現(xiàn)代分離技術(shù)與裝備在橙汁加工中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 橙皮精油回收與離心分離
研究表明，柑橘皮油具有祛痰、止咳、促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)、促進(jìn)消化液分泌、鎮(zhèn)痛、溶解膽結(jié)石及消炎抗菌等作用。柑橘精油是極其重要的化工原料，是食品香精、化妝品香精和香水配料的優(yōu)質(zhì)原料。從柑橘皮渣中提取精油的方法有水蒸氣蒸餾法、壓榨法（冷榨法）、溶劑浸提法（冷磨法）?；趯?duì)精油品質(zhì)以及運(yùn)行成本的角度考慮，一般工廠多是采用壓榨法（冷榨法）提取柑橘皮渣精油。
應(yīng)用FMC全果榨汁機(jī)提汁，在柑橘壓榨過(guò)程中油胞破裂，利用榨汁機(jī)噴淋水裝置沖淋，使精油與果皮分離從而獲得泥狀精油溶液。應(yīng)用切半式榨汁機(jī)，柑橘在榨汁之前需要經(jīng)過(guò)針刺磨皮機(jī)，或采用愛(ài)文娜磨油機(jī)刺破柑橘表面油胞，利用噴淋水裝置沖淋，使精油與果皮分離獲得泥狀精油溶液。然后采用離心分離設(shè)備將精油溶液油—水分離，加工成精油產(chǎn)品。
在橙汁加工中回收柑橘皮油，既有利于限制油胞破裂引起精油進(jìn)入到產(chǎn)品中導(dǎo)致橙汁苦味加重，同時(shí)每噸柑橘原料可獲得2～4L精制精油。
1.1 橙皮精油回收工藝流程
精油溶液→精制除渣→分離機(jī)分離→粗制油→高速離心分離→精油→冷卻→過(guò)濾→精制精油
1.2 碟片式分離機(jī)結(jié)構(gòu)與原理
離心機(jī)是柑橘皮油回收的核心設(shè)備。碟片分離機(jī)其結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)鼓內(nèi)組裝有一疊錐形碟片，當(dāng)料液從頂部中央進(jìn)液管進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓后，料液從碟片組的邊緣進(jìn)入兩個(gè)相鄰碟片之間，料液隨轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，由于物料組分密度的差異，在離心力的作用下物料在間隙狹小通道內(nèi)形成薄層分離，顆粒物在沉降到碟片表面上后向碟片邊緣滑動(dòng)進(jìn)入分離機(jī)排渣腔，然后經(jīng)排渣口排出；澄清料液通過(guò)碟片向轉(zhuǎn)鼓中心方向移動(dòng)，從上方處料管中排出，這樣物料液中的固—液兩相得以分離。
碟片式離心機(jī)核心部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有形狀相同的50～180個(gè)碟片、碟片直徑20～60cm、碟片間距0.5～1.5mm，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速5500～10000r/min，高速離心機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)16000～18000r/min。錐形碟片的半錐角應(yīng)大于固體顆粒與碟片表面的摩擦角，一般為34°～45°。
1.3 碟片式分離機(jī)類型
1.3.1 按其分離物對(duì)象劃分
碟片式分離機(jī)可分為澄清型與分離型兩種類型。澄清型分離機(jī)用于固相顆粒0.5～500nm的懸浮液固形物的分離，又稱凈化；分離型離心機(jī)用于兩個(gè)不相溶液體所組成的乳濁液的分離，即液—液分離。乳濁液中也常含少量的固相，形成液—液—固三相分離（如稀奶油、脫脂乳和固體雜質(zhì)）。
1.3.2 按分離機(jī)排渣方式劃分
碟片式離心分離機(jī)可分為人工排渣、噴嘴排渣和環(huán)閥（活塞）排渣3種類型。
人工排渣：分離機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后轉(zhuǎn)鼓壁上聚集的沉渣增多，致使分離液的澄清度下降到低于技術(shù)要求時(shí)停機(jī)，拆開(kāi)轉(zhuǎn)鼓清除轉(zhuǎn)鼓沉渣后再恢復(fù)運(yùn)行。該型分離機(jī)適合分離固體體積濃度低于1%的懸浮物，能夠分離的顆?？尚〉?.1nm，處理能力可達(dá)45m3/h。常用于含固量低的乳濁液分離（液—液—固三相分離）和懸浮液澄清。
噴嘴排渣：離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓呈雙錐形，轉(zhuǎn)鼓周邊具有若干噴嘴，一般2～24個(gè)，噴嘴孔徑0.5～3.2mm。由于沉渣具有流動(dòng)性、含液量較高，故噴嘴排渣式分離機(jī)多用于濃縮過(guò)程。此類離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑可達(dá)900mm，處理量為300m3/h，始于處理固體顆粒直徑為0.1～100nm、體積濃度小于25%的懸浮物。
環(huán)閥（活塞）排渣：利用轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的環(huán)閥間歇開(kāi)啟、關(guān)閉排渣孔進(jìn)行自動(dòng)排渣。位于轉(zhuǎn)鼓底部的環(huán)閥在排渣操作時(shí)可上下移動(dòng)，當(dāng)環(huán)閥位置移動(dòng)到上部時(shí)排渣口關(guān)閉，當(dāng)環(huán)閥位置移動(dòng)到下部時(shí)排渣口開(kāi)啟排渣。每次的排渣間隔時(shí)間由繼電器按預(yù)先設(shè)定時(shí)間進(jìn)行控制，因排渣時(shí)可不停機(jī)因此也稱自動(dòng)連續(xù)排渣。環(huán)閥排渣分離機(jī)處理量為40m3/h，始于處理固體顆粒直徑為0.1～500nm、固液密度差大于0.01g/cm3、固相濃度小于10%的懸浮物。
1.4 精油回收操作
精油沖洗液首先經(jīng)過(guò)精制機(jī)/篩板網(wǎng)孔5～6mm分離雜質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)碟式離心機(jī)分離（8000～10000r/min），在分離出的油相內(nèi)加熱水使其溫度在30～50℃之間，再經(jīng)過(guò)分離機(jī)（16000～18000r/min）高速分離，除去烯萜類、倍半烯萜類物質(zhì)得到精油。精油在-12℃低溫條件下儲(chǔ)存1周，過(guò)濾后得到精油產(chǎn)品。
精油需要在2℃條件下儲(chǔ)存，精油回收率為含油泥狀物的50%左右。
1.5 影響精油回收的因素
柑橘水果存放環(huán)境溫度不能過(guò)高、儲(chǔ)存時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，水果失水影響精油得率；手工采摘優(yōu)于機(jī)械化采摘，可保持水果油胞的完整性；水果在運(yùn)輸裝卸過(guò)程中應(yīng)預(yù)防對(duì)柑橘構(gòu)成傷害；分級(jí)合理的榨汁能保持較佳的出油率；均勻的進(jìn)料可以避免榨汁能保持較佳的出油率；均勻的進(jìn)料可以避免榨汁機(jī)空運(yùn)行引起油噴淋油水比例波動(dòng)，一般控制油水比例0.9～1.1:100；用水的較佳溫度15℃，沖油水經(jīng)過(guò)過(guò)濾可以重復(fù)使用；選擇螺桿泵輸送精油有利限制油、水接觸空氣，快速分離減少油與誰(shuí)攪拌混合機(jī)會(huì)。在橙皮精油回收作業(yè)中，碟片式分離機(jī)配置通常是3臺(tái)，其中2用1備。
離心機(jī)分離不僅僅應(yīng)用橙皮精油回收作業(yè)，在果蔬汁加工中通常還用于混濁果蔬汁去除汁液中的微小懸浮固體顆粒。另外，在澄清果蔬汁加工中還用于澄清后的果蔬汁去除澄清過(guò)程中的凝聚沉淀、吸附劑顆粒，使澄清果蔬汁更容易進(jìn)行微濾或超濾。
2 柑橘榨汁過(guò)程的固液分離
橙汁加工與其它果汁加工相似，榨汁過(guò)程實(shí)質(zhì)也是柑橘汁液提取與固形物分離的過(guò)程。在橙汁加工中，典型的柑橘榨汁設(shè)備有美國(guó)FMC公司制造的杯式榨汁機(jī)（In-line Juice Extractor）、美國(guó)Brown公司制造的布朗切半榨汁機(jī)。據(jù)悉，近年來(lái)相繼有杯式、切半式國(guó)產(chǎn)榨汁機(jī)推出和應(yīng)用。
2.1 杯式榨汁機(jī)
杯式榨汁機(jī)的設(shè)計(jì)源于人工將整個(gè)水果擠壓柑橘榨汁而來(lái)，因是整個(gè)水果榨汁也稱為全果榨汁機(jī)。
2.1.1 杯式榨汁機(jī)結(jié)構(gòu)
杯式榨汁機(jī)是由機(jī)架、動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、榨汁系統(tǒng)、精油噴淋裝置、清洗系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣動(dòng)與安全控制系統(tǒng)等部分組成。在杯式榨汁機(jī)整體設(shè)備中，榨汁系統(tǒng)是榨汁機(jī)的核心部分，榨汁系統(tǒng)包括上下榨杯、上下切割器、過(guò)濾管、通孔管、汁液收集裝置。
2.1.2 杯式榨汁機(jī)工作原理
震動(dòng)板和分配器組合作用使得柑橘單體有節(jié)奏的、均勻的輸入到榨汁機(jī)的下榨杯中；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上榨杯開(kāi)始迅速向下移動(dòng)，上下榨杯完整包住柑橘外部防止柑橘破裂，此時(shí)上榨杯下降速度減緩進(jìn)入榨汁階段。在壓榨初期，上切割器向下移動(dòng)對(duì)柑橘產(chǎn)生壓力，上切割器在柑橘頂部切割圓孔，下切割器在下榨杯底部切割圓孔，隨上榨杯的壓力的增加果肉與果皮分離，上下榨杯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)保證均勻榨汁而柑橘外皮不會(huì)被擠破。含有果肉顆粒的汁液、果籽和圓形果皮物質(zhì)通過(guò)下切孔一同被擠壓到下榨杯底部的過(guò)濾管內(nèi)。然后，通孔管上升到過(guò)濾管中間，使得過(guò)濾管內(nèi)的果肉受到擠壓，橙汁和汁胞顆粒透過(guò)過(guò)濾管網(wǎng)孔進(jìn)入收集器中被收集，而圓形果皮、部分囊衣皮、籽核等被強(qiáng)行擠入通孔管由通孔管底部的開(kāi)口處排除。在壓榨臨近結(jié)束時(shí)，上榨杯切刀將圓形柑橘皮切斷，橙皮從上榨杯的環(huán)形口處排出并脫離上榨杯。在榨汁過(guò)程結(jié)束后上榨杯、通孔管復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的榨汁作業(yè)。
再榨汁過(guò)程中，由于上榨杯的壓力作用使柑橘形狀改變，分布在果皮外表層的油胞破裂釋放精油。此時(shí)，分布在上榨杯帽內(nèi)的環(huán)狀水噴射裝置噴射，將乳狀油混合物沖至榨機(jī)下杯座處流出、收集，使得精油與柑橘汁液分離。
2.1.3 榨汁操作
出汁率控制：在一般情況下FMC榨汁機(jī)出汁率40%～45%。若是原料儲(chǔ)存時(shí)間短、環(huán)境溫度適宜、柑橘含汁充沛，綜合出汁率可提升到46%。在一定程度上柑橘原料的品質(zhì)是影響出汁率的關(guān)鍵因素。
柑橘分級(jí)與榨杯規(guī)格選擇：在榨汁作業(yè)中選擇使用大型號(hào)榨杯壓榨小型水果，由于強(qiáng)度壓榨會(huì)增加苦味物質(zhì)的引入；相反選擇使用小型號(hào)榨杯壓榨大型水果，由于水果規(guī)格超出榨杯規(guī)格會(huì)使汁液榨取不徹底或出現(xiàn)汁液射出，造成物料消耗損失。榨杯型號(hào)與柑橘直徑選擇對(duì)應(yīng)表如下：
| 榨杯規(guī)格（in） | 柑橘直徑選擇（mm） |
2'' | 35～55 |
23/8'' | 50～60 |
3'' | 57～84.6 |
4'' | 82.6～108 |
5'' | 108～133 |
過(guò)濾網(wǎng)孔孔徑選擇：果汁過(guò)濾管網(wǎng)孔規(guī)格的選擇對(duì)柑橘的出汁率以及橙汁果肉含量有著直接的影響。通常，加工果肉懸浮物≤12%橙汁，可選擇網(wǎng)孔孔徑0.5mm過(guò)濾管，加工果肉懸浮物≥12%橙汁，可選擇網(wǎng)孔孔徑0.75mm過(guò)濾管。此外，通孔管及時(shí)清潔與排出果皮、籽核阻力調(diào)節(jié)的控制也是十分重要的。
在榨汁過(guò)程中，造成橙汁不利風(fēng)味的柑橘皮和籽大部分物質(zhì)被分離，橙汁在制汁、過(guò)濾、濃縮、灌裝作業(yè)中，在封閉的物料管線內(nèi)流動(dòng)與大氣接觸有限，因此，橙汁香氣、風(fēng)味、顏色與產(chǎn)品品級(jí)有保障，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程食品衛(wèi)生相對(duì)安全。
3 精制分離
精制是去除或降低橙汁中夾雜的不溶性懸浮物的一種分離方法。采用網(wǎng)孔0.5～0.75mm精制機(jī)，粒徑0.5～1.5mm懸浮物去除能力約占懸浮物的30%～50%。采用0.5mm孔徑篩網(wǎng)分離橙汁其果肉含量一般＜12%。對(duì)于要求果肉含量3%～5%的橙汁，在精制后還需要進(jìn)行離心分離。
橙汁中的微細(xì)懸浮物質(zhì)會(huì)使橙汁產(chǎn)生良好的色澤和一定的濁渾效果。但是，含量過(guò)高會(huì)使橙汁粘稠度增加，流動(dòng)性降低。在產(chǎn)品濃縮過(guò)程中會(huì)引起局部焦結(jié)，降低熱效率，導(dǎo)致產(chǎn)品風(fēng)味變差。對(duì)于橙汁飲料產(chǎn)品而言，在貯藏過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生懸浮物沉淀，影響產(chǎn)品渾濁狀態(tài)。相反果漿的含量過(guò)低，果汁的色澤和濁度不足味道變淡。
3.1 精制機(jī)的結(jié)構(gòu)
精制機(jī)是由機(jī)架、電機(jī)、螺旋推進(jìn)器、篩板、高壓清洗系統(tǒng)和自動(dòng)排渣系統(tǒng)、進(jìn)出料口等組成。
3.2 工作原理
待分離的橙汁由進(jìn)料口進(jìn)入精制機(jī)體內(nèi)，電機(jī)帶動(dòng)螺旋推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的葉片推進(jìn)物料向前移動(dòng)，橙汁透過(guò)篩板被收集，橙汁中的懸浮物質(zhì)被推移到精制機(jī)末端，當(dāng)排渣壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定參數(shù)時(shí)，氣動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)啟排渣；篩板的孔徑大小以及果肉排放閥開(kāi)啟壓力設(shè)定決定了懸浮果肉的分離程度；上下兩塊篩板與上下兩個(gè)篩框構(gòu)成篩體，高壓清洗系統(tǒng)定時(shí)人工移動(dòng)沖洗篩網(wǎng)，使得篩網(wǎng)能保持清潔及連續(xù)作業(yè)。
4 橙汁濃縮、脫氣、芳香物質(zhì)回收
濃縮橙汁是將原橙汁中的水分通過(guò)分離去除至一定程度或一定比例，使得產(chǎn)品的包裝、物流、儲(chǔ)藏成本下降、提高產(chǎn)品儲(chǔ)藏安全性。
4.1 橙汁濃縮
橙汁的濃縮方法有真空低溫濃縮、冷凍濃縮和膜分離濃縮3種形式，一般多采用真空低溫濃縮方法。
4.1.1 真空低溫濃縮
真空低溫濃縮是采用低溫、短時(shí)、真空狀態(tài)條件下蒸發(fā)濃縮的一種形式，能有效避免橙汁風(fēng)味發(fā)生明顯改變。常用蒸發(fā)器有板式蒸發(fā)器、管式降膜式蒸發(fā)器、離心薄膜式蒸發(fā)器。
板式蒸發(fā)器：其結(jié)構(gòu)是由板式換熱器和蒸發(fā)分離器兩個(gè)部分組成的。每?jī)蓚€(gè)加熱室和兩個(gè)蒸發(fā)室（共4片加熱板）構(gòu)成一個(gè)蒸發(fā)單元，加熱室與蒸發(fā)室交替排列。物料液從第一蒸發(fā)室（升膜室）上升，在兩室之間的加熱室頂部流至第二蒸發(fā)室（降膜室）下降，蒸發(fā)器所有升膜室均與原汁進(jìn)口相通，所有降膜室均與濃縮汁出口相通。濃縮汁與二次蒸汽的混合物從濃縮汁出口進(jìn)入蒸汽分離器，在分離器中物料與蒸汽分離，產(chǎn)生的二次蒸汽依次為下級(jí)加熱器加熱利用，分離器末級(jí)排出蒸汽通過(guò)冷凝器冷凝排出系統(tǒng)，使得物料得到濃縮。
板式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、高度有限、易于安裝、易于清洗、可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)。
管式降膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度50～60℃，蒸發(fā)時(shí)間僅用3～5s，橙汁濃縮倍數(shù)一般為42.0～45.0°Bx或55.0～65.0°Bx。
降膜式蒸發(fā)器：料液從蒸發(fā)器頂部進(jìn)入，由料液分布器將料液均勻分布到每根膜管中，并使其呈膜狀沿管壁下降流動(dòng)。液膜受到管壁加熱后開(kāi)始蒸發(fā)氣化。降膜蒸發(fā)器的有效傳導(dǎo)溫差比較小，料液的汽化不在下降液膜內(nèi)部，也不在加熱管內(nèi)壁面，而在強(qiáng)烈擾動(dòng)的下降膜液的外表面進(jìn)行，即所謂表面蒸發(fā)，因而加熱管內(nèi)壁面不易結(jié)垢。產(chǎn)生的二次蒸汽通常與降膜并流向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)液膜產(chǎn)生撕裂作用更有利于蒸發(fā)。由于汽化表比面積較大，蒸汽中霧沫夾帶量較少，下降液膜不必克服重力，反而可利用重力，因而對(duì)粘度較大的（0.5～4Pa.s）溶液的蒸發(fā)也是適用的。
離心薄膜式蒸發(fā)器：蒸發(fā)溫度≤50℃，蒸發(fā)時(shí)間僅用3～5s，可從橙汁的初始濃度12.0°Bx濃縮至65.0～70.0°Bx。離心薄膜式蒸發(fā)器要求物料懸浮物含量低。
提高濃縮倍數(shù)可節(jié)省包裝、降低儲(chǔ)運(yùn)成本，微生物指標(biāo)控制更安全。但是，若是在4℃以上溫度下存放，濃縮倍數(shù)越高，隨著貯藏溫度的升高以及儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，橙汁產(chǎn)品褐變現(xiàn)象就越來(lái)越嚴(yán)重。
此外，還有一種刮板式蒸發(fā)器適合高濃度橙汁的濃縮，但是，由于熱作用時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，對(duì)橙汁品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定程度的不利影響，因此應(yīng)用有限。
4.1.2 冷凍濃縮
冷凍濃縮是一種新興的冷加工技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展十分迅速。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在葡萄、蘋果、橙、檸檬等果汁加工研究中發(fā)現(xiàn)這些水果汁經(jīng)過(guò)冷凍濃縮處理后不僅使其保藏期得到延長(zhǎng)，而且與傳統(tǒng)熱濃縮方法相比，天然營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味物質(zhì)破壞程度較低，顯示出了特有的加工優(yōu)勢(shì)。
據(jù)報(bào)道，華南理工大學(xué)曾楊、曾新安進(jìn)行了冷凍濃縮荔枝汁試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：可溶性固形物由15.9°Bx提高到45.3°Bx，相當(dāng)于3倍原汁濃度，濃縮效果相當(dāng)顯著。通過(guò)對(duì)冷凍濃縮處理后的各級(jí)濃縮荔枝汁的復(fù)原汁進(jìn)行pH、總酸、還原糖、蛋白質(zhì)、VC等各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)測(cè)定，并與未經(jīng)冷凍濃縮的處理荔枝原汁相比，除VC略有下降之外，其它營(yíng)養(yǎng)成分都能很好地保持。
4.1.3 膜分離濃縮
膜分離濃縮整個(gè)濃縮過(guò)程不發(fā)生熱作用，因此，可獲得優(yōu)級(jí)濃縮橙汁產(chǎn)品。橙汁除含有糖、酸等可溶性固形物，還含有果膠、含氮物質(zhì)、纖維素等懸浮物質(zhì)，懸浮物質(zhì)的存在，使得任何單一類型的膜分離技術(shù)均難以達(dá)到預(yù)期效果。針對(duì)上述情形，通常是采用微濾或超濾反滲透膜分離技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)橙汁濃縮。
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：Separasystems LP研制出一套組合膜分離裝置，包括超濾、反滲透、殺菌和調(diào)配等步驟，稱為Freshnote系統(tǒng)，可將橙汁濃縮到60.0°Bx以上，而且?guī)缀醣３至缩r果汁的風(fēng)味芳香成分。
Freshnote系統(tǒng)操作首先應(yīng)用板框式膜組件進(jìn)行超濾，獲得原汁體積95%的超濾透過(guò)液、5%超濾截留液；將超濾截留液殺菌處理，將超濾透過(guò)液采用反滲透進(jìn)行再濃縮，操作壓力10.2～13.5MPa。然后將超濾截留液與反滲透截留液調(diào)配混合。
反滲透系統(tǒng)采用芳香性聚酰胺中空纖維膜，能有效截留橙汁中的糖、酸、VC和礦物質(zhì)元素以及芳香物質(zhì)。該類型膜組件在單位體積內(nèi)裝填密度大，并耐高壓。
4.2 脫氣
離心分離后的柑橘原汁中會(huì)混入一定氣體，其中氧氣除溶解于橙汁中會(huì)吸附在果漿及膠體粒子表面，氧的存在會(huì)促使橙汁發(fā)生氧化，品質(zhì)變差。因此，在橙汁加工中常采用脫氣設(shè)備脫出溶解氧氣。脫氣具有以下作用：抑制好氣菌繁殖，防止果漿或其它懸浮物上浮，防止殺菌或灌裝時(shí)形成泡沫以及減少維生素?fù)p失，防止香味和色澤變化。
對(duì)于含精油量低的橙汁可在常溫下真空脫氣，限制橙汁精油損失；而對(duì)含油量高的橙汁，通過(guò)脫氣還可將其含油量減少至0.015%～0.030%，使得橙汁的精油含量達(dá)到比較理想的水平。
4.3 芳香物質(zhì)回收
水果的香味是由其本身所含的各種不同成分的芳香物質(zhì)決定的。一種水果的香氣成分多達(dá)幾十到幾百種。其中起主導(dǎo)作用的碳?xì)浠衔?，包括醇、酯、醛、酮以及揮發(fā)性的酸類等物質(zhì)。芳香物質(zhì)包括水溶性和油溶性兩類物質(zhì)，通常人們將水溶性芳香物質(zhì)稱為香液，油溶性芳香物質(zhì)稱為精油。果蔬汁的芳香物質(zhì)在加熱特別是在蒸發(fā)濃縮過(guò)程中很難全部保留下來(lái)，因此，對(duì)于加熱濃縮果蔬汁而言，在蒸發(fā)濃縮之前可通過(guò)蒸發(fā)器附屬的芳香物質(zhì)回收設(shè)備回收芳香物質(zhì)。
橙汁中香液的濃縮倍數(shù)一般有150倍、200倍，通常是指香液獲得的質(zhì)量與濃縮果汁質(zhì)量的比例關(guān)系，由于香液中的大部分成分是冷凝水，所以一般存放在2～5℃環(huán)境中，溫度不宜過(guò)低或過(guò)高。
芳香物質(zhì)回收是根據(jù)液體混合物中各芳香物質(zhì)組分的揮發(fā)度存在差異性，通過(guò)加熱的方式使混合液形成汽、液兩相，各組分在兩相中的濃度是不同的，從而實(shí)現(xiàn)混合液的分離。橙汁加工中的芳香物質(zhì)回收過(guò)程是橙汁經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱，然后經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器使液相橙汁與不凝結(jié)氣體分離；不凝結(jié)氣體再通過(guò)精餾塔實(shí)現(xiàn)冷凝氣體與不凝結(jié)的芳香物質(zhì)分離，揮發(fā)的芳香物質(zhì)通過(guò)冷卻和二次冷卻凝結(jié)成香液或精油。
重慶博富文柑橘有限公司引進(jìn)意大利JBT公司整條濃縮橙汁生產(chǎn)線，于2010年5月投入運(yùn)行。其中TASTE低溫、短時(shí)蒸發(fā)器設(shè)備，集巴氏殺菌、蒸發(fā)濃縮、脫氣、芳香物質(zhì)回收多功能為一體，減少重復(fù)加工對(duì)橙汁品質(zhì)產(chǎn)生的不利影響，結(jié)合其他先進(jìn)技術(shù)手段制造的冷凍濃縮橙汁備受關(guān)注。
5 柑橘皮渣烘干技術(shù)
橙汁加工產(chǎn)生橙皮渣量約占原料水果質(zhì)量的50%～55%，這部分柑橘皮渣無(wú)論是用于加工飼料和用于后續(xù)的綜合利用，首先需要通過(guò)烘干處理控制水分含量≤12%以解決存儲(chǔ)的問(wèn)題。因此，近幾年來(lái)柑橘皮渣烘干技術(shù)與裝備得到廣泛應(yīng)用。
5.1 回轉(zhuǎn)烘干系統(tǒng)
柑橘皮渣烘干大多采用回轉(zhuǎn)烘干系統(tǒng)，系統(tǒng)包括熱源設(shè)備和烘干設(shè)備兩個(gè)部分。其中熱源設(shè)備可根據(jù)烘干物料技術(shù)要求，配置熱風(fēng)或其它類型燃爐提供熱能。熱風(fēng)爐配以無(wú)級(jí)調(diào)速爐排、斗式上煤機(jī)、刮板出渣機(jī)、高溫除塵器、引風(fēng)機(jī)、除磷、硫裝置等。烘干設(shè)備可根據(jù)橙渣水分大小、粘性高低等特性，選擇適當(dāng)大小的圓筒干燥機(jī)，在滾筒內(nèi)部配置結(jié)構(gòu)獨(dú)特的復(fù)合抄板，使得干燥機(jī)內(nèi)物料運(yùn)行流暢，料幕分布均勻，有效解決橙渣水分大、粘性大，不易烘干的難題。干燥機(jī)后端配備高效雙聯(lián)除塵器，有效除去尾氣所含灰塵。
5.1.1 轉(zhuǎn)筒烘干系統(tǒng)
烘干系統(tǒng)核心部分是一個(gè)與水平線略呈傾斜的旋轉(zhuǎn)滾筒。物料在進(jìn)入烘干之前，首先將物料破碎成粒徑8mm左右的顆粒，物料由滾筒較高的一端轉(zhuǎn)筒進(jìn)入，隨轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)物料向前移動(dòng)，然后從轉(zhuǎn)筒的低端處排出。轉(zhuǎn)筒的長(zhǎng)度與直徑的比通常是1:4～8。轉(zhuǎn)筒的傾斜度與長(zhǎng)度有關(guān)，通常傾斜度為0.5～6°，越是不容易干燥的物料，轉(zhuǎn)筒傾斜度越小。轉(zhuǎn)筒外殼上裝有兩個(gè)輪箍，轉(zhuǎn)筒通過(guò)輪箍在支撐托輪上滾動(dòng)，整個(gè)滾筒的重力也通過(guò)輪箍傳遞到支撐托輪上。轉(zhuǎn)筒外殼上還裝有驅(qū)動(dòng)齒輪，轉(zhuǎn)速一般為1～8r/min。為防止轉(zhuǎn)筒的軸向移動(dòng)，在輪箍?jī)膳匝b有止推輪。
對(duì)于不能接受污染或粒徑很小物料以及易引起大量粉塵飛揚(yáng)物料的干燥，可采用間接加熱法。利用水蒸氣或煙道排氣作加熱介質(zhì)，熱量由加熱介質(zhì)通過(guò)金屬壁面?zhèn)鬟f給物料，而空氣則作為載濕體。
通常在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上裝上若干塊抄板，其作用是將物料抄起后再撒下增大干燥表面積，提高干燥速率，促使物料向前移動(dòng)。轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，物料就會(huì)被抄起和撒下一次，物料前進(jìn)的距離等于其落下的高度乘以圓筒的傾斜率。在物料入口端的抄板，可制作成螺旋形以方便導(dǎo)入物料并促使物料的初始運(yùn)動(dòng)。
5.1.2 百葉窗式轉(zhuǎn)筒干燥器
為提高干燥器容積蒸發(fā)效率，可采用百葉窗式轉(zhuǎn)筒干燥器。干燥器由兩層圓筒組成，內(nèi)層壁為錐形百葉窗式。熱空氣通過(guò)兩筒之間，由百葉窗縫隙中進(jìn)入干燥器，并穿過(guò)物料顆粒層。當(dāng)百葉窗滾動(dòng)時(shí)，物料顆粒受熱空氣壓力推動(dòng)而作上下跳動(dòng)，并從進(jìn)口端移至出口端，這種類型的干燥器筒內(nèi)不需要抄板。由于圓筒是錐形的，在加料口端筒壁上物料層較薄，所以該處的氣流阻力較小，氣量較大，這正好與進(jìn)口物料含水量較高，需要大量熱量供給以提高蒸發(fā)速率相一致。在相同條件下，百葉窗式轉(zhuǎn)筒干燥器的容積蒸發(fā)效率比一般的轉(zhuǎn)筒干燥器提高50%。
轉(zhuǎn)筒干燥器的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，流體阻力小，對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，操作簡(jiǎn)便，干燥均勻。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，鋼材耗用量大，占地面積大。
5.2 柑橘皮渣烘干流程
柑橘皮渣→破碎→二次壓榨脫水→烘干→一級(jí)冷卻→破碎→排氣→二級(jí)冷卻→篩濾→排氣→三級(jí)冷卻→暫儲(chǔ)料倉(cāng)→包裝→計(jì)量→存儲(chǔ)
5.3 橙皮鮮渣烘干操作
由于鮮榨橙皮中含有一定量的果膠以及糖類物質(zhì)，同時(shí)橙皮的尺寸規(guī)格較大影響烘干效率。為提高烘干效率，柑橘皮渣在進(jìn)行烘干處理之前需要進(jìn)行兩級(jí)打碎，增大皮渣在干燥機(jī)內(nèi)與熱風(fēng)的接觸面積，增加烘干強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。對(duì)含水分特別高的柑橘皮渣物料，視具體情況在必要時(shí)還要進(jìn)行一次壓榨，以降低柑橘皮渣水分含量，降低烘干能耗，提高烘干效率。干燥后的皮渣由封閉出料機(jī)送到后處理工段，經(jīng)過(guò)除鐵、篩分、冷卻、粉碎等工序，由成品打包口人工稱重打包、入庫(kù)儲(chǔ)存。
6 超臨界CO2萃取柑橘精油
6.1 工藝流程
柑橘皮→萃取罐→萃取→一次分離→二次分離→成品
6.2 萃取操作
橙皮原料進(jìn)入萃取罐內(nèi)，將CO2升溫至70℃、8.3MPa由下而上流經(jīng)萃取罐，精油與其他親脂成分被萃取出；萃取液經(jīng)減壓流進(jìn)入第一分離罐，油質(zhì)、樹(shù)脂、色素等大分子量物質(zhì)，減壓后溶解度降低沉降在分離罐的底部，收集富含油質(zhì)產(chǎn)品。CO2和精油成分經(jīng)過(guò)兩次降壓，精油沉降在第二分離罐底部，收集富含精油產(chǎn)品，CO2經(jīng)壓縮后循環(huán)使用。溫州蜜柑精油得率0.2%～0.3%。
6.3 萃取設(shè)備
超臨界流體萃取主要設(shè)備分為高壓萃取器和分離器兩部分。萃取器作用是完成超臨界流體與萃取物料的質(zhì)量和熱量交換，將物料中的有效成分萃取出來(lái)。分離器的作用是將從萃取器輸出的流態(tài)物質(zhì)中的溶質(zhì)與溶劑分離。
