Способ получения картофельного концентрата

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРТОФЕЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(72) Авторы Пушкарь Александр Александрович Хлиманков Дмитрий Валерьевич Литвяк Владимир Владимирович Ловкис Зенон Валентинович Тананайко Татьяна Михайловна(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(56)10509 1, 2008. ЛОВКИС З.В. и др. Инновационные технологии в производстве пищевых продуктов Сб. материаловМеждународной научно-практической конференции.- Минск, 2006.- С. 95-97. ЛОВКИС З.В. и др. Весц Нацыянальнай акадэм навук Беларус. Серыя аграрных навук.- 2006.-4.- С. 111-117. ЛОВКИС З.В. и др. Премьер-продукт,2005,3, - С. 6-7. ЛИТВЯК В.В. и др. Современные технологии сельскохозяйственного производства. МатериалыМеждународной научно-практической конференции.- Гродно, 2008.- С. 463-464.2053691 1, 1996.(57) Способ получения картофельного концентрата, включающий подготовку картофельного сырья, его обработку ферментами в два этапа, отделение осадка фильтрацией, концентрирование фильтрата упариванием, термостатирование упаренного концентрата и подкисление его молочной кислотой, отличающийся тем, что подготовку сырья осуществляют механическим измельчением клубней картофеля до получения частиц размером не более 3 мм, наэтапе обработку ферментами проводят при 4,5-7,0 в три стадии, при этом вводят препарат мезофильной -амилазы в количестве 2,0-4,5 ед. АС/г условного крахмала и осуществляют разжижение на 1-й стадии при 45-55 С в течение не менее 30 мин, на 2-й стадии при 60-75 С в течение 120-130 мин и на 3-й стадии при 80-95 С в течение 30-40 мин или вводят препарат бактериальной термостабильной -амилазы в количестве 0,2-0,6 ед. АС/г условного крахмала и осуществляют разжижение на 1-й стадии при 45-55 С в течение не менее 20 мин, на 2-й стадии при 80-93 С в течение 60-100 мин и на 3-й стадии при 80-95 С в течение 30-90 мин, наэтапе вводят препарат глюкоамилазы в количестве 4,8-9,0 ед. ГлС/г условного крахмала и осуществляют осахаривание при 4,2-6,3 и температуре 52-62 С в течение не менее 30 мин, кроме того на 1-й стадииэтапа или наэтапе вводят препарат протеазы нейтральной ( 4,8-6,0) или кислой ( 4,0-5,5) в количестве 1,0-3,0 ед. ПС/г белка или 0,2-0,45 ед. ПС/г условного крахмала 13232 1 2010.06.30 и/или препарат пектиназы в количестве 5,0-60,0 ед. ПкС/г пектиновых веществ или 0,57,0 ед. ПкС/г условного крахмала, а термостатирование осуществляют при давлении 100110 кПа в течение 10-20 мин. Изобретение относится к безалкогольной и алкогольной отрасли пищевой промышленности, а именно к способам производства концентрата для получения безалкогольных,слабоалкогольных или алкогольных напитков. Изобретение обеспечивает получение картофельного концентрата механикоферментативным способом, используемого при производстве функциональных безалкогольных, слабоалкогольных или алкогольных напитков, отличающимися высокими потребительскими свойствами и органолептическими показателями. Известен способ производства напитка типа кваса 1, предусматривающий мойку,очистку, резку, варку картофеля, приготовление картофельного пюре разбавление его водой, введение в разбавленное пюре ферментных препаратов с последующей термической обработкой. Полученное ферментированное пюре разбавляют водой, кипятят, вносят необходимые добавки, затем охлаждают, фильтруют, вносят комбинированную закваску дрожжей и молочнокислых бактерий и сбраживают. Полученное сусло декантируют с дрожжевого осадка, после чего осуществляют розлив, укупорку и выдержку готового напитка. Недостатком известного способа является сложность, громоздкость, длительность технологического цикла (применение многостадийной ферментации и многократной термообработки), что ведет к дополнительным энерго-, трудозатратам и удорожанию готового продукта. Известен способ производства концентрата квасного сусла 2, предусматривающий термическую обработку картофельного сырья, отделение осадка фильтрацией и концентрирование сусла упариванием, в качестве картофельного сырья используют клеточный сок картофеля, термическую обработку которого проводят в два этапа, на первом из которых ее ведут одновременно с очисткой сока активированным углем, а второй осуществляют после концентрирования сусла путем термостатирования при давлении 150-256 кПа в течение 25-40 мин, при этом после отделения осадка сусло дополнительно фильтруют и очищают путем пропускания через ионитные смолы. К недостаткам известного способа следует отнести то, что полученный концентрат в основном состоит из растворимых органических и неорганических солей и кислот, присутствующих в клеточном соке картофеля и незначительного количества углеводов в виде остаточного содержания растворимых сахаров. Концентрация сухих веществ в упариваемом картофельном соке низкая и составляет около 4 , что при доведении концентрации до необходимого значения требует больших энергетических затрат. Кроме того, клеточный сок картофеля быстро темнеет и приобретает неприятный запах, который при обработке не устраняется. Это влияет на товарный вид и качество готового продукта. Выделение белковых компонентов при фильтрации с одной стороны предупреждает образование нагара на поверхности нагрева, с другой стороны нарушает баланс питательных веществ в готовом продукте, что существенно сказывается на его качестве. Наиболее близким к изобретению является способ производства картофельного концентрата 3 - прототип, предусматривающий термическую обработку свежего картофеля и/или доброкачественных сухих и пюреобразных картофельных отходов, осуществляют при давлении 260-500 кПа в течение 45-60 мин с последующей обработкой амилолитическими ферментами наиэтапах осуществляют в течение 20-50 мин, при этом наэтапе ее проводят при температуре 70-90 С, а на- при температуре 50-65 С с последующим нагреванием до температуры 110-115 С в течение 5-20 мин с целью инактивации фермен 2 13232 1 2010.06.30 тов, отделением осадка фильтрацией, концентрированием сусла упариванием и термостатированием при давлении 120-200 кПа в течение 30-50 мин, с одновременным подкислением молочной кислотой. Недостатками известного способа являются большая энергозатратность стадии разваривания картофельного сырья при давлении 260-500 кПа в течение 45-60 мин и стадии инактивации ферментов при температуре 110-115 С в течение 5-20 мин. В результате высокой температуры и давлении во время разваривания сырья наблюдается значительные его потери не полное использование картофельного сырья, так, в зависимости от сорта и условий произрастания в своем составе картофель может содержать от 16 до 35 сухих веществ, в том числе крахмала 11-29, азотистых веществ 1,5-2,5, сахаров - 1,4-1,5, пектиновых веществ - 1-1,5, а ферментативному гидролизу подвергается только крахмальная составляющая картофеля, а также следует отнести сложность осуществления процесса фильтрации в результате присутствия большого количества нерастворимых в воде веществ (прежде всего белков и пектиновых веществ) и недостаточно сильную выраженность органолептических свойств картофельного концентрата (цвета, аромата). Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение является упрощение технологической схемы получения картофельного концентрата, снижение энергозатрат, трудоемкости производства и улучшение технологического процесса с одновременным увеличением выхода продукта и повышением его органолептических свойств. Это достигается тем, что способ получения картофельного концентрата, включающий подготовку картофельного сырья, его обработку ферментами в два этапа, отделение осадка фильтрацией, концентрирование фильтрата упариванием, термостатирование упаренного концентрата и подкисление его молочной кислотой, отличается тем, что подготовку сырья осуществляют механическим измельчением клубней картофеля до получения частиц размером не более 3 мм, наэтапе обработку ферментами проводят при 4,5-7,0 в три стадии, при этом вводят препарат мезофильной -амилазы в количестве 2,04,5 ед. АС/г условного крахмала и осуществляют разжижение на 1-й стадии при 45-55 С в течение не менее 30 мин, на 2-й стадии при 60-75 С в течение 120-130 мин и на 3-й стадии при 80-95 С в течение 30-40 мин или вводят препарат бактериальной термостабильной -амилазы в количестве 0,2-0,6 ед. АС/г условного крахмала и осуществляют разжижение на 1-й стадии при 45-55 С в течение не менее 20 мин, на 2-й стадии при 8093 С в течение 60-100 мин и на 3-й стадии при 80-95 С в течение 30-90 мин, наэтапе вводят препарат глюкоамилазы в количестве 4,8-9,0 ед. ГлС/г условного крахмала и осуществляют осахаривание при 4,2-6,3 и температуре 52-62 С в течение не менее 30 мин, кроме того, на 1-й стадииэтапа или наэтапе вводят препарат протеазы нейтральной ( 4,8-6,0) или кислой ( 4,0-5,5) в количестве 1,0-3,0 ед. ПС/г белка или 0,20,45 ед. ПС/г условного крахмала и/или препарат пектиназы в количестве 5,0-60,0 ед. ПкС /г пектиновых веществ или 0,5-7,0 ед. ПкС /г условного крахмала, а термостатирование осуществляют при давлении 100-110 кПа в течение 10-20 мин. Способ реализуется следующим образом. В качестве сырья используют целые клубни картофеля. Очищенные от посторонних примесей (тяжелых - камни, песок и т.д., легких - ботва, некондиционные клубни), хорошо вымытые клубни картофеля поступают на молотковые дробилки (или картофелетерки,или иное измельчающее технологическое оборудование), где обеспечивается степень измельчения, характеризующаяся полным отсутствием частиц картофеля, остающихся после промывки картофельной кашки водой на сите 3 мм (частиц с размером не более 3 мм). Измельченное сырье поступает в смеситель, куда одновременно подают воду (при необходимости, в случае переработки высококрахмалистого картофеля и вялых клубней в количестве 0,2-0,5 л на 1 кг сырья) и ферментный препарат мезофильной -амилазы из сборника через дозатор при расходе 2,5-4,5 ед. АС/г условного крахмала. В смесителе 3 13232 1 2010.06.30 поддерживается температура 40-55 С подачей теплой воды или непосредственным подогревом (рубашка, тены и т.д.). Из смесителя замес подается насосом через контактную головку (или используется иной способ подогрева кашицы) в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1 или ферментер-1). В контактной головке замес быстро нагревается до 65-70 С и поступает в ГДФО первой ступени (ферментер-1), где выдерживается в течение 120-150 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и рециркуляцией с помощью насоса (или другими устройствами, обеспечивающими активное перемешивание массы). Для поддержания постоянной температуры пар подают в рубашку или змеевик (или используют иной способ подогрева). Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат гидроферментативной обработки второй ступени (ферментер 2). В аппарате ГДФО второй ступени замес подогревается до 80-95 С и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 30-40 мин. Из аппарата ГДФО второй ступени (ферментер-2) масса насосом подается в паросепаратор или непосредственно в вакуум-осахариватель или осахариватель, куда вносится препарат глюкоамилазы при расходе 4,8-9,0 ед. ГлС/г условного крахмала и масса осахаривается не менее 20 мин. Далее процесс проводится по режимам принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Гидролизованный при помощи ферментов продукт подвергают фильтрации, например, на фильтр-прессах. Фильтрат (сусло) упаривают, например, в вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 60-70 , после чего с целью формирования органолептических свойств, проводят термостатирование при давлении 100-110 кПа в течение 10-20 мин, с одновременным подкислением молочной кислотой до кислотности 3040 см 3 0,1 н. раствора /100 г концентрата. При термостатировании формируются органолептические свойства картофельного концентрата в результате протекания реакции меланоидинообразования (реакция Майара или сахароаминная реакция). Предположительный механизм данной реакции следующий. Аминокислоты способны вступать в реакцию с соединениями, содержащими карбонильную группу, например с восстанавливающими сахарами. В результате этой реакции происходит разложение как исходной аминокислоты, так и реагирующего с ней восстанавливающего сахара. При этом из аминокислоты образуются соответствующий альдегид,аммиак и диоксид углерода, а из сахара - фурфурол или оксиметилфурфурол. Оксиметилфурфурол малоустойчив и легко разлагается с образованием муравьиной и левулиновой кислот при его конденсации также могут образовываться гуминовые вещества. Гуминовые вещества небольшой степени конденсации растворимы в воде и окрашивают продукт в желтый цвет. Альдегиды, полученные при взаимодействии аминокислот с восстанавливающими сахарами, обладают специфическим запахом, от которого в значительной степени зависит аромат пищевого продукта. С другой стороны, фурфурол и оксиметилфурфурол, возникающие в результате разложения сахара, легко вступают во взаимодействие с аминокислотами, давая темноокрашенные продукты - меланоидины, которые и придают продукту приятный цвет. Препарат нейтральной ( 4,8-6,0) или кислой ( 4,0-5,5) протеазы в количестве 1,03,0 ед. ПС/г белка (0,2-0,45 ед. ПС/г усл. крахмала) и/или препарат пектиназы в количестве 5-60 ед. ПкС/г пектиновых веществ (0,5-7,0 ед. ПкС/г усл. крахмала) вводятся в начале гидролиза в период разжижения или в конце гидролиза в период осахаривания. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. В результате ферментативного гидролиза белков и пектиновых веществ образуется большее количество субстратов (сахаров и аминокислот), усиливается интенсивность протекания реакции меланоидинообразования, увеличивается концентрация продуктов реак 4 13232 1 2010.06.30 ции (меланоидинов и альдегидов) и, как следствие, улучшаются органолептические свойства концентрата. Кроме того, понижается количество нерастворимой в воде фракции, что приводит к улучшению процесса фильтрации и более эффективному и целостному использованию картофельного сырья. Картофельный концентрат можно получать также следующим образом. Измельченное картофельное сырье (кашка) поступает в смеситель, куда одновременно подают воду (при необходимости в случае переработки высококрахмалистого картофеля и вялых клубней в количестве 0,2-0,5 л на 1 кг сырья) и ферментный препарат термостабильной -амилазы из сборника через дозатор при расходе 0,2-0,6 ед. АС/г условного крахмала. В смесителе поддерживается температура 45-55 С подачей теплой воды или непосредственным подогревом (рубашка, тены и т.д.). Из смесителя замес подается насосом через контактную головку (или используется иной способ подогрева кашицы) в аппарат гидродинамической и ферментативной обработки первой ступени (ГДФО-1 или ферментер-7). В контактной головке замес быстро нагревается до 80-93 С и поступает в ГДФО первой ступени (ферментер-1), где выдерживается в течение 60-100 мин при постоянном перемешивании, осуществляемом механической мешалкой и рециркуляцией с помощью насоса (или другими устройствами, обеспечивающими активное перемешивание массы). Для поддержания постоянной температуры пар подают в рубашку или змеевик (или используют иной способ подогрева). Готовый замес через переливной патрубок непрерывно поступает в аппарат гидроферментативной обработки второй ступени (ферментер 2). В аппарате ГДФО второй ступени температура поддерживается в пределах 80-95 С и выдерживается в непрерывном потоке при перемешивании в течение 30-90 мин. Из аппарата ГДФО второй ступени (ферментер-2) масса насосом подается в паросепаратор или непосредственно в вакуум-осахариватель или осахариватель, куда вносится препарат глюкоамилазы при расходе 4,8-9,0 ед. ГлС/г условного крахмала и масса осахаривается при температуре 56-60 С не менее 20 мин. Далее процесс проводится по режимам, принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Полученный концентрат представляет собой густую жидкость темно-коричневого цвета, обладающую кисло-сладким вкусом и ароматом, присущим ржаному хлебу. Срок хранения готового продукта один год. Изобретение поясняется следующими примерами. Пример 1. Очищенные от примесей, хорошо вымытые клубни картофеля измельчаются на молотковых дробилках до частиц размером не более 3 мм. Измельченное сырье поступает в смеситель, куда вводится препарат Амилосубтилин Г 3 при расходе 3,5 ед./г условного крахмала, и масса выдерживается 30 мин. В смесителе поддерживается температура 5053 С и 6,0-6,8. Далее масса поступает на контактную головку, где нагревается до температуры 67-70 С, и далее направляется в ферментер-1 и выдерживается при данной температуре 120 мин. Частично разжиженная масса через контактную головку, где масса нагревается до 90-93 С, поступает в ферментер-2 и выдерживается при данной температуре 40 мин. Разжиженная масса перекачивается в вакуум-осахариватель, куда вводится препарат Глюкаваморин Г 20 при расходе 7,4 ед. ГлС/г усл. крахмала, и при температуре 58-60 С и 5,4-6,2 выдерживается 40 мин. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. Далее процесс проводится по режимам принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Полученный продукт фильтруют на фильтр-прессе. Фильтрат (сусло) упаривают, например, в вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 60-70 , после чего проводят термостатирование при давлении 100 кПа в течение 20 мин, с одновремен 5 13232 1 2010.06.30 ным подкислением молочной кислотой до кислотности 30-40 см 3 0,1 н. раствора/100 г концентрата. Пример 2. Очищенные от примесей, хорошо вымытые клубни картофеля измельчаются на молотковых дробилках до частиц размером не более 3 мм. Измельченное сырье поступает в смеситель, куда вводится препарат Амилосубтилин Г 3 при расходе 3,5 ед./г условного крахмала и препарат Алкалазапри расходе 0,3 ед. ПС/г условного крахмала, и масса выдерживается 40 мин. В смесителе поддерживается температура 47-50 С и 6,0-6,4. Далее масса поступает на контактную головку, где нагревается до температуры 67-70 С,и далее направляется в ферментер-1 и выдерживается при данной температуре 120 мин. Частично разжиженная масса через контактную головку, где масса нагревается до 9294 С, поступает в ферментер-2 и выдерживается при данной температуре 40 мин. Разжиженная масса перекачивается в вакуум-осахариватель, куда вводится препарат Глюкаваморин Г 20 при расходе 7,4 ед. ГлС/г усл. крахмала, и при температуре 58-60 С и 5,4-6,2 выдерживается 30 мин. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. Далее процесс проводится по режимам принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Пример 3. Очищенные от примесей, хорошо вымытые клубни картофеля измельчаются на молотковых дробилках до частиц размером не более 3 мм. Измельченное сырье поступает в смеситель, куда вводится препарат Термамил СЦ при расходе 0,5 ед./г условного крахмала, и масса выдерживается 30 мин. В смесителе поддерживается температура 50-53 С и 6,2-6,8. Далее масса поступает на контактную головку, где нагревается до температуры 87-89 С, и далее направляется в ферментер-1 и выдерживается при данной температуре 90 мин. Частично разжиженная масса через контактную головку, где масса нагревается до 90-92 С, поступает в ферментер-2 и выдерживается при данной температуре 70 мин. Разжиженная масса перекачивается в вакуум-осахариватель, куда вводится препарат Глюкаваморин Г 20 при расходе 7,4 ед. ГлС/г усл. крахмала и препарат Алкалазапри расходе 0,3 ед. ПС/г условного крахмала, и при температуре 54-56 С и 5,9-6,3 выдерживается 50 мин. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. Далее процесс проводится по режимам принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Пример 4. Очищенные от примесей, хорошо вымытые клубни картофеля измельчаются на молотковых дробилках до частиц размером не более 3 мм. Измельченное сырье поступает в смеситель, куда вводится препарат Термамил СЦ при расходе 0,5 ед./г условного крахмала и препарат Рапидаза СР при расходе 4,0 ед. ПкС/г усл. крахмала, и масса выдерживается 40 мин. В смесителе поддерживается температура 50-53 С и 5,4-5,8. Далее масса поступает на контактную головку, где нагревается до температуры 87-88 С, и далее направляется в ферментер-1 и выдерживается при данной температуре 90 мин. Частично разжиженная масса через контактную головку, где масса нагревается до 89-90 С, поступает в ферментер-2 и выдерживается при данной температуре 70 мин. Разжиженная масса перекачивается в вакуум-осахариватель, куда вводится препарат Глюкаваморин Г 20 при расходе 7,4 ед. ГлС/г усл. крахмала и препарат МаксазимК при расходе 0,3 ед. ПС/г условного крахмала, и при температуре 54-56 С и 4,5-5,0 выдерживается 50 мин. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. Далее процесс проводится по режимам, принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Пример 5. Очищенные от примесей, хорошо вымытые клубни картофеля измельчаются на молотковых дробилках до частиц размером не более 3 мм. Измельченное сырье поступает в 6 13232 1 2010.06.30 смеситель, куда вводится препарат Термамил СЦ при расходе 0,5 ед./г условного крахмала, и масса выдерживается 30 мин. В смесителе поддерживается температура 50-53 С и 6,0-6,8. Далее масса поступает на контактную головку, где нагревается до температуры 87-88 С, и далее направляется в ферментер-1 и выдерживается при данной температуре 90 мин. Частично разжиженная масса через контактную головку, где масса нагревается до 89-90 С, поступает в ферментер-2 и выдерживается при данной температуре 70 мин. Разжиженная масса перекачивается в вакуум-осахариватель, куда вводится препарат Глюкаваморин Г 20 при расходе 7,4 ед. ГлС/г усл. крахмала, препарат МаксазимК при расходе 0,3 ед. ПС/г условного крахмала и препарат Рапидаза СР при расходе 4,0 ед. ПкС/г усл. крахмала, и при температуре 54-56 С и 4,2-5,0 выдерживается 40 мин. Активную кислотностькорректируют молочной кислотой. Далее процесс проводится по режимам, принятым в технологии приготовления картофельного концентрата. Таким образом, получение картофельного концентрата механико-ферментативным способом позволяет существенноснизить энергозатраты и трудоемкость производства,заменив термическую обработку картофельного сырья в реакторе под давлением, на измельчение и исключив стадию инактивации ферментов, а применение современных высокоэффективных ферментных препаратов, обладающих протеазной и пектиназной активностью значительно увеличит выход продукта, повысит его органолептические свойства. Предлагаемое изобретение позволяет получить картофельный концентрат, используемый при производстве функциональных безалкогольных, слабоалкогольных или алкогольных напитков, высоких потребительских качеств и органолептических показателей из легкодоступного отечественного сырья. Источники информации 1. А. с. СССР 413939, МПК А 23 1/12, 1974. 2. А. с.СССР 1086012, МПК С 12 3/00, 1984. 3. Патент РБ 10509, МПК А 23 2/385, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7