Вещества, облегчающие фильтрование (адсорбенты, флокулянты и др.) – это инертные нерастворимые вещества, повышающие эффективность фильтрования, т. е. облегчающие и улучшающие отделение твердых частиц от жидкостей или газов при фильтровании, ускоряющие и дающие возможность удалять нежелательные замутняющие компоненты из жидкостей (преимущественно из напитков), которые длительное время должны оставаться прозрачными. Они не изменяют химический состав фильтруемого вещества. Вспомогательные фильтрующие материалы придают фильтрующему слою необходимую прочность и регулируют размер пор. Они способны также разрыхлять осадок, образующийся на фильтре, и уменьшать забивание пор фильтра.

Вспомогательные фильтрующие материалы добавляются к фильтруемой жидкости в виде суспензии или образуют вспомогательный слой на фильтре. Чаще всего используются целлюлоза, кизельгур и перлит. Целесообразно перед их применением провести очистку от растворимых оксидов железа и/или соединений микроэлементов.

Фильтрование может иметь целью не только очистку жидкости, но и получение твердых веществ, например, ультрафильтрация – метод фракционирования и концентрирования белков с помощью полимерных мембран.

В производстве осветленных натуральных соков пользуются фильтрацией и сепарацией. Для облегчения фильтрации, например пектинсодержащих фруктовых и ягодных соков, практикуют расщепление замутняющих целевой продукт пектинов и белков, а также снижение вязкости с помощью обработки ферментами. Возможные в дальнейшем белково-полифенольные помутнения предотвращают, удаляя полифенолы желатином, полиамидом или поливинилпирролидоном, а белки – бентонитом или танином.

Адсорбенты – это обычно твердые нерастворимые вещества, которые благодаря большой удельной поверхности могут селективно адсорбировать из жидкостей определенные вещества и вместе с ними выпадать в осадок.

Коагуляцией называют превращение золя (коллоидного раствора твердого вещества) в гель, сопровождающееся флокуляцией. Это превращение может быть вызвано добавкой коагулянтов (флокулянтов).

Осветлители

С помощью осветлителей удаляют мелкодисперсные и коллоидные компоненты, которые невозможно отфильтровать. Осветлители связывают мельчайшие частички мути и осаждаются вместе с ними. Принцип действия осветлителей может быть очень разным: адсорбция, коагуляция или образование с ионами металлов труднорастворимых соединений, которые выпадают в осадок и могут быть отфильтрованы от водных растворов.

Для осветления обычно используют агар, активированный уголь, каррагинан, целлюлозу, желатин, рыбий клей, древесный уголь, высушенный белок куриного яйца (10–20 г на 100 л), каолин, гексацианоферрат калия, кизельгур (300–400 г на 100 л), фитиновую кислоту, поли-винилполипирролидон, танин и другие вещества. Фруктовые соки, особенно яблочный, можно осветлять с помощью пектата натрия. В особых случаях для осветления вин применяют жидкий рыбий клей. Фурцеллеран облегчает осаждение белков в пиве.

Для эффективного использования осветлителей рекомендуется предварительно уточнить их дозировку в лабораторных условиях. Осветлители полностью удаляются фильтрацией или седиментацией из напитка, поэтому в готовом продукте они отсутствуют.

Экстрагенты

Экстрагенты – это жидкости или сжиженные газы, способные экстрагировать из растительного или животного сырья определенные его компоненты. При этом экстрагент и экстрагируемое вещество не вступают в химическое взаимодействие. По окончании процесса экстрагирования экстрагент обычно удаляют перегонкой.

Экстракция применяется в пищевой промышленности для выделения целевых веществ при получении сахара из сахарной свеклы, сока солодки, выделении жиров из жиросодержащего сырья, получении ароматических веществ и эфирных масел из растительного и животного сырья, получении экстрактов пряностей (олеорезинов), экстрактов хмеля, натуральных красителей, или для удаления нежелательных компонентов (спирт из напитков, никотин из табака, кофеин из кофе и чая).

Различают три вида экстракции: жидкостью из твердого вещества, жидкостью из жидкости и сжиженным газом из твердого вещества. Последний вид экстракции протекает под высоким давлением, достаточным для сжижения используемого газа. По окончании процесса экстрагирования давление снижают до атмосферного, газ полностью улетучивается и отпадает необходимость его дополнительного удаления. В качестве жидких экстрагентов чаще всего применяют воду, пищевые растительные масла, этиловый спирт и другие алифатические спирты, гексан и другие углеводороды, в том числе хлорированные.

Сжиженные газы – это обычно диоксид углерода, азот или пропан.

Экстракцию проводят в экстракторах различной конструкции непрерывного или периодического действия. Например, перфораторы применяют для экстрагирования жидкости жидкостью, а перколяторы – для экстрагирования из измельченных твердых веществ.

7.4. Осушители

Осушители – это вещества, удаляющие влагу из газов, жидкостей и твердых субстанций в закрытых емкостях. Осушители делят на две группы: химически и физически связывающие воду. Первые могут это делать путем образования новых соединений, например:

Р₂О₅ + Н₂О → 2НРО₃

или путем образования гидратов, например:

СаСl₂ + Н₂О → СаСl₂ – Н₂О

Физическое связывание воды происходит путем растворения или адсорбции.

Сушка – один из древнейших методов обработки пищевых продуктов. Сушка их с помощью осушителей – очень мягкий, щадящий метод, при котором в продукте сохраняются даже легколетучие аро­матические вещества. Практическое его осуществление возможно разными способами. Обезвоживаемый продукт, например, можно поместить на определенное время в эксикатор, сушильный шкаф, башню, трубку или пистолет, заполненные осушителем. Газ обычно сушат, медленно пропуская его через емкость, заполненную хлори­дом кальция или силикагелем, адсорбирующим воду. Жидкости сушат, засыпая в них нерастворимые осушители, выдерживают их некоторое время и отфильтровывают или декантируют адсорбировав­ший воду осушитель.

Осушители, действие которых основано на образовании гидратов, можно регенерировать нагреванием. Это относится к оксиду кальция, солям кальция (карбонат, хлорид, сульфат) и другим сульфатам (медь, магний и натрий). Гидроксид калия и пятиокись фосфора не регенерируются.

Осушители используются не только для сушки пищевых продуктов и сырья, но также для установления и поддержания определенной влажности воздуха в закрытой емкости, например в упаковочном контейнере.

7.5. Средства для снятия кожицы

Удалять кожицу и кожуру с плодов и овощей можно механически, вакуумированием, обработкой паром или химическими средствами, обычно щелочами. Часто эти методы комбинируют.

Основные средства для снятия кожицы – это вещества, химическим путем удаляющие кожицу (кожуру, шкурку) с определенных видов фруктов и овощей: помидоров, огурцов, моркови, корней сельдерея, картофеля и других корнеплодов, груш, яблок, абрикосов, персиков и других косточковых плодов. Средства для снятия кожицы химическим путем размягчают оболочку растительных продуктов так, что после обработки ими она легко удаляется.

Химическая (щелочная) очистка проводится при различных концентрациях (от 0,5 до 20 %) щелочи и температуре ванны, с разной продолжительностью (в зависимости от вида растительного сырья): время обработки может колебаться от 2 (при 90–100 °С) до 15 мин (при 50–80 °С). Обработку можно повторять. Она проводится в специальных очистных машинах разной конструкции (например, во вращаю­щемся проволочном барабане). Отделение кожуры происходит во время вращения барабана – за счет трения овощей (фруктов, корнеплодов) друг о друга и о стенки барабана. Процесс можно вести сухим способом, а можно обрызгивать содержимое барабана водой. По окончании обработки щелочами проводят нейтрализацию очищенного сырья погружением его в раствор кислоты. Для фруктов используют 1–2 %-ный раствор лимонной кислоты.

7.6. Охлаждающие и замораживающие агенты

Охлаждающие агенты – это вещества, понижающие температуру пищевого продукта при прямом контакте с ним. Не следует путать охлаждающие агенты с хладоагентами, применяемыми в холодильной технике.

Охлаждающие и замораживающие агенты способны отнимать тепло у контактирующего с ними продукта благодаря очень низким собственным температурам плавления и кипения. Они могут применяться в форме газов, жидкостей или твердых тел. Замораживание можно проводить в одну или в две (т. е. через предварительное охлаждение) стадии.

Старейшим охлаждающим агентом является лед. Отнимая тепло у охлаждаемого пищевого продукта, лед превращается в воду. Это превращение во многих случаях нежелательно, но лед и сегодня сохраняет свое значение при охлаждении рыбы и морепродуктов. Кроме того, лед применяют, заменяя им часть вносимой по рецептуре воды, в производстве фаршевых мясопродуктов (колбаса, сосиски и т. п.), – чтобы предотвратить разогрев фаршевой массы.

Охлаждение воздухом подразделяют на медленное и быстрое. Медленное замораживание (более старый способ) осуществляют перемещающимся с небольшой скоростью воздухом (температурой до минус 25 °С). Быстрое замораживание заключается в обдувании замораживаемого продукта потоком воздуха высокой скорости и высокой влажности при температуре от минус 30 до минус 40 °С.

Эффективность способа существенно повышается заменой воздуха на углекислый газ (диоксид углерода) и азот, которые используются в качестве охлаждающих и замораживающих агентов везде, где не годятся лед и воздух. Жидкий азот и «сухой лед» (твердая углекислота) обеспечивают очень высокую скорость замораживания, благодаря чему клеточная вода в обрабатываемом продукте кристаллизуется так быстро, что больших кристаллов, способных повредить клеточные стенки, не образуется, и продукт при замораживании не разрушается. Хорошие результаты дает использование смесей диоксида углерода с азотом в разных соотношениях. Мгновенное замораживание продуктов, особенно дорогостоящих, с применением таких смесей является прекрасным способом обеспечить их длительное хранение без изменения питательных и органолептических характеристик. При этом в продукт не попадает вода, как в случае льда (а при размораживании газы полностью улетучиваются). Обычно процесс проводят в заполненных пищевым продуктом туннелях, через которые с высокой скоростью пропускают сжиженный газ (для этих целей существует также специальное оборудование).

В хлебопечении охлаждение и замораживание диоксидом углерода и азотом используется для сохранения готовой продукции, прекращения процесса брожения в тесте, мгновенного охлаждения выпеченных изделий до температуры хранения, предварительного и промежуточного охлаждения на полностью автоматизированных линиях и отвода тепла при механической обработке тестовых масс.

Охлаждающие и замораживающие агенты с успехом применяются для сохранения идеальной влагоудерживающей способности парного мяса для его дальнейшей переработки в деликатесные продукты, для хранения и транспортировки сублимированных молочных заквасок. Использование «сухого льда» вместо обычного предпочтительно для быстрого охлаждения мяса птицы сразу после забоя. Жидкий азот применяют для сушки вымораживанием.

Охлаждающие агенты необходимы при помоле – для охлаждения разогреваемого за счет силы трения продукта.

7.7. Вещества, способствующие жизнедеятельности

Полезных микроорганизмов

Целый ряд пищевых продуктов изготавливают в ходе биотехнологических процессов: хлеб и хлебобулочные изделия, вино, пиво, квас, спирт получают в результате дрожжевого брожения; сырокопченые колбасы, квашеные овощи, кисломолочные продукты образуются под действием бактерий, а отдельные виды сыров обязаны своим существованием плесневым грибам.

Обмен веществ и развитие клеток микроорганизмов невозможны без питания. Кроме воды им необходимы углерод, азот, минеральные вещества, микроэлементы, витамины, аминокислоты, пиримидины и пурины.

По способности использования источников углерода различают автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы. Первые используют в качестве источника углерода углекислый газ и органические вещества, которые они могут получать, окисляя неорганические. Гетеротрофным микроорганизмам требуются органические источники углерода. В пищевой промышленности применяются гетеротрофы. Источниками углерода им служат моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза), трисахариды (раффиноза), полисахариды, олиго- и полипептиды, аминокислоты, а также природное сырье и продукты его переработки (картофель, мука, свекла, целлюлоза, шрот и др.). В настоящее время в качестве источника углерода в биотехнологии используют гидролизаты крахмала и целлюлозы, сахарную мелассу, спирт и др.

В целом, плесневые грибы растут преимущественно на сахаросодержащих средах, а бактерии – на белоксодержащих.

Микроорганизмам, не способным усваивать азот из воздуха, нужны для развития азотсодержащие среды. Обычно в качестве таковых используют производные аммиака, сам аммиак, мочевину, аминокислоты (глицин, аланин, валин и др.), пептоны и белковые продукты (например, мясной экстракт).

Из минеральных веществ самым важным для микроорганизмов является фосфор, участвующий в переносе энергии и входящий в состав нуклеиновых кислот. Кроме того, им требуются сера, калий, кальций, магний и натрий, а также микроэлементы: кобальт, марга­нец, медь, цинк, молибден, хром, никель, ванадий, бор, селен, кремний, вольфрам, хлор и йод. Для удовлетворения потребности микроорганизмов в этих элементах их вносят в субстрат в виде неорганических солей.

Витамины являются необходимым условием развития различных микроорганизмов, так как они входят в состав коферментов (например, никотинамид в НАД⁺ и НАДФ⁺). Наиболее важными для микроорганизмов витаминами являются тиамин (В₁), рибофлавин (В₂), пиридоксин (В₆), биотин, пантотеновая кислота, фолиевая кислота и цианокобаламин (В₁₂).

Пиримидины и пурины необходимы живой клетке для синтеза нуклеиновых кислот.