بخشی از مقاله
چکیده:
آب میوهها به طور سنتی توسط تبخیرکننده های چند مرحلهای تحت خلاء تغلیظ میشوند که در نتیجه آن طعم تازه میوه از بین رفته، رنگ آن دچار تغییر شده و طعم پختگی بر اثر حرارت در آن ایجاد میشود. برای جلوگیری از این مشکلات از تغلیظ اسمز معکوس استفاده میگردد. با اینکه آن هم نمیتواند تغلیظ را در یک مرحله تا Brix =25-30 برساند که علت این محدودیت، فشار بالای اسمزی ایجاد شده می باشد.
تبخیر برای محصولات استاندارد تا Brix = 45 -65 انجام میگردد. تکنولوژیهای پیشرفته مربوط به غشاهای جدید در فرایندهای مهندسی بر این محدودیت غلبه کرده است. فرایندهای غشایی جدید شامل: تقطیر غشایی، تقطیر اسمزی و غشاهای یکپارچه که هنوز در فرایندهای غشایی جهت افزایش کیفیت محصول وکاهش انرژی مصرفی ناشناخته می باشند.
مقدمه:
برای کاهش هزینههای نگهداری و حمل و نقل ودستیابی به نگهداری طولانی مدت، آب میوه معمولا توسط اواپراتور چند مرحله ای تحت خلأ تغلیظ میشوند. نتیجه این فرایندها از دست دادن طعم تازه ی میوه، تخریب رنگ و'' طعم پخته'' با توجه به اثرات حرارتی میباشد. ازآنجا که به طورکلی مصرف کنندگان ترجیح می دهند عطر، طعم، ظاهر و احساس دهانی عصاره ی تازه فشرده شده را داشته باشند، دانشمندان تلاش می کنند روش های جدیدی را برای حفظ ویژگی های عصاره ی تازه فشرده شده کنسانتره و در نهایت در عصاره بازسازی شده توسعه دهند.
تلاش های بسیاری به توسعه وبهبود روشهایی از قبیل تغلیظ انجمادی، تغلیظ تصعیدی و غشاء - اولترافیلتراسیون واسمز معکوس - برای فرایند تغلیظ آب میوهها اختصاص داده شده است، که جایگزین نویدبخش تغلیظ غشایی هستند. فرایندهای غشایی از قبیل میکروفیلتراسیون - MF - ، اولترافیلتراسیون - UF - و اسمز معکوس - RO - به طور گسترده در صنعت لبنیات، مواد غذایی و صنعت نوشیدنی پس از کشف غشاهای نامتقارن مورد استفاده قرار گرفتند.
یکی از نقطه ضعف های اصلی RO ، ناتوانی برای رسیدن به غلظت استاندارد محصولات تولید شده توسط تبخیر به دلیل محدودیت فشار اسمزی بالا می باشد. مطالعات نشان داده اند که غلظت نهایی آب میوه توسط غشاء و تجهیزات محدود به Brix = 25-30 با کارآمد ترین جریان و بازیابی املاح می باشد. اخیرا، پیشرفتهای تکنولوژیکی مربوط به توسعه غشای جدید و بهبود در مهندسی فرآیند، برای غلبه بر این محدودیت به اثبات رسیده است. فرایندهای غشایی جدید از جمله فرآیندهای غشایی و تقطیر اسمزی و فرایند های غشایی یکپارچه ممکن است به بهبود تغلیظ آب میوه کمک کنند.
عملکرد غشای اسمز معکوس : - RO -
غلظت آب میوه توسط RO درصنعت فراوری میوه در حدود 30 سال است که مورد استفاده قرار می گیرد. مزایای استفاده از RO نسبت به تبخیر سنتی، آسیب حرارتی کمتر به محصول، کاهش در انرژی مصرفی و سرمایه گذاری کمتر، و به عنوان فرایند انجام گرفته در دمای پایین و عدم وجود تغییر فاز برای حذف آب می باشد. حفظ ترکیبات عصاره، به خصوص طعم و جریان نفوذی، در عملکرد RO به دو عامل عمده که مربوط به نوع غشاء و شرایط عملیات در طول فرایند می باشد بستگی دارد.
عملکرد فرایند تغلیظ اسمزی مستقیم : - DOC -
نوعی فرایند غشایی است که قادر به تغلیظ آب میوه در دمای پایین و فشار کم می باشد، در نتیجه عطر و طعم و رنگ اصلی میوه ها حفظ می شود. این اصل با استفاده از یک محلول عامل اسمزی - OA - برای ایجاد گرادیان فشار اسمزی در سراسر غشاء نیمه تراوا و در نتیجه حذف آب از عصاره میوه میباشد. یک عامل اسموتیک به طور کلی یک جامد محلول در آب ، رطوبت گیر، غیر سمی، بی اثر نسبت به عطر و طعم، بو و رنگ مواد غذایی، که از طریق غشا عبور نمی کند - شکل. - 1 به طور کلی، در غلظت های بالای محلول و وزن مولکولی پایین مواد ، فشار اسمزی بالا می باشد. عمده ترین ترکیبات به کارگرفته شده عبارتند از: کلرید سدیم، ساکارز یا گلیسرول، ملاس نیشکر یا شربت ذرت می باشد.
شکل:1 فرایند تغلیظ اسمزی مستقیم
تقطیر غشایی:
یک فرایند نسبتا جدید است که در آن دو محلول آبی با درجه حرارت مختلف، توسط غشایی با منفذهای بسیار ریز آبگریز از هم جدا میشوند. در این شرایط جریان آب خالص از سمت گرم به سمت سرد حرکت می کند. نیروی رانش به علت اختلاف فشار موجود در نتیجه ی اختلاف دما می باشد. فرآیند در فشار اتمسفر و در درجه حرارتی ممکن است صورت گیرد که بسیار کمتر از نقطه جوش محلول میباشد. نیروی محرکه اختلاف فشار بخار در حد واسط بین دو محلول و غشاء سبب گرادیان دمایی می شود.
تقطیر اسمزی:
یک فرایند غشایی جدید است همچنین به عنوان تبخیر اسمزی، تبخیرغشایی، تقطیر غشایی هم دما یا استخراج غشایی گازی شناخته شده است که موفقیت هایی در تغلیظ غذاهای مایع مانند شیر، آب میوه سبزی، قهوه فوری و چای و انواع مواد غذایی غیر آبی محلول کسب کرده است. این تکنیک را می توان مورد استفاده برای استخراج انتخابی آب از محلول های آبی تحت فشار اتمسفر و در دمای اتاق قرار داد، بنابراین از تخریب حرارتی جلوگیری می شود. از این رو به ویژه برای تغلیظ محصولات حساس به حرارت مانند آب میوه مناسب می باشد. این فرآیند شامل استفاده از یک غشای آبگریز بامنافذریزبرای جداکردن دو محلول آبی درحال گردش باغلظت های مختلف یکی رقیق ودیگری محلول نمکی هیپرتونیک می باشد - شکل. - 2 اگر عامل فشار یا همان فشار عملیات زیر فشار نفوذی مویرگی مایع در داخل غشاء نگهداری شود،غشاء نمی تواند مرطوب شود.
شکل:2 فرایند تقطیر اسمزی
فرآیندهای غشائی یکپارچه:
پتانسیل تغلیظ آبمیوه با فرآیندهای غشائی یکپارچه به خصوص در تولید صنعتی آبمیوههای غلیظ با کیفیت بالا بسیار جالب میباشد. چون آبمیوه هایی مانند آب پرتغال ذرات جامد و پکتین بالایی دارند و در صورتی که به طور مستقیم با RO یا OD تغلیظ شوند، جریان غلیظی ایجاد می نمایند، که منجر به کند شدن جریان نفوذی میشود. همچنین در استفاده از سیستم RO تک مرحله ای، به دلیل محدودیت فشار اسمزی بالاتر، نمیتوان به غلظتهای بالای Brixœ = 30-25 رسید. اگر RO به همراه MF یا UF برای جداسازی مواد جامد معلق و پکتین از آب میوه استفاده گردد، ویسکوزیته کاهش یافته و جریان افزایش مییابد. مواد فرار - الکلها، آلدهیدها و اترها - در آبمیوهها میتوانند به میزان کمتری در مواد باقیمانده بمانند، زیرا ترجیح میدهند با مایعات باشند. به همین دلیل تولید محصول با کیفیت بالا و مصرف انرژی کمتر از مزایای استفاده از فرآیندهای غشائی یکپارچه می باشد.
