3.10. Процеси екстракції

1.Суть процесу екстракції.

2. Фактори, що впливають на процеси екстракції.

3. Апарати для проведення процесу екстракції.

1.Суть процесу екстракції.

Екстрагування (екстракція) - це процес добування з неоднорідної за складом твердої чи рідкої речовини одного чи декількох його компонентів за допомогою розчинника (екстрагента). Апарат, в якому проводиться процес екстрагування, зветься екстрактором.

У харчових виробництвах екстрагування використовується для добування цукру з буряка, рослинного масла — з олійного насіння. Екстракція використовується у виробництві спирту, вина, молочної кислоти та інших харчових продуктів. У виробництві продукції громадського харчування

екстрагування застосовується при отриманні бульйонів, відварів, кави, чаю, різних напоїв. Екстрагування може відбуватися як у рідину (воду), так і в жир (під мас пасерування овочів).

Залежно від агрегатного стану фаз розрізняються ектрагування у системі тверде тіло – рідина, якщо одна з фаз становить тверду речовину, екстракцію у системі рідини – рідина, якщо обидві фази є рідкими.

Одним з найбільш розповсюджених способів вилучення корисних речовин із харчової сировини є екстрагування.

Екстракцією називається вилучення зі складної за своїм складом речовини одного або декількох компонентів за допомогою розчинника, що має вибіркову здатність розчиняти тільки речовину або речовини, Ідо підлягають екстрагуванню.

Екстракція може бути однократною, коли екстрагент додається в один прийом, і дробовою — додавання екстрагенту проводиться порціями в декілька прийомів. Для оцінки ступе­ня вилучення необхідно порівняти отриману масу речовини з теоретично можливою.

У харчових виробництвах екстрагуванню частіше підда­ють сировину рослинного походження, наприклад фрукти, насіння олійних культур, цукровий буряк і т.п. За фізичними властивостями ця сировина відноситься до твердих тіл.

Говорячи про визначення екстракції, треба зазначити, що під нього підпадають і процеси розчинення. Різницею є тільки те, що при розчиненні тверда речовина може перейти в розчин цілком, а при екстракції завжди залишається істотна частина твердого тіла, нерозчинна в екстрагенті.

Рослинну сировину перед екстрагуванням дроблять або розрізають на дрібні шматочки чи стружку. При цьому части­на клітин на новоутвореній поверхні ушкоджується і внутрішньоклітинна речовина відразу переходить у екстра­гент. Більшість клітин у шматку залишаються цілими, а речо­вина, що вилучається, дифундує через клітинні мембрани в ек­страгент. Таким чином, основна частина речовини з рослинної сировини в екстрагент переноситься за рахунок дифузії.

Процес екстрагування можна здійснити, зануривши підго­товлену сировину в рідкий екстрагент. У цьому процесі кон­центрація речовини в сировині безупинно зменшується, а в ек­страгенті збільшується. Процес закінчиться, коли концент­рація зрівняється. Швидкість процесу значно зростає при пе­ремішуванні.

Інший тип процесу екстрагування реалізується при фільтруванні екстрагента через нерухомий шар сировини. Процес цей несталий і при визначеній тривалості може закінчитися практично повним вилученням речовини із сиро­вини.

Існує також процес екстрагування, при якому сировина і екстрагент безупинно переміщаються в протитоку. При цьому в кожнім перетині апарату встановлюється постійна різниця концентрацій, що відповідає стаціонарному режимові.

У загальному вигляді процес екстрагування рослинної си­ровини можна розбити на чотири стадії:

1) проникнення екстрагента в пори рослинної сировини;

2) розчинення вилучаємої речовини екстрагентом;

3) дифузійний перенос вилучаємої речовини до поверхні частки сировини;

4) перенос вилученої речовини з поверхні сировини в рідку фазу — екстрагент.

При екстрагуванні соковитої рослинної сировини врахо­вують швидкість переносу усередині шматка (внутрішня дифузія) та швидкість переносу з поверхні в навколишню рідину (зовнішня дифузія). У залежності від величини опору процес може протікати по-різному.

У першому випадку швидкість зовнішньої дифузії переви­щує швидкість внутрішньої.

Екстракцію із твердої фази використовують для отримання концентрованих розчинів, м’ясних і рибних бульйонів, кави, чаю. При варінні м’яса, риби, м’ясокостної сировини екстрагуються азотисті аромато - та смакоутворюючі речовини. В бульйони переходять мінеральні речовини, білки та жири.

Екстрагування відбувається при варінні та смаженні риби, м’яса та овочів з використанням різних прянощів, а також в процесі приготування соусів та приправ. При цьому смакові і ароматичні речовини з прянощів екстрагуються в бульйони та відвари. При варінні овочів, фруктів та ягід відбувається фарбування води. Екстрагування використовують при отриманні харчових барвників з рослинної сировини. Не рекомендується залишати м’ясо, рибу та деякі види овочів та фруктів, що досягли кулінарної готовності в бульйоні, жирі і воді при підвищенні температури, так як при цьому може відбуватися самовільне екстрагування цінних компонентів.

Цей процес здійснюється в апаратах з активним перемішу­ванням фаз. Якщо говорити про внутрішню дифузію, то треба нагадати про рослинну клітину, яка містить внутрішньо­клітинну рідину (вакуоль), оточену складною оболонкою. Ос­тання складається з двох мембран, між якими знаходиться протоплазма. Перенос речовини з внутрішньо-клітинної ріди­ни за межі клітини здійснюється за рахунок молекулярної ди­фузії через цю багатошарову оболонку. Рослинні клітини щільно оточені іншими клітинами. Речовина з внутрішніх клітин повинна дифундувати через ці клітини. Максимально спрощена картина переносу усередині подрібненої сировини свідчить про великій опір внутрішньої дифузії. Для зменшен­ня опору подрібнену сировину піддають тепловій або хімічній обробці, а іноді впливові електричного струму. В результаті цих обробок протоплазма клітин денатурує і різко зростає проникність оболонки.

Через малі розміри клітин (5—50 мкм) і ще більш менші розміри пор, по яких переноситься речовина, швидкість молекулярної дифузії навіть після попередньої обробки сировини набагато менша, ніж швидкість молекулярної дифузії цієї ж речовини в чистій речовині.

Процес екстрагування, який супроводжує теплову обробку продуктів у громадському харчуванні має деякі особливості . Як вже відзначалося, під час варення основним способом або смаження, у воду або жир переходить значна кількість поживних речовин, в тому числі й ароматичні речовини. При цьому якщо в супі або соусі варять ароматичне коріння, ріпчасту цибулю, то утворені ефірні масла переганяються з водяною парою і в значній кількості втрачаються. Під час смаження і пасерування цих продуктів ароматичні речовини розчиняються в жирі, який практично не дає пари, і втрати значно зменшуються. Так, наприклад, ефірні масла більшості ароматичних корінців киплять за 130...150 °С, і тому вони в жирових розчинах зберігаються, а з водяною парою значна частина їх переганяється вже за 98 °С. Під час пасерування томату, моркви у жир переходять фарбуючі речовини (лікопін, каротин).

Відзначимо деякі особливості варення м'яса і риби з точки зору масообміну, то при цьому відбувається. З м'яса і риби у довкілля переходять розчинні білки (коагулюючі і некоагулюючі), що виділяються на початку нагрівання, мінеральна сіль, жир і екстрактивні речовини (азотисті і безазотисті). Екстрактивні речовини м'яса і риби зумовлюють смак і сокогонну дію бульйонів, тому практично важливим є вибір такого режиму варення, під час якого найбільша кількість цих речовин переходить у розчин. Більша кількість екстрактивних речовин переходить в розчин у тому випадку, коли м'ясо заливають холодною водою, нагрівають до кипіння і варять на слабкому кипінні. Під час занурення м'яса в гарячу воду і подальшому варенні за 85...90 °С білки м'яса утворюють більш ніжні згустки, утримують більше вологи, менше екстрактивних речовин і білків переходить у розчин. М'ясо під час такої обробки виходить ніжне, смачне і більш соковите.

Помітимо, що екстрактивні речовини в концентрованому м'ясокістковому бульйоні складають до 60 % від загальної кількості сухих речовин бульйону.

Під час смаження з м'яса в навколишнє середовище переходить менше розчинних речовин, ніж під час варення. Пояснюється це двома причинами. Як відзначалося раніше, під час смаження м'ясо прогрівається до 80...85 °С. У зв'язку з цим мускульні білки тужавіють менше, ніж під час варення, і відокремлюють в навколишнє середовище менше води з розчиненими в ній речовинами. Крім того, під час смаження з поверхні м'яса частина вологи випаровується.