Способ получения концентрата для напитков

 

Изобретение относится к области пищевой промышленности, а именно к способам получения безалкогольных напитков из экстрактов и концентратов растительного сырья. Способ получения концентрата для напитков из экстрактов растительного сырья заключается в том, что проводят экстракцию в пульсирующем режиме при частоте пульсации 0,1-0,5 Гц и кратности обработки 5-8. Причем проведение процесса концентрации осуществляют в две стадии, на первой из которых экстракт концентрируют до содержания в нем экстрагируемого вещества от 5 до 15 мас.% (оптимально 7%), после чего полученную жидкость фильтруют, а затем на второй стадии подвергают дальнейшему концентрированию до содержания сухих веществ в растворе не менее 70%. Кроме того, концентрирование может быть осуществлено в пульсационно-выпарном аппарате при частоте пульсации 0,08-8 Гц. Данное изобретение позволяет сократить время процесса примерно в 2,5 раза, повысить степень извлечения БАВ, а также исключить выпадение осадка при хранении концентрата и конечного продукта, получаемого после розлива. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области пищевой промышленности, а именно к способам получения безалкогольных напитков из экстрактов и концентратов растительного сырья.

Известны многочисленные способы получения экстрактов из растительного сырья для использования в безалкогольных напитках путем его обработки растворителями в заданных режимах фильтрации (авт. св. РФ 552094, 1977; авт. св. РФ 538724, 1976; пат. США 3150076, 1954; пат. РФ 2135254, 1999 - все кл. В 01 D 11/02).

Недостатком большинства способов является длительность процесса экстракции и недостаточное извлечение из сырья биологически активных веществ (БАВ).

Кроме того, при экстрагировании растительного сырья получают разбавленные растворы, что вызывает определенные проблемы при получении на их основе целевого продукта (напитка или лекарственного средства), которые часто состоят из смеси ряда ингредиентов в концентрациях существенно выше, чем в получаемом экстракте. В результате встает вопрос о концентрировании экстракта, заключающегося в удалении растворителя путем помещения его в соответствующие дегидратирующие условия (вакуум, воздействие температуры, введение водоотнимающих сорбентов и т.п.).

В частности, известен способ получения концентрата экстракта для безалкогольных напитков, предусматривающий измельчение растительного сырья (зизифоры, райхона, душицы, мяты перечной и т.п.), разделение его на две части, экстрагирование первой части с последующим отделением экстракта от шрота и обработку второй части совместно со шротом с отделением эфирных масел и других БАВ гидродистилляцией (авт. св. СССР 1755779, 1992, кл. A 23 L 2/00).

Недостатком данного способа является потеря части БАВ в ходе термической переработки сырья, длительность процесса экстракции (около 16 ч), выпадение осадка, содержащего биологически активные вещества (БАВ) при разбавлении концентрата жидкостью до рецептуры напитка.

Прототипом заявляемого изобретения является способ производства напитков (пат. РФ 2117437, 1998, кл. A 23 L 2/00), в котором предлагается проводить экстракцию водо-спиртовым раствором, содержащим ферментные препараты, консервант (карамельную патоку) и ряд других ингредиентов. На базе экстрактов осуществляется получение концентрированных основ напитков, которые затем смешивают с водой в процессе розлива безалкогольной продукции.

Недостатком данного способа также является длительность экстракции (2-4 суток), введение ферментов и консерванта, что ограничивает спектр напитков, для которых данный способ доступен, выпадение осадка, содержащего биологически активные вещества (БАВ) в бутылях после разбавления концентрата водой.

Задачей, решаемой авторами, являлась разработка способа получения напитков на базе таких концентратов, при разбавлении которых водой не происходило бы выпадения БАВ, а также разработка технологии получения напитков с более полным использованием содержащихся в растительном сырье БАВ и в более короткие сроки.

Для решения данной задачи было высказано предположение, что причиной выпадения осадка при разбавлении является образование в ходе концентрирования комплекса, состоящего из гидратированных полярных высокомолекулярных молекул БАВ, сорбированных или связанных иным образом с мелкодисперсными частицами клетчаткой, в результате чего образуется пространственная сетчатая структура, удерживаемая в жидкой фазе вовлеченной в комплекс гидратированной водой. Указанная структура может существовать при неизменных условиях достаточно длительное время, однако при изменении электропроводности раствора или при его охлаждении происходит выпадение осадка, на поверхности которого выводится из раствора большое количество БАВ.

Для решения указанной проблемы, по мнению авторов, было необходимо создать условия, при которых данная структура либо не возникает вообще, либо не оказывает большого вклада в структуру жидкой фазы, например, убрав из жидкости "зародыши" ее возникновения.

Для решения поставленной задачи и улучшения технико-экономических показателей процесса было предложено внести изменения в режим экстракции БАВ и в режим концентрирования экстрактов.

Сущность предложенных изменений заключается в проведении процесса экстракции водно-спиртовым раствором под действием пульсации растворителя с частотой 0,1-0,5 Гц и кратностью обработки 5-8 (отношение сырье - растворитель) и проведении процесса концентрации в две стадии, на первой из которых экстракт концентрируется до содержания в нем экстрагируемого вещества от 5 до 15 мас.%, после чего полученную жидкость фильтруют, а затем подвергают дальнейшему концентрированию до заданных параметров.

Особенностью предлагаемых изменений в стадии экстракции является создание оптимальной гидродинамики процесса экстракции, при котором в раствор переходят, в основном, растворимые БАВ при максимальном сохранении клеточных стенок, что ведет к сокращению времени экстракции с нескольких суток до нескольких часов, повышению степени экстракции и сокращению как количества микрочастиц клетчатки и иных плохорастворимых веществ, поступающих в раствор, так и сорбции БАВ на их поверхности.

Проведение процесса при меньшей частоте и кратности снижает полноту экстракции БАВ, более высокая частота пульсации приводит к переходу в раствор дополнительного количества плохорастворимых веществ, большая кратность ведет к дополнительным энергетическим затратам на стадии концентрирования.

Полученные экстракты поступают на стадию концентрирования до содержания сухих веществ в растворе 5-15 мас.%. При этом основная часть комплексных структур, находящихся в растворе, либо разрушается, выделяя из своего состава плохорастворимые элементы, либо агломерируется между собой, что ведет к снижению их растворимости и позволяет выделить их из раствора фильтрованием. (Вместо фильтрования возможно применение иных традиционных методов отделения взвеси (центрифугирования, отстаивания и т.п.)).

(Известная технология экстракции в пульсирующем режиме по пат. РФ 2135254, 1999, кл. В 01 D 11/00, в которой предлагается проводить экстракцию под воздействием пульсирующих напряжений сдвига с частотой 2-9 кГц и кратностью 8-15, позволяя сократить время экстракции за счет разрушения клеток растительного сырья, ведет к переводу в жидкую фазу большого количества плохорастворимых компонентов клеток и не позволяет решить задачу предотвращения выпадения осадка при хранении. Кроме того, данная технология, разработанная для выделения БАВ из плотного материала (игл, древесины), не применима к работе с травами и листьями, т.к. в результате приводит к образованию плотного шрота, что в результате снижает выход БАВ.) Выбор конкретных параметров завершения первой стадии концентрирования зависит от особенностей экстракта и определяется экспериментально. Как правило, при концентрировании на первой стадии менее 5% эффект практически отсутствует. При концентрировании до 15% при исключении осадка в готовом продукте потери на стадии фильтрации составляют около 3-5%, при концентрировании до 15-30% потери составляют до 15%, при концентрировании до 30-70% потери при фильтровании или за счет выпадения осадка составляют до 40%.

Оптимальным является проведение стадии концентрирования в пульсационном выпарном аппарате при частоте пульсаций 0,08-8 Гц при температуре 50-60^oС. Полученный фильтрат с добавлением колера, лимонной кислоты и т.д. подвергают дальнейшему концентрированию в том же режиме, до достижения регламентного содержания сухих веществ в растворе (как правило, не менее 70%). Т.к. в концентрированной жидкости отсутствуют центры осадкообразования и практически отсутствуют плохорастворимые ингредиенты, то выпадение осадка при хранении концентрата или в готовой продукции после розлива не происходит.

Практическая применимость заявляемого изобретения иллюстрируется на примере получения напитка "Байкал".

Для производства напитка "Байкал" используют концентраты смеси экстрактов травы зверобоя, элеутерококка, корня солодки, эвкалипта и лаврового листа, сосновых почек. Для получения экстракта элеутерококка, корня солодки, травы зверобоя их заливают водно-спиртовым раствором с концентрацией 18-22% в соотношении 1:5, помещают в экстрактор и подвергают пульсации с частотой 0,5 Гц и амплитудой колебания жидкости 200 мм в течение 1,5 ч. Выход экстрактивного вещества составляет 20%. Полученный экстракт с содержанием сухих экстрактивных веществ 2-5% тщательно перемешивали и подвергали отгонке растворителя при частоте пульсации 0,2 Гц с амплитудой пульсации 400 мм до содержания сухих веществ 7%. Затем полученный продукт фильтруют, после чего концентрируют его с добавлением колера, лимонной кислоты и т.д. при частоте пульсации 0,08 Гц до концентрации сухих веществ 70%.

Для получения напитка концентрат разливают в бутылки, доливают газированной водой и укупоривают. Полученный напиток при хранении в течение 3 мес оставался прозрачным, осадок отсутствовал.

Данная технологическая схема при использовании заявляемой технологии может быть существенно упрощена за счет проведения экстракции смеси элеутерококка, солодки и зверобоя 0-5% водно-спиртовым спиртом в пульсирующем режиме при частоте пульсации 0,1 Гц и амплитуде пульсации 200 мм. Выход экстрактивного вещества составлял 20,6%.

Приведенные результаты показали, что применение заявляемого способа на примере технологии получения напитка "Байкал" позволяет сократить длительность процесса в среднем в 2,5 раза, сократить потери БАВ, а также исключить выпадение осадка при хранении концентрата и целевого продукта, получаемого после розлива.

Формула изобретения

1. Способ получения концентрата для напитков из растительного сырья, включающий в себя водно-спиртовую экстракцию предварительно измельченного сырья, введение вспомогательных веществ, составление рецептурной смеси и ее концентрирование, отличающийся тем, что экстракцию проводят в пульсирующем режиме при частоте пульсации 0,1-0,5 Гц и кратности обработки 5-8, а проведение процесса концентрации осуществляют в две стадии, на первой из которых экстракт концентрируют до содержания в нем экстрагируемого вещества от 5 до 15 мас. %, после чего полученную жидкость фильтруют, а затем на второй стадии подвергают дальнейшему концентрированию до содержания сухих веществ не менее 70%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первой стадии концентрирование проводят до достижения концентрации сухих веществ 7%.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что концентрирование проводят в пульсационно-выпарном аппарате при частоте пульсации 0,08-8 Гц.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что экстрагируют элеутерококк, корень солодки и/или траву зверобоя при времени экстракции 1,5 ч.