Разработка технологической схемы производства безалкогольных напитков на базе предприятия ООО Самарского комбината "Родник"

ВВЕДЕНИЕ

Характеристика безалкогольных напитков. В настоящее время выпускают следующие безалкогольные напитки: газированную воду, газированные фруктовые напитки, сухие шипучие напитки, минеральные воды. Все эти напитки насыщены диоксидом углерода, который придает им игристость, свежесть и остроту вкуса. Насыщенность диоксидом углерода обеспечивает напиткам также повышенную биологическую стойкость.

Газированная вода - это питьевая вода, искусственно насыщенная диоксидом углерода до концентрации 0,4 - 0,5% к массе напитка. Такая вода имеет кисловатый вкус, своеобразную свежесть и хорошо утоляет жажду.

Газированные фруктовые воды представляют собой насыщенные диоксидом углерода водные растворы сиропов, приготовленных из сахара, фруктово-ягодных соков, морсов, настоев цитрусовых плодов, вина, ароматических эссенций, пищевых кислот, красителей и других компонентов.

В зависимости от компонентов, входящих в сироп, различают напитки: из натуральных фруктовых соков, из настоев цитрусовых плодов, из сложной ароматической композиции (ароматные настои, эссенции, соки).

Наибольшее распространение получили фруктовые напитки «Абрикос», «Буратино», «Дюшес», «Яблоко», «Тархун», цитрусе вые «Лимонный», «Апельсиновый», напитки сложной композиции «Саяны», «Байкал» и др.

Сухие шипучие напитки представляют собой смесь измельченного сахара, винной кислоты [СО₂Н(СНОН)₂СО2Н], питьевой соды (гидрокарбоната натрия NаНСО₃) и эссенций. При растворении такая смесь вспенивается в результате выделения диоксида углерода при взаимодействии винной кислоты и гидрокарбоната натрия. Напитки из концентратов получают простым растворением порошка или таблетки в воде.

В последние годы производство безалкогольных напитков и минеральных вод развивается достаточно высокими темпами. Развитие рынка безалкогольных напитков и минеральных вод в России по качественным характеристикам соответствует мировым тенденциям. Запасы минеральных (лечебных, лечебно-столовых) в Российской Федерации практически не ограничены, а их уникальность предоставляет возможность для развития прямых связей с зарубежными странами по поставкам на экспорт. Постепенно восстанавливаются позиции национального русского напитка - кваса брожения с длительным сроком хранения. В последние годы вырос спрос на негазированные питьевые воды, при том, что 10 лет назад такой воды не производилось.

Производство безалкогольных напитков в 2005 г. составило 494,1 млн. дал, или 119% к 2004 г., минеральных вод - 4914,8 млн. полулитров (110%). Высокие темпы роста производства безалкогольных напитков и минеральных вод связаны с оснащением предприятий современным оборудованием, освоением новых производственных мощностей, совершенствованием технологии производства, расширением географии использования и освоения местных источников, особенно в Сибири, районах Урала и Дальнего Востока.

В условиях жесткой конкуренции российскими производителями ведется работа по расширению ассортимента отечественных безалкогольных напитков и минеральных вод, большое внимание уделяется повышению качества и улучшению дизайна оформления, наращиванию выработки напитков на натуральной основе и с использованием нетрадиционного сырья (витаминизированных премиксов, биологически активных добавок).

Мощности по производству безалкогольных напитков используются на 54%, минеральным водам - на 58%. В отрасли имеются внутренние резервы для дальнейшего их развития. Да и по уровню потребления минеральных вод и безалкогольных напитков Россия в настоящее время отстает от многих зарубежных стран.

Основные российские производители минеральных вод и безалкогольных напитков в России: ОАО «Кавминводы», ООО «Смирновская» (Ставропольский край), ЗАО «Висма», ТОО фирма «Меркурий» (Карачаево-Черкесская Республика), ОАО «Минеральные воды КБР» (Кабардино-Балкарская Республика), ЗАО «ОСТ-АКВА», ЗАО «Бородино», ООО «Мегапак» (Московская область), Московский пивобезалкогольный комбинат «Очаково» и многие другие.

Развитие рынка безалкогольных напитков в России по качественным характеристикам соответствует мировым тенденциям.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Сырье и вспомогательные материалы для приготовления безалкогольных напитков

Количество и соотношение составных частей напитков определяются действующими рецептурами. Вкусовые и ароматические свойства напитков должны соответствовать характерным признакам, присущим исходному сырью, цвет - эталону цветности, установленному для каждого напитка. Напитки должны быть прозрачными, наличие в них каких-либо взвешенных частиц, осадка, мути или опала не допускается.

Содержание углекислоты в напитках не должно быть ниже 0,4% по массе. Хорошее насыщение углекислотой определяется видимым, достаточно интенсивным и продолжительным выделением пузырьков газа при наливе напитка в стакан.

Кислотность напитков колеблется от 1,3 до 3,5 мл 1 н. раствора щелочи на 100 мл напитка, что зависит от его характера, однако для каждого напитка она строго регламентирована рецептурой. Содержание сухих веществ (плотность) также зависит от характера напитка и колеблется от 7,5 до 11,1% (по сахарометру).

Сырье и материалы, применяемые в производстве безалкогольных напитков, сиропов и сухих напитков, должны отвечать требованиям действующих стандартов и технических условий.

1.2 Вода

Вода является одним из основных компонентов напитка, поэтому ее состав существенно влияет на качество готового продукта.

Вода для напитков должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества». Кроме того, существуют дополнительные требования к воде технологического назначения, установленные «Технологической инструкцией по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков» ТИ-10-5031536-73-90, основные из которых приведены в таблице 1.1:

Таблица 1.1

Органолептические показатели
Запах при 20°С с подогреванием воды до 60°С, баллы, не более	2,0
Вкус и привкус при 20°С, баллы, не более	2,0
Цветность по платиново-кобальтовой или нисцирующей шкале, градусы, не более	20,0
Мутность по стандартной шкале, мг/дм3, не более	1,5
Химические показатели
Жесткость общая, мг?экв/дм3, не более	7,0
Щелочность, мг?экв/дм3, не более	1,0
Минеральные примеси, мг/дм3, не более:
марганец	0,1
железо	0,1
алюминий	0,1
сульфаты	100-150
хлориды	100-150
медь	1,0
цинк	5,0
нитраты	10,0
нитриты	следы
свинец	0,1
кремний	2,0
мышьяк	0,05
фтор	1,5
рН	3-6
Бактериологические показатели
Общее количество бактерий в 1 л, не более	100
Титр-коли, менее	300
Коли-индекс, более	3

При существенных отклонениях в составе воды от рекомендуемых показателей необходимо проводить водоподготовку.

В данном проекте для очистки воды в производстве безалкогольных напитков используют следующие способы:

очистка воды от грубых и тонких взвесей и обезжелезивание;

улучшение вкусовых достоинств воды;

обеззараживание воды;

умягчение воды;

Отстаивание воды производят для предварительной очистки ее от грубодисперсных примесей. Необходимость удаления из воды грубодисперсных примесей на первых стадиях очистки вызвана тем, что эти примеси снижают эффект очистки на последующих стадиях. При отстаивании взвешенные частицы под действием силы тяжести осаждаются, при этом происходит как свободное, так и сопряженное осаждение частиц. В верхних слоях отстаиваемой воды, где концентрация взвешенных частиц мала, наблюдается свободное осаждение, при котором исключается влияние частиц друг на друга. В нижних слоях, где концентрация взвешенных частиц увеличивается за счет частиц, движущихся из верхних слоев, происходит сопряженное осаждение. При сопряженном осаждении одни частицы увлекают другие, образуя облако хлопьев. При достаточном сгущении такое облако действует почти как фильтр, задерживая самые малые частицы.

В процессе отстаивания могут образовываться два типа осадков: грубые и тонкие суспензии. Осадки первого рода, т.е. крупнозернистые частицы суспензии, обычно ложатся на дно плотным слоем, граница которого резко отделяется от слоя осветленной воды. Такой осадок легко отделяется при фильтрации, а осветленная вода сливается почти полностью (декантация).

Осадки второго типа, образуемые тонкими суспензиями и даже мутями при осаждении на дне, в сгущенном слое взвесей не образуют резкой границы перехода от осадка к жидкости; твердые частицы их всегда разделены водой и поэтому лекгоподвижны. Этот тип осадков отделяется при фильтрации плохо; декантация с них воды также затруднена.

Коагуляция представляет собой способ ускорения процесса осаждения взвесей воды. Сущность процесса коагуляции заключается в следующем. В результате гидролитической диссоциации, соответственно реакциям взаимодействия с солями воды, коагулянты образуют в воде нерастворимые вещества коллоидного характера [3]. В процессе коагуляции понижается степень дисперсности коллоидно-растворимых примесей в результате агломерации коллоидных частиц с образованием макрофазы. Агломерация вызывается нарушением агрегативной устойчивости коллоидной системы.

В качестве коагулятора используют железный купорос FeSO₄?7H₂O. При добавлении в воду эта соль как сильный электролит полностью диссоциируют:

FeSO₄ Fe²⁺ + SO₄^2-

Ионы Fe²⁺ как катионы слабых оснований подвергаются гидролизу согласно уравнениям

Fe²⁺ + H₂O Fe(OH)⁺ + H⁺

Fe(OH)⁺ + H₂O Fe(OH)₂ + H⁺

В щелочной среде при наличии в воде растворенного кислорода гидроксид железа окисляется в еще более труднорастворимый гидроксид железа:

4Fe(OH)₂ + Н₂О +О₂ 4Fe(OH)₃

Гидролиз Fe²⁺ повышает концентрацию ионов водорода. В природной воде это повышение будет незначительным, т.к. Н⁺ связывается с бикарбонат-ионом НСО₃^- по уравнению

Н⁺ + НСО₃^- - Н₂СО₃ Н₂О + СО₂

Однако при низкой щелочности воды и больших дозах коагуляторов буферная емкость воды может быть исчерпана и рН в обрабатываемой воде может значительно понизиться, а следовательно, гидролиз будет протекать неполно.

Скорость установления гидролитического равновесия соли железа зависит от температуры. В чистых растворах при 20°С гидролиз заканчивается за 5-8 мин. При более низкой температуре гидролитическое равновесие устанавливается через большой период времени.

Образуемые коагулянтами хлопья имеют большую поверхность, которая способна адсорбировать и органические примеси воды с большим молекулярным весом, например гуминовые вещества. Поэтому очень часто в результате коагуляции взвесей вода не только обесцвечивается, но и достаточно полно освобождается от посторонних запахов и привкусов.

Фильтрация воды основана на отделении от нее механических примесей в виде взвесей различного характера, остающихся после очистки методами отстаивания, с целью их удаления.

Сущность фильтрования состоит в распределении и осаждении взвешенных частиц в порах зернистого фильтрующего материала. Задержание взвесей в слое фильтрующего материала обуславливается двумя причинами: адгезией частиц взвеси на поверхности зернистого слоя (силами межмолекулярного притяжения) и механическим задержанием взвешенных частиц в щелях, образующихся в точках контакта зерен фильтрующего слоя.

Фильтрующий материал должен обладать определенной механической прочностью, быть химически стойким по отношению к фильтрующей воде, а зерна его должны быть однородны по размеру.

При фильтрации достаточно чистой воды скорость фильтрации увеличивается, а при фильтрации мутных вод - снижается. Эффективность фильтрации зависит от характера и толщины слоя фильтрующего материала, его поверхности, давления, скорости фильтрации и вязкости фильтруемой жидкости. В качестве фильтрующего материала применяется смесь гидроантроцита и кварцевого песка.

Умягчение воды, или полное обессоливание, преследует цель исправить, улучшить солевой состав и вкусовые достоинства исходной воды, используемой на производство напитков.

Умягчение производят методом обратного осмоса (мембранный метод), для этого используют установки обратного осмоса.

При работе этих установок используется явление осмоса, т.е. самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией в более концентрированный раствор. В связи с тем, что осмотическое давление для реальных растворов достигает больших величин, для осуществления этого процесса необходимо создать большое давление (3,4-13,7 МПа).

При обессоливании воды этим методом жидкость нагнетается через полупроницаемые мембраны. Они пропускают растворитель (воду), но задерживают растворенные вещества (гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений). В процессе обратноосмотической обработки исходная вода под давлением, превышающим осмотическое, подается в аппарат, из которого выходят два потока: фильтрат, очищенный от растворенных веществ, и концентрат с увеличенным содержанием растворенных веществ. Чтобы предотвратить загрязнение полупроницаемых мембран, от них отводят задерживаемые вещества, которые не сорбируются ни на их поверхности, ни в их объеме.

Через мембраны происходит молекулярная диффузия молекул воды по направлению к противоположному их давлению при нормальном осмосе, т.е. молекулы воды перемещаются из области высоких концентраций растворенных в ней солей в область низких концентраций. В результате такого перемещения вода обессоливается. Одновременно из воды кроме солей эффективно удаляются и микроорганизмы [5].

Обработка углем. Привкусы и запахи, обусловленные наличием в воде органических веществ растительного и животного происхождения, устраняются фильтрацией воды через активированный уголь [4]. Угольные фильтры служат также для удаления мути, вкусовых веществ (например, свободного хлора, образующегося при хлорировании воды, хлорфенола и т.д.), красителей.

Принцип действия активированного основывается на его большой поверхности (площадь 1 г активированного угля составляет 500 м²), результатом чего становится каталитическое разложение гипохлоритов и снижение их содержания [7].

Адсорбционные свойства активных углей тесно связаны с их пористой структурой. Различают следующие разновидности пор активных углей: макропоры, переходные и микропоры.

Основная роль в адсорбции принадлежит наиболее мелким порам угля -- микропорам, так как у них более развитая внутренняя поверхность, чем у макропор или переходных, и потому они отличаются особым механизмом происходящих в них адсорбционных или капиллярных процессов.

Так, для микропор характерно объемное заполнение адсорбционного пространства, а для переходных и макропор -- последовательное образование адсорбционных слоев. Это свидетельствует о том, что уголь с большим содержанием микропор обладает большей адсорбционной (поглотительной) способностью. Однако, выбирая мелкопористый уголь как более активный, следует учитывать, что его поры могут оказаться более мелкими, чем молекулы примесей, которые он должен сорбировать, и это может значительно затруднить процесс.

Сверхтонкая очистка. При сверхтонкой очистке вода проходит сквозь особые фильтрующие слои. Эти слои задерживают угольную пыль, которая образуется при фильтровании воды через угольные фильтры, так как такая пыль может привести к несоответствию напитков необходимым стандартам.

Обеззараживание. Для биологической очистки воды применяют обработку ультрафиолетовыми лучами.

Биологическая очистка воды ультрафиолетовыми лучами основана на свойстве лучей с длинами волн 200-295 нм уничтожать все виды бактерий и спор за несколько минут облучения. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей объясняют фитохимическим действием их на белковые коллоиды протоплазмы клеток, вызывающим изменение их структуры и дисперсности, в результате чего клетки погибают.

УФ-обработка не оказывает влияния на качество воды. Обработка проводится в тонком слое, эффективность бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, а также от наличия взвесей и коллоидных примесей в воде. Взвешенные и коллоидные частицы рассеивают свет и препятствуют проникновению лучей в толщу воды. Из бактерий наибольшей сопротивляемостью бактерицидному облучению обладают бактерии группы кишечной палочки. Поэтому наличие или отсутствие кишечной палочки может служить показателем эффекта обеззараживания воды, загрязненной патогенными неспорообразующими бактериями.

1.3 Сахар

Сахар является одним из основных видов сырья при производстве безалкогольных напитков, сиропов и сухих напитков. Он придает напиткам не только сладкий вкус, но и питательность.

Для приготовления безалкогольных напитков используют свекловичный и тростниковый сахара. В отечественной безалкогольной промышленности сахар применяют в виде сахарного песка, рафинированного сахара или пудры. За рубежом, кроме этих видов сахара, для приготовления безалкогольных напитков иногда используют сахарный сироп, поставляемый с сахарных заводов. Кроме указанных видов, в безалкогольной .промышленности применяют сахарин и кристаллозу.

По внешнему виду сахар представляет собой кристаллы, однородные по строению, с ясно выраженными гранями. На вкус сахар сладкий, без постороннего привкуса и запаха, который не должен ощущаться ни в сухом сахаре, ни в водном растворе. Цвет сахара должен быть белым с блеском. При нагревании до 160° С сахар плавится, превращаясь в светлую вязкую жидкость. При нагревании от 160 до 215° С сахар теряет воду и карамелизуется с образованием темно-коричневой массы. В сахаре-леске не должно содержаться комков непробеленного сахара и посторонних примесей. На ощупь сахарный песок должен быть сухим и нелипким. Сахар должен полностью растворяться в воде, при этом раствор должен быть прозрачным, допускается незначительный желтоватый оттенок.

В исключительных случаях для производства кваса может быть допущено применение сахара с содержанием чистой сахарозы не менее 99,5%, влажностью не более 0,15% и цветностью до 1,2 единицы Штаммера. Следует учитывать, что в низкосортном или нестандартном сахаре могут сохраняться жизнеспособными бактерии группы лейконосток, которые вызывают ослизнение напитков.

Под действием слабых кислот сахароза присоединяет воду и распадается на глюкозу и фруктозу.

Сахар-рафинад вырабатывают из сахара-песка. В зависимости от способов производства сахар-рафинад делится на литой прессованный, прессованный со свойствами литого и рафинированный сахар-песок. Выпускается сахар-рафинад в следующем ассортименте: колотый и кусковой литой, кусковой прессованный, кусковой прессованный со свойствами литого, кусковой прессованный в мелкой расфасовке, рафинированный сахар-песок, рафинадная пудра.

Относительная плотность сахара-рафинада 1,2.

Он должен быть белым без пятен и посторонних примесей. Вследствие подкраски рафинада ультрамарином в нем допускается голубоватый оттенок. Излишнее введение ультрамарина, о чем свидетельствует ясно выраженный синеватый оттенок сахара, может вызвать образование сероводорода или выпадение продуктов распада ультрамарина при варке сахарных сиропов. Такой сахар не следует использовать для приготовления безалкогольных напитков. Растворимость сахара должна быть полная.

В рафинированном сахаре и сахарной пудре не должно содержаться ферролримесей более 3 мг на 1 кг сахара. Размеры отдельных частиц не должны превышать 0,3 мм в наибольшем линейном измерении.

Сахарная пудра представляет собой раздробленный до пылевидного состояния сахар, просеянный через сито с отверстиями 0,1 мм. Она применяется для приготовления сухих безалкогольных напитков. В сахарной пудре не должно содержаться механических примесей и волосков упаковочной ткани. Сахар обладает значительной влагоемкостью, вследствие чего его нужно хранить в сухих помещениях.

Сахарин применяется только для приготовления безалкогольных напитков для диабетиков. Использование его для приготовления других безалкогольных напитков запрещено.

По внешнему виду сахарин представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок, трудно растворимый в холодной воде и легко в горячей. У сахарина нет запаха, он в 500 раз слаще сахара. Сахарин не усваивается организмом, в связи с чем он не имеет никакой питательной ценности.

Обработкой сахарина углекислым натрием получают натриевую соль сахарина - кристаллозу. Она представляет собой белый порошок, но может быть и в виде кристаллов ромбической формы. Кристаллоза значительно лучше растворяется в воде, но менее сладка, чем сахарин. Кристаллоза должна храниться в герметически закрытых сосудах, так как она легко выветривается.

В данном проекте сахар используют в виде сахарного песка.

1.4 Пищевые кислоты

Для придания напиткам кислого вкуса применяют пищевые кислоты: лимонную, винную (виннокаменную), ортофосфорную и молочную.

Интенсивность кислого вкуса кислот разная, она зависит от степени их диссоциации и порога ощущения вкуса разных кислот.

Поскольку ощущение кислого вкуса в напитках не проявляется в полной мере из-за содержания экстрактивных веществ в другом сырье, дозировку кислот для получения напитков заданного вкуса устанавливают эмпирически. При этом учитывают дополнительный расход лимонной кислоты на нейтрализацию щелочности воды.

Относительная способность кислот к образованию кислого вкуса напитка характеризуется следующими данными: молочная 100 единиц, лимонная 125, виннокаменная 200.

Помимо функции подкисления напитка, лимонная кислота нашла еще одно важное применение при производстве напитков. Ее используют для получения инвертированного сахарного сиропа. Лимонная кислота, при добавлении к раствору сахара, играет роль катализатора в реакции инверсии сахарозы. Полученный таким образом сироп имеет более приятную и гармоничную сладость, что положительно сказывается на готовом напитке. Кроме того, экономится сахар.

Лимонная кислота. Лимонная кислота (С₆Н₈О₇ * Н₂О) может быть получена при сбраживании мелассы, выделена из отходов никотинового производства или извлечена из плодов гранатника. Основным сырьем для промышленного получения лимонной кислоты является отход свеклосахарного производства - свекловичная меласса.

В основу технологического процесса получения кислоты положен прогрессивный глубинный метод сбраживания питательных растворов грибом -- кислотообразователем Aspergillus niger, позволяющий автоматизировать процесс брожения. Являясь аэробным организмом, гриб может расти и развиваться только в том случае, если в питательной среде будет необходимое для этого количество кислорода. Это условие достигается в особых аппаратах - ферментерах, где засеянная спорами гриба стерильная питательная среда подвергается непрерывной аэрации путем продувания через нее обеспложенного воздуха, нагнетаемого компрессором. При этом питательная среда с погруженной в нее культурой гриба непрерывно перемешивается с помощью механической мешалки. Длительность процесса выращивания гриба от момента зарядки ферментера до его съема - 8-10 сут. Производство кристаллической лимонной кислоты состоит из следующих основных технологических стадий: получение цитрата кальция и его разложение серной кислотой, фильтрация и упаривание водных растворов лимонной кислоты, кристаллизация и сушка кристаллической лимонной кислоты.

Лимонная кислота получается в виде бесцветных, прозрачных, ромбических призм в моногидратной форме. Относительная плотность безводной лимонной кислоты - 1,54; молекулярная масса ее -192,12, а водной - 210,14. Согласно ГОСТу 908-79 лимонная кислота должна вырабатываться по технологической инструкции, с соблюдением санитарных норм и правил, установленных Министерством здравоохранения РФ. Лимонную кислоту вырабатывают трех сортов (экстра, высший и первый). По органолептическим показателям лимонная кислота должна соответствовать следующим требованиям:

Внешний вид и цвет - бесцветные кристаллы или белый порошок без комков, для кислоты первого сорта допускается желтоватый оттенок;

Вкус - кислый, без постороннего привкуса;

Запах - 2%-ный раствор кислоты в дистиллированной воде не должен иметь запаха;

Структура - cыпучая и сухая, на ощупь не липкая, без посторонних примесей.

При растворении кислоты в дистиллированной воде 2%-ный раствор должен получиться прозрачным без опалесценции, с приятным кислым вкусом, без запаха и механических примесей.

Содержание лимонной кислоты в товарной в переводе на моногидрат должно быть не менее 99,5% (для экстры, высшего и 1-го сортов). Содержание золы не более 0,07% - для экстры, 0,1% - для высшего сорта и 0,35% - для 1-го сорта. Содержание солей тяжелых металлов, бария, щавелевой и железистосинеродистоводородной кислот не допускается. Гарантийный срок хранения лимонной кислоты - б мес. со дня изготовления; при упаковке кислоты в ящики из гофрированного картона с внутренним вкладышем из подпергамента - 3 мес. со дня изготовления.

1.5 Плодово-ягодные соки

Плодово-ягодные соки - важнейший компонент в составе напитков. Соки сообщают напиткам вкус и аромат натуральных плодов, а также повышают их пищевую ценность, так как с соками в напитки вносятся сахара, органические кислоты, витамины, микроэлементы и другие полезные экстрактивные вещества плодов.

Плодово-ягодные соки получают из разнообразных сочных плодов и ягод как культурных, так и дикорастущих растений, обычно подразделяемых на семечковые (яблоки, груши, айва, рябина), косточковые (абрикосы, персики, сливы, вишни, кизил), цитрусовые (апельсины, мандарины, лимоны) и ягоды (смородина, малина, ежевика, земляника и др.).

Экстрактивные вещества плодово-ягодных соков. В плодовые соки переходит от 8 до 18% воднорастворимых веществ от массы плодов. Из Сахаров в плодовых соках содержатся глюкоза, фруктоза, сахароза во взаимопревращающихся оксипиранозных и фуранозных формах.

Количество глюкозы, фруктозы и сахарозы значительно колеблется в зависимости от вида плода, из которого получен сок. В соке семечковых плодов преобладает фруктоза, в соке косточковых -- сахароза. В соке красной смородины и винограде сахароза почти отсутствует, в малиновом ее очень мало, в виноградном преобладает глюкоза.

Ввиду различной сладости Сахаров, входящих в состав плодово-ягодных соков, сравнительную оценку сладости сока, обусловленную сахарами, можно характеризовать суммой произведений содержания каждого из Сахаров, входящих в состав сока, на его относительную сладость. Относительная сладость Сахаров при сладости глюкозы, принятой за 100 единиц, для сахарозы соответствует 145, а для фруктозы - 220.

Из веществ плодовых соков кроме cахаров сладким вкусом обладают шестиатомные спирты: маннит, сорбит и инозит

Сорбит содержится преимущественно в яблочном, сливовом, вишневом соках; маннит - в соке ананасов, инозит - в соке черешни.

Плодово-ягодный сок имеет кислую реакцию, так как содержит кислоты и кислые соли. рН сока вишневого - 3,5, земляничного - 3,1, лимонного - 3,1, малинового - 3,4, черносмородинового - 3,1, яблочного - 3,4. Из кислот в плодовых соках содержатся преимущественно яблочная, винная и лимонная, реже встречаются янтарная, щавелевая, салициловая, бензойная, муравьиная и хинная кислоты.

В плодово-ягодных соках, за исключением клюквенного и сока цитрусовых, содержится яблочная кислота СООН--СН (ОН)--СН₂--СООН. Во многих соках содержится также лимонная кислота.

В преобладающем количестве лимонная кислота содержится в ягодных соках (малиновом, земляничном). В соках цитрусовых плодов содержится только лимонная кислота, в виноградном соке - винная СООН -- СН (ОН)-- СН(ОН)--СООН. В малиновом соке в незначительном количестве содержится щавелевая кислота СООН--СООН, в брусничном и клюквенном -- бензойная. Бензойная кислота в этих соках находится как в свободном, так и в связанном состоянии в виде глюкозида-вакцинина. Бензойная кислота обладает антисептическим действием, препятствующим сбраживанию сока.

В земляничном, малиновом и вишневом соках содержится небольшое количество салициловой кислоты.

В смородиновом, яблочном и черешневом соках обнаружена янтарная кислота СООН--СН₂--СН₂--СООН; в сливовом и клюквенном -- хинная кислота.

В свежем соке плодов содержится пектин: в яблочном - 0,43-1,2 г, в вишневом - 0,98, в черносмородиновом - 0,77, в малиновом - 1,22 г в 100 мл сока. В химическом отношении пектин представляет собой частично метоксилированную полигалактуроновую кислоту, в которой метоксильные группы (--ОСН₃) связаны с карбоксильными группами сложной эфирной связью.

В соке пектин находится в состоянии золя. В присутствии кислот и Сахаров пектин может переходить в гель желеобразной консистенции. Пектин - нежелательный компонент соков. Он может быть причиной помутнения приготовляемых из соков напитков.

Терпкий, вяжущий вкус и быстрое побурение свежего плодового сока вызываются полифенольными (дубильными) веществами, обычно окисляющимися под действием оксидаз в темноокрашенные флобафены. В плодовом соке полифенольные вещества содержатся преимущественно в виде катехинов.

Дубильные вещества легко образуют нерастворимые адсорбционные соединения с белками, что имеет положительное значение для осветления плодовых соков.

Окраску плодовым сокам сообщают красящие вещества, главным образом, каратиноиды (желтые и оранжевые пигменты) и антоцианы: (красные и фиолетовые пигменты различных оттенков). Каратиноиды -- непредельные углеводороды. Они обусловливают окраску желтых слив, абрикос, рябины, шиповника. К ним относятся каротин, ксантофил, кроцетин и ликопин. Наиболее распространенным пигментом плодов является каротин.

Антоцианы -- глюкозиды, в которых остатки глюкозы, галактозы и рамнозы связаны с окрашенным аглюконом -- антоцианидином. В окраске сока вишни, слив, смородины и брусники принимает участие цианидин.

В соки из плодов частично переходят эфирные масла, содержащиеся преимущественно в кожице. Они представляют собой сложную смесь спиртов, фенолов, альдегидов, кетонов, терпенов и других соединений. Так, например, в эфирном масле яблок найдены уксусный альдегид, сложные эфиры амилового спирта и муравьиной, уксусной, капроновой и каприловой кислот. Эфирные масла обусловливают аромат плодов и плодовых соков.

Весьма ценной составной частью плодового сока являются витамины: витамин С (аскорбиновая кислота), витамин В₁ (тиамин), витамин В₂ (рибофлавин), провитамин А (каротин). Аскорбиновая кислота в наибольшем количестве содержится в черносмородиновом, земляничном соке (до 150 мг %) и соке шиповника (350 - 450 мг %). Аскорбиновой кислоте сопутствует витамин Р (рутин). Витамином Р наиболее богат лимонный сок. Витамин B₁ содержится преимущественно в соках темноокрашенных слив, черной смородины, апельсиновом и мандариновом. Витамин B₂ в крайне малых количествах встречается в абрикосовом соке, соке цитрусовых плодов, шиповника.

Каротин в значительном количестве содержится в абрикосовом соке.

Азотсодержащие соединения плодовых соков представлены преимущественно растворимыми белками, аминокислотами, а также амидами и азотнокислыми соединениями.

Растворимые белки при изменении условий растворимости (температуры, рН) могут выпадать в осадок и вызывать помутнение напитков. Незначительную часть экстрактивных веществ соков составляют растворимые пентозаны.

Из зольных элементов в соках содержатся калий, натрий, кальций, магний, железо, марганец, алюминий, сера, фосфор, кремний, хлор. Медь, мышьяк и йод содержатся в микроколичествах. Железо, медь и йод находятся в составе легко усвояемых органических соединений. Из микроэлементов в соках содержатся ванадий, молибден, бор, титан, кобальт, никель, цирконий.

Концентрирование соков. Одним из направлений совершенствования технологии безалкогольных напитков и повышения их качества является приготовление напитков из концентрированных плодово-ягодных соков и концентратов вырабатываемых специализированными заводами и поставляемых заводам безалкогольных напитков централизованно. Технология напитков при использовании концентратов намного упрощается, так как исключаются стадии подготовки компонентов купажа к купажированию, а также отпадает необходимость доставки и хранения разнообразных полуфабрикатов и сырья на заводы. Транспортирование и хранение концентратов требует в 5-7 раз меньше тары, складских помещений и транспортных средств.

Концентрированные соки получают из натуральных соков путем частичного удаления из них воды. Современная техника концентрирования с улавливанием летучих ароматических веществ обеспечивает получение высококачественных концентратов с сохранением почти всех биологически активных и красящих веществ натуральных соков.

Концентрирование соков производят методами выпаривания, вымораживания и обратного осмоса. Наибольшее применение находит концентрирование выпариванием. Концентрирование вымораживанием, хотя и обеспечивает высокое качество концентрата, но пока еще остается экономически невыгодным. Концентрирование обратным осмосом - новый способ, который интенсивно изучается и совершенствуется.

Для сохранения натуральных свойств соков концентрирование выпариванием производят при возможно более низкой температуре и в течение короткого времени. Некоторые виды соков, например цитрусовые, особенно чувствительны к нагреванию, а такие, как яблочный и вишневый, выдерживают кратковременный нагрев до 45-55 °С без заметного изменения натуральных свойств. Поэтому в зависимости от вида сока используют различные типы выпарных аппаратов с различными режимами концентрирования. Термолабильные соки (цитрусовые) концентрируют при низкой температуре без улавливания летучих компонентов. Для этого применяют специальные низкотемпературные аппараты, в которых потери ароматических веществ при концентрировании невелики.

Соки других плодов концентрируют с улавливанием летучих ароматических веществ. Для отгона ароматических веществ необходимо выпарить от 10 до 40 % воды от массы сока. Образующейся при выпаривании вторичный пар является носителем ароматических веществ. Процесс улавливания ароматических веществ проводят в отдельных установках независимо от упаривания сока. Установки для улавливания ароматических веществ работают преимущественно по методу испарения и фракционной дистилляции и обеспечивают получение концентрата, содержащего ароматических веществ в 150-200 раз больше, чем в исходном соке. Хороший цвет, вкус и сохранность витаминов в соке обеспечиваются при улавливании ароматических веществ на вакуум-установках. Однако установки, работающие при атмосферном давлении, более просты по устройству и экономичны.

Современными аппаратами для концентрирования соков являются пленочные выпарные вакуум-аппараты, в которых процесс концентрирования производится при температуре 10-35 °С в тонком слое под высоким вакуумом. Пребывание сока в вакуум-аппарате колеблется от 3 до 20 с. Концентрирование в пленочных аппаратах комбинируют с рекуперацией ароматических веществ. Для концентрирования яблочного сока применяют установку производства СФРЮ «Единство».

Химический состав концентрата яблочного сока довольно постоянен независимо от сортовых различий сырья. Физико-химические показатели яблочного сока и концентрата.

Концентрат яблочного сока используют для приготовления напитка «Золотой ранет», а также для приготовления концентрата этого напитка. При хранении концентрата яблочного сока наблюдается потемнение его цвета в результате реакций меланоидинообразования. В этих реакциях первостепенную роль играют свободные аминокислоты, составляющие 70 % общего азота сока и сахара. Из аминокислот концентрат содержит в наибольшем количестве аспарагиновую кислоту и серин, а также аспарагин, аргинин, глутаминовую кислоту, треонин, аланин, лейцин, валин, аминомасляную кислоту. При хранении особенно нестабильны глутаминовая кислота, треонин, аминомасляная кислота, фенилаланин, лейцин, валин.

Под влиянием низкого рН при хранении подвергаются изменению моносахара с образованием темноокрашенных продуктов и оксиметилфурфурола. Для предотвращения этих процессов концентраты следует сохранять при температуре не выше 20 °С.

Вданном проекте используют концентрированный яблочный сок.

1.6 Консерванты

Одним из средств подавления жизнедеятельности микроорганизмов и повышения биологической стойкости напитков является применение химических консервантов, обладающих бактерицидными действиями и в то же время не оказывающих вредного действия на здоровье человека и органолептические свойства консервируемого продукта. В разных странах разрешены и используются для этой цели различные химические вещества. Согласно материалам IX сессии комитета Всемирной организации здравоохранения по пищевым добавкам (1973 г.), в ряде стран Европы, Африки, Америки и Австралии в качестве консервантов используются следующие вещества: диэтиловый эфир пироугольной кислоты (торговое название байковин или пирэф); соли и эфиры органических кислот - бензоаты, салицилаты, сорбаты; кислоты - муравьиная (в количестве 0,15-0,25 %), бензойная, сорбиновая, дегидроцетовая, сернистая, галловая, аскорбиновая и изоаскорбиновая.

Широкое распространение для консервирования соков у нас в стране и за рубежом нашло применение сернистого ангидрида и сернистой кислоты. Однако в последние годы появились высказывания о токсичности некоторых консервантов. Так, под действием сернистого ангидрида тиамин и другие витамины расщепляются с образованием продуктов, вызывающих диабет. Подавлять жизнедеятельность бродящих дрожжей с помощью сернистого ангидрида удается при концентрациях его, превышающих 100 мл/л Очень устойчивы к действию сернистого ангидрида и молочнокислые бактерии. Во всех странах законодательством строго регламентируется дозировка сернистого ангидрида

До недавнего времени в ряде стран использовали диэтиловый эфир пироугольной кислоты. Отличительной особенностью этого консерванта является быстрый гидролиз в воде с образованием спирта и двуокиси углерода. Диэтиловый эфир пироугольной кислоты (байковин) активен в напитках с обсемененностью, не превышающей 500 клеток на 1 мл Он применяется в концентрации 8-20 мл/гл. Дальнейшее увеличение дозировки консерванта ухудшает органолептические показатели напитков Время распада консерванта зависит от температуры и в меньшей мере от рН напитка. При 30 °С консервант распадается через 4 ч, а при 10 °С - через 16 ч.

В процессе гигиенических испытаний обнаружено, что при разложении байковина, кроме СО₂ и спирта, образуется этилуретан, обладающий канцерогенными свойствами. Вследствие этого использование байковина в качестве пищевой добавки в настоящее время во многих странах запрещено.

Бензойную кислоту получают окислением толуола азотной или хромовой кислотой, а также кислородом воздуха (в жидкой фазе), декарбоксилированием фталевой кислоты и другими способами. Бензойная кислота (С₆Н₅СООН) представляет собой бесцветные кристаллы, имеющие форму листочков или иголок. Температура плавления бензойной кислоты 122,4 °С. Бензойная кислота хорошо растворима в спирте и эфире, но плохо растворима в воде. При температуре 17,5 °С она образует 0,21 %-ный водный раствор. Поэтому для консервирования вместо бензойной кислоты используют сравнительно хорошо растворимую натриевую соль ее. Для получения бензойнокислого натрия бензойную кислоту смешивают с питьевой содой и осторожно растворяют в горячей воде. Растворимость бензойнокислого натрия в воде при 25 °С составляет 61, а при 100 °С - 77%.

Для консервирования плодовых заготовок (пюре, сока) применяют бензойную кислоту и бензойнокислый натрий. В условиях высокой активной кислотности среды (рН 2,5 - 3,5) и общей кислотности не менее 0,4 % бензойная кислота и ее натриевая соль являются сильными антисептиками. Бензойная кислота подавляет жизнедеятельность микроорганизмов в концентрации 0,05 %, а бензойнокислый натрий - 0,07 - 0,1 %. В большой мере эти консерванты действуют на дрожжи и плесени, в меньшей степени - на бактерии. Наличие в продукте значительного количества белковых веществ снижает консервирующее действие бензойной кислоты и ее натриевой соли.

Бензойная кислота и бензойнокислый натрий в концентрациях, применяемых для консервирования, не оказывают отрицательного влияния на организм человека. Для консервирования плодово-ягодного пюре готовят водный 5%-ный раствор бензойнокислого натрия и добавляют его к подготовленному сырью. Широкое распространение получили бензойнокислый натрий, бензойнокислый калий, метил-4-гидроксибензоат, этил-4-гидрокси-бензоат, пропил-4-гидроксибензоат, используемые в концентрации 160 мг/л.

Установлено, что бензойнокислый натрий уже в концентрации 0,04% может придать продукту щелочной привкус.

1.7 Красители

Многих потребителей отталкивает слово «окрашенный», поскольку краску принято считать чем-то искусственным. Окрашенными часто являются продукты иностранного производства.

В соответствии с Положением о пищевых добавках в продуктах питания, а значит, и в освежающих напитках, разрешено использование следующих красителей: лактофлавин (рибофлавин, Е 101), (-каротин (Е 160а), сахарный колер (Е 150), серебро (Е 174).

Использование данных красителей разрешено только в количествах, необходимых для достижения нужного оттенка, и не должно вводить потребителя в заблуждение. Используемые красители следует указывать на этикетке. В соответствии с Положением о диетическом питании в диетических напитках в качестве красителей разрешено применять только -апо-каротиналя (Е 160e), (-апо-8'-каротиновой кислоты этилового эфира (Е 160f) и криптоксантина (Е 161с).

Технологическая добавка «-каротин» представляет собой краситель, добавляемый в целях окрашивания продукта в оранжевый цвет. Добавление I-каротина в продукт для обогащения его провитамином А регулируется принятыми ранее распоряжениями. При этом, как и в вышеописанном случае с витамином С, такое его использование подлежит обязательной маркировке в соответствии с распоряжениями, касающимися витаминизированных пищевых продуктов.

Для производства безалкогольных напитков «Апельсин» используют синтетические красители, введенные в ароматизаторы, при производстве данных напитков.

1.8 Ароматизаторы

Пищевые ароматизаторы - смесь вкусоароматических веществ или индивидуальное вкусоароматическое вещество, вводимое в пищевые продукты как пищевая добавка с целью улучшения его органолептических свойств. На аромат и вкус готового продукта влияет большое количество факторов: состав сырья, характер и количество содержащихся в нем ароматобразующих веществ, особенности технологического процесса его переработки - продолжительность, температура, наличие и активность ферментов, влияние вносимых ароматизаторов.

В настоящее время ароматизаторы подразделяют на натуральные, идентичные натуральным и искусственные (синтетические). Натуральные ароматизаторы включают только натуральные компоненты, т.е. химические соединения или их смеси, выделенные из натурального сырья с применением физических или биотехнологических методов. Ароматизатоторы, идентичные натуральным, содержат в своем составе минимум один компонент, идентичный натуральному, но полученный искусственным путем, и могут содержать также натуральные компоненты. Синтетические ароматизаторы содержат минимум один компонент, полученный синтетическим путем [Гост Р 52177].

Ароматизаторы используются в качестве вкусо-ароматической основы напитка. Ароматизаторы получают смешиванием натуральных эфирных масел, растительных экстрактов, вкусовых добавок, идентичных аромату различных плодов и растений. Они представляют собой прозрачные, бесцветные или слабоокрашенные жидкости с интенсивным ароматом, характерного для конкретного наименования (вишня, апельсин, лимон). Ароматизатор имеет более высокую концентрацию, чем используемая в классическом варианте напитка эссенция, что обеспечивает удобство транспортировки, и хранения в течение длительного времени перед использованием. Кроме того, входящие в состав ароматизатора различные масла обладают антисептическими и бактерицидными свойствами, за счет чего обеспечивается высокая стойкость при хранении напитка, а также имеют большое значение в виду их свойств, вызывающих аппетит и улучшающих пищеварение. Расфасовывается в полиэтиленовые канистры от 8 до 20 кг. Расход от 0,05 до 20 кг/100 дал напитка.

Используемые в ароматизаторах ароматические вещества смешаны, по меньшей мере, еще с одним веществом (например, спиртом) или растворены в нем. В противном случае чрезвычайно низкие концентрации используемых ароматических веществ с большим трудом поддавались бы дозировке и распределению из-за их нерастворимости в воде (эфирные масла). О большом количестве обнаруживаемых методом газовой хроматографии углеводородов в компонентах ароматизаторов говорится в разделе, информирующем о снижении качества напитков из-за использования окисленных ароматизаторов.

За счет экстрагирования возможно обратное получение ароматизаторов из уже изготовленных лимонадов для газохроматографической проверки. В хорошем ароматическом масле должно газохроматографически распознаваться как можно большее количество отдельных компонентов. Масло низкого качества распознается по отсутствию компонентов с высокой точкой кипения, которое может быть с незначительными затратами приготовлен из лимонника..

Большое значение имеет органолептический контроль упомянутых ароматических веществ, входящих в состав ароматического масла. В различных разработанных схемах оценки во внимание принимаются следующие типы запахов: цветочный, фруктовый, пряный, смолистый, пригорелый, гнилой, затхлый и земляной.

Ароматизаторы очень чувствительны к процессам окисления и при неквалифицированном обращении и хранении склонны к осмолению, что приводит к приобретению ими терпентиноподобного, мыльного запаха и вкуса. Поэтому ароматизаторы хранят в темноте при низких температурах.

Для производства безалкогольных напитка «Апельсин» используют синтетические красители, введенные в ароматизаторы, при производстве данных напитков. Синтетические красители обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с большинством натуральных красителей, они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и менее чувствительны к различным видам взаимодействия, которым подвергаются материалы в ходе технологического процесса. Синтетические пищевые красители хорошо растворимы в воде.

Краситель тартразин (Е-102). Химическое название - 5 - Гидрокси - 1 - (4 - сульфо-натофенил) - 4 - (4-сульфонатофенилазо) - Н - пиразол - 3 - карбоксилат тринатрия.

Это порошок или гранулят, водный раствор которого имеет оранжево-желтый цвет. Хорошо растворим в воде, не растворяется в растительных маслах. Краситель тартразин путем смешения с красителями синего цвета образует зеленый оттенок, который при добавлении красных красителей дает цвета от коричневого до черного.

Краситель понсо 4R. Классификационный номер Е - 124. Химическое название - 2 - гидрокси - 1 - (4 - сульфато - 1 - нафтилазо) - 6,8 - нафталиндисульфонат тринатрия.

Это красный порошок, хорошо растворяется в воде, образуя красный раствор. Смешиванием с синими красителями можно получить фиолетовую окраску, которая при добавлении желтых и оранжевых красителей дает коричневую.

Краситель желтый «солнечный закат». Классификационный номер Е - 110. Химическое название - динатрий - 6 - гидрокси - 5 - [(4-сульфонатофенил -азо] - 2-нафталинсульфонат. Это оранжево-красный порошок, хорошо растворяется в воде, образуя оранжевый раствор.

1.9 Диоксид углерода

Большое значение для промышленности безалкогольных напитков имеет газообразная двуокись углерода. Природные источники двуокиси углерода в Германии находятся, например, в районе Эйфеля, Дауна, Геролштайна и Мендинга у Лаахерского озера. Кроме того, такие источники встречаются в Верхнем Некертале, а также у реки Рейн между городами Кобленц и Бонн. Выходы относительно сухой углекислоты, называемой мофеттами, зарегистрированы в Бад Хеннингене на Рейне и у реки Везер. Природная углекислота улавливается, очищается и используется (в том числе для изготовления напитков).

В равной мере для производства напитков используется уловленная в процессе спиртового брожения и впоследствии очищенная углекислота.

Свойства. Известна связанная углекислота, являющаяся составной частью встречающихся в воде солей (бикарбонаты кальция и магния, бикарбонат натрия и т. д.). Газообразная углекислота выделяется в процессе дыхания человека. Выдыхаемый воздух содержит примерно от 4 до 5 % СО₂, а атмосферный воздух - приблизительно 0,04 % углекислоты. Предел углекислоты, превышение которого может стать опасным для человека, составляет 4 % (в 100 раз больше) и не достигается даже в переполненных помещениях. Углекислота в значительной степени вмешивается в процессы ассимиляции, диссимиляции и брожения. При нормальной температуре в 20 °С и обычном давлении (760 мм. рт. ст.) диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с резким запахом и кисловатым вкусом. Углекислота не горюча (ее используют для наполнения огнетушителей). То, что углекислота не горит, во многих случаях подтверждается ее способностью гасить пламя. Подобное доказательство очень важно в случае возникновения необходимости осмотра шахт колодцев, бродильных цехов или других помещений с повышенным содержанием СО₂. Таким образом, возможна профилактика несчастных случаев, последствием которых может стать удушье.

Плотность СО₂ составляет 1,529, то есть углекислота в 1,529 раза тяжелее воздуха. 1 м³ воздуха при температуре 0 °С весит 1,3 кг, а 1 м³ СО₂ в этом случае весит 2 кг (ее продажа осуществляется по весу). Плотности всех газов соотносятся с плотностью воздуха, а плотности жидкостей - с плотностью воды. Ввиду своей большей плотности углекислота способна вытеснять воздух со дна резервуаров и с пола помещений и скапливаться там, однако именно это свойство углекислоты дает возможность переливать ее из одной емкости в другую.

Углекислота как в газообразном, так и в жидком состоянии является ангидридом, а следовательно, изначально не способна к кислой реакции. СО₂ переходит в кислоту только в соединении с водой: