СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СОКА
JUICE PROCESSING METHOD

Родственная заявка и испрашивание приоритета
Приоритет настоящей заявки основан на патентной заявке US 11/541610, поданной 30 сентября 2006 г. под названием "Способ получения пищевого продукта пониженной калорийности".
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к пищевым продуктам, более точно к способу получения пищевых продуктов пониженной калорийности.
Предпосылки создания изобретения
Высокое потребление калорий связано с различными осложнениями, такими как увеличение веса, что приводит к проблемам со здоровьем. С ростом озабоченности потребителей своим здоровьем и весом все более важным критерием становится калорийность пищи. С целью привлечения заботящихся о своем здоровье и весе потребителей производители пищевых продуктов предлагают здоровые продукты питания пониженной калорийности. В настоящее время существует обширный рынок низкокалорийных пищевых продуктов.
Тем не менее, низкокалорийным пищевым продуктам обычно недостает вкуса из-за низкого содержания сахара или слабо ощущаемой сладости. Производители предпринимают попытки устранить этот недостаток путем добавления больших количеств ненатуральных заменителей сахара и ароматизаторов, чтобы сделать вкус продукта более походящим на вкус натуральных продуктов. Например, с целью получения низкокалорийного апельсинового сока разводят содержащий сахар восстановленный апельсиновый сок и в больших количествах добавляют искусственные подсластители, красители и ароматизаторы, чтобы он напоминал натуральный апельсиновый сок. Тем не менее, такие искусственные ингредиенты создают неприятный вкус или остаточное горькое послевкусие. Кроме того, как полагают, некоторые искусственные ингредиенты приводят к серьезным проблемам со здоровьем и, следовательно, не приветствуются потребителями. Это в особенности касается низкокалорийных напитков.
Из вышесказанного следует, что желательно создать натуральный напиток пониженной калорийности, не имеющий отрицательных свойств обычных низкокалорийных напитков.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к снижению калорийности пищевых продуктов. Пищевым продуктом может являться сок, такой как фруктовый или овощной сок. Согласно одной из особенностей изобретения предложен способ снижения калорийности путем избирательного удаления большего количества сахарозы, чем первичных сахаров. Первичные сахара включают, например, глюкозу и фруктозу. Может быть обеспечена приемлемая вкусовая характеристика с сильно ощущаемой сладостью на калорию, поскольку первичные сахара отличаются более сильно ощущаемой сладостью, чем сахароза.
Согласно другой особенности предложена система переработки пищевых продуктов для снижения калорийности соков. Система переработки пищевых продуктов включает стадию микрофильтрации сока с целью получения осветленного сока и стадию нанофильтрации для избирательного удаления большего количества сахарозы, чем первичных сахаров, из осветленного сока с целью получения осветленного низкокалорийного сока с приемлемой вкусовой характеристикой.
Эти и другие задачи, а также преимущества и признаки настоящего изобретения станут более понятны из следующего далее описания и приложенных чертежей. Кроме того, подразумевается, что признаки различных описанных вариантов осуществления не являются взаимоисключающими и могут сосуществовать в различных комбинациях и сочетаниях.
Краткое описание чертежей
Одинаковые элементы на различных фигурах чертежей обычно обозначены одинаковыми позициями. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, а вместо этого основное внимание обычно уделено иллюстрации принципов изобретения. В следующем далее описании раскрыты различные варианты осуществления изобретения со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
на фиг.1 показана технология получения пищевого продукта согласно одному из вариантов осуществления изобретения и
на фиг.2-5 показаны технологии фильтрации согласно различным вариантам осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится в целом к пищевым продуктам и напиткам пониженной калорийности. Снижение калорийности достигается без применения искусственных сахаров или с применением меньшего количества искусственных сахаров, чем в обычных низкокалорийных напитках. В одном из вариантов осуществления низкокалорийный напиток содержит полученные не из концентрата или из концентрата соки. Источником получения сока могут являться фрукты или овощи. Предпочтительно напиток содержит цитрусовые соки. Более предпочтительно напиток содержит полученный не из концентрата сок. Фруктовые или овощные соки других типов включают без ограничения соки из абрикоса, яблока, грейпфрута, лимона, танжерина, танжело, кумквата, манго, груши, персика, ананаса, папайи, маракуйи, винограда, земляники, малины, смородины, голубики, ежевики, асаи, литчи, киви, граната, аронии, томата, сельдерея, лука, водяного кресса, огурца, моркови, петрушки, свеклы, спаржи, картофеля, репы, брюквы и любого их сочетания.
На фиг.1 показан процесс 100 получения напитка пониженной калорийности согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В одном из вариантов осуществления результатом процесса является апельсиновый, полученный не из концентрата сок. Также предусмотрено получение соков других типов. При осуществлении процесса используют исходный сок 105 с целью переработки. Исходным соком является сок одинарной крепости, полученный различными обычными методами. Такие методы включают, например, механическую экстракцию и доводку или восстановление влагосодержания концентрированного сока с использованием питьевой воды.
Обычно сок одинарной крепости имеет показатель от около 7° до около 22° Брикса, предпочтительно от около 9° до 14°. В одном из вариантов осуществления сок одинарной крепости имеет показатель около 7° Брикса, предпочтительно по меньшей мере 9°. В еще одном из вариантов осуществления сок одинарной крепости имеет показатель, меньший или равный 22° Брикса, предпочтительно меньший или равный 18°, более предпочтительно меньший или равный 14°.
Также возможно применение сока одинарной крепости с другими показателями по шкале Брикса. Более низкие или высокие показатели по шкале Брикса могут быть получены путем смешивания различных фруктовых и(или) овощных соков или путем создания смешанных напитков или продуктов типа фруктовых напитков. В исходный сок по желанию могут быть включены различные дополнительные ингредиенты, такие как витамины и минералы. Также могут применяться другие добавки. Ингредиенты могут быть добавлены на более ранней или поздней стадии процесса.
На шаге 110 осуществляют переработку исходного сока. Переработка включает фильтрацию исходного сока с целью получения фракции пермеата 160. В одном из вариантов осуществления пермеатом является осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса. Осветленный сок представляет собой сок, в котором тяжелые твердые частицы отделены от исходного сока. Тяжелые твердые частицы, например, включают мякоть, затемняющие компоненты и твердые частицы других типов. Тяжелые твердые частицы образуют фракцию первичного ретентата 135.
Пермеат имеет более низкий показатель по шкале Брикса, чем у исходного сока. Например, если исходный сок имеет показатель около 12° Брикса, пермеат будет иметь показатель менее 12° Брикса. В одном из вариантов осуществления показатель пермеата по шкале Брикса примерно на 0-30 процентов ниже, чем у исходного сока, предпочтительно на 0-20 процентов ниже, чем у исходного сока. В зависимости от применения также предусмотрено получение пермеата с показателем по шкале Брикса ниже, чем у исходного сока, на другие процентные величины. В одном из вариантов осуществления показатель пермеата составляет от около 5 до 8° Брикса. Также возможны другие, меньшие, чем у исходного сока, показатели пермеата по шкале Брикса.
Сахарами, содержащимися в исходном соке, являются сахароза, глюкоза и фруктоза. Обычно соотношение сахарозы, глюкозы и фруктозы в исходном соке составляет 2:1:1. При рассмотрении в настоящем изобретении глюкоза и фруктоза именуются первичными сахарами. Соотношение сахарозы и первичных сахаров в исходном соке составляет 1:1.
С целью снижения калорийности сока осуществляют избирательное отделение углеводородов. В одном из вариантов осуществления осуществляют избирательное отделение сахаров. Предпочтительно избирательно удаляют сахарозу, сохраняя первичные сахара в пермеате. Ретентат образует раствор 155 с высоким показателем по шкале Брикса, который превышает показатель исходного сока. В одном из вариантов осуществления показатель ретентата составляет от около 15° до около 25° Брикса, предпочтительно около 20°. Также возможно получение ретентата с другими показателями по шкале Брикса, превышающими показатель исходного сока.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения соотношение содержащейся в пермеате сахарозы и первичных сахаров меньше, чем соотношение сахарозы и первичных сахаров у исходного сока. Это достигается путем снижения доли сахарозы в сахарах, содержащихся в пермеате. В одном из вариантов осуществления доля сахарозы в сахарах, содержащихся в пермеате, снижена до около 0-30% по весу, при этом доля первичных сахаров составляет около 70-100% по весу. В одном из вариантов осуществления соотношение сахарозы, глюкозы и фруктозы в пермеате составляет от около 2:1:1 до 1:2:2. В одном из вариантов осуществления соотношение сахарозы и фруктозы в пермеате составляет от около 1:40 до около 4:1, предпочтительно от около 1:20 до около 2:1.
1
6
1
6
На шаге 170 пермеат смешивают с ингредиентами с целью получения готового сока с низким показателем по шкале Брикса. Одним из добавляемых ингредиентов является первичный ретентат 135, содержащий твердые частицы исходного сока. С целью коррекции рН сока могут быть добавлены регуляторы рН, такие как монокалийфосфат, цитрат калия, лимонная кислота, яблочная кислота или их сочетание. По желанию также могут быть добавлены другие ингредиенты, такие как витамины, ароматизаторы, включая апельсиновое масло (например, PPOJ BN № 95768). Общее количество витаминов и ароматизатора может составлять около 0,9% по весу и 0,006% по весу, соответственно. Также возможно их применение в других количествах. В одном из вариантов осуществления используют предварительно приготовленную смесь витаминов, содержащую витамины B, B, С, магний, сукралозу и калийацесульфам. Предварительно приготовленная смесь, например, содержит около 0,2% по весу витамина B, 0,1% по весу витамина В, 46% по весу витамина С, 23% по весу магния, 15,35% по весу сукралозы и 15,35% по весу калийацесульфама. В осветленный сок добавляют около 0,09% по весу предварительно приготовленной смеси витаминов. Также применимы другие составы, в которые входят другие ингредиенты.
На шаге 180 осуществляют окончательную переработку сока. Сок, например, стерилизуют и расфасовывают по упаковкам. Сок расфасовывают, например, по соответствующим картонным упаковкам, кувшинам, банкам или бутылкам. Затем упаковки с продуктом могут быть снабжены этикетками и подготовлены к отгрузке.
В соответствии с изобретением осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса получают с использованием технологии многоступенчатой фильтрации. Технология многоступенчатой фильтрации включает первоначальную стадию грубой фильтрации и вторую стадию тонкой фильтрации. Каждая из стадий грубой и тонкой фильтрации может включать одну или несколько стадий субфильтрации. Стадии субфильтрации могут осуществляться последовательно, параллельно или путем их сочетания. В одном из вариантов осуществления стадии грубой и тонкой фильтрации реализованы с использованием мембранной технологии. Мембранная технология включает микрофильтрацию, нанофильтрацию и ультрафильтрацию. Также применимы другие методы, такие как центрифугирование.
На стадии грубой фильтрации получают потоки первичного ретентата и первичного пермеата. Первичный ретентат содержит тяжелые твердые частицы исходного сока, а первичный пермеат содержит осветленный сок. Первичный пермеат подвергают фильтрации на стадии тонкой фильтрации. На стадии тонкой фильтрации избирательно отделяют углеводороды или сахара от осветленного сока. На стадии тонкой фильтрации получают потоки вторичного ретентата и вторичного пермеата. Вторичный ретентат содержит раствор с высоким показателем по шкале Брикса, а вторичный пермеат содержит осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса.
В одном из вариантов осуществления пермеат имеет более высокое соотношение содержания фруктозы и сахарозы, чем ретентат. За счет этого выгодно снижается калорийность осветленного сока с низким показателем по шкале Брикса, но при этом сохраняется приемлемая вкусовая характеристика сока. Предпочтительно соотношение является достаточным для сохранения приемлемой вкусовой характеристики. В одном из вариантов осуществления вкусовые характеристики признают приемлемыми, если соотношение фруктозы и сахарозы в пермеате составляет от около 1:4 до около 40:1, более предпочтительно от около 1:2 до около 20:1.
Поскольку сахара, такие как фруктоза, обычно воспринимаются примерно на 10-70% более сладкими, чем сахароза, за счет более высокого соотношения фруктозы и сахарозы может быть достигнута более высокая сильно ощущаемая сладость на калорию. Для достижения приемлемой вкусовой характеристики в готовый смешанный напиток требуется добавлять меньше искусственных подсластителей или не требуется добавление искусственных подсластителей, за счет чего получают более "натуральный" продукт типа напитка. Соки также могут содержать другие сахара, которые могут избирательно отделяться предложенным в настоящем изобретении способом.
В таблице 1 приведен пример состава готового продукта типа апельсинового сока согласно одному из вариантов осуществления изобретения, содержащего лишь около 50 калорий на порцию в 8 унций в отличие от обычных 110 калорий на порцию в 8 унций. Настоящее изобретение применимо для получения других продуктов с более высокой или низкой калорийностью.
Таблица 1
Ингредиент
% по весу
Граммов на порцию (8 жидких унций)
Ретентат грубой фильтрации
50
125
Пермеат тонкой фильтрации
50
125
Апельсиновое масло
0,006
0,015
Монокалий
0,15
0,375
Предварительно приготовленная смесь витаминов
0,09
0,225
На фиг.2-5 показаны технологии согласно различным вариантам осуществления изобретения. На фиг.2 показан процесс 210 многоступенчатой фильтрации, включающий стадию 220 грубой фильтрации и стадию 250 тонкой фильтрации. В одном из вариантов осуществления на стадии 220 грубой фильтрации применяют микрофильтрационную установку 221, в которую поступает исходный сок 205.
В одном из вариантов осуществления микрофильтрационная (МФ) установка 221 имеет микрофильтрационную мембрану для осветления исходного сока 205. Тем не менее, может применяться любой другой способ, известный специалистам в данной области техники, такой как центрифугирование или ультрафильтрация. Микрофильтрационная мембрана разделяет исходный сок на поток 235 тяжелых твердых частиц (первичный или МФ ретентат) и поток 236 осветленного сока (первичный или МФ пермеат). В одном из вариантов осуществления в МФ установке получают МФ ретентат с концентрацией от около 2-х до 5-х. Предпочтительно МФ ретентат имеет концентрацию около 3-х. Также применимы другие концентрации. Хотя могут применяться более высокие концентрации, было установлено, что при этом увеличивается время переработки и(или) требуются дополнительные мембранные установки.
Для достижения заданной концентрации могут использоваться микрофильтрационные блоки различных типов. В одном из вариантов осуществления МФ установка представляет собой микрофильтрационный блок производства компании "Koch Membrane Systems" (США). Могут применяться мембраны других типов, такие как производят компании "Dow Chemical Company" (США) и "SCT Membralox" (Франция), а также другие известные системы. Размер пор микрофильтрационной мембраны предпочтительно достаточно мал, чтобы предотвращать прохождение через мембрану более крупных нежелательных молекул и их влияние на эффективность фильтрации на выходе. В одном из вариантов осуществления размер пор составляет от около 0,1 до 10 микрометров, что соответствует точке отсечения молекулярной массы (MWCO) от около 100000 до около 5000000.
Фильтрация рассчитана на заданную производительность, например, в галлонах в минуту (галлоны/мин). Заданную производительность выбирают таким образом, чтобы она соответствовала желаемой пропускной способности. Например, производственная линия по переработке апельсинового сока имеет производительность около 100 галлонов/мин. Также возможны другие заданные уровни производительности. С целью достижения заданной производительности может осуществляться регулирование давления процесса фильтрации. Предпочтительно сырьевой поток подают через микрофильтрационный блок под давлением, достаточным для того, чтобы желаемые ароматические, вкусовые и питательные компоненты прошли через микрофильтрационный блок. Специалистам в данной области техники известно, как по мере необходимости регулировать давление, расход потока и другие условия процесса при использовании микрофильтрационного блока согласно настоящему изобретению.
Поток МФ пермеата или осветленный сок подвергают переработке на стадии тонкой фильтрации. Установка тонкой фильтрации представляет собой нанофильтрационную (НФ) установку, в которой восстанавливают сахар из осветленного сока с целью получения осветленного сока 260 с низким показателем по шкале Брикса (НФ пермеата). Отделенный сахар образует раствор 255 с высоким показателем по шкале Брикса (НФ ретентат).
В одном из вариантов осуществления в НФ установке избирательно удаляют сахарозу, содержащуюся в осветленном соке. В результате избирательного удаления сахарозы ее концентрация составляет от около 15° до около 25° Брикса. Предпочтительно концентрация сахарозы составляет около 20° Брикса. В одном из вариантов осуществления НФ ретентат имеет концентрацию примерно в 2-5 раз выше, чем концентрация осветленного сока. Предпочтительно концентрация НФ ретентата примерно в 2 раза выше, чем у осветленного сока. Хотя могут применяться более высокие концентрации, было установлено, что при этом увеличивается время переработки и(или) требуются дополнительные мембранные установки.
С целью избирательного удаления сахарозы применяют НФ мембраны. В НФ установке могут применяться НФ мембраны различных типов. В одном из вариантов осуществления размер пор НФ мембраны достаточно мал, чтобы через нее проходило больше молекул сахарозы, чем молекул первичных сахаров. Сахароза имеет молекулярную массу (ММ) около 342, тогда как первичные сахара, такие как фруктоза и глюкоза, имеют молекулярную массу около 180. В одном из вариантов осуществления размер пор составляет около 0,001 микрон, что соответствует точке отсечения молекулярной массы (MWCO) около 200.
Давление и расход потока выбирают таким образом, чтобы поток, содержащий более мелкие молекулы первичных сахаров, проходил через НФ мембрану и собирался в потоке 260 НФ пермеата, а более крупные молекулы сахарозы собирались в потоке 255 НФ ретентата. Специалистам в данной области техники известно, как по мере необходимости регулировать давление при использовании НФ мембраны согласно настоящему изобретению.
Общий процесс снижения калорийности может протекать при различных температурах. Предпочтительно общий процесс осуществляют при температурах охлаждения с целью получения продукта более высокого качества. Температуры охлаждения предпочтительно составляют ниже примерно 45°F, более предпочтительно от около 32° до 38°F.
Система может эксплуатироваться в периодическом режиме или непрерывном режиме с замкнутой компоновкой. Когда система действует в периодическом режиме, преимущественно осуществляют промежуточную стабилизацию сока путем тепловой пастеризации для предотвращения ферментативного и микробиологического разрушения. При работе в непрерывном режиме промежуточная стабилизация может не использоваться.
Затем осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса подвергают дополнительной переработке, такой как смешивание с МФ ретентатом в желаемых соотношениях. Другие процессы включают процессы, описанные со ссылкой на шаги 178 и 180, проиллюстрированные на фиг.1.
На фиг.3 показан другой процесс 310 фильтрации согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Показано, что стадия 320 грубой фильтрации или микрофильтрации аналогична стадии, описанной со ссылкой на фиг.2. Например, исходный сок 305 перерабатывают в МФ установке 321, получают поток 335 МФ ретентата, содержащий тяжелые твердые частицы, и поток 336 МФ пермеата, содержащий осветленный сок, которые подвергают переработке на стадии 350 тонкой фильтрации или нанофильтрации.
Как показано, стадия 350 нанофильтрации включает первую и вторую субстадии 351 и 355. На первой субстадии применяют первую НФ (НФ1) установку 352, аналогичную НФ установке, описанной со ссылкой на фиг.2. МФ пермеат 336 подвергают переработке в НФ1 установке 352, получают НФ1 пермеат 354, содержащий осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса, и НФ1 ретентат 353, содержащий раствор с высоким показателем по шкале Брикса.
В одном из вариантов осуществления раствор с высоким показателем по шкале Брикса имеет концентрацию сахарозы от около 15 до около 25° Брикса, предпочтительно около 20° Брикса.
В одном из вариантов осуществления на второй субстадии 355 применяют установку 356 обратного осмоса (ОО). Может применяться любая соответствующая гидроизоляционная обратноосмотическая мембрана, такая как мембраны, производимые компанией "Koch Membrane Systems" (США), а также другие известные мембраны. В установке РО дополнительно концентрируют поток 353 НФ1 ретентата с целью получения ОО пермеата 360, содержащего воду с очень низким показателем по шкале Брикса (например, около 1° Брикса или менее), и ОО ретентата 362, содержащего раствор с очень высоким показателем по шкале Брикса (например, 40° Брикса). Содержащий воду поток ОО пермеата может быть возвращен в процесс в различных целях, включая без ограничения смешивание или промывание. Например, вода может быть смешана с потоком 354 НФ пермеата пониженной калорийности и потоком 335 МФ ретентата с целью получения готового продукта типа сока.
ОО ретентат (т.е. побочный продукт с высоким содержанием сахара) может использоваться в качестве дополнительного подсластителя в других продуктах типа соков (не низкокалорийном продукте, рассматриваемом в настоящем изобретении). Предпочтительно соотношения соответствующих компонентов из общей системы снижения калорийности выбирают таким образом, чтобы поддерживать баланс масс различных фракций и получать только побочный продукт с высоким содержанием сахара, который может использоваться в качестве дополнительного подсластителя. В одном из вариантов осуществления побочный продукт с высоким содержанием сахара содержит поток 255 НФ ретентата, как это показано на фиг.2.
В качестве альтернативы, поток НФ ретентата может быть дополнительно концентрирован в установке обратного осмоса с целью получения побочного продукта 362 с высоким содержанием сахара, как это показано на фиг.3. Побочный продукт с высоким содержанием сахара может быть выдержан в уравнительном резервуаре и по мере необходимости повторно использован в продуктах других типов. В варианте осуществления, в котором применяют обратный осмос, может потребоваться уравнительный резервуар меньшего размера, но может потребоваться дополнительный уравнительный резервуар для содержащего воду пермеата. За счет максимального увеличения использования потоков меньшей калорийности при получении готового продукта типа сока преимущественно сокращаются затраты на сырьевые материалы, такие как вода и искусственные подсластители, и в то же время получают продукт, приближенный к "натуральному" продукту пониженной калорийности.
Могут использоваться дополнительные НФ установки, предпочтительно параллельные, но также последовательные или их сочетание. Например, на фиг.4 показан процесс 410 фильтрации 410, включающий вторую субстадию 355, на которой используют вторую НФ (НФ2) установку 456. Поток 354 НФ1 пермеата подвергают переработке в НФ2 установке с целью получения потока 464 НФ2 пермеата 464, содержащего осветленный сок с низким показателем по шкале Брикса, и НФ2 ретентата 462, содержащего раствор с высоким показателем по шкале Брикса. В одном из вариантов осуществления раствор с низким показателем по шкале Брикса имеет концентрацию сахарозы около 5° Брикса. Также применимы альтернативные конфигурации. Число используемых установок зависит от факторов кпд и стоимости.
На фиг.5 показан процесс 510 фильтрации согласно другому варианту осуществления изобретения. В нем дополнительно используют регенерационную установку 520 для летучих веществ, связанную с потоком НФ1 пермеата. Регенерационная установка для летучих веществ способна улучшать вкусоароматические свойства готового продукт типа напитка за счет сохранения ароматических и вкусовых летучих соединений, которые могут быть легко потеряны вследствие улетучивания во время переработки. Такие ароматические и вкусовые летучие соединения включают, например, низкомолекулярные спирты или масла, такие как этанол и метанол, а также альдегиды и сложные эфиры.
В одном из вариантов осуществления в регенерационной установке для летучих веществ нагревают поток НФ1 пермеата и десорбируют его с помощью поглотителя с целью удаления ароматических или вкусовых летучих соединений. Поглотителем может являться водяной пар или инертный газ, такой как двуокись азота или углерода. Для нагрева до температуры десорбции, превышающей равновесную температуру, могут использоваться теплообменники или вдувание острого пара. Затем десорбированные летучие вещества 530 могут быть необязательно конденсированы и воссоединены с НФ2 пермеатом 464 и ОО пермеатом 360 с целью получения готового продукта типа сока.
Хотя изобретение конкретно раскрыто и описано со ссылкой на различные варианты осуществления, специалистам в данной области техники ясно, что в настоящее изобретение могут быть внесены усовершенствования и изменения, не выходящие за пределы его существа и объема. В связи с этим объем изобретения следует определять не на основании изложенного выше описания, а на основании приложенной формулы изобретения наряду с полным объемом ее эквивалентов.