Диффузионный метод сводит к минимуму потери сока в отходах. Однако этот метод не применяется для получения натуральных соков, а используется при заготовке соков в безалкогольной промышленности.
Плодовый сок — это водный раствор сахаров, кислот, солей, белков, дубильных, красящих веществ и других составных химических компонентов сырья.
Извлекаемый путем прессования продукт содержит не только «сок» в строгом смысле этого слова, но и частицы плодовой ткани. Размеры и количественное содержание этих частиц в соке чрезвычайно разнообразны и зависят от вида сырья, метода подготовки мезги, техники прессования.
Таким образом, сок является полидисперсной системой. Для получения кристально прозрачного продукта плодовые соки должны быть освобождены от видимых простым глазом взвешенных частиц. Свежеотжатый сок плохо поддается освобождению от суспендированных в нем взвесей. Из-за относительно высокой вязкости сока медленно оседают даже сравнительно крупные по размеру частицы. Не только путем отстаивания или центрифугирования, но даже при применении фильтрования не удается получить прозрачный продукт. Фильтрование протекает крайне медленно, поры фильтрата легко закупориваются, а фильтрат получается очень опалесцирующий, мутный.
Трудность отделения взвешенных частиц и получения прозрачного сока объясняется тем, что продукт представляет собой коллоидный раствор.
Как известно, коллоидный раствор может быть образован высокодисперсными частицами размером 10-6—10-7 см или растворами высокомолекулярных веществ. Частицы, образующие высокодисперсные коллоидные системы, нерастворимы. Они образуют поверхность раздела со средой и обладают свободной поверхностной энергией. Эта энергия стремится к уменьшению, что приводит к агрегации частиц и выпадению их в осадок. Поэтому высокодисперсные системы устойчивы только в присутствии стабилизатора, образующего на поверхности частиц ионный или молекулярный слой.
Высокомолекулярные системы состоят из макромолекул, дающих истинные растворы, но с очень длинными цепными молекулами, приближающимися по размерам к частицам коллоидной степени дисперсности (10-6— 10-7 см). Поэтому такие растворы имеют ряд свойств, присущих коллоидным растворам. Вместе с тем высокополимеры не имеют поверхности раздела со средой, и поэтому их растворы стойки даже в отсутствие стабилизаторов и обладают обратимостью.
Плодовые соки содержат природные высокомолекулярные вещества — пектин, белки, а также некоторые красящие и дубильные вещества, полисахариды (в частности, камедь). Поскольку в плодовых соках дисперсионной средой является жидкость (вода), а дисперсной фазой твердое тело, они с коллоидно-химической точки зрения относятся к суспензиям или лиозолям.
Общее количество коллоидов в соке зависит от вида и сорта сырья, а также от климатических условий. Если в период созревания плодов погода холодная, то количество коллоидов в соке снижается. В виноградном соке общее содержание коллоидов колеблется от 4 до 12 г/л, в яблочном соке составляет в среднем около 5 г/л.
Для того чтобы можно было отделить взвешенные частицы и получить кристально прозрачный продукт, нужно нарушить коллоидную систему сока, вызвав выпадение осадка.
Процесс разделения плодового сока на осадок и прозрачную жидкость (собственно сок) получил название осветления. Для осветления сока нет необходимости в полном разрушении коллоидной системы, а достаточно уменьшить общее количество коллоидов на 20— 30%.
Оставление в продукте частиц коллоидной степени дисперсности может явиться причиной помутнения сока в процессе длительного хранения, в результате которого возможно слияние между собой отдельных коллоидных частиц и их укрупнение. При этом вначале появляется опалесценция сока, затем легкая, постепенно увеличивающаяся муть и, наконец, происходит выпадение осадка.
При выработке прозрачных соков ставятся две задачи. Во-первых, нужно удалить из сока нестойкие коллоиды, препятствующие седиментации частиц грубодисперсной фазы. Во-вторых, следует обеспечить стабилизацию оставшихся в осветленном и фильтрованном соке коллоидов. Таким образом, для технологии прозрачных соков важное значение имеют условия стойкости коллоидной системы.
Для существования гетерогенной коллоидной системы необходимы следующие условия:
1) большая степень дисперсности коллоидных частиц (10-6—10-7 см). Чем меньше частицы, тем интенсивнее броуновское движение, препятствующее седиментации. При слиянии отдельных частиц в крупные агрегаты, по мере увеличения размеров частиц, силы тяжести, характеризующие кинетическую устойчивость, начинают преобладать над силами взаимного притяжения частиц, обусловливающими агрегативную устойчивость, что приводит к нарушению коллоидной системы и выпадению осадка;
2) наличие у коллоидных частиц одноименного электрического заряда, вследствие чего они при встрече отталкиваются друг от друга. Электрический заряд, как известно, обусловлен наличием потенциалобразующих ионов, адсорбированных на поверхности ядра коллоидной частицы. Вокруг частицы в жидкости расположены ионы обратного заряда. Сумма зарядов равна нулю.
Возникновение заряда может быть объяснено физическими или химическими явлениями. С позиций физических явлений электрический заряд образуется в результате сорбции ионов из раствора на поверхности частиц. Согласно химической теории коллоидная частица диссоциирует на ионы, образуя один крупный ион-гранулу того или иного заряда и один или несколько ионов обычного размера, носящих противоположный заряд.
Дисперсная фаза, как известно, наименее стойка в изоэлектрической точке. Потеря заряда или даже частичное снижение его до критического потенциала приводит к исчезновению или резкому уменьшению сил взаимного отталкивания частиц. При этом преобладающее значение получают силы взаимного притяжения. Частицы соединяются между, собой, и их размеры увеличиваются. Укрупненные частицы оседают под действием силы земного тяготения.
Изменение заряда, ведущее к нарушению коллоидной системы, может быть вызвано добавлением к коллоидному раствору раствора, содержащего коллоиды обратного заряда. Аналогичное влияние может оказать изменение концентрации ионов в результате выпаривания или вымораживания воды, изменения кислотности и т. п. Добавление коллоидов одноименного заряда может вызвать перераспределение ионов системы и также привести к седиментации.
Устойчивость коллоидной системы в значительной степени зависит от наличия на поверхности частиц прочной водной оболочки, которая препятствует их сталкиванию, укрупнению, а следовательно, и седиментации. Коллоиды, имеющие такую оболочку, относительно стойки и не коагулируют даже в случае потери заряда. Гидрофобные коллоиды, у которых водная оболочка невелика или вовсе отсутствует, с потерей заряда легко коагулируют.
Гидратная оболочка придает стойкость также молекулярно-дисперсным растворам, образованным высокополимерами. В некоторых из таких систем (водные растворы белков) происходит электролитическая диссоциация с образованием электрического заряда, что еще более повышает их стойкость.
Одним из признаков стойкости коллоидной системы является обратимость коллоидов. Коагулят обратимых коллоидов путем пептизации водой может быть снова превращен в коллоидный раствор. Необратимые коллоиды после пептизации коллоидной системы не восстанавливают.
В виноградном соке количество обратимых коллоидов составляет от 50 до 83% к общему количеству коллоидов.
В яблочном соке обратимых коллоидов содержится 75—83,5% от общего количества коллоидов.