Перспективи застосування технології CO2-екстракції у харчовій промисловості
УДК 665.5
І.В. Солов’янчик, кандидат технічних наук
Національний університет харчових технологій
Умови життя сучасної людини принципово відрізняються від тих, до яких на протязі тисячоліть готувала людину еволюція. Забруднене повітря міст, в яких проживає переважна більшість населення України, технічно очищена питна вода, техногенні шуми і випромінювання, стреси, підвищений радіаційний фон і низькоякісні продукти харчування – це далеко не повний перелік негативних факторів оточуючого середовища.
Харчування відноситься до найважливіших факторів, які на протязі всього життя людини впливають на її організм. Харчові речовини, перетворюючись в процесі метаболізму в структурні і функціональні елементи клітин нашого організму, забезпечують фізичну і розумову працездатність, визначають здоров’я і тривалість життя людини. Порушення в харчуванні завжди призводять до певних негативних наслідків у стані здоров’я людини.
Надлишкова кулінарна обробка їжі, збільшення термінів її зберігання за рахунок заморожування, консервування, використання хімічних інгредієнтів призводять до розкладу в продуктах багатьох біологічно активних речовин – вітамінів, флавоноїдів, органічних кислот та інших.
Організм сучасної людини має знаходити додаткові внутрішні і зовнішні резерви для того, щоб зберегти добрий стан здоров’я і мати сили боротися з хворобою. Внутрішні резерви, звичайно, обмежені. Для компенсації додаткових навантажень на організм людини, які виникають внаслідок урбанізації суспільства, профілактики і лікування шляхом відновлення комплексу біологічно активних речовин, які наш організм став недоотримувати в зв’язку зі зміною структури харчування, розроблюють і застосовують біологічно активні добавки (БАД) – продукти рослинного, тваринного або бактеріального походження[1].
Існує багато способів вилучення із біологічної сировини цільових компонентів. В залежності від розчинника в харчовій і медичній промисловості застосовують масляні, спиртові, гліцеринові, водні та інші екстракти (фітоконцентрати), які містять певні групи цільових компонентів, вилучених із рослин. Крім того екстрагують біологічну сировину сумішами розчинників і отримують спирто-водно-гліцеринові, спирто-гліцеринові і інші екстракти.
Серед існуючих технологій отримання високоякісних натуральних БАД та смако-ароматичних добавок, що використовуються для ароматизації харчових продуктів, однією з перспективних є технологія екстракції біологічної сировини скрапленим діоксидом вуглецю.
Суть методу СО2-екстракції полягає в тому, що неполярний розчинник – скраплений вуглекислий газ подається на подрібнену рослинну сировину, проходить через неї, при цьому відбувається процес екстракції цінних компонентів – ароматичних, смакових, біологічно активних речовин, вітамінів. Насичений екстрагованими речовинами діоксид вуглецю стікає в випарник, де випарюється із місцелли, конденсується і подається в напірну ємність, а екстракт відбирається. Цикл процесу замкнутий і розрахований на проведення проточної екстракції при температурі нижче критичної і рівноважному тиску (20-25°С, 6,3-7,0 МПа).
На рисунку 1 зображена принципова схема експериментальної установки.
Рисунок 1. 1- екстрактор, 2-напірна ємність, 3-дистилятор, 4- конденсатор, 5-збірник, 6-балон СО2.
На відміну від вищевказаних способів, екстракція скрапленим СО2 має принципову відмінність: екстрагент, або його залишки не потрібно видаляти спеціально, оскільки скраплений СО2 при приведенні системи до атмосферного тиску моментально випаровується. Завдяки фізико-хімічній взаємодії вуглекислого газу з екстрактивними речовинами абсорбція СО2 досить значна і це позитивно впливає на термін зберігання продукту, захищає його від зовнішнього впливу оточуючого середовища: запобігає окислювальним процесам, сповільнює біохімічні процеси, захищає від бактеріального впливу оточуючого середовища. Отримані СО2– екстракти самі можуть бути натуральними консервантами.
Використання скрапленого СО2 в якості розчинника доцільне для екстракції термічно нестабільних біологічно активних речовин та ароматизаторів, оскільки весь процес відбувається при кімнатній температурі. Крім того завдяки високій селективності скрапленого СО2 можна вибірково екстрагувати певні групи речовин. Екстракція біологічної сировини з застосуванням в якості розчинника скрапленого діоксиду вуглецю дає можливість вилучати біологічно-активні речовини в їх природному стані, тобто зберігати біологічну активність, антиокислювальні, органолептичні (смак, запах) властивості сировини[2].
В Українському державному університеті харчових технологій проводяться дослідження по отриманню СО2-екстрактів із біологічної сировини, удосконаленню технології СО2-екстракції та застосуванню отриманих екстрактів у харчовій галузі. Пошукові роботи спрямовані на вивчення комплексного складу, біологічної активності СО2-екстрактів та отримання БАД на їх основі; розроблення нових методик внесення та рецептур традиційних харчових продуктів та напоїв з застосуванням СО2-екстрактів для надання таким продуктам лікувально-профілактичних та функціональних властивостей; розроблення нових натуральних ароматизаторів та смакових добавок на основі СО2-екстрактів пряно-ароматичної сировини.
При розробленні композицій БАД можна застосовувати ефективність методу СО2-екстракції для очищення харчових продуктів від небажаних запаху і смаку.
Зокрема були проведені дослідження з отримання інуліновмісного порошку підвищеної чистоти, в результаті яких створена безвідходна технологія перероблення коренів топінамбура.
Коренеплоди після обтрушування від надлишків землі, піддають миттю у ванні при температурі води 20-22°С при барботуванні повітрям (або без барботування). Відмиті коренеплоди подрібнюють на пластівці товщиною 3-5 мм і сушать в камері з перемінним тепловідводом при температурі 80 °С до досягнення вологості 7-4%. Висушену стружку вальцюють на барабанних вальцях до товщини пелюстків 0,3-0,1 мм. Після цього сировину завантажують в екстрактор і здійснюють екстракцію скрапленим діоксидом вуглецю при температурі 20-25°С і тиску 6,3-6,7 МПа на протязі 90-180 хвилин. Після закінчення екстракції продукт (сухий порошок) фасують, пакують, маркують відповідно до призначення.
За таких умов в екстракт коренів топінамбура переходять ароматичні та смакові речовини, парафіни, смоли, барвні речовини, мікроелементи та жиророзчинні вітаміни. У шроті (жомі) залишаються полісахариди (фруктозани), частково фруктоза і вся клітковина. Отриманий продукт має жовтуватий колір і позбавлений характерних для коренів топінамбура запаху та смаку. Крім того, внаслідок дії скрапленого СО2 при високому тиску в продукті повністю знищується вся мікрофлора. Також внаслідок хемосорбції вуглекислого газу, що є природним консервантом, термін зберігання такого продукту (як шроту, так і екстракту) становить понад два роки без змін мікробіологічних і харчових властивостей.
Екстракт є побічним продуктом і може бути використаний як харчова добавка при виробництві дієтичних продуктів.
На основі отриманого порошку топінамбура після збагачення його різними рослинними ароматичними та вітамінними компонентами розробляються нові біологічно активні добавки. В тому числі, в якості біологічно-активних компонентів можуть бути використані СО2-екстракти різних лікарських трав[3].
СО2-екстракти пряно-ароматичної сировини можуть знайти широке застосування у традиційних галузях харчових виробництв.
Шляхом використання натуральних СО2-екстрактів можливо практично повністю замінити синтетичні ароматизатори та смакові добавки які на даний час використовуються в безалкогольній, лікеро-горілчаній, консервній, м’ясній, молочній, пивоварній, рибній, харчо-концентратній, та інших галузях харчової промисловості.
СО2-екстракти пряностей та інших видів рослин – це маслянисті рідини, або пасти, що частково ускладнює пряме внесення в продукцію, так як вони швидко розшаровуються і відділяються від водного середовища. Для збільшення ступені розподілення екстракту розробляються технології введення екстракту на носіях – натуральних речовинах, що входять в склад продукту: оцет, спирт, рослинне масло, бензоат натрію, цукор, сіль і т.д.
Завдяки бактерицидності екстрактів їх можна використовувати як консерванти, що підвищують стійкість продукту до дії мікроорганізмів у м’ясній промисловості. Сухі пряності навпаки самі є джерелами, що викликають мікробіологічну порчу продуктів.
Заміна сухих пряностей їх екстрактами дозволяє економити 70-75% пряностей для виробництва пресервів та рибних консервів.
Питання широкого впровадження СО2-екстрактів в хлібопекарську промисловість пов’язане з розробкою технології їх застосування. Крім того поряд із способом внесення екстрактів необхідно враховувати відомі рецептурні норми витрат та визначити дози екстрактів, які забезпечать гармонійне сприйняття смаку і аромату продукції.
Використання в якості ароматизаторів СО2-екстрактів дозволить затушувати смак сироваточних білків і отримати різнопланові плавлені сири з вираженим індивідуальним смаком та запахом. В якості таких наповнювачів можна використовувати СО2-екстракти моркви, селери, петрушки, кропу, бад’яну, перцю духмяного, кардамона, лаврового листа, перцю чорного.
Композиції із СО2-екстрактів можна ефективно застосовувати при виробництві різних соусів та кетчупів.
Перспективним напрямком є розроблення харчосмакових композицій на основі вуглекислотних екстрактів трав не тільки для безалкогольної, але і для лікеро-горілчаної промисловості, зокрема нових видів бальзамів[4].
Завдяки повній безпечності СО2-екстрактів можливе їх використання при виробництві продуктів дитячого харчування.
Висновки. Для розроблення нових продуктів лікувально-профілактичного та функціонального призначення, придання традиційним продуктам харчування функціональних властивостей, створення нових натуральних ароматизаторів та смакових добавок одним із перспективних напрямків є застосування технології СО2-екстракції. Впровадження вітчизняних технологій БАД, ароматизаторів на основі СО2-екстрактів дасть можливість створити альтернативну заміну синтетичним добавкам імпортного виробництва, що на даний час використовуються у більшості харчових технологій і сприятиме збереженню здоров’я населення України.
Література
- Т.Л. Пилат, Т.Ш. Шарманов, Р.М. Абдуллабекова, В.В. Костенко. Основные принципы фармаконутрициологии (Биологически активные добавки к пище). – Астана-Алматы-Шымкент. – 2001. – 310 с.
- Федоткин И.М., Шаповалюк Н.И., Шаповалюк Н.В. Производство углекислотных водно-спиртовых растительных экстрактов. – Киев: Химджест. – 2001. – 284 с.
- І.С. Гулий, А.І. Українець, Г.О. Сімахіна, І.В. Солов’янчик. Технологія харчових добавок на основі СО2-екстрактів. Харчова промисловість. – Вип. 46.