Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СУХОГО ВОДОРАСТВОРИМОГО ЭКСТРАКТА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Предлагаемое изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам получения сухих водорастворимых экстрактов из растительного сырья, которые могут быть использованы при производстве напитков, кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих продуктов питания, в том числе функционального и специализированного назначения.

Классический способ получения сухих растительных экстрактов включает такие операции, как настаивание в воде или химических веществах растительного сырья, измельчение, отжим, фильтрация, сушка. Последовательность этих операций может изменяться.

Известны различные способы получения экстрактов из растительного сырья, такие как мацерация, перкаляция, противоточная экстракция, использование СВЧ-поля, магнитных импульсов и т.д., которые направлены на максимальное сохранение фитохимического потенциала растительного сырья. Вместе с тем, эти методы зачастую трудоемки, требуют значительных временных затрат и не всегда позволяют достичь желаемого результата.

Известен способ производства экстракта из чайного сырья, который предусматривает двухстадийную экстракцию чайного сырья, соответственно водно-спиртовым и раствором пищевой кислоты (SU 969236, А23F 3/00, 30.10.85, ВНИИЧП). Причем сырьем служит зеленая масса чайного листа, предварительно ферментированная или фиксированная. Однако этот способ не позволяет получить экстракт с высокими органолептическими показателями. Выход экстрактивных веществ невысок, а сам способ довольно сложен.

Известен способ получения сухого пектинового экстракта, согласно которому растительное сырье подвергают шестистадийному экстрагированию водным раствором этанола, отделенную твердую фазу затем сушат (патент РФ №2284126). Недостатком этого способа является проведение его при высокой температуре, сложность и длительность процесса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения сухого водорастворимого экстракта из растительного сырья, выбранный за прототип (RU 2316375 С2). Он включает измельчение и ультразвуковую экстракцию сырья, очистку жидкого экстракта, измельчение сырья и ультразвуковую экстракцию, которую осуществляют в диапазоне частот 22±1,65 кГц в одном экстракторе при температуре не более 50°С, причем измельчение проводят с интенсивностью ультразвука от 4 до 10 Вт/см² в течение 5-30 минут до фракции 0,001-2,0 мм, а экстракцию проводят в соотношении измельченное сырье - экстрагент 1:(4-15) с интенсивностью ультразвука 1,3-2,5 Вт/см² в течение 5-30 минут, очистку жидкого экстракта от балластных веществ осуществляют центрифугированием, а сушку очищенного жидкого экстракта проводят в вакууме с частотным воздействием микроволнового диапазона.

Недостатками данного способа является наличие дополнительных обязательных условий при подготовке сырья до проведения процесса измельчения и экстрагента (инактивация ферментов (при необходимости), проведение барботирования экстрагента или инфильтрация сырья и экстрагента нейтральным газом), а также значительные временные затраты на осуществление данного способа. В данном способе не контролируется значение мощности используемого ультразвукового воздействия и значение массовой доли влаги, до которого осуществляется сушка экстрактов, что является важным. Ограничение мощности ультразвукового воздействия необходимо для того, чтобы избежать разрушения биологически активных веществ при экстракции, а контролируемая влажность обеспечивает точность дозирования биологически активных веществ в технологии производства пищевых продуктов на их основе.

Задачей предполагаемого изобретения является сокращение технологического цикла производства, а также максимальное извлечение и сохранение биологически активных веществ растительного сырья в виде сухих водорастворимых экстрактов, предназначенных для пищевой промышленности при производстве напитков, кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих продуктов питания.

Техническая задача решается тем, что способ получения сухого водорастворимого экстракта из растительного сырья, включает измельчение растительного сырья, ультразвуковую экстракцию, очистку экстракта, его сушку и измельчение сухого экстракта, но, в отличие от прототипа, измельчение проводят механически до фракции 3 мм одновременно с отжимом сока на устройстве по типу соковыжималки, отделяют сок прямого отжима, ультразвуковую экстракцию проводят после смешивания оставшегося жома с подготовленной согласно установленным в пищевой промышленности требованиям или дистиллированной водой в соотношении измельченное сырье:экстрагент 1:(5-20) при мощности ультразвукового воздействия 80-120 Вт и температуре воздействия не более 45°С, очистку жидкого экстракта производят фильтрованием через тканевый фильтр, сок прямого отжима и очищенный жидкий экстракт подвергают быстрой заморозке в условиях морозильной камеры при t=-(18-22)°С, осуществляют лиофильную сушку замороженного сока и экстракта при t=-(50-60)°С и давлении 1-3Па, затем их совместно измельчают.

В качестве экстрагента используется специально подготовленная согласно установленным в пищевой промышленности требованиям или дистиллированная вода.

Соотношение измельченное сырье:экстрагент выдерживается в пропорции 1:(5-20), которое обеспечивает необходимый градиент концентрации при экстракции. Изменение соотношения массы сырья и объема экстрагента менее 1:5 приводит к снижению эффективности извлечения биологически активных веществ из растительного сырья. Изменение соотношения массы сырья и объема экстрагента более 1:20 не целесообразно, т.к. приводит к необоснованному увеличению продолжительности процесса сушки.

Использование ультразвукового воздействия в пищевой промышленности является предметом современных исследований. Эффективность действия ультразвука показана для многих технологических процессов: измельчения, гомогенизации, эмульгирования, обеззараживания жидких пищевых сред.

Многочисленные исследования подтверждают, что ультразвуковое воздействие позволяет интенсифицировать диффузионные процессы, лежащие в основе экстракции биологически активных веществ из природных материалов растительного происхождения.

Вместе с тем при использовании ультразвукового воздействия мощностью:

- ниже 80 Вт не обеспечивается достаточный выход биологически активных веществ из растительного сырья и как следствие ухудшаются показатели пищевой ценности экстрактов;

- выше 120 Вт происходит увеличение температуры экстракции, что может привести к разрушению термонестабильных биологически активных веществ и требует использование охлаждающей рубашки при экстракции.

Технологическая линия предусматривает следующие операции: измельчение растительного сырья (свежего или замороженного) до фракции не более 3 мм; извлечение сока прямого отжима; смешивание оставшегося жома с подготовленной (очищенной) или дистиллированной водой в соотношении измельченное сырье:экстрагент 1:(5-20); экстракцию с применением ультразвукового воздействия в режиме 22±1,65 кГц с интенсивностью ультразвука 2-10 Вт/см² мощностью воздействия 80-120 Вт при температуре не более 45°С, в течение 5-30 мин; фильтрацию экстракта; замораживание сока и экстракта (при температуре -18 - -22°С); лиофильную сушку при температуре -50 - -60°С давлении 1-3 Па до массовой доли влаги не более 5%; измельчение высушенного сока и экстракта, их перемешивание и фасовка.

Существенными отличиями предлагаемого способа производства сухого водорастворимого экстракта из растительного сырья, влияющими на техническую задачу являются следующие:

- сокращается время, затрачиваемое на процесс измельчения в связи с тем, что измельчение растительного сырья совмещено с отжимом сока, производится на устройстве типа соковыжималки;

- измельчение растительного сырья до фракции не более 3 мм проводят в связи с тем, что при размере частиц менее 3 мм усложняется процесс фильтрации (фильтр забивается), а при размере частиц более 3 мм снижается эффективность извлечения биологически активных веществ;

- использование сока прямого отжима, не подвергнутого дополнительным воздействиям, позволяет минимизировать потери биологически активных веществ;

- ультразвуковая экстракция происходит при условии ограничения мощности ультразвукового воздействия 80-120 Вт и температуре воздействия не более 45°С, что позволяет избежать потери биологически активных веществ;

- используется лиофильная сушка при t=-(50-60)°C и давлении 1-ЗПа до фиксированного значения массовой доли влаги не более 5%, что позволяет контролировать массовую долю биологически активных веществ при дальнейшем использовании сухого экстракта.

Примером осуществления изобретения является способ получения сухого водорастворимого экстракта из ягод жимолости сорта Бореалис. В качестве исходного сырья использовали свежие ягоды.

Пример 1.

Ягоды жимолости моют, измельчают до фракции не более 3 мм, фильтруют через тканевый фильтр для извлечения сока прямого отжима. Оставшийся жом смешивают с подготовленной (очищенной) или дистиллированной водой в соотношении жом:экстрагент 1:10 и проводят экстракцию с применением ультразвукового воздействия в режиме 22±1,65 кГц с интенсивностью ультразвука 5 Вт/см² мощностью воздействия 80 Вт с контролем температуры (не более 45°С), в течение 15 мин. Полученный экстракт фильтруют через тканевый фильтр. Полученный сок и экстракт замораживают и сушат при -55°С и давлении 1 Па до массовой доли влаги не более 5%. Высушенные экстракт и сок совместно измельчают и фасуют.

Пример 2.

Ягоды жимолости моют, измельчают до фракции не более 3 мм, фильтруют через тканевый фильтр для извлечения сока прямого отжима. Оставшийся жом смешивают с подготовленной (очищенной) или дистиллированной водой в соотношении жом:экстрагент 1:10 и проводят экстракцию с применением ультразвукового воздействия в режиме 22±1,65 кГц с интенсивностью ультразвука 5 Вт/см² мощностью воздействия 100 Вт с контролем температуры (не более 45°С), в течение 10 мин. Полученный экстракт фильтруют через тканевый фильтр. Полученный сок и экстракт замораживают и сушат при -55°С и давлении 1 Па до массовой доли влаги не более 5%. Высушенные экстракт и сок совместно измельчают и фасуют.

В таблице 1 представлены данные по содержанию основных биологически активных веществ жимолости и экстрактов из нее.

Контроль - свежая ягода; образец 1 - экстракт, полученный по технологии «пример 1»; образец 2 - экстракт, полученный по технологии «пример 2»

Как следует из таблицы 1 полученные экстракты содержат вещества, присутствующие в исходном растительном сырье в сравнительно близких количествах. Это подтверждается результатами сравнительного анализа.

Предложенный способ получения экстракта на основе применения ультразвукового воздействия и лиофильной сушки позволяет также обеспечить обеззараживание продукта без применения термического воздействия. Кроме того, предлагаемый способ позволяет сократить технологический цикл получения водорастворимого экстракта и обеспечить сохранение биологически активных веществ в нем, что особенно важно для дальнейшего использования экстракта в пищевой промышленности, например, при производстве напитков, кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих продуктов питания.

Изобретение может быть использовано как на мини-заводах, так и на предприятиях большой сменной мощности для решения задач переработки растительного сырья и изготовления продуктов на их основе при максимальном извлечении и сохранении биологически активных веществ растительного сырья вне зависимости от сезона заготовки.