Способ получения концентрата для напитков на основе картофельного и кукурузного сырья

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ДЛЯ НАПИТКОВ НА ОСНОВЕ КАРТОФЕЛЬНОГО И КУКУРУЗНОГО СЫРЬЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Литвяк Владимир Владимирович Поздняков Владимир Михайлович Лисовская Дина Петровна Почицкая Ирина Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Способ получения концентрата для напитков на основе картофельного и кукурузного сырья, при котором осуществляют ферментативный гидролиз предварительно подготовленного картофельного сырья, при этом на первом этапе проводят его разжижение, а на втором - осахаривание, отделяют осадок фильтрацией, полученный фильтрат упаривают до содержания сухих веществ 68,0-72,0 , к полученному картофельному концентрату добавляют крахмальную патоку и/или мальтозный сироп, которые получают кислотноферментативным или фермент-ферментным гидролизом кукурузного сырья, в количестве,обеспечивающем содержание оксиметилфурфурола в готовом концентрате не более 224 мг/кг,подкисляют пировиноградной, или щавелевоуксусной, или яблочной, или фумаровой, или янтарной, или -кетоглютаровой, или щавелевоянтарной, или изолимонной, или цисаконитовой, или лимонной кислотой или их смесями в разном соотношении до кислотности 30-40 см 3 0,1 н растворана 100 г полученной смеси и упаривают до содержания сухих веществ 68,0-72,0 . 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 концентрата на основе картофеля и кукурузы из крахмалосодержащего картофельного и кукурузного сырья с применением современных высокоэффективных ферментных препаратов, используемого при производстве функциональных безалкогольных, слабоалкогольных или алкогольных напитков, отличающихся 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 17157 1 2013.06.30 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. Недостатками известного способа являются сложность, громоздкость, длительность технологического цикла, что ведет к дополнительным энерго-, трудозатратам и удорожанию готового продукта. Кроме того, данному напитку присуща однотипность и недостаточно сильная выраженность органолептических свойств. 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 (СВ) в упариваемом картофельном соке низкая и составляет около 4 , что при доведении концентрации до необходимого значения требует больших энергетических затрат. 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, который осуществляют при давлении 260-500 кПа в течение 45-60 мин с последующей обработкой амилолитическими ферментами наиэтапах 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 ферментов, отделением осадка фильтрацией, концентрированием сусла упариванием и термостатированием при давлении 120-200 кПа в течение 30-50 мин, с одновременным подкислением молочной кислотой. Недостатком известного способа является, прежде всего, высокое содержание окисметилфурфурола (ОМФ) в получаемом картофельном концентрате (табл. 1), а также использование в качестве сырья только картофеля, в котором содержится недостаточно полный спектр минералов, витаминов и других полезных веществ. Таким образом, картофельный концентрат, являясь однокомпонентным, не всегда отвечает высоким требованиям потребителей по органолептическим и физико-химическим свойствам. Кроме того, следует отметить,что использование для подкисления концентрата только молочной кислоты существенно снижает его возможности как пищевого продукта, обладающего функциональными (профилактическими, лечебно-профилактическими и лечебными) свойствами. Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка технологической схемы получения многокомпонентного концентрата на основе картофеля и кукурузы, повышение его органолептических и физико-химических свойств, а также функциональных возможностей, что может послужить основой для создания целого спектра отечественных безалкогольных, слабоалкогольных и алкогольных напитков функционального назначения, обладающих профилактическим, или лечебнопрофилактическим или лечебным действием. 2 17157 1 2013.06.30 Таблица 1 Содержание ОМФ в термически обработанных пищевых углеводсодержащих продуктах Углеводсодержащие пищевые продукты Показатели Картофельный Крахмальная Мальтозный Сахарный концентрат патока сироп колер Содержание 224,2 132,4 220,9 5182,0 ОМФ, мг/кг Примечание В углеводсодержащих продуктах ОМФ определяли хроматографически с использованием жидкостного хроматографа 1200 и с применением хроматографической колонки-18 5 мкм (4,6150 мм). В качестве элюирующей фазы использовали раствор уксусной кислоты с метанолом. Поток элюента составлял 1,0 мл/мин, температура хроматографирования 302 С, ориентировочное время удерживания ОМФ - 6,50,5 мин. Это достигается способом получения концентрата для напитков на основе картофельного и кукурузного сырья, при котором осуществляют ферментативный гидролиз предварительно подготовленного картофельного сырья, при этом на первом этапе проводят его разжижение, а на втором - осахаривание, отделяют осадок фильтрацией, полученный фильтрат упаривают до содержания сухих веществ 68,0-72,0 , к полученному картофельному концентрату добавляют крахмальную патоку и/или мальтозный сироп, которые получают кислотно-ферментативным или фермент-ферментным гидролизом кукурузного сырья, в количестве, обеспечивающем содержание оксиметилфурфурола в готовом концентрате не более 224 мг/кг, подкисляют пировиноградной, или щавелевоуксусной, или яблочной, или фумаровой, или янтарной, или -кетоглютаровой, или щавелевоянтарной,или изолимонной, или цис-аканитовой, или лимонной кислотой или их смесями в разном соотношении до кислотности 30-40 см 3 0,1 н растворана 100 г полученной смеси и упаривают до содержания сухих веществ 68,0-72,0 . Способ реализуется следующим образом. Отдельно получают картофельный концентрат, крахмальную патоку и мальтозный сироп. Крахмальную патоку и мальтозный сироп вырабатывают из кукурузокрахмального сырья. Технология картофельного концентрата. Сырье. При приготовлении картофельного концентрата в качестве сырья используют любое картофелекрахмальное сырье (клубни картофеля, картофельную мезгу и т.д.). Разваривание картофельного сырья. Картофельное сырье подают в накопительный бункер и далее в разварник Генца (разварник СП-1164), где его варят при избыточном давлении 0,35-0,45 МПа (3,5-4,5 атм) в течение 55-60 мин. Каждые 10 мин проводится перемешивание развариваемой массы путем кратковременного снижения давления на 0,1 МПа (1 атм). Приготовление амилолитических ферментных препаратов. Используются следующие амилолитические ферментные препараты Глюкаваморин Г 20 х (РУП Энзим, г. Пинск, Беларусь) - жидкость от ярко-янтарного до темно-коричневого цвета, удельной плотностью 1,1 г/см 3, с глюкоамилазной активностью 5000 ед.ГлС/см 3, используется для осахаривания. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абсолютно сухого (абс. сух.) крахмала 1,6 л препарата Термамил(фирма , Дания) жидкость коричневого цвета, удельной плотностью 1,20-1,25 г/см 3, с -амилазной активностью 1500-2500 ед.АС/см 3, используется для разжижения. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала 0,5 л препарата. Условия действия рН 4,0-6,030-90 С Термамил(фирма , Дания) имеет удвоенную -амилазную активность в сравнении с Термамил- 2500-5000 ед.АС/см 3, используется для разжижения. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала 0,25 л препарата. Условия действия рН 4,0-6,030-90 С 3 17157 1 2013.06.30 Ферментный препарат 25023 (фирма , Дания) с -амилазной, кислой протеазной и целлюлозной активностью. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала - 100 мл препарата. Условия действия рН 4,0-6,030-75 С Сан Супер 360 Л (фирма , Дания) жидкость коричневого цвета, удельной плотностью 1,20 г/см 3, с глюкоамилазной активностью 5500-6000 ед.ГлС/см 3, а также с-амилазной и протеазной активностью, используется для разжижения и осахаривания. Ферментный препарат вносят из расчета при осахаривании на 1 т абс. сух. крахмала 0,8 л,а при полном ферментативном гидролизе (разжижении и осахаривании) на 1 т абс. сух. крахмала 1,2 л препарата. Условия действия рН 4,0-6,030-75 С. При осахаривании можно также применять и отечественные мультиэнзимные препараты (производитель РУП Энзим, Беларусь) Аминол Акс-50 содержит грибную -амилазу, ксиланазу, -глюказазу внешний вид жидкость цвет - коричневый оптимальные условия действия рН 4,5-5,550-55 С конечный продукт декстрины, олигосахариды, мальтоза, -глюканы, арабиноксиланы Аминол Акс-70 содержит бактериальную -амилазу, ксиланазу, -глюказазу внешний вид - жидкость цвет - коричневый оптимальные условия действия рН 5,3-6,060-65 С конечный продукт декстрины, олигосахариды, мальтоза, -глюканы, арабиноксиланы Аминол Акс-100 содержит термостабильную бактериальную -амилазу, ксиланазу,-глюказазу внешний вид - жидкость цвет - коричневый оптимальные условия действия рН 5,5-7,030-100 С конечный продукт декстрины, олигосахариды, мальтоза, -глюканы, арабиноксиланы Глюканол ГКс-60 содержит глюкоамилазу, ксиланазу, -глюказазу внешний вид жидкость цвет - коричневый оптимальные условия действия рН 4,2-4,855-60 С конечный продукт глюкоза, -глюканы, арабиноксиланы. Приготовление других ферментных препаратов (с целлюлазной и пектолазной активностью). Используются также другие ферментные препараты Целюкласт 1.5 Л ФГ (фирма , Дания) коричневая жидкость, удельная плотность 1,2 г/см 3, с целлюлозной активностью. Условия действия рН 4,5-6,050-60 С. Пектинес(фирма , Дания) коричневая сиропообразная жидкость,с пектолазной активностью, удельная плотность 1,20-1,25 г/см 3. Условия действия рН 4,06,055-60 С. ПектинесКолор (фирма , Дания)коричневая сиропообразная жидкость, с пектолазной активностью удельная плотность 1,20-1,25 г/см 3. Условия действия рН 4,0-6,015-55 С (оптимальная 45-55 С) Пектинес 5(фирма , Дания) коричневая сиропообразная жидкость с пектолазной активностью, удельная плотность 1,20-1,25 г/см. Условия действия рН 4,0-6,015-55 С (оптимальная 45-55 С). Перед внесением в осахариватель ферментные препараты разводят водой в 10 раз и тщательно перемешивают. Пектолитический гидролиз. Ферментативный гидролиз пектина осуществляют в осахаривателе Ш 12-ККО в течение 1-4 ч при рН 4,0-6,015-60 С с использованием следующих ферментных препаратов Пектинес, и/или ПектинесКолор, и/или Пектинес 5 . Протеолитический гидролиз. Ферментативный гидролиз белка проводят в осахаривателе Ш 12-ККО при рН 4,5-6,050-60 С с применением Целюкласт 1.5 Л ФГ после пектолитического гидролиза Амилолитический гидролиз (разжижение и осахаривание) разваренной массы. Ферментативный гидролиз (разжижение и осахаривание) разваренной массы осуществляется в осахаривателе Ш 12-ККО после пектолитического гидролиза гидролиза. В осахариватель 4 17157 1 2013.06.30 наливается немного воды, почти по нижний край лопастей мешалки, добавляются подготовленные ферментные препараты, выдувается разваренная масса и включается мешалка на 5-10 мин. Для разжижения используются ферментные препараты, обладающие -амилазной активностью, - Термамил(оптимальные условия действия рН 4,5-675-80 С) или Термамил, а для осахаривания с глюкоамилазной активностью - Глюкаваморин Г 20 х (оптимальные условия действия рН 4,0-4,260 С). Ферментативный гидролиз можно провести при помощи мультиферментных препаратов, обладающих -амилазнойглюкоамилазной активностью, Сан Супер 360 Л (оптимальные условия действия рН 4-655-60 С) или Аминол Акс-50, или Аминол Акс-70, или Аминол Акс-100, или Глюканол ГКс-60. Для сокращения времени гидролиза можно использовать разжижающий ферментный препарат (Термамил ) совместно с мультиферметным препаратом (Сан Супер 360 Л). Метод йодной пробы. Контроль ферментативного гидролиза крахмала осуществляется методом йодной пробы. Готовят 0,02 н раствор йода пятикратным разбавлением дистиллированной водой 0,1 н раствора йода, приготовленного из фиксанала или в соответствии с принятыми методиками. Раствор йода 0,02 н хранят при комнатной температуре в склянке из темного стекла не более двух суток. На предметное или часовое стекло, находящееся на белом фоне, стеклянной палочкой или пластиковым шпателем помещают небольшое количество охлажденной массы, подвергшейся действию амилолитических ферментов, размазывают ее и добавляют к ней 1-2 капли 0,02 н раствора йода. Степень гидролиза оценивают визуально по появившейся окраске желтая - декстрины отсутствуют оранжевая - присутствуют следовые количества декстринов коричневая - присутствуют декстрины пурпурная - присутствует значительное количество декстринов зеленая - присутствуют следы крахмала синяя - присутствие крахмала серая или черная - присутствует ретроградированный крахмал. Хорошо гидролизованная масса должна иметь желто-коричневый или желтый цвет. Осветление гидролизованной массы. Гидролизованную массу при помощи насоса фильтруют на рамном фильтр-прессе через фильтровальную ткань - бельтинг. Качество фильтрации контролируют визуально. Упаривание. Упаривание сусла ведут в вакуум-выпарных установках периодического или непрерывного действия (двух аппаратах двутельных пароварочных МЗС-316) при включенных мешалках и вакууме 0,01-0,03 МПа (0,1-0,3 атм) и температуре не более 60 С. Сусло упаривают до 68,0-72,0 СВ. При уваривании необходимо следить за наполнением вакуум-аппаратов через имеющееся окошко, используя фонарик. При снижении увариваемой жидкости ее необходимо подливать до оптимального уровня (уровня окошка). Массовую долю СВконтролируют в цеху рефрактометрическим методом. Если после уваривания СВ получилось больше чем необходимо, то нужно, зная массовую долю СВ и массу концентрата, добавить необходимое количество воды после пересчета и все тщательно перемешать. Технология крахмальной патоки и мальтозного сиропа. Крахмальную патоку и мальтозный сироп получают из любого кукурузокрахмального сырья (зерен кукурузы, кукурузной мезги) в результате гидролиза (кислотно-ферментативного или фермент-ферментного). Технология картофельно-кукурузного концентрата. Картофельный концентрат смешивают с крахмальной патокой и/или мальтозным сиропом в различном соотношении. Смешивание компонентов картофельно-кукурузного концентрата осуществляют в вакуум-выпарных установках или в сборнике-реакторе с перемешивающим устройством. 5 17157 1 2013.06.30 Картофельно-кукурузный концентрат подкисляют органическими кислотами. Подкисление проводят в вакуум-выпарных установках или в сборнике-реакторе с перемешивающим устройством. При подкислении в полученный концентрат, находящийся в вакуум-выпарных установках, добавляют органические кислоты (пировиноградную, и/или щавелевоуксусную, и/или яблочную, и/или фумаровую, и/или янтарную, и/или -кетоглютаровую,и/или щавелевоянтарную, и/или изолимонную, и/или цис-аконитовую, и/или лимонную, или их смеси различного соотношения) до кислотности 30-40 см 3 0,1 н раствора /100 г концентрата. Алгоритм оптимизации рецептурных компонентов концентрата (минимизация содержания ОМФ) 1. При двухкомпонетном концентрате (компоненты А - картофельный концентрат,В - крахмальная патока, желаемое значение ОМФ в концентрате - С) а) устанавливаем содержание ОМФ в компонентах АВ б) определяем С. СВ, где 1-2 от В в) рассчитываем отклонение ОМФ компонентов А и В от заданного (желаемого) значения г) устанавливаем расчетное соотношение компонентов в концентрате (частей) методом обратных пропорций (табл. 2) д) суммируем соотношение частей в концентрате е) рассчитываем процент ввода каждого из компонентов по отношению к сумме частей ж) проверяем правильность расчета по средневзвешенному значению ОМФ для получения двухкомпонентного концентрата. Таблица 2 Расчет рецептур многокомпонентного концентрата методом обратных пропорций Расчет 1-й рецептуры Показатели А В С Значения ОМФ 224,2 132,4 135 Отклонения ОМФ от заданного 89,2 2,6 Расчетное соотношение частей 2,6 89,2 91,8 Процент ввода компонента 2,8 97,2 100,0 Проверка 135 Расчет 2-й рецептуры Значения ОМФ 224,2 132,4 133 Отклонения ОМФ от заданного 91,2 0,6 Расчетное соотношение частей 0,6 91,2 91,8 Процент ввода компонента 0,7 99,3 100,0 Проверка 133 Расчет 3-й рецептуры Значения ОМФ 224,2 220,9 221 Отклонения ОМФ от заданного 3,2 0,1 Расчетное соотношение частей 0,1 3,2 3,3 Процент ввода компонента 3,0 97,0 100,0 Проверка 221 Расчет 4-й рецептуры Значения ОМФ 224,2 220,9 222 Отклонения ОМФ от заданного 2,2 1,1 Расчетное соотношение частей 1,1 2,2 3,3 Процент ввода компонента 33,3 66,7 100,0 Проверка 222 Расчет 5-й рецептуры Значения ОМФ 224,2 220,9 223 Отклонения ОМФ от заданного 1,2 21 6 17157 1 2013.06.30 Расчетное соотношение частей Процент ввода компонента Проверка Показатели Значения ОМФ Отклонения ОМФ от заданного партий А и В 3,2 партий А и Д 3,2 Расчетное отклонение компонентов при наличии А и В 88,6 при наличии А и Д 0,1 Сумма частей 88,7 Процент ввода компонента 93,3 Проверка 221,0 Расчет 7-й рецептуры Показатели Д Значения ОМФ 220,9 Отклонения ОМФ от заданного 85,9 Расчетное соотношение частей 2 Процент ввода компонента 2,3 Проверка 135 Расчет 8-й рецептуры Значения ОМФ 220,9 Отклонения ОМФ от заданного 86,9 Расчетное соотношение частей 1 Процент ввода компонента 1,1 Проверка 134 Примеры в рецептурах 1-5 (табл. 3). Таблица 3 Оптимизация компонентов смеси для получения минимального значения ОМФ в концентрате Номер рецептуры 1 2 3 4 5 6 2. При трехкомпонентном концентрате (компоненты А, В, Д - мальтозный сироп, желаемое значение ОМФ в концентрате - С) а) устанавливаем содержание ОМФ в компонентах А, В, Д б) анализируем данные и устанавливаем желаемое значение С при условии, что АВ,но В и ДС в) рассчитываем отклонение ОМФ компонента от заданной для партии партий компонентов А и В,партий компонентов А и Д г) устанавливаем расчетное отклонение компонентов в партии при наличии А и В, А и Д д) суммируем расчетное отклонение компонентов в партии отдельно по А, В, Д е) суммируем расчетное отклонение по всем партиям А, В, Д. ж) определяем расчетную величинукаждого компонента в партии по отношению к сумме трех частей в партии концентрата з) правильность расчета проверяем по средневзвешенному содержанию ОМФ. Пример по рецептуре 6 (табл. 3). 3. При трехкомпонентном концентрате, где значения двух компонентов больше С а) оптимизацию можно провести на основе значений оптимизированных партий по одному из компонентов, далее расчет продолжить по методу двухкомпонентного концентрата. Пример рецептуры 7 и 8 на основе рецептуры 2 (табл. 3). Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения. Пример 1. Отдельно получают картофельный концентрат в результате подготовки сырья, ферментативного гидролиза (разжижения и осахаривания), отделения осадка фильтрацией,концентрированием фильтрата упариванием. Для оптимизации органолептических и физико-химических свойств (содержания ОМФ) в соответствии с рецептурой 1 к картофельному концентрату добавляют крахмальную патоку, выработанную в результате кислотно-ферментативного гидролиза кукурузокрахмального сырья с последующим подкислением картофельно-кукурузного концентрата яблочной кислотой до кислотности 30 см 3 0,1 н раствора /100 г концентрата. Пример 2. Отдельно получают картофельный концентрат в результате подготовки сырья, ферментативного гидролиза (разжижения и осахаривания), отделения осадка фильтрацией,концентрированием фильтрата упариванием. Для оптимизации органолептических и физико-химических свойств (содержания ОМФ) в соответствии с рецептурой 3 к картофельному концентрату добавляют мальтозный сироп, выработанный в результате фермент-ферментного гидролиза кукурузокрахмального сырья с последующим подкислением картофельно-кукурузного концентрата смесью яблочной и янтарной кислот в соотношении 11 до кислотности 40 см 3 0,1 н раствора/100 г концентрата. Пример 3. Отдельно получают картофельный концентрат в результате подготовки сырья, ферментативного гидролиза (разжижения и осахаривания), отделения осадка фильтрацией,концентрированием фильтрата упариванием. 8 17157 1 2013.06.30 Для оптимизации органолептических и физико-химических свойств (содержания ОМФ) в соответствии с рецептурой 7 к картофельному концентрату добавляют крахмальную патоку и мальтозный сироп, выработанные в результате фермент-ферментного гидролиза кукурузокрахмального сырья с последующим подкислением картофельнокукурузного концентрата янтарной кислотой до кислотности 35 см 3 0,1 н. раствора/100 г концентрата. Таким образом, предлагаемый способ получения картофельно-кукурузного концентрата позволит разработать технологическую схему получения многокомпонентного концентрата на основе картофеля и кукурузы, получить новый пищевой продукт,обладающий высокими органолептическими и физико-химическими свойств (оптимизированный по содержанию ОМФ), а также существенно расширить его функциональные возможности, что может послужить основой для создания целого спектра отечественных безалкогольных, слабоалкогольных и алкогольных напитков функционального назначения, обладающих профилактическим или лечебно-профилактическим или лечебным действием. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9