Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ

Настоящее изобретение относится к технологии переработки плодово-ягодного сырья и может быть использовано в пищевой, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен способ получения сока из замороженных плодов и ягод [1]. Замороженные плоды или ягоды подвергают дроблению на дробилке с рифлеными вальцами. Измельченную массу помещают в полиэтиленовые мешки и дефростируют путем кратковременного погружения мешков в горячую воду. Дефростированное сырье передают на получение сока прессованием или диффузионным способом. Сок из дефростированных ягод рекомендуется извлекать диффузионным способом в диффузорах. Для диффузии используют воду, в которой производили дефростацию ягод. Диффузию осуществляют в батарее, содержащей 5…10 диффузоров. Взамен диффузионных батарей могут быть использованы непрерывно действующие экстракторы шнекового или секционного типов.

Однако описанный в [1] технологический процесс отличается длительностью, наличием нескольких последовательных операций, для проведения которых требуется различное оборудование, потребляющее энергию с невысоким КПД. Кроме того, при размораживании, измельчении и прессовании имеют место потери сока, что отрицательно сказывается на качестве продукта.

Размораживание и измельчение плодово-ягодного сырья на отдельных операциях сопровождается потерями сока [2]. В частности, в [3] отмечено, что потери и отходы сока, в производстве по способу [1] составляют: для клюквы - 7%, для черноплодной рябины - 8,6%. Отходы и потери при производстве сока клюквы из замороженного сырья составляют 12,5% [3].

Наиболее близким по техническому решению является экстрагирование замороженного плодово-ягодного сырья в экстракторе с вибрационной тарелкой [4]. Замороженное плодово-ягодное сырье загружается в цилиндрический экстрактор, куда в заданном соотношении заливается экстрагент (вода). В полученную систему вводится вибрационная тарелка, которая совершает в вертикальной плоскости возвратно-поступательные движения с определенной амплитудой и частотой. При этом операции размораживания, измельчения и экстрагирования проводят в одном аппарате. В результате создания в аппарате режима, близкого к идеальному смешению, и дополнительного диспергирования (дробления) твердой фазы увеличивается поверхность контакта фаз, которая интенсивно обновляется, экстрагент интенсивно проникает в поры сырья. Вибрационная тарелка имеет отверстия диаметром 3…5 мм и совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с частотой 500…600 мин^-1 и амплитудой 14…16 мм.

Описанный в [4] способ недостаточно эффективен, отличается длительностью, не позволяет получать экстракты с более высоким содержанием сухих веществ.

Задачей предлагаемого технического решения является интенсификация процесса и сокращение времени переработки сырья, повышение степени извлечения экстрактивных веществ.

Решение задачи достигается за счет того, что замороженные плоды или ягоды до температуры -18°C помещаются в вибрационный экстрактор, куда заливается вода температурой 18°C, в весовом соотношении фаз - ягод (Т) и экстрагента - воды (Ж) (Т/Ж)=(1/2,5). Далее с помощью вибрационной тарелки, имеющей отбортовку высотой 14 мм направленную вниз, перфорированной отверстиями диаметром 2,5 мм с долей свободного сечения 16,5%, создается поле низкочастотных механических колебаний. После 2-3 мин проведения процесса (первая стадия) подается теплоноситель (вода с температурой 55°C) в рубашку аппарата (ширина рубашки 20 мм, по всей высоте аппарата), происходит нагрев системы до температуры 50°C (вторая стадия). В результате сокращается время процесса и энергозатраты, повышается концентрация сухих веществ в экстракте.

Положительный эффект от проведения первой стадии процесса при температурах 2-5°C заключается в интенсификации процессов разрушения плодов и ягод. Подача теплоносителя на 2-3 минутах проведения процесса позволяет достичь полного разрушения сырья, так как температура процесса на первой стадии не превышает 5°C, что не позволяет плодам и ягоде стать мягкими и препятствовать разрушению. Повышение температуры на второй стадии приводит к увеличению коэффициента диффузии, а извлечение биологических комплексов из растительного сырья проходит за более короткий период. Повышение температуры процесса на второй стадии приводит к уменьшению эффекта переизмельчения плодов и ягод, что облегчает последующее фильтрование. Экономические затраты, связанные с дополнительным нагревом, компенсируются тем, что для дальнейшей переработки (концентрирования) полученный экстракт необходимо было нагревать, при данном способе он уже нагрет до температуры 50°C, содержание извлекаемых веществ увеличилась. Повышение температуры экстракта облегчит фильтрование, уменьшив его вязкость. Применение тарелки с перфорацией отверстиями диаметром 2,5 мм позволяет интенсивно проводить процесс разрушения ягод на первой стадии и обеспечивает интенсивно обновляющуюся поверхность контакта фаз при второй стадии. Приблизив гидродинамический режим в данном аппарате к идеальному смешению.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение времени процесса до 8-12 мин вместо 12,5-15 мин по способу [4] и увеличению концентрации экстракта.

Способ осуществляется следующим образом. Свежее плодово-ягодное сырье помещается в морозильную камеру, где его замораживают при температуре -18°C, после полной заморозки взвешивают необходимую порцию сырья и помещают в рабочую камеру экстрактора (диаметром 0,146 м), куда вводят перфорированную вибрационную тарелку толщиной 3 мм, диаметром 0,97×D_a (где D_a - диаметр экстрактора) с отверстиями диаметром 2,5 мм и долей свободного сечения 16,5%. Тарелка имеет отбортовку, направленную вниз, и устанавливается на расстоянии h₂=45 мм от дна экстрактора. Далее в экстрактор заливается вода температурой 18°C, весовое соотношение фаз (Т/Ж)=(1/2,5). Где Т - вес замороженных ягод или плодов, Ж - вес заливаемого экстрагента - воды. Вибрационная тарелка приводится в возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости с частотой 11,7 Гц и амплитудой А=14 мм. На 2-3 минуте от начала процесса подается теплоноситель в рубашку аппарата - вода температурой 55°C. Процесс при данных параметрах продолжается до установления постоянной концентрации сухих веществ в экстракте. Далее аппарат опорожняют и проводят разделение твердой и жидкой фаз. Содержание сухих веществ в полученном экстракте превышает содержание сухих веществ, полученных из такого же сырья методом традиционного настаивания в водно-спиртовом растворе в течение 65…72 часов - для клюквы на 0,6 мас.%.

Пример 1.

Свежая ягода клюквы помещается в морозильную камеру, где замораживается при температуре -18°C. После полной заморозки навешивается 375 граммов ягоды клювы, 938 граммов воды с температурой 18°C. В этом случае соотношение фаз равно (1/2,5).

Взвешенная ягода загружается в рабочую камеру экстрактора диаметром 0,146 м. Затем устанавливается перфорированная отверстиями диаметром 2,5 мм тарелка толщиной 3 мм и диаметром 0,97 D_a с долей свободного сечения 16,5%, имеющая отбортовку высотой 14 мм, направленную вниз. Расстояние от тарелки до дна аппарата равно 45 мм. Заливается вода в количестве 0,938 кг. После этого включается электродвигатель и перфорированная тарелка начинает совершать возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с частотой 11,7 Гц и амплитудой А=14 мм. После 2 мин. проведения процесса в рубашку подается теплоноситель - вода температурой 55°C. Расход воды 4 л/мин.

Насыщение воды сухими веществами измерялось рефрактометрическим методом [5], путем взятия проб и измерения коэффициента преломления при температуре проб - 20°C. Содержание сухих веществ изменялось следующим образом:

Конечное содержание сухих веществ составило С_с=3,2 мас.%, вместо 2,6 мас.% [4].

После завершения работы экстрактора снимается перфорированная тарелка и аппарат опорожняется. Затем производится разделение суспензии на вакуум-фильтровальной установке.

Пример 2.

Свежие плоды черноплодной рябины помещаются в морозильную камеру, где они замораживаются при температуре -18°C. После полной заморозки навешивается 375 граммов плодов черноплодной рябины, 938 граммов воды температурой 18°C. В этом случае соотношение фаз равно (1/2,5).

Взвешенные плоды загружаются в рабочую камеру экстрактора диаметром 0,146 м. Затем устанавливается перфорированная отверстиями диаметром 2,5 мм тарелка толщиной 3 мм и диаметром 0,97×D_a с долей свободного сечения 16,5%, имеющая отбортовку высотой 14 мм, направленную вниз. Расстояние от тарелки до дна аппарата равно 45 мм. Заливается вода при температуре 18°C в количестве 0,938 кг. После этого включается электродвигатель и перфорированная тарелка начинает совершать возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с частотой 11,7 Гц и амплитудой А=14 мм. После 2,5 мин проведения процесса в тепловую рубашку подается теплоноситель - вода температурой 55°C. Расход воды 4 л/мин.

Содержание сухих веществ изменялось следующим образом:

Конечное содержание сухих веществ составило С_c=6,2 мас.%, вместо 5,1 мас.% [2].

Литература

1. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Том II: Консервы фруктовые, часть 2. М.: Петит, 1992. - С.178…180.

2. Илюхин В.В. Физико-технические основы криоразделения пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 207 с.

3. Домарецкий В.А. Производство концентратов, экстракторов и безалкогольных напитков. Справочник. Киев: Урожай, 1990. - 190 с.

4. Патент РФ 2341979, МПК⁷ A23L 1/212. Способ получения экстрактов / Сорокопуд А.Ф., Суменков М.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -№2007116408/13; заявл. 02.05.2007; опубл. 27.12.2008, Бюл. №36.

5. Великая Е.И., Суходол В.Ф. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильных производств (общие методы контроля). - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 312 с.