Мойка сырья — это первый технологический процесс, но иногда его проводят после сортировки и инспекции. С мойки процесс начинают в том случае, если перерабатывается очень загрязненное сырье, на котором невозможно визуально обнаружить дефекты. Например, свеклу и морковь в производстве гарнирных консервов прежде всего энергично моют, а затем уже инспектируют и сортируют. При консервировании же плодов в производстве компотов их обычно сортируют и калибруют, а потом уже направляют на мойку.
Используемая в консервном производстве вода должна отвечать требованиям ГОСТа на питьевую воду. При этом оговаривается и нормируется ряд бактериологических, органолептических, физических и химических показателей качества. К ним относятся титр кишечной палочки (колититр, который должен быть не менее 300), запах, привкус, цветность и мутность, общая жесткость (не должна превышать 10 мг-экв./л, нормально — 7 мг-экв./л). Предельно жесткие нормы установлены для токсичных химических веществ, которые встречаются в природных водах или добавляются к воде в процессе ее обработки (бериллий, мышьяк, свинец, селен, стронций, фтор и др.).
В процессе мойки следует удалить прилипшие к сырью механические примеси (земля, песок и т. п.), а также смыть микроорганизмы.
Рассмотрим явления, происходящие при отмывании загрязненных поверхностей с помощью тех или иных жидкостей.
Как известно, грязевые частицы удерживаются на твердых поверхностях главным образом силами межмолекулярного притяжения на границе двух твердых фаз. Величина этих сил бывает очень значительна и зависит от строения молекул и расстояния между ними. Эти силы особенно проявляются при очень плотном соприкосновении тел. Расстояние, на котором действуют молекулярные силы сцепления, чрезвычайно мало — оно не превышает нескольких ангстрем, с увеличением этого расстояния силы взаимодействия резко падают. Исходя из этого первейшая задача каждого моющего процесса заключается в том, чтобы отделить грязевые частицы от очищаемой поверхности, к которой они прилипли. Этого можно достичь, если каким-нибудь путем увеличить расстояние между частицей и отмываемой поверхностью. При этом поверхностные связи могут полностью нарушиться. Как указывает С. А. Дмитриев, такое отделение грязевой частицы от поверхности может быть осуществлено набуханием, т. е. проникновением жидкости в межмолекулярные пространства грязевой частицы, а также в зазоры между частицей и загрязненной поверхностью. Следовательно, для эффективного проникновения жидкости в такие тончайшие зазоры она должна хорошо смачивать очищаемые поверхности. При хорошем смачивании жидкость растекается по поверхности твердого тела и впитывается в его мельчайшие поры.
К сожалению, вода плохо смачивает большинство поверхностей, особенно гидрофобных (водоотталкивающих), к которым относится покрытая восковым налетом кожица большинства плодов и овощей. Это объясняется прежде всего тем, что силы поверхностного сцепления между молекулами воды довольно велики: поверхностное натяжение составляет 7,3 Н/м и в несколько раз превосходит поверхностное натяжение, например, спирта и керосина, которое находится в пределах 2,2—2,4 Н/м. Вот почему спирт и керосин хорошо растекаются по любым поверхностям, а вода собирается в отдельные капли.
Растекание жидкости на поверхности твердого тела связано с поверхностной энергией на границе фаз. При этом, как отмечает Ю. П. Золотин, существуют три межфазные границы: твердое тело — жидкость, твердое тело — газ и жидкость — газ. Когда силы поверхностного натяжения на границе фаз взаимно уравновешиваются и жидкость перестает растекаться, поверхность расплывшейся капли образует с поверхностью твердого тела угол Θ, называемый углом смачивания.
Чем меньше угол Θ, тем больше жидкость растекается по поверхности и тем, следовательно, лучше смачиваемость. А так как значение косинуса находится в обратной зависимости от величины угла, то чем больше cosΘ, тем лучше смачиваемость поверхности данной жидкостью. Таким образом, cosΘ является мерой смачиваемости.
Физический смысл явления легко уяснить, если учесть, что числитель выражения представляет собой убыль поверхностной энергии на границе твердое тело — газ при смачивании поверхности жидкостью. Эту убыль называют напряжением смачивания, следовательно, cosΘ пропорционален напряжению смачивания. Если силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость расплывается по поверхности, т. е. смачивает поверхность. Если же силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости меньше, чем между молекулами жидкости, то поверхность не смачивается жидкостью. В первом случае наблюдается сродство между смачиваемой поверхностью и жидкостью, и такая поверхность называется лиофильной, или, по отношению к воде, — гидрофильной. Во втором случае поверхность является лиофобной (гидрофобной).
Для увеличения напряжения смачивания и, следовательно, Θ необходимо стремиться всячески уменьшить поверхностное натяжение на границе твердое тело — жидкость, а это можно сделать, уменьшив поверхностное натяжение самой жидкости.
Как уже отмечалось, при соприкосновении воды с поверхностью плодов и овощей наблюдается плохая смачиваемость, что объясняется двумя причинами: гидрофобными свойствами кожицы растительного сырья и большим поверхностным натяжением самой воды.
Вода недостаточно хорошо смачивает поверхности растительного сырья и металлов. Повысить смачивающую, а следовательно, и моющую способность воды можно путем понижения ее поверхностного натяжения, что достигается добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ). К таким веществам относятся спирты, органические кислоты и особенно соли высокомолекулярных жирных кислот — мыла.
Как известно, молекулы ПАВ имеют два «конца» с взаимопротивоположными свойствами. Один из них представляет, как правило, длинную углеводородную симметричную неполярную цепь, обладающую гидрофобными свойствами. Другой, короткий, содержит кислород, азот или серу, несимметричен, полярен и обладает гидрофильными свойствами. Примером поверхностно-активного вещества может служить молекула жирового мыла.
Благодаря наличию полярного гидрофильного конца молекула мыла растворима в воде, но другой, гидрофобный ее конец стремится оттолкнуться от воды и «вытащить» молекулу мыла из воды на поверхность, т. е. на границу ее раздела с воздухом, который также является гидрофобным веществом. Таким образом, молекулы мыла вытесняют молекулы воды из поверхностного слоя, образуя абсорбционный слой, имеющий меньшее поверхностное натяжение, чем вода. В этом абсорбционном слое поверхностно-активные вещества располагаются строго ориентированно, гидрофобными концами наружу, а гидрофильными внутрь. Следовательно, вода, в которую добавлены ПАВ, представляет собой жидкость с уменьшенным поверхностным натяжением, обладающую в силу этого лучшими смачивающими и моющими свойствами. Например, если ввести в воду этиловый спирт, поверхностное натяжение которого составляет 2,2 Н/м, то поверхностное натяжение воды резко понизится.
При добавлении некоторых поверхностно-активных веществ смачиваемость плодов резко возрастает: поверхности лука — почти в 2 раза, яблок — на 25—35%.
Согласно С. А. Дмитриеву, схему моющего процесса можно представить следующим образом. На I стадии — замочки-молекулы поверхностно-активных веществ своими гидрофобными концами внедряются в гидрофобную поверхность грязевой частицы А, прилипшей к загрязненной поверхности и удерживаемой на ней силами межмолекулярного притяжения, и образуют на ее поверхности гидрофильный чехол. Некоторые из них проникают в узкий молекулярный зазор между загрязненной поверхностью и грязевой частицей, слегка увеличивают этот зазор и ослабляют силы молекулярного сцепления грязевой частицы с поверхностью. Все это создает предпосылки для отрыва грязевой частицы от загрязненной поверхности.
Схематическое изображение моющего процесса: А — твердая грязевая частица ; Б — жидкая грязевая частица
На этой же стадии молекулы ПАВ проникают в тончайшие щели и трещинки грязевой частицы и раздробляют ее на мельчайшие, коллоидных размеров, кусочки, вокруг которых также образуется гидрофильный чехол.
На II стадии поверхностно-активные вещества полностью отделяют грязевую частицу от поверхности и переводят ее в раствор, в котором благодаря гидрофобному чехлу, образованному на поверхности частицы, она хорошо удерживается во взвешенном состоянии и плавает до тех пор, пока свежая порция моющего раствора не уносит ее в канализацию (III стадия).
Исследования, проведенные в ПНР, показали, что значительный эффект при мойке фруктов и овощей оказывают растворы калийного мыла в концентрации 0,25—0,50% при pH 7—8. Особенно хороший эффект с микробиологической точки зрения получен при мойке шпината, фасоли и томатов, а наилучшие результаты по удалению песка достигнуты в отношении клубней и грибов. А. Горубала отмечает, что в стерилизованных консервах, изготовленных из сырья, прошедшего мойку в растворах детергентов, обнаружен значительно меньший процент бомбажных банок по сравнению с консервами, изготовленными из сырья, промытого чистой водой. Автор отмечает также ослабление термоустойчивости микрофлоры консервов, приготовленных из сырья, подвергнутого действию анионоактивных детергентов, в процессе последующей стерилизации.
Таким, образом, целесообразность применения поверхностно-активных веществ для мойки сырья в консервном производстве не подлежит сомнению. Тем не менее по ряду причин детергенты применяются обычно только для мойки консервной тары и в отдельных случаях для улучшения смачивания овощей при щелочной очистке их от кожицы, при обычной мойке детергенты не применяются. Недостаточные же моющие свойства воды компенсируются применением большего напора (0,2—0,3 МПа) в соответствующих душирующих насадках, что приводит к большому расходу воды, порядка 0,7—1,5 л на 1 кг сырья. В том случае, когда мойке подлежит особенно загрязненное сырье машинной уборки, расход ее увеличивается и достигает трехкратного соотношения с сырьем.
В зависимости от вида сырья и степени загрязнения для мойки его применяют различные механизированные устройства, в которых сырье замачивается при интенсивном перемешивании, создающем трение плодов или клубней друг о друга с последующим удалением загрязнений с помощью водяных струй, выходящих из насадок под большим давлением. Для усиления бурления воды используют сжатый воздух, подаваемый от компрессора с помощью вентилятора. Для мойки сильно загрязненных овощей, корнеплодов, клубней картофеля применяют кулачковые и барабанные моечные машины. Они более энергично отмывают сырье, чем машины ленточного типа, но мойка сопровождается в них механическим повреждением плодов, на поверхности образуются трещины, потертости.
Для мойки более нежных овощей и фруктов (томатов, перца, вишен, черешен, слив, абрикосов и т. п.) используют элеваторные, вентиляторные и встряхивающие моечные машины, а такие нежные ягоды, как, например, клубнику и малину, моют на встряхивающих душевых устройствах. Применение щеточных машин, как устройств неблагополучных в отношении микробного обсеменения, не очень рекомендуется, но они весьма эффективны для удаления загрязнений с овощей, имеющих неровную поверхность (огурцы, картофель).
Наиболее широкое распространение в консервном производстве имеют моечные машины: унифицированная для первичной мойки овощей и фруктов без нагнетания воздуха (КУМ), унифицированная с нагнетателем воздуха для вторичной мойки овощей и фруктов (КУМ-1), унифицированная вентиляторная для вторичной мойки (КУВ-1), барабанная для твердых овощей и семечковых плодов (КМ-1), щеточная для огурцов и кабачков (ММ-1), с обрезиненными роликами для картофеля и лука (ММК), моечно-встряхивающая для различных плодов, ягод и овощей (КМЦ) и др.
Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986