Способ переработки цикория и линия для его осуществления

 

Использование: в пищевой и пищеконцентратной промышленности. Сущность изобретения: цикорий после подготовки экстрагируют жидкой двуокисью углерода с выделением экстракта, обжаривают, экстрагируют водой с разделением фаз, твердую фазу сушат с получением пищевых волокон, а жидкую фазу концентрируют и агломерируют совместно с углекислотным экстрактом с получением заменителя кофе. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии и технике переработки цикория с получением быстрорастворимого заменителя кофе и практически неусваиваемых растительных пищевых волокон.

Известен способ переработки цикория, включающий подготовку, обжаривание, водную экстракцию, разделение фаз, сушку твердой фазы и концентрирование и агломерирование жидкой фазы [1 и 2] Также известна линия переработки цикория, включающая последовательно размещенные участок очистки и подачи, обжарочный аппарат, водный экстрактор, соединенный выходом жидкой фазы с выпарной установкой, установкой агломерирования и сборной емкостью и выходом твердой фазы с сушильной установкой и сборной емкостью.

Недостатками известных способа и линии являются потеря термолабильных биологически активных и части легколетучих вкусоароматических веществ и получение в качестве твердой фазы неочищенных пищевых волокон, содержащих значительное количество легкоусваиваемых веществ.

Задачей изобретения является повышение пищевой и биологической ценности заменителя кофе, улучшение его органолептических свойств и повышение чистоты пищевых волокон.

Задача решается тем, что в способе переработки цикория, включающем подготовку, обжаривание, водную экстракцию, разделение фаз, сушку твердой фазы и концентрирование и агломерирование жидкой фазы, согласно изобретению непосредственно перед обжариванием цикорий экстрагируют жидкой двуокисью углерода, отделяют мисцеллу, выделяют из нее экстракт и смешивают его с жидкой фазой на стадии агломерирования.

Это позволяет снизить потери биологически активных, в том числе вкусо- и ароматообразующих веществ, за счет исключения температурного воздействия на них и повысить степень очистки пищевых волокон за счет удаления из них жирорастворимых легкоусваиваемых веществ.

В предпочтительном варианте обжаривание осуществляют в потоке двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии, из потока выделяют дополнительный экстракт и смешивают его с жидкой фазой на стадии агломерирования.

Это позволяет дополнительно сократить потери легколетучих вкусоароматических веществ и улучшить органолептические свойства заменителя кофе, получаемого из жидкой фазы, за счет их выделения на стадии термообработки и внесения в продукт на стадии, исключающей их переход в газовую фазу.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено экстрагирование твердой фазы последовательно жидким аммиаком, жидкой двуокисью углерода и водой с разделением фаз и выделением экстрактов, после чего водный экстракт смешивают с жидкой фазой на стадии концентрирования, а углекислотный и аммиачный экстракты смешивают с жидкой фазой на стадии агломерирования, при этом концентрирование смеси и сушку твердой фазы осуществляют при температуре не ниже 60^оС.

Это позволяет дополнительно обогатить получаемый из жидкой фазы заменитель кофе биологически активными и вкусоароматическими спирто-, жиро- и водорастворимыми веществами, образующимися на стадии термообработки, и повысить чистоту и сорбционную способность получаемых пищевых волокон.

Предлагаемая линия переработки цикория, включающая последовательно размещенные участок очистки и подачи, обжарочный аппарат, водный экстpактор, соединенный выходом жидкой фазы с выпарной установкой, установкой агломерирования и сборной емкостью и выходом твердой фазы с сушильной установкой и сборной емкостью, согласно изобретению снабжена газожидкостным экстрактором, установленным непосредственно перед обжарочным аппаратом, источником жидкой двуокиси углерода, соединенным с входом жидкой фазы газожидкостного экстрактора, соединенными с газожидкостным экстрактором по жидкой фазе в рециркуляционный контур испарителем и конденсатором, при этом выход жидкой фазы испарителя соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования.

Это позволяет сократить потери биологически активных и вкусоароматических веществ и повысить степень очистки пищевых волокон.

В предпочтительном варианте линия снабжена нагревателем и дополнительным конденсатором, соединенными между собой через обжарочный аппарат и включенными в рециркуляционный контур последовательно между испарителем и конденсатором, при этом выход жидкой фазы дополнительного конденсатора соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования.

Это позволяет дополнительно сократить потери вкусоароматических веществ.

В другом предпочтительном варианте линия снабжена двумя дополнительными газожидкостными и одним водным экстракторами, установленными последовательно на выходе твердой фазы водного экстрактора перед сушильной установкой, источником жидкого аммиака, соединенным с первым дополнительным газожидкостным экстрактором, дополнительными испарителем и конденсатором, соединенными по жидкой фазе в рециркуляционный контур с первым дополнительным газожидкостным экстрактором, при этом выход жидкой фазы испарителя рециркуляционного контура первого дополнительного газожидкостного экстрактора соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования, второй дополнительный газожидкостной экстрактор соединен по жидкой фазе параллельно газожидкостному экстрактору, а дополнительный водный экстрактор соединен по жидкой фазе параллельно водному экстрактору.

Это позволяет дополнительно сократить потери биологически активных и вкусоароматических веществ, повысить степень чистоты и сорбционную способность пищевых волокон.

На фиг.1 изображена схема линии для реализации способа; на фиг.2 то же, с дополнительными экстракторами.

Линия переработки цикория содержит последовательно размещенные участок 1 очистки и подачи, газожидкостной экстрактор 2, обжарочный аппарат 3, водный экстрактор 4, соединенный выходом жидкой фазы с выпарной установкой 5, установкой 6 агломерирования и сборной емкостью 7 и выходом твердой фазы, желательно через дополнительные газожидкостные экстракторы 8 и 9 и дополнительный водный экстрактор 10 (фиг.2), с сушильной установкой 11 и сборной емкостью 12. Линия также содержит источник 13 воды, соединенный с экстракторами 4 и 10, источник 14 жидкой двуокиси углерода, соединенный с экстракторами 2 и 9, источник 15 жидкого аммиака, соединенный с экстрактором 8, соединенные в рециркуляционный контур по двуокиси углерода испаритель 16, нагреватель 17, обжарочный аппарат 3 и конденсаторы 18 и 19, соединенные в рециркуляционный контур по аммиаку испаритель 20 и конденсатор 21. Выходы жидкой фазы испарителей 16 и 20 и конденсатора 18 соединены с входом жидкой фазы установки 6 агломерирования, а выход жидкой фазы экстрактора 10 соединен с входом выпарной установки 5.

Способ реализуется следующим образом.

Цикорий подготавливают на участке 1 очистки и подачи и загружают в газожидкостной экстрактор 2. Из источника 14 туда же подают жидкую двуокись углерода. В процессе экстракции из цикория удаляются жирорастворимые вкусоароматические и биологически активные вещества, в том числе витамин А, переходящие в жидкую фазу. Фазы разделяют после окончания экстракции, отделяя мисцеллу в испаритель 16, а твердую фазу подают на обжарку в аппарат 3. Обжарку ведут в потоке сверхкритической двуокиси углерода, которая эктрагирует из цикория наиболее легколетучие ароматические вещества. Обжаренный цикорий подают одновременно с водой из источника 13 в экстрактор 4, в котором извлекают из цикория основную массу вкусоароматических, биологически активных и питательных веществ. После разделения фаз жидкая фаза поступает на упаривание в выпарную установку 5, а затем на сушку до порошкообразного состояния в установку 6 агломерирования и сборную емкость 7, а твердая фаза через газожидкостные экстракторы 8 и 9 и водный экстрактор 10 или непосредственно поступает в сушильную установку 11 и в сборную емкость 12.

При обработке в газожидкостном экстракторе 8 жидким аммиаком из источника 15 происходит экстракция из твердой фазы спирторастворимых веществ, а также перевод в растворимое состояние арабинанов и галактанов, блокирующих концевые группы протопектиновых веществ пищевых волокон, и реакция замещения в протопектиновых веществах с образованием протопектатов аммония. При разделении фаз аммиачная мисцелла поступает в испаритель 20, а твердая фаза поступает в газожидкостной экстрактор 9. Одновременно в газожидкостной экстрактор 9 подают жидкую двуокись углерода из источника 14. Происходят экстракция образовавшихся жирорастворимых вкусоароматических веществ и реакция замещения с образованием активной формы протопектиновых кислот в пищевых волокнах и аммонийных солей угольной кислоты, представленных карбаматом, полукарбонатом, карбонатом и бикарбонатом аммония. После разделения фаз в газожидкостном экстракторе 9 углекислотная мисцелла поступает в испаритель 16, а твердая фаза в водный экстрактор 10 одновременно с водой из источника 13. В экстракторе 10 происходит выделение из пищевых волокон остатков водорастворимых соединений, в том числе углеводов, и аммонийных солей угольной кислоты. После разделения фаз в экстракторе 10 жидкая фаза поступает в выпарную установку 5 для совместного упаривания с жидкой фазой из экстрактора 4, а твердая фаза поступает на сушку в установку 11.

После каждой стадии экстракции падает диффузионное сопротивление обрабатываемого сырья вследствие удаления из него, по меньшей мере, части нерастворимых в последующем экстрагенте веществ. Кроме того, каждая обработка в сжиженном газе, аммиаке или двуокиси углерода с последующим выносом сырья в зону атмосферного давления и нормальных температурных условий приводит к вскипанию остаточных количеств впитанного сырьем сжиженного газа и нарушению межклеточных связей и целостности клеточных оболочек цикория. Это кроме снижения диффузионного сопротивления приводит к резкому увеличению поверхности контакта фаз. В результате каждая экстракция, начиная с второй, позволяет извлечь за меньшее время повышенное количество экстрактивных веществ, что обогащает состав и увеличивает выход заменителя кофе и повышает степень очистки пищевых волокон.

Выделенные в экстракторах 4 и 9 углекислотные мисцеллы разделяются в испарителе 16 на газовую фазу двуокиси углерода и жидкую фазу экстрактивных веществ, которая поступает в установку 6 агломерирования. Газовая фаза возможно через нагреватель 17 для увеличения температуры и давления выше критических, обжарочный аппарат 3 для удаления легколетучих вкусоароматических веществ из обжариваемого цикория и конденсатор 18 для перевода вкусоароматических веществ цикория в жидкую фазу, их отделения от двуокиси углерода и подачи в установку 6 агломерирования или непосредственно поступает в конденсатор 19, в котором ожижается и возвращается на рециркуляцию в экстракторы 2 и 9.

Аммиачная мисцелла в испарителе 20 разделяется на газовую фазу аммиака и жидкую фазу экстрактивных веществ, отводимых в установку 6 агломерирования. Газовая фаза аммиака поступает в конденсатор 21, ожижается и возвращается на рециркуляцию в экстрактор 8.

Упаривание жидкой фазы из экстракторов 4 и 10 в выпарной установке 5 и сушку пищевых волокон в сушильной установке 11 осуществляют при температуре не ниже 60^оС для обеспечения термодеструкции аммонийных солей угольной кислоты, наиболее термостойкая из которых бикарбонат аммония полностью разлагается с образованием газовой фазы аммиака и двуокиси углерода при 60^оС. Это полностью исключает загрязнение заменителя кофе и пищевых волокон солями, не содержавшимися первоначально в цикории.

Отделение ароматообразующих и вкусовых легколетучих веществ при обжарке цикория в аппарате 3 сверхкритической двуокисью углерода и их введение в состав заменителя кофе на стадии агломерирования обеспечивает сокращение их потерь и улучшение органолептических свойств заменителя, поскольку это исключает их переход в газовую фазу и потерю с парами воды на стадии упаривания в выпарной установке 6.

П р и м е р 1. Цикорий после подготовки и отделения примесей экстрагируют жидкой двуокисью углерода при температуре 22^оС и давлении 6,8 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, твердую фазу обжаривают, экстрагируют водой при температуре 65^оС, разделяют фазы, твердую фазу сушат с получением пищевых волокон, а жидкую фазу упаривают и агломерируют совместно с углекислотным экстрактом с получением порошкообразного заменителя кофе.

Полученные пищевые волокна по сравнению с контрольным образцом, полученным по способу-прототипу, имеют содержание усваиваемых веществ на 25% ниже и сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 8% выше, по фенолу на 185% выше. Полученный заменитель кофе по сравнению с контрольным образцом, полученным по способу-прототипу, имеет содержание витамина А в 4,5 раза выше, содержание ароматообразующих и горьких вкусовых веществ, близкое к контрольному образцу с отклонением в пределах погрешности измерения, содержание моносахаридов на 3% выше.

П р и м е р 2. Цикорий после подготовки и отделения примесей экстрагируют жидкой двуокисью углерода при температуре 18^оС и давлении 6,2 МПа, отделяют мисцеллу, выделяют из нее экстракт, твердую фазу обжаривают в потоке двуокиси углерода при температуре 105^оС и давлении 15 МПа, отделяя из потока экстракт, а затем экстрагируют водой при температуре 75^оС и разделяют фазы. Твердую фазу после водной экстракции сушат с получением пищевых волокон, а жидкую фазу упаривают и агломерируют совместно с углекислотными экстрактами с получением порошкообразного заменителя кофе.

Полученные пищевые волокна по сравнению с контрольным образцом имеют содержание усваиваемых веществ на 24,8% ниже и сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 8,5% выше, по фенолу на 208% выше. Полученный заменитель кофе по сравнению с контрольным образцом имеет содержание витамина А в 4,5 раза выше, содержание ароматообразующих веществ в 3,5 раза выше, содержание горьких вкусовых веществ, близкое к контрольному образцу с отклонением в пределах погрешности измерения, содержание моносахаридов на 3,1% выше.

П р и м е р 3. Цикорий после подготовки и отделения примесей экстрагируют двуокисью углерода при температуре 30^оС и давлении 7,1 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, твердую фазу обжаривают в потоке двуокиси углерода при температуре 104^оС и давлении 17,5 МПа, отделяя из потока экстракт, а затем экстрагируют водой при температуре 78^оС и разделяют фазы. Твердую фазу экстрагируют аммиаком при температуре 28^оС и давлении 8 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, экстрагируют двуокисью углерода при температуре 30^оС и давлении 7,1 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, экстрагируют водой при температуре 30^оС и разделяют фазы. Твердую фазу сушат при температуре 92^оС с получением пищевых волокон. Жидкую фазу с обеих стадий водной экстракции упаривают под вакуумом при температуре 62^оС, а затем агломерируют совместно с углекислотными экстрактами всех трех стадий экстракции и аммиачным экстрактом с получением порошкообразного заменителя кофе.

Полученные пищевые волокна по сравнению с контрольным образцом имеют содержание усваиваемых веществ, сниженное в 488 раз, и сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 164% выше, по фенолу на 493% выше. Полученный заменитель кофе по сравнению с контрольным образцом имеет содержание витамина А в 4,7 раза выше, содержание ароматообразующих веществ в 3,7 раза выше, содержание горьких вкусовых веществ на 16,3% выше, содержание моносахаридов на 17% выше.

П р и м е р 4. Цикорий после подготовки и отделения примесей экстрагируют двуокисью углерода при температуре 25^оС и давлении 6,7 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, твердую фазу обжаривают, а затем экстрагируют водой при температуре 80^оС и разделяют фазы. Твердую фазу экстрагируют аммиаком при температуре 20^оС и давлении 9,1 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, экстрагируют двуокисью углерода при температуре 25^оС и давлении 6,7 МПа, отделяют мисцеллу и выделяют из нее экстракт, экстрагируют водой при температуре 28^оС и разделяют фазы. Твердую фазу сушат при температуре 60^оС под вакуумом с получением пищевых волокон. Жидкую фазу с обеих стадий водной экстракции упаривают под вакуумом при температуре 60^оС, а затем агломерируют совместно с обоими углекислотными экстрактами и аммиачным экстрактом с получением порошкообразного заменителя кофе.

Полученные пищевые волокна по сравнению с контрольным образцом имеют содержание усваиваемых веществ, сниженное в 487 раз, и сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 165% выше, по фенолу на 488% выше. Полученный заменитель кофе по сравнению с контрольным образцом имеет содержание витамина А в 4,7 раза выше, содержание ароматообразующих веществ на 7,5% выше, содержание горьких вкусовых веществ на 16,5% выше и содержание моносахаридов на 17,2% выше.

Таким образом, предлагаемые способ и линия позволяют повысить пищевую и биологическую ценность заменителя кофе, улучшить его органолептические свойства, повысить степень очистки и сорбционную способность пищевых волокон, получаемых в качестве побочного продукта.

Формула изобретения

1. Способ переработки цикория, включающий подготовку, обжаривание, водную экстракцию, разделение фаз, сушку твердой фазы и концентрирование и агломерирование жидкой фазы, отличающийся тем, что непосредственно перед обжариванием цикорий экстрагируют жидкой двуокисью углерода, отделяют мисцеллу, выделяют из нее экстракт и смешивают его с жидкой фазой на стадии агломерирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжаривание осуществляют в потоке двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии, из которого выделяют дополнительный экстракт и смешивают его с жидкой фазой на стадии агломерирования.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что твердую фазу экстрагируют последовательно жидким аммиаком, жидкой двуокисью углерода и водой с разделением фаз и выделением экстрактов, после чего водный экстракт смешивают с жидкой фазой на стадии концентрирования, а углекислотный и аммиачный экстракты смешивают с жидкой фазой на стадии агломерирования, при этом концентрирование смеси и сушку твердой фазы осуществляют при температуре не ниже 60^oС.

4. Линия переработки цикория, включающая последовательно расположенные участок очистки и подачи, обжарочный аппарат, водный экстрактор, соединенный выходом жидкой фазы с выпарной установкой, установкой агломерирования и сборной емкостью и выходом твердой фазы с сушильной установкой и сборной емкостью, отличающаяся тем, что она снабжена газожидкостным экстрактором, установленным непосредственно перед обжарочным аппаратом, источником жидкой двуокиси углерода, соединенным с входом жидкой фазы газожидкостного экстрактора, соединенными с газожидкостным экстрактором по жидкой фазе в рециркуляционный контур испарителем и конденсатором, при этом выход жидкой фазы испарителя соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования.

5. Линия по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена нагревателем и дополнительным конденсатором, соединенными между собой через обжарочный аппарат и включенными в рециркуляционный контур последовательно между испарителем и конденсатором, при этом выход жидкой фазы дополнительного конденсатора соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования.

6. Линия по п.4 или 5, отличающаяся тем, что она снабжена двумя дополнительными газожидкостными и одним водным экстракторами, установленными последовательно на выходе твердой фазы водного экстрактора перед сушильной установкой, источником жидкого аммиака, соединенным с первым дополнительным газожидкостным экстрактором, дополнительными испарителем и конденсатором, соединенными по жидкой фазе в рециркуляционный контур с первым дополнительным экстрактором, при этом выход жидкой фазы испарителя рециркуляционного контура первого дополнительного газожидкостного экстрактора соединен с входом жидкой фазы установки агломерирования, второй дополнительный газожидкостный экстрактор соединен по жидкой фазе параллельно газожидкостному экстрактору, а дополнительный водный экстрактор соединен по жидкой фазе параллельно водному экстрактору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2