Получение натурального поликомпонентного концентрата на основе экстракта зеленого чая

Получение натурального

поликомпонентного

концентрата

на основе экстракта зеленого чая

А.Д. Поверин

НПО «Биоиндустрия»

В течение последних 10-15 лет как в отечественной, так и в зарубежной пищевой индустрии широкое распространение получили так называемые «продукты адекватного питания», которые помимо питательной ценности имеют широкий спектр функциональных и лечебно-оздоровительных свойств [1-4].

Поликомпонентный концентрат на основе экстракта зеленого чайного листа является базовой составной частью большинства напитков адекватного питания и специального назначения, разрабатываемых в НПО «Биоиндустрия» для нужд МО РФ. Основной компонент данной пищевой продукции — экстракт зеленого чая, помимо которого в состав нового продукта входят сухой виноматериал «Каберне», экстракт родиолы розовой (Rhodiola гоеа Ь) и ряд натуральных пищевых добавок. Наиболее дефицитная составная часть поликомпонентного концентрата — экстракт зеленого чая, что обусловлено рядом объективных и субъективных причин [5, 6]. Существующие технологии промышленного производства экстракта зеленого чая не в полной мере отвечают повышенным требованиям, необходимым для получения качественного и безопасного полупродукта и его последующего использования при приготовлении вышеуказанного поликомпонентного концентрата, что привело к необходимости разработки новой технологии его промышленного производства.

Новая технология промышленного производства экстракта зеленого чая включает проведение нескольких последовательных технологических операций: приготовление водной суспензии ферментных препаратов; приготовление водно-спиртового ферментного раствора (экстрагента); экстрагирование; спиртование полученного гидролизата (экстракта) и его фильтрацию.

В технологическом процессе используется листовое чайное сырье без предварительного измельчения. В основе процесса экстрагирования лежит метод ферментативного гидролиза с применением цито-пектопротеолитического комплекса ферментных препаратов, включающего Цел-ловиридин Г20х (ксилоглюкано-фоетидин ШОх), Пектофоетидин ШОх (пектоава-

морин ШОх), Протосубтилин Пох (Прото-субтилин Г20х). В процессе исследований установлено оптимальное массовое отношение ферментных препаратов к массе сырья, которое должно составлять 0,03:100.

Ферментативный гидролиз осуществляется с использованием экстракционных аппаратов периодического действия при температуре 45,0...48,0 °С, рН 4,5-5,0 и массовом отношении сырье: экстрагент — 1:8. В качестве экстрагента для проведения экстракции зеленого чая листового применяется водно-спиртовой ферментный раствор, приготовленный в следующей последовательности.

Водную суспензию чистых ферментных препаратов готовят в специальном эмалированном резервуаре. Расчетные массы вышеуказанных препаратов растворяют в питьевой воде при температуре 19,0.20,0 °С с соблюдением массового соотношения фермент: вода — 1:10. В процессе растворения препараты активно перемешивают до получения однородной суспензии.

Затем в специальной емкости из нержавеющего металла приготовляют водный раствор лимонной кислоты при температуре 18,0.20,0 °С в массовом отношении лимонная кислота: вода — 1:5. В качестве пищевой кислоты можно использовать винную, яблочную и ортофосфорную кислоты. Дозировку пищевой кислоты в экс-трагенте определяют экспериментально по достижении рН 4,5-5,0.

Водно-спиртовой ферментный раствор (экстрагент) также готовится в специальном резервуаре, в который вносят компоненты водно-спиртового ферментного раствора в следующей последовательности. Первоначально в резервуар подается питьевая вода с температурой 18,0.20,0 °С в объеме, равном половине расчетного объема. Далее при активном перемешивании в резервуар подаются расчетные массы: чистых ферментных препаратов в виде их водной суспензии, лимонной кислоты и спирта-ректификата. После внесения всех вышеуказанных компонентов рабочий объем в резервуаре водой доводится до расчетного значения.

Далее водно-спиртовой ферментный раствор через теплообменник направ-

ляется непосредственно в экстрактор. Температура экстрагента, подаваемого в экстрактор, не должна превышать 45,0.48,0 °С. Как отмечалось выше, экстрагирование растительного сырья проводится в аппаратах непрерывного действия. При этом необходимо иметь в виду, что расчетным объемом водно-спиртового ферментного раствора (экстрагента) считается объем, необходимый для гидролиза массы сухих компонентов, подаваемых в экстрактор в течение одного цикла работы экстрактора.

В процессе непрерывного противоточ-ного поступления сырья и экстрагента поступающее сухое растительное сырье подвергается воздействию ферментативного комплекса в течение 2 ч. Это время оптимально для проведения гидролиза сырья в непрерывном потоке. Скорость прохождения водно-спиртового ферментного раствора регулируется таким образом, чтобы при постоянном времени прохождения экстракционного процесса массовая доля экстрактивных веществ в полученном ги-дролизате составляла 6,0-8,0 г/см3. Растительное сырье подают в окно экстрактора для загрузки с помощью шнекового дозатора, средняя производительность дозирующего устройства 2,0-3,0 кг/мин сырья. Отработанное растительное сырье выгружается через разгрузочное отверстие и подается на транспортер.

Противотоком к движению сырья подают экстрагент, который равномерно распределяется над выходящим из экстрактора сырьем. Перемешиваясь с выходящим растительным сырьем экстрагент фильтруется через частицы растительного сырья, отбирая от него экстрактивные вещества. В перьях шнека имеются отверстия (диаметр 6,0 мм, шаг 100,0 мм), через которые проходит экстрагент, движущийся противотоком к сырью. Проходя последовательно через все ячейки шне-кового вала, экстрагент насыщается экстрактивными веществами, плотность его увеличивается. В конце шнекового вала расположен фильтрующий элемент, через который происходит фильтрация экстракта и его отвод из экстрактора. Фильтрацию осуществляют с помощью вакуума через распределительную коробку. Гидролизат из непрерывнодействующего экстрактора поступает с помощью насоса в резервуар-накопитель гидролизата.

В процессе приготовления поликомпонентного концентрата первоначально водно-спиртовой экстракт зеленого чайного листа, полученный по вышеописанной технологии, смешивается с сахаром-песком, сухим виноматериалом «Каберне» и экстрактом родиолы розовой. Смесь тщательно перемешивается в течение 10-15 мин при температуре 18,0...20,0 °С до получения однородного гомогенного раствора. Полученный продукт из купаже-ра при помощи специального насоса пода-

6•2006

30

Таблица 1

Компонент Объем, Масса, Массовая концентрация Массовая доля Масса сухих Объемная доля Объем спирта,

дм3 кг сухих веществ, г/100 см3 сухих веществ, кг веществ, кг спирта, % дм3

Экстракт 733,0 (722,0) 3,5 — 25,65 12,5 91,62

Сухой виноматериал «Каберне» 124,3 (122,4) 0,2 — 0,25 10,0 12,43

Экстракт родиолы розовой 62,2 (61,3) 2,4 — 1,49 11,5 7,15

Сахар-песок (80,5) 1340,0 — 99,85 133,79 — —

Смесь для вакуумирования 1000,0 (1039,7) 16,1 15,5 161,18 11,1 111,2

Таблица 2

Компонент Объем, дм3 Масса, кг Массовая концентрация сухих веществ, г/100 см3 Массовая доля сухих веществ, кг Масса сухих веществ, кг Объемная доля спирта, % Объем спирта, дм3

Смесь для вакуумирования 4223,6 — 16,1 — 680,0 11,1 468,8

Сгущенная смесь 740,7 1000,0 — 68,0 680,0 — —

Водно-спиртовой раствор (дистиллят) 3482,9 — — — 13,46 468,8 —

ется на фильтр-пресс и далее в напорную емкость, из которой он поступает в ротор-но-пленочный испаритель.

Расход компонентов, необходимых для приготовления 1000,0 дм поликомпонентного концентрата, для проведения последующего вакуумирования представлен в табл. 1.

Показатель «объем» указывает на увеличение жидкой фазы при растворении расчетной массы сахара в экстракте. Массовая концентрация сухих веществ в смеси для вакуумирования может колебаться в зависимости от массовой концентрации сухих веществ в водно-спиртовом экстракте родиолы розовой, но должна быть не менее 160,0 г/100 см3. При приготовлении смеси для вакуумирования необходимо соблюдать следующее соотношение: на 1,0 г экстрактивных веществ экстрактов и сухого виноматериала «Каберне» вносят 4,9 г сахара-песка. Полученную смесь для вакуумирования используют в производстве концентрата.

Смесь для вакуумирования выдерживают при комнатной температуре в течение суток для отстаивания осадка. Затем ее фильтруют и направляют на сгущение в «Роторно-пленочный испаритель» типа КРП или КИРС, технологические параметры которого имеют следующие значения: окружная скорость ротора 28 м/ с; остаточное давление в аппарате 200 мм рт. ст; температура теплоносителя 95...97 °С; плотность орошения 42 кг/м2-ч; температура на входе в аппарат 25 °С; температура упаренного раствора на выходе из аппарата 65 °С; температура вторичных паров 53,5 °С; упаренный раствор выходит из аппарата с концентрацией 66,0 % мас., не менее.

Сгущенная смесь из роторно-пленоч-ного испарителя с массовой долей сухих веществ 68,0 ±2,0 % и температурой 60,0.65,0 °С поступает в сборник-реактор. После того как в нем накопится необходимое количество продукта, его отключают от вакуум-системы и подключают к системе второй сборник-реактор. Расход

смеси для вакуумирования для приготовления 1000,0 кг концентрата представлен в табл. 2. Объем смеси для вакуумирования зависит от массовой концентрации сухих веществ. Массовая доля сухих веществ в концентрированном продукте должна находиться в пределе 68,0 ± 2,0 %.

Водно-спиртовой дистиллят используют для приготовления 3,0%-ного водно-спиртового ферментного раствора (экстракта) для проведения ферментативного гидролиза растительного сырья, в том числе пряно-ароматического, лекарственного и плодово-ягодного.

Полученный концентрат перекачивают при помощи насоса в резервуар для хранения, откуда его направляют на розлив в транспортную тару.

Технологический процесс производства экстракта осуществляется на отечественном, серийно выпускаемом оборудовании. Смесь вакуумируют в роторно-пленочном испарителе типов КРП, КИРС и др. Серийно выпускаемые резервуары, купаж-ные аппараты и другие производственные резервуары, соприкасающиеся с полуфабрикатами и готовой продукцией, должны быть изготовлены из нержавеющей стали или из стали, покрытой стеклоэмалевым слоем. Для приготовления смеси для ваку-умирования и купажирования используют вертикальные сборники. Купажные аппараты должны быть оснащены мешалками, иметь рубашки, пробоотборники, расположенные на разных уровнях купажного аппарата. Купажные аппараты, сборники и другие резервуары должны иметь герметично закрывающиеся люки.

Все продуктовые магистрали, связывающие между собой технологическое оборудование, выполняют из нержавеющих труб по ГОСТ 9941-72 или стеклянных труб по ГОСТ 8894-77. Магистрали из нержавеющих труб оборудуют смотровыми фонарями. Запорная и регулирующая аппаратура должна быть выполнена из антикоррозийного материала. Сборники и купажные аппараты оборудуют водомерными стеклами. Массу сухого раститель-

ного сырья измеряют при помощи шкальных весов для статического взвешивания с наибольшим пределом взвешивания 6500 кг и ценой деления 200,0 г или 100,0 г по ГОСТ 23711-79. Водно-спиртовой ферментный раствор готовят в гидролизаторе.

Последний представляет собой цилиндрический резервуар с эллипсоидным или коническим днищем, оборудованный устройством для обогрева, крышкой, водомерным стеклом, перемешивающим устройством. Для перемешивания и перекачивания экстрактов водно-спиртовых растворов, приготовляемых в процессе технологических этапов, применяют насосы: поршневой марки ЕСВПН-10/20; центробежный марки X 45/31- Д и 21 -ЭПА.

Для спирта применяют насосы марок 1,5хГ-6 (к) и 2,8-2 (ЦЯГ-70М-1).

Можно использовать также другие марки насосов, характеристики которых соответствуют требованиям вышеуказанных марок. Объемы экстрактов, водно-спиртового ферментного раствора, спирта измеряют с помощью мерников-дозаторов по ГОСТ 13844-68 2-го класса точности, вместимостью 100,0 дм3, градуированных в установленном порядке с ценой деления шкалы водомерного стекла 0,5 дм.

Для получения экстрактов из растительного сырья периодическим способом используется серийно выпускаемое отечественное оборудование: реакторы, снабженные рубашками для обогрева и перемешивающим устройством. В реакторах встраивают люки для выгрузки шрота и устанавливают ложные днища (сетку). Материал аппарата — коррозийно-устойчивая сталь. Привод в аппарате во взрывозащитном исполнении. Детали аппарата, соприкасающиеся с обрабатываемой средой, необходимо изготовлять из коррозийно-стойкой стали. Постоянство температуры в процессе проведения ферментативного гидролиза сырья в экстракторах, имеющих рубашку для обогрева, поддерживается с помощью теплового агента. При использовании экстракторов без рубашки для обогрева постоянство

6 • 2006

31

Таблица 3

Объект контроля Место контроля Периодичность контроля Контролируемый параметр Нормы технологических показателей Метод и средства контроля

Сухое растительное сырье Склад готовой Каждая партия Экстрактивность, В соответствии сТИ ГОСТ 24027.2-80

продукции влажность Сырье лекарственное растительное

Дозировка массы ферментных препаратов То же То же Масса сырья В соответствии с технологической инструкцией Весы по ГОСТ 23676-79 с пределом взвешивания 6 кг и ценой деления 10 кг

Дозировка массы воды, водно-спиртового, ферментного раствора и спирта » » Объем, дм3 То же Технические мерники 1-го класса точности марки ТПС и 839 с пределами измерения 15-75 дал и ценой деления шкалы 1 дал и марок 757-М и 784-МН

В процессе ферментативного гидролиза сырья Экстрактор » Температура, °С 45.48 Термометр технический по ГОСТ 27544-87 или термометр сопротивления типа ТСП или ТСМ с пределом измерения 0.100 °С

В процессе ферментативного гидролиза сырья » » Время гидролиза, ч В соответствии сТИ от 3,5 до 4,0 Часы сигнальные в соответствии ТУ 64-1-1622-72

Спиртованный экстракт Резервуар для хранения » Объемная доля спирта, % 2,5 ± 0,5 ГОСТ Р 51135-98 ГОСТ 3639-79

Смесь для вакуумирования Купажер » Время, мин 10-15 Измерение времени, часы сигнальные в соответствии ТУ 64-1-1622-72

Смесь для вакуумирования » » Массовая концентрация сухих веществ, г/100 см3 В соответствии с показателями технологической инструкции Рефрактометрически по ГОСТ Р 51135-98 ГОСТ 6687-90

Смесь для вакуумирования » » Объемная доля спирта, % То же ГОСТ Р 51135-98 ГОСТ 3639-79

Сгущенная смесь (концентрат) Сборник для хранения » Массовая доля осадка при растворении 10,0 г продукта в 95,0 см3 воды В соответствии с ТУ По ГОСТ 6687.5 с предварительной подготовкой раздела ЗТУ

Сгущенная смесь (концентрат) То же » Массовая доля лимонной кислоты в 100 г сухих веществ концентрата То же ГОСТ 6687.4-86

теплового режима обеспечивает периодическая прокачка жидкой фазы в системе экстрактор — насос — теплообменник — экстрактор. Для фильтрования растворов применяют фильтр-прессы (с использованием картона марки Т) ПР6-365 х 44/13 С и ПР 19,5 х 565 х 60/13 С. Для охлаждения гидролизата-экстракта используют типовые кожухотрубные теплообменники, продуктопроводы которых изготовлены из нержавеющей стали. Все продуктовые магистрали, связывающие между собой технологическое оборудование, выполняют из нержавеющих труб по ГОСТ 994-81 или стеклянных труб по ГОСТ 8894-77. Магистрали из нержавеющих труб оборудуют смотровыми фонарями, запорная и регулирующая арматура должна быть выполнена из антикоррозийного материала. Сборники и купажеры оснащают водомерными стеклами. В качестве сборников для хранения экстракта используют реакторы марки СЭРН.

Для экстракции растительного сырья применяют вертикальный непрерывно-действующий шнековый противоточный экстрактор в соответствии с чертежами Нижегородской фирмы ТОО «Аква-Тех». Экстрактор и соприкасающееся с ним оборудование изготовляют из нержавеющей стали. Привод в аппарате выполняется

во взрывозащитном исполнении. Непре-рывнодействующие экстракторы должны иметь теплоизоляционную рубашку по всей длине.

Розлив концентрата поликомпонентного производят вручную или на серийно выпускаемых линиях розлива с применением автоматических наполнителей типов Б4-КПД-1-3, Б4-КПП-1-1. Укупо-ривание осуществляют вручную или на укупорочных автоматах типов В9-ВФУ, Б4-ЛЗК-109, Б4-КЗК-110, Д-КЗС.

Входной контроль качества сырья, поступающего на технологическую переработку, обязателен. Качество сырья и материалов контролируется в соответствии с требованиями действующих в Российской Федерации стандартов. Массовая доля сухих веществ, объемная доля спирта контролируются в соответствии с методами испытаний, указанными в ТУ и ТИ на данную продукцию. В табл. 3 приведен краткий перечень основных контролируемых параметров при промышленном производстве поликомпонентного концентрата.

Технология внедрена для практического использования при производстве продуктов адекватного питания и специального назначения для нужд МО РФ на научно-производственном объединении

«Биоиндустрия» и на научно-производственной базе совместного российско-китайского предприятия ООО «Биотехнологическая компания «Чжэньюань Хубэй».

ЛИТЕРАТУРА

1. Кудряшева А.А. Права человека на пищу и адекватное питание//Пищевая промышленность 2005. № 2. С. 23-27.

2. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. — М.: ГРАНТЪ, 2002.

3. Поверин Д.И., Тырсин Ю.А. Адекватное питание и его практическая реализация//Пищевая промышленность. 2005. № 8. С. 50-51.

4. Тырсин Ю.А., Поверин Д.И. Продукты функционального питания, как действенное средство восстановления параметров здоровья человека в неблагоприятных экологических услови-ях.//Материалы Российско-Корейской научно-практической конференции Восток-Запад. — М.: Изд-во МГУТУ. 2005. С. 124-133.

5. Косенко Н.В. Организационно-экономические и технологические проблемы развития перерабатывающего сырьевого комплекса лекарственных растений. — М.: Тверь-Контакт, 1999.

6. Кочеткова А.А., КолесновА. Ю, Тужилкин В.И., Нестерова И.Н. Современная теория позитивного питания и функциональные продук-ты//Пищевая промышленность. 1999. № 4. С. 7-10. &

6 • 2006

32