzije šećera u škrob, tada je mogućehidrauličko klasiranje u otopini soli takve gustoće da teški grašak pada a laganipliva (šuplji i nagriženi grašak također će plivati).

Separacija nečistoća i stranih tvari iz ceralija i sjemenki Ova separacija predstavlja poseban problem, uređaji koji su konstruirani prijeviše od sto godina principijelno se koriste i danas. Sastoje se od cilindričnog sitakoje se postavlja horizontalno pod malim nagibom, cilindar rotira malom

brzinom. Na stjenkama cilindričnog sita su otvori određene veličine i oblikaovisno o vrsti žitarice ili sjemena kojem su namijenjeni. Nečistoća i stranesjemenke prolaze kroz otvore sita a pročišćena žitarica izlazi van iz sita nadrugom kraju cilindra. Ovi uređaji jednim prolazom kroz uređaj ne daju potpunuseparaciju pa se postupak ponavlja nekoliko puta.

Separacija nejestivih od jestivih dijelova sirovine

U ove separacije spadaju:-Guljenje

-Ljuštenje-Odkoštičavanje-Odstranjivanje peteljki-FiletiranjeOvoj separaciji obično prethodi labavljenje nejestive komponente. Za operacijekao što je guljenje, ljuštenje, vađenje koštica, otkidanje peteljke, filetiranje itd.postoje specijalni uređaji koji su adaptirani za proizvod koji se prerađuje. Kodovih uređaja obično je imitiran ručni rad.Sama separacija nakon labavljenja obično je jednostavna radi velikih razlika u

svojstvima materijala koji se odvajaju.



Kod ceralija je endosperm obložen sa više slojeva koji se zajedno zovu mekinje.Za vrijeme same žetve neke žitarice kao zob, ječam i riža imaju jedan sloj pljeve(ljuska). Kod zobi je ljuska vezana za perikarp samo na malo mjesta, dok je kod

ječma i riže jako vezana.

Ljuštenje ječma može se provoditi kontinuirano među mlinskim kamenima. Utom slučaju dva kamena rotiraju na vertikalnoj osi; donji kamen se pogoni audaljenost između kamena se može podesiti.Novi stroj za kontinuirano ljuštenje sastoji se iz velikog broja diskova koji senalaze na zajedničkoj vertikalnoj osovini; cijela konstrukcija rotira unutarperforiranog kućišta. Diskovi su postavljeni tako da je svaki drugi disk pričvršćen na vertikalnuosovinu i pokretan je, a između pokretnih diskova se nalaze nepokretni diskoviučvršćeni na kućište. Između pokretnih i nepokretnih diskova dolaze zrnaceralija ili sjemenki i zbog trenja se ljušte.Zob se može također ljuštiti između mlinskih kamena; udaljenost izmeđukamena je tada nešto manja nego dužina zrna. Obično se primjenjuju kamenikoji brzo rotiraju na horizontalnoj osovini. Neoljuštena riža ima ljusku koja je od male vrijednosti radi visokog sadržajaSiO2. Riža se ljušti između kamena ili između gumenih valjaka raznih perifernihbrzina (frakciono i kompresiono djelovanje).Predtretman uljnih sjemenki može ali i ne mora uključivati ljuštenje. Prednostiljuštenja su u tome što ljuska često sadrži nepoželjne bojene tvari i arome, aoljušteno sjeme može dati bolje iskorištenje na ulju. S druge strane ljuštenje jekatkad praćeno gubitkom ulja, a osim toga prisutnost ljuske olakšava prešanje.Laneno sjeme, sjeme repice i soje se ne ljušte. Sjeme suncokreta, sezamovosjeme i ricinusovo sjeme mogu se preraditi sa ili bez ljuske. Zemni orah seuvijek ljušti. Kakao zrno se prije prešanja najprije grubo melje između izbrazdanih valjakanakon čega se ljuske i lom separiraju prosijavanjem u kombinaciji sapneumatskim klasiranjem.

Guljenje

Guljenje sirovina se može provesti mehaničkim putem, vodenom parom ikemijskim putem otopinama alkalija.Mehaničko guljenje se provodi sa noževima ili s pomoću valjaka i diskovaobloženih abrazivnim materijalom. Uređaj za mehaničko guljenje krumpira ikorjenastog povrća sastoji se od posude čije je dno abrazivno i rotira s pomoćuelektromotora. Abrazivna površina rotirajućeg dna vrši guljenje navedenihsirovina. Ovakvi uređaji se koriste za guljenje do 500 kg/h sirovine.



Guljenje vodenom parom

Kod ovog guljenja kožica se olabavi vodenom parom a potom skida četkama iispire mlazovima vode. Uređaj se sastoji od loptaste željezne komore koja jeučvršćena na horizontalnu osovinu oko koje može rotirati. Kroz otvor na

loptastoj komori ubaci se sirovina, otvor se zatvori i pušta se vodena para, za tovrijeme loptasta komora rotira da bi se ostvario bolji kontakt sirovine savodenom parom. Nakon nekoliko minuta kožica na plodovima je olabavljena iplodovi se ubacuju na valjkasti transporter sa rotirajućim četkama. Plodovidolaze između četki koje rotiraju, četke skidaju kožicu koja se ispire samlazovima vode postavljenim iznad četki.

Kemijsko guljenje

Kod ovog guljenja kožica se olabavi potapanjem plodova u vruću otopinualkalija. Nakon toga kožica se skida sa četkama i ispire kao kod guljenja savodenom parom.

Guljenje sa plamenom odnosno sagorjelim plinovima

Kod ovog guljenja kožica se olabavi tako što sirovina prolazi kroz plamenodnosno vrele sagorjele plinove pri čemu kožica karbonizira (pougljeni). Nakontoga se uklanja četkama i ispire mlazom vode.

Ostale metode separacije krutih tvari: 1.Prosijavanje kod kojega se koristi činjenica da čestice prolaze ili ne prolaze

kroz otvore određene veličine i oblika; ovom metodom se postiže separacijaprema veličini a u manjoj mjeri prema obliku.2.Pneumatsko ili hidrauličko klasiranje, pri čemu se korist razlike u brzinamakojima se čestice kreću u fluidu (plinu ili tekućini). Veličina, gustoća i oblikigraju ulogu kod ove metode klasiranja.



10. KEMIJSKI I ENZIMSKI PROCESI U PREHRAMBENOJINDUSTRIJI

10.1 STRUKTURA I HIDROLIZA PEKTINA I PRIMJENA

Pektinske tvariPektinske tvari su visokomolekularni prirodni produkti, koloidni derivatiugljikohidrata, koji se nalaze ili dobivaju iz biljaka, a sadrže velik broj jedinicaanhidrogalakturonske kiseline, za koje se pretpostavlja da egzistiraju u oblikulanaca.Karboksilne skupine poligalakturonskih kiselina mogu biti djelomičnoesterificirane metilnim skupinama ili djelomično ili potpuno neutralizirane s

jednom ili više lužina. Pektinske tvari mogu biti: protopektin, pektininske kiseline i pektinske kiseline.

Protopektin - u vodi netopljiva “praroditeljska” pektinska tvar, koja se nalazi ubiljkama i ograničenom hidrolizom daje pektinske kiseline. Pektininske kiseline – koloidne poligalakturonske kiseline koje sadrže metilesterske skupine. Pektininske kiseline, pod određenim uvjetima stvaraju gelove(žele) sa šećerima i kiselinama ili, ako imaju malo metoksila, sa određenimmetalnim ionima. Soli pektininskih kiselina su normalni ili kiseli pektinati.Pektin – opći termin koji obuhvaća u vodi topljive pektininske kiseline različitogstupnja esterifikacije i neutralizacije, koje su sposobne da stvaraju gelove sašećerom i kiselinama, pod povoljnim uvjetima.



Prema stupnju esterifikacije pektini se dijele na visokoesterificirane iniskoesterificirane. Visokoesterificirani pektini sadrže 7 – 13,5 % metoksilnihskupina i želiraju s povećanom količinom šećera (preko 50%), dokniskoesterificirani pektini sadrže ispod 7 % metoksila i želiraju sa manjom

količinom šećera (10 – 30 %), ali u prisutnosti metalnih iona.Visokoesterificirani pektini se po svojstvima želiranja dijele na brzo-želirajuće sa 10 – 13 % metoksila i sporo želirajuće sa 7 – 10 % metokslia. Pektinska kiselina – obuhvaća pektinske tvari, koje su sastavljene od koloidnihpoligalakturonskih kiselina i potpuno su bez metil – esterskih skupina. Solipektinske kiseline su normalni ili kiseli pektati. Pektinske tvari imaju osnovnu strukturnu jedinicu D-galakturonsku kiselinu,povezanu α - 1,4 vezama. COOH skupine poligalakturonskih kiselina mogu bitimetilirane ili neutralizirane, a neke hidroksilne skupine mogu biti acetilirane.U biljkama se pektinske tvari nalaze u središnjoj lameli biljnih stanica i ustaničnoj stjenci u manjoj mjeri.Tijekom zrenja biljaka pektinski polisaharid prelazi u topljivi oblik (pektininskukiselinu) djelovanjem enzimskih kompleksa, koji cijepaju veze pektinskih tvari iostalih komponenti stanične stjenke. Stjenke stanica postaju tanje. Topljivepektinske tvari bubre s vodom i voću i povrću daju odgovarajuću konzistenciju,proporcionalno stupnju zrelosti.

Važnija svojstva pektinskih tvari

Stupanj esterifikacije predstavlja broj COOH skupina esterificiranih smetanolom, preračunatih na % ukupnih jedinica galakturonske kiseline. Kodpotpuno esterificiranih pektina sadržaj metoksila iznosi 16,32 %.Koloidno – kemijska svojstva pektinskih tvari ovise o molekularnoj težini (krećese od 100.000 do 300.000), stupnju esterifikacije i prisustvu hidratiziranihslobodnih COOH skupina. Pektini se ponašaju kao hidrofilni, reverzibilnikoloidi, koji promjenom električnog naboja molekula prelaze iz sol u gelmodifikaciju.S porastom molekularne težine povećava se viskozitet otopina pektinskih

tvari, sposobnost bubrenja, sposobnost želiranja, koagulacija sa alkoholom ielektrolitima, kao i stabilnost metoksila prema lužinama, a opada topljivost uvodi. S porastom stupnja esterifikacije raste topljivost u vodi, viskozitet otopine,brzina želiranja i tolerancija prema šećerima, a opada kiselost, sposobnostkoagulacije s kiselinama i neutralnim solima. Prisutnost slobodnih hidroksilnihskupina u pektinima uvjetuje bubrenje uslijed hidratacije OH skupina. Ovapojava izaziva teškoće kod otapanja pektinskih tvari u vodi.



Želiranje pektina

Pektini imaju svojstvo da stvaraju stabilan čvrsti gel što je od velikog značaja uprehrambenoj industriji za proizvodnju želiranih proizvoda. Pektinski gelovi sedijele u dvije skupine – gelovi sa visokim sadržajem šećera (55 – 65 %) i gelovi

da malim sadržajem šećera (10 – 30 %). Za prvu skupinu koriste sevisokoesterificirani pektini, sa stupnjem esterifikacije 7 – 13,5 %, a za druguskupinu niže esterificirani pektini ispod 7 % i ioni kalcija.Da bi se dobio stabilan i čvrst žele potrebno je spriječiti elektrostatsko odbijanjeizmeđu molekula, smanjenjem disocijacije karboksilnih skupina. To se postižedodatkom 0,2 – 0,35 % vinske ili limunske kiseline tj. Smanjenjem pH naoptimum. Također je potrebno dodati odgovarajuću količinu šećera, kako bi sespriječila hidratacija i omogućilo stvaranje vodikovih mostova izmeđuhidroksilnih skupina susjednih molekula. Kada se postigne optimalnadehidratacija i optimalan pH, nastupa želiranje, tj. stvaranje finetrodimenzionalne mrežice, koja imobilizira tekućinu ili voćnu masu, stvarajućižele.

Hidroliza pektina i pektolitički enzimi

Hidrolizu pektinskih tvari provode pektolitički enzimi. Pektolitički enzimi senalaze u svim biljnim tkivima i oni reguliraju razgradnju pektinskih tvari udijelovima biljaka i plodovima. Oni su naročito aktivni tijekom dozrijevanja, a inakon branja plodova, a naročito se aktiviraju nakon dezintegracije tkiva

odnosno usitnjavanja. To su prirodni enzimi čiju aktivnost možemo doneklekontrolirati i nadzirati tijekom prerade. Ako je potrebno možemo ih inaktiviratikratkotrajnim zagrijavanjem (blanširanjem).Razgradnja pektinskih tvari prirodnim enzimima koji se nalaze u biljnom tkivu

je spora i nedovoljna u procesu prerade.Za hidrolizu pektinskih tvari u procesima prerade koriste se pektolitičkipreparati koji se dobivaju iz biljnih sirovina ili iz mikroorganizama.

Pektolitički enzimi se dijele s obzirom na mjesto djelovanja na osnovne

dvije grupe: 1.Depolimerizacioni pektolitički enzimi

2.Deesterifikacioni pektolitički enzimi

1.Depolimerizacioni pektolitički enzimi Depolimerizacioni pektolitički enzimi se dijele u tri grupe s obzirom na supstrat(pektinske tvari) na koje djeluju.a.Poligalakturonaze, nalaze se u biljkama i plodovimab.Pektat lijaze, nalaze se u bakterijama i gljivama

c.Pektin lijaze, nalaze se u gljivama



a.PoligalakturonazePoligalakturonaze cijepaju α - 1,4 glukozidni vez pektinskih kiselina uniskoesterificiranom lancu pektininskih kiselina dok su vrlo malo aktivni uvisokoesterificiranom pektinu.

Postoje endo i egzo – poligalakturonaze

EndopoligalakturonazeEndopoligalakturonaze cijepaju α- 1,4 glukozidni vez nasumično odnosno bezodređenog reda, tako da nastaje serija oligogalakturonida.Endopoligalakturonaze vrlo efikasno razgrađuju protopektin cijepajućiniskoesterificirani pektin središnje lamele stanične stjenke biljnih tkiva a da sene oštećuje visokoesterificirani pektin ostalog dijela stanične stjenke kojipostupno proporcionalno razgradnji protopektina prelazi u otopinu. Zbog toga se

povećava viskozitet otopine.Ukoliko su u supstratu prethodno djelovale pektinesteraze tada ćeendopoligalakturonaza veoma brzo depolimerizirati prisutne niskoesterificiranepektine uslijed čega će doći d pada viskoziteta.

Egzo-poligalakturonaze Egzo-poligalakturonaze cijepaju α- 1,4 glukozidni vez sa jednog li drugog krajapoligalakturonskog lanca. Optimalni pH poilgalakturonaza je pH=4,0 do 5,5.b.Pektat lijaze

Pektat lijaze cijepaju α-1,4 glukozidni vez galakturonskog lanca uniskoesterificiranom pektinu i pektinskoj kiselini.



c.Pektin lijaze

Pektin lijaze cijepaju α -1,4 glukozidni vez galakturonskog lanca uviokoesterificiranom pektinu.

2.Deesterifikacioni pektolitički enzimiDeesterifikacioni pektolitički enzimi cijepaju estersku vezu metanola ikarboksilnih skupina galakturonske kiseline oslobađajući metanol. Njihovomaktivnošću visokoesterificirani pektin se transformira u niskoesterificirani pektini pektinsku kiselinu.Metanol koji se nalazi u voćnim rakijama i vinu je nastao razgradnjom pektinadjelovanjem deesterifikacionih pektolitičkih enzima a ne alkoholnomfermentacijom.Ovi enzimi se nalaze u biljkama i plodovima biljaka, optimalni pH je pH = 7.

Provedba i primjena depektinizacije

Pektinske tvari se nalaze u biljnim tkivima u staničnoj stjenci i u staničnomsoku. Ono što je cement u betonu to je pektin u biljnom tkivu. Pektinske tvaridaju čvrstoću biljnom tkivu i povećavaju viskozitet pulpe, kaše i soka. Uzelenim plodovima pektin se nalazi u obliku protopektina koji je netopljiv i daječvrstoću tkivu. Dozrijevanjem prelazi u topljivi pektin uslijed čega tkivoomekšava i povećava se viskozitet soka.

Depektinizacija se provodi kod prerade nekih biljnih sirovina iz dva razloga: 1.Potpuna razgradnja pektina zbog poboljšanja separacijskih procesa2.Maceracija kaša zbog povećanja udjela visokopolimernih ivisokoesterificiranih pektinskih tvari.

1.Potpuna razgradnja pektina

Pektinske tvari u biljnim tkivima otežavaju prešanje soka, zbog povećanjaviskoziteta otežavaju filtraciju, bistrenje i koncentriranje soka.

Potpuna razgradnja pektina provodi se kod prerade voća u bistre sokove i grožđau mošt prije prešanja da se olakša prešanje i poveća iskorištenje soka odnosnomošta. Depektinizacija soka i mošta nakon prešanja provodi se da bi se smanjioviskozitet i ubrzalo bistrenje te olakšala filtracija i koncentriranje.

2.Maceracija kaša

Maceracijom kaša se razgrađuje protopektin i oslobađaju se visokomolekularni ivisokoesterifcirani pektini a razgrađuju se niskoesterificirani pektini i pektinskakiselina. Maceracijom kaša povećava se viskozitet, konzistencija i homogenost

kaša i kvaliteta proizvoda koji se dobivaju preradom kaša (kašasti voćni sokovi,paste, kašasti koncentrati, pirei, proizvodi na bazi pektinskog gela).



Depektinizacija se provodi sa pektolitičkim preparatima koji se proizvode izbiljnih sirovina ili iz mikroorganizama a sadrže određene pektolitičke enzimeovisno o namjeni. Pektolitički preparati koji sadrže pektolitičke enzime proizvode se pod različitim

trgovačkim imenima kao što su: Pectinol, Pectinex, Rohapect, Panzym,Pectolaza.Depektinizacija može biti hladna ili topla, optimalni pH je od 3,5 do 5,5.Pektolitički preparati dolaze u formi praha ili rjeđe kao tekući koncentrat.Doziraju se u količini 0,05 do 0,3 % ili 0,5 do 3 kg/t.-hladna depektinizacija: 30°C u trajanju 5 – 6 sati-topla depektinizcija: 50°C u trajanju 1 – 2 sataPreferira se topla depektinizacija pošto traje kraće.

10.2. ŠKROB, STRUKTURA, ENZIMSKA HIDROLIZA IPRIMJENA

Škrob je polisaharid čija je osnovna građevna jedinica glukoza, jedinice glukoze

su povezane α-1,4 i α-1,6 glukozidnim vezom u dugačke lance od 500 donekoliko tisuća glukoznih jedinica. To je biljni rezervni materijal koji senakuplja u sjemenkama i gomoljima u obliku škrobnih zrnaca. Škrob se ubiljnim sirovinama nalazi u dvije sljedeće frakcije:a.Amilozab.Amilopektin

AmilozaAmiloza je linearna komponenta (frakcija) škroba koja se sastoji od 500 do

2000 glukoznih jedinica povezanih α-1,4 glukozidnim vezom u linearne lance.Amiloza ima svojstvo da se lanci međusobno povezuju vodikovim vezamastvarajući gel ili talog. Linearne molekule amiloze su topljive.

AmilopektinAmilopektin je razgranata komponenta (frakcija) škroba koja se sastoji od višetisuća glukoznih jedinica povezanih α-1,4 glukozidnim vezom u lancu i namjestima grananja α-1,6 glukozidnim vezom. Molekularna masa amilopektina jeod nekoliko stotina tisuća do nekoliko milijuna. Lanci amilopektina se ne

povezuju kao kod amiloze i zbog toga je ova frakcija stabilnija.



Omjer jedne i druge frakcije koje se nalaze u nativnom škrobu ovisi o sirovini ukojoj se nalaze.

Botaničke vrste škroba

U prirodi škrob se nalazi u biljnim sirovinama u obliku škrobnih zrnaca koja sukarakteristična za pojedine botaničke vrste.Granule (zrnca) škroba imaju polarizaciona svojstva odnosno škrobna zrncaimaju polarizacione križeve koji se uočavaju na polarizacionom mikroskopu.Ovi križevi se gube bubrenjem škroba, temperaturni interval u kojem zrnca gubepolarizacione križeve ovisi o botaničkoj vrsti škroba.

Izgled zrnaca škroba različitog porijekla: a) kukuruz, b) krumpir, c) tapioka, d) pšenica.



Stvaranje micela (snopova lanaca) Molekule amiloze i amilopektina u prirodi su isprepletene i gdje dođu u bliskiparalelni položaj pobočni lanci amilopektina i linearni lanci amiloze povezujuse vodikovim mostovima i stvaraju micele (snopove lanaca).

Topljivost škrobaŠkrob nije topljiv u vodi, ako se vodena suspenzija zagrijava dolazi do kidanjaveza u micelarnim regijama i granula (zrnca) počinje bubriti.Bubrenjem se samo dio micela razgrađuje, većina ostaje netaknuta, tek natemperaturi 120 °C pod tlakom u autoklavu dolazi do razaranja micela i dobijese otopina škroba.

Utečnjavanje škrobne suspenzije

Kemijskim tretiranjem škrobnih granula sa razrijeđenim kiselinama dolazi doraskidanja glukozidnih vezova u međumicelarnim regijama, posljedica jepovećanje tečljivosti škrobne suspenzije koja se naziva utečnjavanje.

Umreženi i modificirani škrobovi Razaranje glukozidnih vezova u međumicelarnim regijama i utečnjavanje semože spriječiti stabiliziranjem micelarne strukture umrežavanjem susjednihmolekula unutar granule. Ovakvi škrobovi se nazivaju modificirani škrobovi.Modificirani škrobovi su otporni na utečnjavanje kiselinskim, mehaničkim itermičkim postupcima.

Enzimska hidroliza škroba i primjena

Enzimi koji hidroliziraju škrobEnzimi koji hidroliziraju škrob su:α-amilazaβ-amilazaglukozidaza

pululunazaNavedeni enzimi različito djeluju u hidrolizi škroba.

αααα-amilaza cijepa u sredini lanca (spirale), cijepa samo α-1,4 glukozidni vez dokα-1,6 vez ne cijepa. Cijepa škrob do maltoze i graničnih dekstrina.

ββββ-amilaza cijepa lanac od nereducirajućih krajeva, odcjepljuje dvije zadnjeglukozne jedinice dajući maltozu. β-amilaza hidrolizira amilozu gotovo potpunodok amilopektin tek 50 % jer ispred mjesta grananja lanca prestaje djelovanje

enzima pa nastaju visokomolekularni granični dekstrini. Samo uz prisustvo a-amilaze ili enzima koji cijepa α-1,6 vez razgradnja ide dalje.



Glukozidaza cijepa lanac od nereducirajućih krajeva, otcjepljuje samo jednuglukoznu jedinicu dajući glukozu.

Pululunaza cijepa α-1,6 glukozidni vez prisutan u amilopektinu. Primjenom

pululunaze može se uz α-amilazu i β-amilazu škrob potpuno razgraditi.Kod enzimske hidrolize škrobne suspenzije potrebna je želatinizacija škroba štoograničava koncentraciju škroba na oko 20 %.

Enzimska hidroliza se provodi u biljkama i plodovima prirodnim enzimima kao jedan od metaboličkih procesa i kontrolirana hidroliza u nekim procesimaprehrambene industrije. Enzimskom hidrolizom škrob se razgrađuje na niže molekularne spojevedekstrine i šećere (disaharidi, monosaharidi). Potpunom hidrolizom škrob serazgrađuje do glukoze.Enzimi koji hidroliziraju škrob nalaze se u biljkama i plodovima biljaka i unekim mikroorganizmima. Mikroorganizmi s pomoću enzima razgrađuju škrobkako bi oslobodili potrebnu hranu (šećere).

Škrob je rezervna tvar i rezerva energije koju biljke deponiraju uplodovima, ceralijama i sjemenkama. Enzimska hidroliza škroba uplodovima, ceralijama i sjemenkama je kompleksni biokemijski processpecifičan za svaku biljku. Enzimska hidroliza škroba u plodovima voća ipovrća se odvija tijekom zrenja i dozrijevanja te tijekom skladištenja do šećerakoji sagorijeva u procesu respiracije. Šećer koji nastaje hidrolizom škroba uplodovima voća i povrća daje sladak okus tim plodovima.Kod jabučastog voća početak razgradnje (hidrolize) škroba se poklapa saterminom berbe. Tijekom zrenja škrob se razgrađuje, kada je prisutna puna

zrelost škrob je potpuno razgrađen.



Kod gomoljastog i korijenastog povrća (krumpir, batat, čičoke, pastrnjak,mrkva, peršin, celer) i kod kestena škrob se razgrađuje tijekom skladištenja idaje sladak okus. Prije prerade krumpir i kesten se skladište pod kontroliranimuvjetima (kondicioniraju se) kako bi se enzimskom hidrolizom škroba postigao

određeni sadržaj šećera pogodan za preradu u pojedine proizvode.Kod ceralija (žitarica) škrob se enzimskom hidrolizom prirodnim enzimimarazgrađuje tijekom klijanja odnosno reprodukcije. Ova pojava se koristi uproizvodnji slada iz ječma kod proizvodnje piva. Klijanje ječma se zaustavlja uodređenoj fazi kada je škrob razgrađen do dekstrina i šećera što je važno zasadržaj ekstrakta u pivu i okus piva. Kontrolirana ili dirigirana enzimska hidroliza škroba se provodi s pomoćuenzimskih preparata, kod prerade škroba u hidrolizate kao što su: glukoza,glukozni sirupi i visokofruktozni sirup. Osim toga dirigirana enzimska hidrolizaškroba se primjenjuje i u proizvodnji piva kada se slad zamjenjuje drugimžitaricama (kukuruz, pšenica) od kojih se ne proizvodi slad klijanjem već sedirektno hidroliziraju s pomoću enzimskih preparata. Ovaj postupak se koristi zaproizvodnju jeftinih piva niže kvalitete.Proizvodnja i prerada škroba u hidrolizate (glukoza, glukozni sirupi,visokofruktozni sirup) i modifikate škroba (dekstrini, umreženi škrobovi,preželatinizirani škrobovi, oksidirani škrobovi, esteri i eteri škroba, frakcioniraniškrobovi, škrobni ksantati i dialdehidi škroba) je velika i značajna granaprehrambene industrije koja se sastoji od čitavog niza tvornica i pogona ukojima se proizvodi oko 500 različitih proizvoda.

Najčešće sirovine iz kojih se proizvodi škrob koji se dalje prerađuje u navedeneproizvode su kukuruz, krumpir i pšenica.



katalizator

10.3. HIDROGENACIJA MASTI I ULJA

Masti i ulja su esteri trihidroksilnog alkohola glicerola i masnih kiselina. Masne

kiseline mogu biti zasićene i nezasićene. Nezasićene kiseline su sa jednim iliviše dvostrukih vezova, najčešće nezasićene masne kiseline su oleinska, linolna ilinolenska.

CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – COOHOleinska kiselina

CH3–(CH2)4–CH=CH–CH2–CH=CH – (CH2)7 – COOHLinolna kiselina

CH3–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–(CH2)7–COOHLinolenska kiselina

U uljima se nalaze pretežito nezasićene masne kiseline pa su ulja na sobnojtemperaturi tekuća, a u mastima se nalaze zasićene masne kiseline. O stupnjuzasićenosti masnih kiselina ovisi temperatura tališta masti odnosno ulja. Uljakoja sadrže nezasićene masne kiseline osim što su tekuća na sobnoj temperaturiu većoj mjeri su podložna oksidaciji i oksidativnim promjenama. Zbog toga se provodi hidrogenacija masti i ulja.Hidrogenacija masti ulja je egzotermni katalitički proces kod kojeg se vodikom

zasićuju dvostruki vezovi masnih kiselina i njihovih glicerida sa ciljempovišenja temperature tališta masti.

Hidrogenacijom se prevode tekuća ulja u krute masti, zasićenje nezasićenihmasnih kiselina ne mora biti potpuno, može biti djelomično.

- CH = CH - + H2 - CH2 – CH2 -nezsićene masne kiseline zasićene masne kiseline

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH + H2 CH3(CH2)16COOH

Oleinska kiselina Stearinska kiselinatemp. taljenja temp. taljenja16,3°C 69,6°CHidrogenacija je heterogeni katalitički proces jer su tvari u različitim fazama.

Hidrogenacija se sastoji od sljedećih faza:a) Otapanje vodika u mastib) Adsorpcija vodika na katalizatorc) Adsorpcija masti preko dvostrukih veza na katalizator kompleks

d) Vezivanje kompleksa sa vodikom do zasićenja uz oslobađanje katalizatorae) Desorpcija hidrogenirane masti.



Katalizator za hidrogenaciju je nikal koji se može dobiti (pripremiti) na trinačina.

Kod hidrogenacije masti i ulja kao katalizator se koristi nikal (Ni) koji se može

pripremiti i koristiti na tri različita postupka:1. Mokro reducirani katalizatorNikal se dobiva iz nikalformijata u autoklavu, tako što se Ni-formijat dispergirau mast u reakcionoj posudi (autoklavu), ukloni se zrak i propušta vodik krozmast uz zagrijavanje do oko 200°C.Ni(CHO2)2 * 2H2O Ni + 2CO2 + H2 + 2H2O

2. Suho reducirani katalizator

Nikal se taloži precipitacijom iz Ni(OH)2 i NiCO3 na podlogu odnosno nosač koji čine aktivna zemlja, bentonit, aktivni ugljen, Al2O3 i drugo. Dobiveni talogse suši i prži u struji vodika i potom dispergira u mast.

3. Dobivanje Ni iz legure sa Al (Raney – Ni )Legura Ni i Al se usitni, Al seotopi u lužini, dobiveni nikal se dispergira u masti. Promotori katalizatora Ni uovoj reakciji su Ca i Al a otrovi za katalizator su spojevi sa sumporom ifosforom.

Za hidrogenaciju je potreban vodik visoke čistoće. Vodik se dobiva sljedećimpostupcima:

1. Iz vodenog plina2. Kontaktnim putem propuštanjem vodene pare preko užarenog željeza3. Iz ugljikovodika (povišenjem temperature)4. Elektrolizom otopine potaše

Elektrolizom se dobije najčistiji vodik koji nije potrebno pročišćavati. Vodikdobiven ostalim postupcima se mora pročistiti kako se ne bi otrovao katalizator.



Tehnološki proces hidrogenacije

Provedba hidrogenacije

Hidrogenacija se može provesti na dva načina, šaržno i kontinuirano, posljedećim postupcima:

1.Po NormannuKod ovog postupka vodik se ubacuje u autoklav u mast u kojoj je suspendirankatalizator, to je šaržni postupak.

2.Po WilbuschewitschuPo ovom postupku suspenzija masti i katalizatora u reakcionoj posudi serasprskava u atmosferi vodika, to je kontinuirani postupak.

Uređaj za šaržni postupak: Postrojenje se sastoji od-Vertikalni autoklav (kotao)-Rezervoar vodika-Mješalica za katalizator-Filter preša za odvajanje katalizatora iz masti.

Sirova mast

Predrafinacija

Hidrogenacija

Filtracija

Rafinacija

Proizvodnjavodika

Pročišćavanjevodika

-



Vertikalni autoklav

To je cilindrična posuda od nehrđajućeg lima sa bombiranim dnom konstruiranda može raditi pod vakuumom i pod tlakom do 20 bara. Kotao je opremljen

cijevnim izmjenjivačima topline za zagrijavanje i hlađenje, miješalicom,uređajem za proizvodnju vakuuma, cjevovodom za ulaz i izlaz masti i plina teizlaz hidrogenirane masti, termometrom i manometrom.Kotao se napuni određenom količinom ulja potom se provede vakumiranje izagrijavanje da se ukloni zrak i vlaga. U ulje se doda određena količinakatalizatora i pušta vodik dok se ne postigne određeni tlak.Hidrogenacija počinje kod 100°C i tlaka 4 bara zbog toga se u početku procesado 100°C treba zagrijavati ulje. Nakon toga se ulje zagrijava do oko 200°C zbog

t k ij t t d ž hl đ j d k ij i

predavanja prehrambeno inženjerstvo 20.12.2012..pdf

Documents