СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ
EXTRACT PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к технологии переработки плодово-ягодного сырья и может быть использовано в пищевой, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен [1] технологический процесс получения сока из замороженных плодов и ягод. 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 [3]. В частности в [4] 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 составляет 12,5% [4].
-1
Наиболее близким по техническому решению является экстрагирование замороженного плодово-ягодного сырья в экстракторе с вибрационной тарелкой [2]. 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 и амплитудой 14…16 мм.
Описанный в [2] способ недостаточно эффективен, отличается длительностью, не позволяет получать экстракты с более высоким содержанием сухих веществ и более стойкие при хранении.
Задачей предлагаемого технического решения являются интенсификация процесса, сокращение времени и энергозатрат на переработку сырья, повышение качества и сроков хранения готового продукта.
Решение задачи достигается за счет того, что замороженные плоды или ягоды сразу помещаются в вибрационный экстрактор, куда заливается вода, а затем этиловый спирт, весовое соотношение фаз - плодов или ягод (Т) и экстрагента - водно-спиртового раствора (Ж) должно составлять (Т/Ж)=(1/2,5), концентрация спирта в экстрагенте 40% объемных. Далее с помощью вибрационной тарелки, перфорированной отверстиями диаметром 2,5 мм с долей свободного сечения 16,5%, создается поле низкочастотных механических колебаний. В результате плоды или ягоды интенсивно размораживаются, измельчаются, создается высокоразвитая и интенсивно обновляющаяся поверхность контакта фаз. Сокращаются время экстрагирования и энергозатраты, повышаются концентрация сухих веществ и сроки хранения экстрактов.
Положительный эффект от использования в качестве экстрагента водно-спиртового раствора заключается в том, что получаются экстракты с большим содержанием сухих веществ, применение водно-спиртового раствора позволяет растворять многие алкалоиды, органические кислоты, витамины, аминокислоты, минеральные вещества. Спирт в составе экстрагента в водно-спиртовом растворе обезвоживает протоплазму, стенки теряют полупроницаемость, и в результате плазмолиза через них происходит свободная диффузия растворимых веществ. Спирт достаточно летуч, и спиртовые вытяжки легко сгущаются до густых жидкостей и порошкообразных веществ [5]. Спирт не только коагулирует протоплазму, но уменьшает растворяемость пектиновых и других высокомолекулярных веществ, консервирует вытяжку. Спирт является консервантом полученных экстрактов, оказывая на них антисептическое воздействие.
Добавление спирта в воду непосредственно в экстракторе позволяет подводить к системе (Т-Ж) дополнительное количество тепла, выделяемое при растворении спирта в воде. Это ускорит процесс размораживания и соответственно сократит время получения экстракта и энергозатраты.
Перфорирование вибрационной тарелки отверстиями меньшим диаметром - 2,5 мм, при той же доле свободного сечения - 16,5% позволит более интенсивно перемешивать фазы и ускорить процессы, осуществляемые в экстракторе, - размораживание, измельчение, проникновение экстрагента в поры сырья. Энергозатраты при этом сокращаются.
Таким образом, совокупность вышеперечисленных явлений позволит интенсифицировать процесс, объединяющий три операции, осуществлять его без потерь сока за 10…12,5 минут в одном аппарате, имеющем один электропривод, получать экстракты с большей концентрацией сухих веществ и обеспечить консервирование экстракта.
a
2
a
-1
Способ осуществляется следующим образом. Свежее плодово-ягодное сырье помещается в морозильную камеру, где его замораживают при температуре -18°С, после полной заморозки взвешивают необходимую порцию сырья и помещают в рабочий объем экстрактора, куда вводят перфорированную вибрационную тарелку толщиной 3 мм, диаметром 0,97 D с отверстиями диаметром 2,5 мм и долей свободного сечения 16,5%. Тарелка устанавливается на расстоянии h=45 мм от дна экстрактора, где D - диаметр экстрактора. Далее в экстрактор заливается вода, а затем этиловый спирт, весовое соотношение фаз (Т/Ж)=(1/2,5), концентрация спирта в экстрагенте - 40% объемных при комнатной температуре. Где Т - вес замороженных ягод или плодов, Ж - вес заливаемого водно-спиртового раствора. Вибрационная тарелка приводится в возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости с частотой n=600 мин и амплитудой А=14 мм. Вибрационное воздействие осуществляется в течение 10…12,5 минут 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 0,5 мас.%, для черноплодной рябины на 0,6 мас.%.
Пример 1:
Свежая ягода клюквы помещается в морозильную камеру, где замораживается при температуре -18°С. После полной заморозки навешивается 375 граммов ягоды клюквы, 599 граммов воды и 338 граммов этилового спирта концентрацией 95 об.% комнатной температуры. В этом случае соотношение фаз равно (1/2,5).
a
-1
Взвешенная ягода, вода и этиловый спирт в данной последовательности загружаются в рабочий объем экстрактора диаметром 0,146 м. Затем устанавливается перфорированная тарелка толщиной 3 мм и диаметром 0,97 D с долей свободного сечения 16,5%, имеющая отверстия диаметром 2,5 мм. Расстояние от тарелки до дна аппарата равно 45 мм, а общая высота слоя ягоды и водно-спиртового раствора составляет 102 мм. После этого включается электродвигатель и перфорированная тарелка начинает совершать возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с частотой 600 мин и амплитудой А=14 мм. Степень насыщения смеси сухими веществами измерялась фотоэлектрокалориметрическим методом путем измерения коэффициента пропускания экстракта в проходящем свете на аппарате КФК-2. Коэффициент пропускания изменялся следующим образом:
τ, минуты
1
2
3
4
5
7,5
10
12,5
15
20
К, %
19
6,5
4
3
2
1
0,5
0,5
0,5
0,5
По окончании экстрагирования концентрация спирта определялась пикнометрическим методом [5]. Вначале экстракт подвергался перегонке. Перегонная колба заполнялась экстрактом до отметки 200 мл, перегонка прекращалась, когда приемная колба заполнялась дистиллятом до отметки 150 мл. После этого прекращался подогрев содержимого перегонной колбы и приемная колба доводилась дистиллированной водой при 20°С до метки 200 мл. Содержимое приемной колбы хорошо перемешивалось, определялась плотность дистиллята пикнометром, и находилось содержание спирта в экстракте. Оставшийся водный раствор экстракта (50 мл) в мерной колбе доводился дистиллированной водой при 20°С до метки 200 мл, содержимое хорошо перемешивалось. Количество сухих веществ определялось рефрактометрическим методом [5], оно составило Сс=3,1 мас.%.
После завершения работы экстрактора снимается перфорированная тарелка и аппарат опорожняется. Затем производится разделение суспензии на вакуум в фильтровальной установке.
Пример 2
Свежие плоды черноплодной рябины замораживаются при температуре -18°С. После полной заморозки взвешивается 375 граммов черноплодной рябины, 599 граммов воды и 338 граммов этилового спирта концентрацией 95 об.% комнатной температуры. В этом случае соотношение фаз равно (1/2,5).
a
2
Взвешенные плоды, вода и этиловый спирт в данной последовательности загружаются в рабочий объем экстрактора диаметром 0,146 м. Затем устанавливается перфорированная тарелка диаметром 0,97 D толщиной 3 мм с долей свободного сечения 16,5%, образованная отверстиями диаметром 2,5 мм. Расстояние от тарелки до дна аппарата равно h=45 мм и от тарелки до свободной поверхности жидкости 37 мм.
-1
После этого включается электродвигатель и перфорированная тарелка совершает возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости с частотой 600 мин и амплитудой А=14 мм. Степень насыщения смеси сухими веществами измерялась фотоэлектрокалориметрическим методом путем измерения коэффициента пропускания экстракта в проходящем свете на аппарате КФК-2. Коэффициент пропускания изменялся следующим образом:
τ, минуты
1
2
3
4
5
7,5
10
12,5
15
20
К, %
83
80,5
72
59,8
54,5
26
20
8
8
8
По окончании экстрагирования концентрация спирта определялась пикнометрическим методом [5]. Вначале экстракт подвергался перегонке. Перегонная колба заполнялась экстрактом до отметки 200 мл, перегонка прекращалась, когда приемная колба заполнялась дистиллятом до отметки 150 мл. После этого прекращался подогрев содержимого перегонной колбы и приемная колба доводилась дистиллированной водой при 20°С до метки 200 мл. Содержимое приемной колбы хорошо перемешивалось, определялась плотность дистиллята пикнометром, и находилось содержание спирта в экстракте. Оставшийся водный раствор экстракта (50 мл) в мерной колбе доводился дистиллированной водой при 20°С до метки 200 мл, содержимое хорошо перемешивалось. Количество сухих веществ определялось рефрактометрическим методом [5], оно составило Сс=5,9 мас.%.
После завершения работы экстрактора снимается перфорированная тарелка и аппарат опорожняется. Далее производится разделение суспензии на вакуум в фильтровальной установке.
Целевой продукт - плодово-ягодные экстракты - может быть использован в пищевой промышленности в качестве пищевых добавок и красителей. Экстракты имеют цвет и запах, соответствующие цвету и запаху исходных плодов и ягод.
Предлагаемый способ позволяет сократить время, снизить энергозатраты, повысить качество получаемых плодово-ягодных экстрактов и увеличить время их хранения. Твердая фаза, оставшаяся после отделения экстракта, имеет частицы размеров не более 1,65 мм и может быть в дальнейшем использована в качестве пищевых и кормовых добавок.
Литература
1. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Том II: Консервы фруктовые, часть 2. М.: Петит, 1992. - С.178…180.
7
2. Патент РФ 2341979, МПК 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.
3. Илюхин В.В. Физико-технические основы криоразделения пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 207 с.
4. Домарецкий В.А. Производство концентратов, экстракторов и безалкогольных напитков. Справочник. Киев: Урожай, 1990. - 190 с.
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.