Прогрессивные технологии пищевые добавки

Прогрессивные технологии производства натуральных пищевых добавок из биологического сырья основаны на сочетании процессов дезинтеграции сырья и экстракции ценных компонентов из сырья, микроизмельченного на клеточном уровне. Эти процессы должны обладать максимальной универсальностью, а оборудование должно быть унифицированным для выделения из биологического сырья белков, углеводов, жиров, аминокислот, красящих, ароматических и дубильных веществ, витаминов, гликозидов, минеральных элементов. Оно должно позволять выделять ценные вещества из грибов, дрожжей, листостебельной и цветочной биомассы, из корней растений, фруктов, ягод и овощей, из отходов их переработки и другого биосырья. Причем технологические процессы должны обеспечивать щадящий режим выделения ценных компонентов с максимальным сохранением в экстракте всех веществ, которые были в исходном сырье, при максимальной полноте их выделения в экстракт. Экологическая чистота должна обеспечиваться не только исключением попадания вредных веществ в экстракт из элементов оборудования, но и возможностью разрушения патогенной микрофлоры и продуктов ее метаболизма.

Среди известных технологий указанным требованиям наиболее полно отвечают процессы с резким перепадом давления при обработке сырья, эффективность которых можно повышать за счет использования дополнительных физических воздействий на исходный материал, например, сочетание факторов ударной волны, перепада давления и удара о преграду в рециркуляционном режиме.

В настоящее время получили распространение дезинтеграторы клеточных структур, в которых используется центробежная экстзудия сырья через сопло с последующим разрушением экструдируемого сырья путем подачи его на жесткий отражатель. В более простых вариантах, например при использовании сжиженных газов, применяют сопло Лаваля для образования перепада давления.

Технология с линейным трактом обработки сырья

• 1. Формирование ударной высоконапорной струи рабочего агента.
• 2. Воздействие ударной струи в режиме ударной волны на сырье, которое образует пробку в тракте.
• 3. Выбивание пробки и разгон порции сырья.
• 4. Воздействие на сырье перепадом давления в сопле Лаваля.
• 5. Удар струи с большой кинетической энергией о жесткий отражатель.
• 6. Локализация обработанного сырья в сборнике.
• 7. Подача обработанного сырья насосом обратно в тракт для повторной обработки.

Режим рецикла завершается при полном разрушении клеточных структур сырья.

Для разрушения клеточных структур сырья и патогенных микроорганизмов, сокращения числа циклов обработки одной порции сырья необходимо обеспечивать получение высоких значений давления струи. Высокие значения давления струи необходимы также для придания высоких скоростей частицам сырья при прохождении их через сопло Лаваля и для последующего их соударения с преградой. К тому же надо учитывать небольшую величину площади поперечного сечения по всей длине линейного тракта. Порядок скоростей должен быть в зависимости от видов сырья на уровне от 150 до 400 м/с. Учитывая, что калиброванные отверстия в тракте должны иметь размеры от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров, давление струи должно быть на уровне не менее 200 атм. Такое высокое пульсационное или импульсное давление можно получить с использованием средств импульсной электрогазогидродинамики электровзрывов в различных средах.

В качестве рабочего агента могут быть горючие, испаряемые вещества, щелочной раствор, сжатый воздух. Следует отметить, что электровзрывной реактор для водных рабочих агентов может иметь конструкцию, в которой вода активируется до такого состояния, что она повышает эффективность выделения ценных веществ из клеточного сырья. На данный момент рассматривается переход на новые технологии переработки с использованием не только круглых поперечных сечений линейных трактов, но и плоских, а также создание круговых плоских струй, истекающих из реактора цилиндрической формы.

Все большее развитие получает экстракционная технология получения пищевых добавок и БАД. Решающее значение при этом имеет выбор экстрагента. Такой технологией является экстракция сжиженными газами в различном их состоянии – жидком и сжатом. Сжиженные газы привлекают внимание как перспективные экстрагенты, эффективное применение которых обусловлено следующим:

• 1) низкая температура кипения, высокая летучесть позволяют осуществлять дистилляцию мисцеллы в мягких температурных условиях, что обеспечивает получение высококачественных экстрактов из эфирномасличного, пряно-ароматического и лекарственного сырья;
• 2) широкий ассортимент сжиженных газов и их смесей позволяет существенно изменять селективность процесса с целью получения экстрактов с необходимыми свойствами;
• 3) высокая внутренняя энергия, небольшая вязкость и скрытая теплота испарения дают возможность построить эффективные в энергетическом отношении схемы экстракции. Ряд сжиженных газов обладают свойствами ингибировать пламя, поэтому на основе их добавок в основные углеводородные растворители, применяемые в эфирномасличной и масложировой промышленности, можно обеспечить пожаробезопасность экстракционного производства;
• 4) практически все сжиженные газы способны образовывать кристаллогидраты с водой, что позволяет применять их для концентрирования и очистки водных растворов в экстракционных системах;

5) высокое парциальное давление сжиженных газов может использоваться для изменения структурных свойств капиллярнопористых растительных материалов вплоть до их измельчения, что важно в связи с совершенствованием процессов подготовки материалов к экстракции.

Особенно перспективен как чистый, невзрывоопасный, не-воспламеняющийся, нетоксичный растворитель СО2 – углекислый газ. Низкая теплота парообразования способствует снижению затрат на процесс экстракции по сравнению с использованием традиционных растворителей.

Экстракция сжиженными газами в до- и сверхкритической областях всегда будет экономичнее традиционных методов, если целевые компоненты имеют высокую ценность (извлечение кофеина из зерен кофе, экстракция ароматических и вкусовых веществ), при объединении многостадийного процесса в один (извлечение и рафинация масел), выработке пищевых продуктов, не содержащих растворителя, регламентировании загрязнения окружающей среды и т.д.

Следует отметить, что для производства пищевых добавок активно используют циклодекстрины (ЦД) – природные макроциклические соединения, получаемые путем ферментативного гидролиза крахмала циклодекстринглюканотрансферазой. Известны свойства ЦД снижать гигроскопичность кондитерских изделий, повышать стабильность пищевых эмульсий, пролонгировать действие ароматизирующих компонентов и биологически активных веществ (БАВ), устранять нежелательный вкус и запах, стабилизировать красители, подавлять рост плесневых грибов в упакованных пищевых продуктах.

Подавляющее большинство способов практического применения ЦД основано на их способности образовывать инклюзион-ные комплексы (типа хозяин-гость) с различными группами органических и неорганических соединений. В абсолютном большинстве случаев комплексообразование проводят при контактировании ЦД с молекулой-гостем в водном растворе, в растворе не смешивающейся с водой жидкости или в твердом виде. Комплексы с ЦД могут быть получены адсорбцией летучих молекул-гостей (газов или паров) кристаллами ЦД. Для ускорения межфазного массопереноса применяются экструзия и обработка ультразвуком.

Был проведен ряд сравнительных исследований по инкапсулированию вкусовых, ароматизирующих и красящих веществ с различными углеводами. Комплексы укропного и лаврового масла с р-ЦД были более стабильны при хранении, чем комплексы с глюкозой. Ароматизаторы, инкапсулированные с использованием р-ЦД или микрокристаллический целлюлозы, хорошо сохраняют свои свойства при хранении и рекомендованы для применения в приправах, соусах, супах и маринадах. В отличие от крахмала, ЦД образуют стабильные комплексы с ароматическими маслами, ментолом, лимоненом.

Благодаря использованию ЦД появилась возможность заключать микропузырьки СО2 внутрь твердых оболочек. Способы получения пищевых добавок, содержащих комплексы СО2, основаны на выдерживании ЦД в атмосфере СО2 под давлением 8 кг/см3 в течение длительного времени (около 20 ч).

Для приготовления ароматической добавки смешивают ЦД и душистые эссенции в соотношении 100 : (0,2-100), после чего к 0,1-50 частям смеси добавляют 100 частей сахара. Полученный таким образом ароматический сахар обладает стойким интенсивным запахом.

Стабильные при хранении порошкообразные отдушки для ароматизации прохладительных напитков получают перетиранием 5-10 частей ароматизирующего компонента со 100 частями ЦД и 10-30 частями воды в течение 0,5-1 ч при температуре 20-40 °C. К полученной смеси добавляют гидрофильную растительную камедь, крахмал или декстрины и измельчают. Ароматизирующими компонентами служат искусственные смеси душистых веществ либо натуральные эфирные масла. Влажность готовой порошкообразной отдушки не более 10%.

Добавление в порошкообразный концентрат чая гранул, содержащих комплекс Р-ЦД с эфирным маслом, позволяет получать готовый напиток со стойким интенсивным ароматом. Гранулирование проводят в присутствии глицерина, что обеспечивает стабильность при хранении и хорошую растворимость в воде без образования мути. Стабилизация вкусовых и ароматизирующих веществ гранулированного чая и снижение гигроскопичности при хранении достигаются путем внесения в чайный экстракт перед сушкой 18-58% раствора ЦД и 0,8-2,5% карбоната аммония. Сушка экстракта осуществляется методом распыления.

Одним из наименее стабильных компонентов пищевых продуктов являются жиры. Под воздействием кислорода воздуха в жирах протекают процессы, вызывающие прогоркание, ухудшение вкуса и аромата продуктов. При образовании комплекса с ЦД достигается не только стабилизация жиров, но и изменение их агрегатного состояния. Разработана технология получения порошкообразных жиров, каждая частичка которых представляет собой каплю эмульсии типа масло – вода, находящейся внутри твердой оболочки из ЦД или другого полисахарида (крахмала, мальтодекстрина и др.).

В твердое состояние эмульсию переводят путем сушки на специальной установке. В качестве исходных продуктов порошкообразных добавок на основе ЦД и жиросодержащего растительного сырья используют орехи (миндаль, кешью, фундук, фисташки), семечки (кунжут, подсолнечник, тыква). Процесс получения порошкообразных орехов включает смешивание раствора ЦД с ядрами орехов, измельчение на коллоидной мельнице, распылительную сушку и упаковку. Полученный порошкообразный продукт с высоким содержанием жира используют при производстве кондитерских изделий, приправ. Благодаря образованию комплексов с ЦД предотвращается окисление жирных кислот, продукт сохраняет высокое качество при упаковке в обычную тару в течение года. Порошкообразный продукт на основе ЦД и фруктов применяется в качестве вкусовой добавки при производстве мороженого и кондитерских изделий.

Внесение в смесь порошкообразных концентратов лабильных и легколетучих веществ в виде ЦД-комплексов предотвращает их разложение при контакте с химически агрессивными компонентами смеси, что позволяет получить готовый напиток повышенной пищевой ценности, с устойчивыми вкусом и ароматом. Источниками ароматизирующих и красящих веществ служат натуральные пигменты, экстракты из растительного сырья, синтетические красители и ароматизирующие эссенции. В качестве Б АВ используют витамины, аминокислоты, ненасыщенные жирные кислоты и др.

Пищевая добавка, содержащая отруби или муку и ЦД, не изменяет свою влажность в течение 10 суток хранения при комнатной температуре. Лечебные свойства добавки обусловлены, очевидно, наличием пищевых волокон, содержащихся в отрубях и, в меньших количествах, в муке.

Для производства мучных кондитерских изделий предложено использовать мучную смесь, полученную путем совместного измельчения риса и (3-ЦД или его комплексов с жиром, жирными кислотами, моноглицеридами, лецитином и диглицеридами.

В НПО «Витамины» разработан способ получения препарата циклокар, содержащего инклюзионный комплекс p-каротина с Р-ЦД в присутствии воды, аскорбиновой кислоты и мальц-экстракта. Целевой продукт выделяют путем высушивания, используя вакуумную или распылительную сушку. В результате получают порошок оранжево-красного цвета, диспергируемый в воде и смешивающийся с жировыми основами. Циклокар с содержанием Р-каротина до 10% успешно применяется при производстве молочных продуктов, хлеба, кондитерских и макаронных изделий.

В последние годы в связи с ухудшением экологической обстановки особую важность приобрела проблема создания новых видов пищевых добавок, обладающих лечебно-профилактическим действием и нормализующих физиологические процессы в организме человека. В связи с этим изучался процесс получения сухого продукта в виде пластинок из клубней топинамбура. Предварительный химический анализ сырья показал, что влажность исходного материала составляет 78-80%, а конечного продукта – 10-14%. Выбор типа и режимов работы сушильного аппарата обусловливался задачей максимально сохранить БАВ в готовом продукте, в связи с чем признано нецелесообразным использование обычной конвективной сушки. Для сушки пластинок топинамбура использовался аппарат сублимационной сушки. В результате исследований полученного высушенного продукта – пластинок топинамбура – были обнаружены незначительные потери целевых компонентов химического состава готового продукта по сравнению с исходным, что соответствует поставленной задаче. Полученный продукт был использован в качестве добавки при производстве экструдированных пищевых продуктов.

Перспективным является использование дикорастущих лекарственных растений в производстве мясных и молочных продуктов в виде мелкодисперсных порошков, водно-спиртовых экстрактов, масляных вытяжек, сиропов.

Современные способы сушки и измельчения растительного сырья методами СО2-экстракции и сублимации при пониженных температурах в условиях вакуума позволяют сохранить питательную и фармакологическую ценность лекарственных растений.