Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ С ВКУСОМ УМАМИ ИЗ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ОБРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к имеющей вкус умами вкусоароматической композиции, полученной из воды после бланширования или варки растительного сырья. В частности, изобретение относится к вкусоароматическим композициям, полученным из побочных водных потоков от обработки растительного сырья с помощью мембранной фильтрации или других технологий концентрирования.

Уровень техники

Округленный вкус умами пикантных соленых продуктов, выпускаемых пищевой промышленностью, зачастую обеспечивается комбинациями мононатрий глутамата (MSG), инозинмонофосфата (IMP) и гуанозинмонофосфата (GMP) или дрожжевых экстрактов, либо натуральных ароматизаторов. Общей основой этих носителей умами очень часто является MSG, который может продуцироваться в процессе ферментации штаммами Corynebacterium glutamicum с последующей очисткой либо от природы содержится в некоторых видах сырья, таких как мясо, рыба, женское молоко, томаты и сыр пармезан. Восприятие потребителем добавляемого MSG в большинстве случаев является негативным в некоторых странах, особенно в Германии, Франции и США. Поэтому существует потребность в альтернативных решениях проблемы поставок на рынок носителей или усилителей вкуса умами.

Вкусовые соединения в овощах являются результатом взаимодействий между различными сенсорными факторами либо из соединений запасных углеводов (главным образом моно- и дисахаридов), текстуры растительного материала, обеспечиваемой структурными полимерами, либо из вторичных метаболитов. Вкусовые соединения в овощах зависят также от условий выращивания, хранения и способов приготовления и тепловой обработки, применяемых для овощей. Из вторичных метаболитов основными формирователями вкуса и аромата является терпеноиды, далее следуют глюкозинолаты, алкил- и алкенилцистеинсульфоксиды и фенольные соединения. Отдельные терпеноиды воспринимаются как имеющие широкий спектр вкусов и ароматов, которые, смешиваясь, формируют характеристики моркови. Ферментативное расщепление глюкозинолатов дает типичный вкус и аромат Brassicas. Метилцистеинсульфоксид также участвует в формировании вкуса Brassica, в то время как продукты его распада и распада других алкил- или алкенилцистеинсульфоксидов обусловливают жгучие и сернистые вкусоароматические характеристики лука. Фенольные соединения в большинстве случаев придают горький и вяжущий вкус и были обнаружены во всех группах овощей (Brückner В. and Wyllie G., 2008. Fruit and vegetable flavor. Recent advances and future prospects. Woohead Publishing, 2, 11).

В процессе бланширования или варки овощей вкусообразующие ингредиенты растворяются в воде. Эта вода обычно отбрасывается, что может стать причиной возникновения экологических проблем из-за высокой химической потребности в кислороде растворенных соединений.

Для экстрагирования и концентрирования вкусовых и ароматических молекул в пищевых матрицах использовалось множество способов. В кулинарии концентрирование осуществляется большей частью выпариванием. Мембранная технология является одной из первых технологий в этой области, успешно использующихся в промышленности (Sano, С. 2009, American Journal of Clinical Nutrition. 90:3, 728s-732s). Основным направлением применения обратного осмоса является концентрирование жидких пищевых продуктов в дополнение или взамен выпаривания. Нанофильтрация применяется для обессоливания и понижения кислотности (раскисления) с частичным концентрированием, в то время как ультрафильтрация используется для фракционирования, концентрирования и очистки пищевых потоков. Микрофильтрация применяется для осветления и удаления суспендированных веществ взамен центрифуг и фильтр-прессов, а также для пастеризации и стерилизации жидкостей взамен применения нагрева.

Известные способы концентрирования воды после бланширования грибов основаны на выпаривании под вакуумом или концентрированием в котлах с паровой рубашкой. Chiang et al. (1986, Journal of Food Science 51 (3), 608-613) проводили концентрирование бланшировочной воды до 13% сухих веществ ультрафильтрацией и обратным осмосом. Были изучены и выделены с выходом 84% нелетучие компоненты, такие как IMP и GMP. Эти рибонуклеотиды, как было показано, могут заменить или усилить MSG. Основными летучими соединениями, которые удалось извлечь, были 1-октен-3-ол, 3-октанол и 3-октанон. Качество аромата оценивалось группой экспертов по сенсорному анализу. Изменений качества концентрата, полученного из бланшировочной воды, не было обнаружено. Экстракция кусочков грибов при различных температурах и последующие ультрафильтрация и обратноосмотическая обработка экстракта позволили выделить ароматические соединения (Kerr, L.H. et al., 1985, Journal of Food Science 50, 1300-1305).

Томаты богаты природной глутаминовой кислотой. ЕР 2068650 раскрывает применение мембранных технологий для удаления ликопина и лимонной кислоты из томатного концентрата, которое приводит к получению прозрачного и не имеющего вкуса томатного концентрата.

Промышленность по переработке морепродуктов использует обработку мембранной фильтрацией с 1970-х годов для извлечения ценных пептидов или белков из воды от размораживания, промывки или термообработки (Cros et ah, 2005, Journal of Food Engineering, 69, 425-436). В этой публикации описано концентрирование воды после варки мидий с получением концентрата натурального аромата и чистого водного потока. Производство ароматических концентратов из отвара от варки морепродуктов может достигаться с помощью обратного осмоса, но высокое содержание соли делает необходимым включение стадии предварительного обессоливания. Возможно проведение обессоливания электродиализом, обеспечивающим снижение содержания соли на 85% без значительной потери аромата. Дальнейшее обессоливание приведет к изменению ароматического профиля, что зависит от материала мембран (Cros et al., 2005, Desalination, 180, 263-269). Воду после варки моллюсков (с спиральными раковинами), креветок и тунца, имеющая высокую грязевую нагрузку, следует подвергать обработке перед сбросом в окружающую среду. Комбинации ультрафильтрации с нанофильтрацией, а также ультрафильтрации и обратного осмоса проверялись на их способность к извлечению вкусоароматических веществ и очищению сточной воды (Vandanjon, L. et al., 2002, Desalination 144, 379-385). Отвары от тепловой обработки тунца несут высокую грязевую нагрузку, включающую высокую химическую потребность в кислороде, высокое содержание азота и большие количества сухих веществ. Высокая NaCl-нагрузка также является проблематичной (Walha, K. et ah, 2009, Process Safety and Environmental Protection, 87, 331-335). Отвары от тепловой обработки тунца содержат представляющие интерес рыбные ароматы. Высокосоленые отвары от тепловой обработки тунца можно концентрировать одно- или двухстадийной нанофильтрацией. Интенсивность аромата отваров можно снизить нанофильтрацией и модифицировать тем самым ароматические свойства (Walha, K. et al., 201 1, LWT - Food Science and Technology, 44, 153-157).

Основным недостатком описанных выше известных побочных водных потоков от обработки овощей для извлечения вкуса/аромата умами является то, что присутствующий в них MSG концентрируется в ходе дальнейшей обработки, что приводит к неприемлемо высокому уровню MSG во вкусоароматической композиции, полученной из них. Заявителю удалось теперь установить, что воду после бланширования или варки овощей, которая является побочным водным потоком в пищевой промышленности, особенно от обработки гороха или кукурузы, можно концентрировать мембранными способами и использовать в качестве натуральных вкусоароматических растворов. Другими словами, заявитель нашел способ получения вкусоароматических композиций с вкусом умами из овощных экстрактов и побочных водных потоков от обработки овощей, который не концентрирует присутствующий MSG природного происхождения. Изобретение основано на применении мембранной технологии и других техник концентрирования, таких как выпаривание и упаривание. До настоящего времени технология мембранной фильтрации использовалась только для обработки побочных потоков пищеперерабатывающей промышленности, для очистки и обессоливания сточных вод в промышленности по переработке морепродуктов, но не для получения композиции с вкусом/ароматом умами.

Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить композицию с вкусом умами, полученную из побочных водных потоков от обработки овощей, или по меньшей мере предложить полезную альтернативу существующим вкусоароматическим композициям.

Сущность изобретения

В первом аспекте изобретения предлагается способ получения вкусоароматической композиции, имеющей вкус умами и содержание MSG менее 1 масс. % (масс. % в пересчете на общее содержание сухих веществ), включающий стадии:

a) тепловой обработки растительного сырья в воде при заданной температуре с получением варочной воды, содержащей вкусо- и ароматообразующие соединения, экстрагированные из растительного сырья;

b) отделения растительного сырья от варочной воды и

c) концентрирования варочной воды с получением вкусоароматической композиции.

Растительное сырье может подвергаться тепловой обработке при любой подходящей температуре и в течение любого подходящего периода времени, но предпочтительно при температуре от 90°С до 100°С в течение от 2 до 15 минут. Растительное сырье может представлять собой целые овощи или куски овощей, либо любую их комбинацию. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения растительное сырье выбирается из группы, состоящей из гороха (Pisum sativum var.), кукурузы (Zea mays var.), красной (столовой) свеклы, белой (сахарной) свеклы, желтой (золотой) свеклы (Beta vulgaris var.), сладкого картофеля (Ipomoea batatas var.), моркови (Daucus carota ssp.), лука (Allium ssp.), турецкого огурца (келек) или мини-дыни (Cucumis melo) и их комбинации.

Предпочтительно варочная вода со стадии (а) охлаждается перед операцией фильтрации стадии (с). Одна или более операций мембранной фильтрации может включать ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию, фильтрацию в поперечном потоке (тангенциальную), обратный осмос или электроосмос.

Предпочтительно ультрафильтрация осуществляется с использованием мембраны с отсечением по размеру пор от 1 до 10 нм, предпочтительно - 5 нм. Предпочитается также, чтобы мембрана была керамической мембраной. Нанофильтрация предпочтительно осуществляется с помощью мембраны с отсечением по размеру пор от 0,1 до 1 нм. Предпочитается также, чтобы мембрана была полимерной мембраной.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения стадия (с) включает операцию ультрафильтрации с последующей обратноосмотической фильтрацией. Варочная вода предпочтительно подвергается ультрафильтрации с получением первого ретентата и первого пермеата, и первый пермеат подвергается обработке обратным осмосом с получением второго ретентата и второго пермеата. Первый ретентат, первый пермеат, второй ретентат и второй пермеат могут комбинироваться друг с другом.

Во втором аспекте изобретения предлагается вкусоароматическая композиция, полученная способом изобретения.

Предпочтительно вкусоароматическая композиция имеет содержание MSG менее 1 масс. % от массы концентрата.

Вкусоароматическая композиция может иметь любую подходящую форму, но предпочтительно она имеет форму таблетки или кубика, порошка, пасты, гранул или жидкости.

В следующем аспекте изобретение предлагает пищевой продукт, изготовленный из или содержащий вкусоароматическую композицию и выбранный из группы, включающей кулинарные продукты, такие как бульоны, соусы и сухие суповые концентраты; сухие пищевые продукты, такие как снэки, зерновые завтраки и сухое печенье; охлажденные и замороженные продукты, такие как готовые блюда, питательные продукты, ароматизаторы и ароматические ингредиенты, биологически активные добавки к пище, корма для домашних животных и напитки. Предпочтительно вкусоароматическая композиция составляет от 0,01 до 50 масс. %, более предпочтительно - от 0,5 до 15 масс. % от общей массы пищевого продукта.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является схемой, показывающей стадии фильтрации способа изобретения.

Раскрытие изобретения

Изобретение относится к способу приготовления имеющей вкус умами вкусоароматической композиции, который включает тепловую обработку растительного сырья в воде при температуре до 100°С, дающую варочную воду, содержащую вкусо- и ароматообразующие соединения, экстрагированные из растительного сырья; отделение растительного сырья от варочной воды и подвергание варочной воды одной или более операциям мембранной фильтрации с получением вкусоароматической композиции. Вкусоароматические композиции и пищевые продукты, полученные таким способом, также составляют часть изобретения.

Способ придает вкус умами кулинарным продуктам без необходимости добавления известного усилителя вкуса, такого как MSG, рибонуклеотиды (IMP, GMP) или дрожжевые экстракты. Заявителю удалось установить, что вода от приготовления консервированной кукурузы, вода после варки гороха и вода после варки свеклы (столовой (красной) или желтой (золотой)) и других овощей приобретает после концентрирования вкус, умами.

Во время стадии бланширования или варки способа по изобретению вкусообразующие ингредиенты растворяются в варочной воде. Эта вода обычно отбрасывается в большинстве случаев, что становится причиной возникновения экологических проблем вследствие ее высокой химической потребности в кислороде. Изобретение использует мембранные технологии (такие как метод обратного осмоса, электроосмос, фильтрация в поперечном потоке, нанофильтрация) и их комбинации, а также техники концентрирования, такие как выпаривание и упаривание, для концентрирования ценных вкусо- и ароматообразующих веществ, присутствующих в побочных водных потоках от варки или бланширования овощей. При необходимости после этого может проводиться стадия тепловой обработки.

В дополнение к положительному воздействию на окружающую среду, обусловленному получением чистой свежей воды из промышленных побочных потоков, которая вновь может использоваться на предприятии, концентрированные вещества составляют основу вкусоароматической композиции, которая придает вкус умами. Концентрат может действовать либо непосредственно как носитель умами, либо как вспомогательный "партнер" для усиления восприятия умами уже присутствующего природного MSG. Существенное преимущество еще и в том, что сильно выраженный вкус и аромат умами обеспечивается без добавления MSG или другого ароматического ингредиента либо вкусоусиливающего ингредиента. Такие ингредиенты могут негативно восприниматься потребителем. Поэтому их отсутствие позволяет проводить более одобряемое потребителем этикетирование продукта.

Главное полезное преимущество состоит в обеспечении вкуса умами без добавления усилителей вкуса. Горох, кукуруза, свекла и другие овощи содержат вкусоусиливающие вещества или их предшественники, которые отличаются от MSG и известных рибонуклеотидов. Таким образом, использование этих овощей для усиления ощущения умами является новым подходом. Группа экспертов, обученная восприятию вкуса умами, оценила суп, не содержащий усилителя вкуса, но приготовленный непосредственно на варочной воде, как имеющий выраженный вкус умами. Содержание природного MSG в отваре из банок с консервированной кукурузой составляет 0,04 г/100 мл, а в упаренной воде из банок с консервированным горошком - 0,02 г/100 мл. Это четко указывает на то, что ощущение умами создается не за счет природного MSG. Известно, что способ мембранной обработки для концентрирования отваров применяется в производстве морепродуктов, но, в первую очередь, для очистки сильно загрязненной сточной воды. Концентраты, полученные этим способом, могут использоваться в качестве вкусоароматического ингредиента для придания рыбной нотки продуктам.

Вода после бланширования овощей, например, гороха или кукурузы, является традиционным побочным потоком в овощеперерабатывающей промышленности. Процесс бланширования в типичных случаях осуществляется в течение от 2 до 10 мин при температуре от 90 до 100°C с целью инактивации ферментов при одновременном поддержании вкуса, цвета и текстуры овощей в процессе последующей обработки. Эта бланшировочная вода идеально подходит для использования на стадиях мембранного концентрирования по настоящему изобретению.

Общая схема способа показана на фиг. 1. Бланшировочная вода (А) сначала фильтруется через ультрафильтрационную мембрану (В). Затем пермеат I (D) фильтруется через обратноосмотическую мембрану (Е). Пермеат II (G) имеет качество свежей воды и может вновь использоваться в технологическом процессе предприятия. Ретентат II (F) содержит концентрированные вкусо- и ароматообразующие вещества и может использоваться с сушкой или без нее в продуктах, например, для усиления вкуса в остропряных продуктах. Ретентат I (С) также может фильтроваться через обратноосмотическую мембрану (Е). Ретентат I может смешиваться с ретентатом II.

Понятно, что растительное сырье может подвергаться тепловой обработке при любой подходящей температуре и в течение подходящего периода времени с получением бланшировочной или варочной воды для использования в способе изобретения.

Вполне возможно проводить экстракцию овощей как таковых или их частей с целью получения овощного экстракта. Этот экстракт может затем концентрироваться с помощью мембранных технологий, путем выпаривания, уваривания или комбинаций перечисленного.

Изобретение применимо к широкому ассортименту овощей, включая горох (Pisum sativum var.), кукурузу (Zea mays var.), красную (столовую) свеклу, белую (сахарную) свеклу, желтую (золотую) свеклу (Beta vulgaris var.), сладкий картофель (Ipomoea batatas var.), морковь (Daucus carota ssp.), лук (Allium ssp.).

Размер пор, соответствующий отсекающий способности мембран, может быть любым размером, подходящим для максимизации эффекта концентрирования желательных вкусоароматических ингредиентов в ретентатах. Предпочтительно ультрафильтрация проводится с использованием мембраны с отсечением по размеру пор от 1 до 10 нм, предпочтительно 5 нм. Нанофильтрация предпочтительно выполняется с помощью мембраны с отсечением по размеру пор от 0,1 до 1 нм.

Вкусоароматическая композиция по изобретению в типичных случаях содержит лишь небольшое количество MSG либо природного происхождения, либо содержащегося в обрабатываемом веществе растительного происхождения и обычно присутствует в низкой концентрации. Поскольку вкусоароматическая композиция по изобретению не употребляется в чистом виде, а добавляется, например, как ингредиент супа, конечная концентрация MSG составляет менее 0,5 г/л в готовом блюде. Порог вкусового ощущения MSG описан в литературе как составляющий от 0,255 до 0,5 г MSG/л (от 1,5 до 3 ммол/л) (Behrens, М., et al. (2011) Sweet and Umami Taste: Natural Products, Their Chemosensory Targets, and Beyond; Angew. Chem. Int. Ed., 50, 2220-2242).

Вкусоароматическая композиция может иметь твердую или жидкую форму, например форму таблетки или кубика, порошка, пасты, гранул или жидкости.

Пищевой продукт согласно изобретению, изготовленный из или содержащий вкусоароматическую композицию согласно изобретению, может выбираться из группы, включающей кулинарные продукты, такие как бульоны, соусы и сухие суповые концентраты; сухие пищевые продукты, такие как снэки, зерновые завтраки и сухое печенье; охлажденные и замороженные продукты, такие как готовые блюда, питательные продукты, ароматизаторы и ароматические ингредиенты; биологически активные добавки к пище; корма для домашних животных и напитки. Типичный пищевой продукт будет содержать вкусоароматическую композицию в количестве от 0,01 до 50 масс.% от общей массы пищевого продукта.

Специалистам в данной области техники понятно, что они могут свободно комбинировать все отличительные признаки настоящего изобретения, раскрытые здесь. В частности, отличительные признаки способа настоящего изобретения, описанные здесь, могут комбинироваться с продуктом согласно настоящему изобретению и наоборот. Далее, могут комбинироваться также отличительные признаки, описанные для различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Прочие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидны из примеров.

Примеры

Изобретение описывается далее со ссылкой на следующие примеры. Само собой разумеется, что изобретение, как оно заявлено, ни в коей мере не ограничивается этими примерами.

В следующих примерах общий способ приготовления натурального усилителя вкуса из побочных водных потоков от обработки овощей описывается более подробно. Пример 1 описывает общий способ получения продукта с использованием воды после бланширования гороха. Пример 2 описывает, как можно комбинировать отдельные мембранные фракции для достижения повышенного выхода. Пример 3 описывает использование бланшировочной воды от обработки других овощей.

Пример 1. Общий способ использования побочных водных потоков от обработки овощей для получения натуральных вкусо- и ароматообразующих веществ

Горох бланшировали при следующих условиях: 30 кг гороха на 70 л воды, 95°С, 15 мин, в паровом бланширователе тоннельного типа. Воду после бланширования гороха замораживали при -20°С до проведения мембранной фильтрации.

После размораживания бланшировочной воды проводили первую фильтрацию с использованием ультрафильтрационной установки при следующих условиях: 4 л бланшировочной воды добавляли в танк-приемник (А на фиг. 1) мембранной системы. Содержимое танка гомогенизировали в постоянном режиме путем перемешивания при умеренной скорости. Ультрафильтрацию (В) проводили с использованием трубчатой керамической мембраны (с отсечением по размеру пор 5 нм) с общей площадью рабочей поверхности 13 м². Отвар от гороха циркулировал тангенциально (по касательной) вдоль поверхности мембраны. Величина потока составляла 126 л/ч, температура регулировалась с помощью водяной бани на уровне 38°С, давление поддерживалось на уровне 0,8 бар. Объем пермеата I составил 3 л, объем ретентата I - 1 л. Пермеат I подвергали обратноосмотической обработке (Е) с использованием трубчатой полимерной мембраны (с отсечением по размеру пор 1 нм) с общей площадью поверхности 2 м². 2,3 л пермеата I (D) поступали в систему (танк) обратного осмоса и циркулировали до получения объема пермеата II, равного 2,3 л, и объема ретентата II, равного 0,3 л.

Оценка интенсивности умами каждой фракции проводилась группой обученных сенсорному анализу экспертов. Дегустация жидкостей проводилась после разбавления их водой до содержания сухих веществ исходной бланшировочной воды. Результаты показаны в табл. 1 и четко указывают на то, что ретентат II имел намного более интенсивный вкус умами, чем другие фракции. Концентрация MSG в неразбавленном ретентате II составляла 0,026 г/100 мл, что ниже порога вкусового ощущения MSG. Описанный в литературе порог вкусового ощущения MSG составляет от 0,255 до 0,5 г MSG/л (от 1,5 до 3 ммол/л) (Behrens, М., et al. (2011) Sweet and Umami Taste: Natural Products, Their Chemosensory Targets, and Beyond; Angew. Chem. Int. Ed., 50, 2220-2242).

Пример 2. Комбинирование отдельных фракций от стадий мембранной фильтрации

Отдельные фракции из примера 1 комбинировались друг с другом и оценивались на интенсивность вкуса умами, как описано выше.

Пример 3. Использование воды после бланширования других овощей

Согласно общему способу примера 1 с использованием воды после бланширования кукурузы. Оценку вкуса/аромата проводили так же, как в примере 1. Концентрация MSG в неразбавленном ретентате II составила 0,042 г/100 мл, что ниже порога вкусового ощущения MSG.

Пример 4. Применение других способов концентрирования

Другой способ приготовления композиции изобретения с использованием кукурузы состоял в следующем: кукурузу отваривали в воде (соотношение овощей к воде составляло 1:2) при 95°С в течение 40 мин. Фильтровали для удаления твердых фрагментов (крупнее 1 мм) и получения водного экстракта. Уменьшали содержание воды при 90-100°С в течение периода времени от 10 до 120 мин для концентрирования вкусоароматических соединений.

Пример 5. Использование других овощей

Для водной экстракции и концентрирования путем уменьшения объема использовали другие овощи. При этом получали жидкие концентраты в виде вкусоароматических композиций, как указано в табл. 4. Жидкие вкусоароматические композиции добавляли в бульонную основу, не содержащую MSG, в количестве от 0,8 до 3,6% (об./об.). Затем группа обученных дегустаторов проводила дегустацию готовых бульонных растворов и оценивала вкус умами, который придавали жидкие вкусоароматические композиции. В табл. 4 приводятся результаты этой оценки, обозначенные как Y (да), если вкус умами ощущался, и как N (нет), если вкус умами не ощущался обученными экспертами. Концентрации MSG в исходных жидких концентратах, т.е. вкусоароматических композициях, также приводятся в табл. 4 в г/100 г жидкости, а также в мас. % (по сухой массе) / абсолютное содержание сухих веществ в указанных концентратах.

Результаты показывают, что в выбранных овощных экстрактах из лука репчатого, моркови, турецкого огурца (келек), кукурузы, свеклы, душистого горошка, гороха и сладкого картофеля может ощущаться чистый вкус умами, который не обусловлен или обусловлен лишь частично присутствием MSG, поскольку уровень MSG в указанных концентрированных вкусоароматических композициях намного ниже 1 масс. % (масс. % в пересчете на общее содержание сухих веществ). Ощущение вкуса умами в томатном экстракте может удерживаться вследствие повышенного уровня MSG в таких концентратах.

Само собой разумеется, что, хотя изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты его осуществления, допускается внесение других вариантов и изменений в пределах объема изобретения, регламентируемого формулой изобретения. Кроме того, если и существуют известные эквиваленты конкретных отличительных признаков, то такие эквиваленты также включены в настоящее описание, как если бы они конкретно относились к изобретению.