Функціональний продукт із ягід у вигляді пасти

Реферат: UA 92244 U UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується функціонального продукту з ягід у вигляді пасти з подрібненим насінням і оболонками, збагаченого вмістом насіння і оболонок ягід, зокрема поліненасиченими жирними кислотами, жиророзчинними вітамінами і флавоноїдами, яке недоступне для організму людини при переробці ягід відомими способами. До зазначених ягід належать ягоди роду Вакциніум (Vaccinium), такі як брусниця, лохина високоросла, лохина звичайна, журавлина, красника (Вакциніум чудовий), чорниця. Інші ягоди, кісточки яких мають розмір приблизно 2,5-3 мм, також придатні для переробки, наприклад полуниця, малина, смородина, порічки, обліпиха, ожина та ін. Фізичні та хімічні властивості та біологічна активність флавоноїдів, особливо поліфенолів і антоціанів, що містяться в насінні та оболонках ягід, суть предметом вивчення вже багато років. Антоціаніни - це окремий клас природних флавоноїдів, які надають червоного, пурпурового і блакитного кольорів багатьом фруктам. Антоціаніни останнім часом привертають особливу увагу як дієтичні антиоксиданти. Наприклад, антоціаніни чорниці (Vaccinium myrtillus) вже давно застосовують для поліпшення гостроти зору і для лікування розладів кровообігу. Існують експериментальні дані, що антоціаніни та інші флавоноїди мають протизапальні властивості. Крім того, є повідомлення, що перорально уведені антоціаніни корисні для лікування діабету і виразок, а також вони можуть мати противірусну і антимікробну активність. Проантоціанідини - це ще один клас природних флавоноїдів, що містяться в насінні і оболонках ягід. Останнім часом було проведено дослідження терапевтичного застосування проантоцианідинів, які перш за все відомі своєю антиоксидантною активністю. Крім цього, були повідомлення, що ці сполуки виявляють противірусну, антибактеріальну, антикарциногенну, протизапальну, протиалергічну та судинорозширювальну дію. Було виявлено, що вони перешкоджають пероксидуванню ліпідів, агрегатуванню тромбоцитів, запобігають проникності і ламкості капілярів і впливають на ферментну систему. Наприклад, мономерні проантоціанідини (тобто антоціаніни) і димерні проантоціанідини застосовували для лікування захворювань, пов'язаних з підвищеною ламкістю капілярів, а також було встановлено, що вони дають протизапальний ефект у тварин (Beladi, et al., Ann. N.Y. Acad. Sci., 284; 358 (1977)). З цих опублікованих даних випливає, що олігомерні проантоціанідини можуть бути корисними компонентами у лікуванні декількох розладів (Altern. Med. Rev. 5(2): 144-151 (2000)). Проантоціанідини також можуть забезпечити захист від вірусів. У дослідженнях в лабораторних умовах проантоцианідини з ліщини вірджинської (Hamamelis virginiana) нейтралізували вірус герпесу (HSV-1) (Erdelmeier, CA, Cinatl, J., Plant Med. June: 62 (3):241-5 (1996) DeBruyne, Т., Pieters, L., J. Nat. Prod. July: 62 (7):954-8 (1999)). Через зазначені вище характеристики і корисність антоціанінів і проантоціанідину було зроблено багато спроб екстрагувати ці сполуки з фруктів, овочів та інших рослинних джерел. Крім проантоціанідинів та антоціанінів, рослини, фрукти та овочі містять також інші сполуки, такі як мінеральні солі, звичайні органічні кислоти, наприклад, лимонну і винну кислоти, вуглеводні, глікозиди і катехіни. Під цю пору флавоноїди екстрагують з рослин і фруктів різними методами. Способи екстрагування та очищення флавоноїдів передбачають нагрівання водного розчину рослинного матеріалу, ультрафільтрацію, при цьому процес ведуть при дуже високих температурах, які можуть викликати руйнування флавоноїдів. Крім того, ультрафільтрація призводить до відділення низькомолекулярного поліфенольного матеріалу з кінцевого продукту. У багатьох процесах екстрагування та відділення проантоціанідинів і антоціанінів використовують токсичні або екологічно небезпечні матеріали. Отже відомі способи виділення і очищення флавоноїдів важко пристосувати до масштабів промислового виробництва, де видалення різних хімікатів і розчинів відіграє важливу роль в загальній технічній здійсненності процесу. Крім того, проантоціанідини і антоціаніни необхідно виділяти так, щоб максимально знизити їх природну схильність до руйнування. Екстрактами флавоноїдів користуються як активними інгредієнтами харчових додатків у вигляді таблеток або в капсулах. Споживання таблеток або капсул вимагає певного режиму, чого не всі люди точно дотримуються. Краще, якщо споживач отримує їх із звичним харчовим продуктом, а ще краще, якщо корисні складові ягід і фруктів будуть доступні в природному вигляді без їх екстрагування і подальшого додавання в харчовий продукт. Такий продукт можна було б отримати, якщо в процесі його виробництва подрібнювати оболонки і кісточки рослинної сировини, такої як ягоди, таким чином отримуючи доступним корисний вміст оболонок і кісточок. Вміст насіння ягід чорниці, брусниці, журавлини та інших роду Vaccinium у першому наближенні майже збігається за своїм складом і включає такі цінні інгредієнти, як поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК), особливо α-ліноленову ПНЖК (18:3), більш відому 1 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сьогодні як Omega-3. Ефективність використання ПНЖК організмом значно зростає у присутності жиророзчинних вітамінів Е та β-каротину, що також міститься в кісточках ягід. В даний час пропоновану на ринку Omega-3 отримують з риб'ячого жиру, світові запаси якого почали помітно знижуватися останнім часом. Технологія добування і фасування кислоти Omega-3 не виключає часткового окиснення цінної сировини, що призводить до прискореного псування і втрати цінних властивостей через прогірклість продукту. До того ж в процесі окиснення втрачаються цінні для здоров'я людини жиророзчинні вітаміни. Відомі технології отримання чорничного натурального соку (див., наприклад, http://www.vandykblueberries.ca/), але вони обмежуються видавлюванням вмісту ягід і видаленням оболонок і кісточок. У промислових умовах для отримання соків з м'якоттю з чорниці (дисперсійний сік), традиційно користуються протиральними машинами різних конструкцій із ситами різного розміру. Попередньо нагріту сировину у вигляді плющеної чорниці подають на протиральну машину і під дією відцентрових сил продавлюють крізь сито, на якому залишаються кісточки. Разом з кісточками на ситах втрачається до 22-25 % оброблюваної сировини в першу чергу у вигляді цінної оболонки. Заявлений функціональний продукт отримують способом і в установці, які описано далі. Функціональний продукт, як корисна модель, у вигляді пасти з ягід, вибраних з групи, що складається з чорниці (Vaccinium myrtillus), брусниці (Vaccinium vitisidaéa) і журавлини (Oxycóccus), містить сік ягід з подрібненими насінням і оболонками, в якому поліненасичені жирні кислоти і жиророзчинні вітаміни, що містяться в насінні ягід до переробки, присутні в стані, доступному для організму людини; продукт містить водорозчинні речовини, виражені в°Вх, вище не менше, ніж на 1 %, рахуючи за масою продукту, в порівнянні з ягодами до переробки, серед яких пектину не менше 500 мг/100 г продукту; масова частка загальних поліфенолів вище не менше ніж на 10 %, ніж у ягодах до переробки, серед яких антоціанів не менше 250 мг/100 г продукту; антирадикальна активність продукту не менше ніж в 1,8 разу вище антирадикальної активності ягід до переробки, а кількість частинок з характерним розміром d≤50 мкм не менше 60 %, а з розміром d≥300 мкм не більше 1 %. Функціональний продукт може містити не менше 0,7 г/100 г продукту поліненасичених жирних кислот, які представлені α-ліноленової кислотою (18:3) "Omega-3". Вміст "Omega-3" становить не менше 0,15 г на 100 г продукту. Жиророзчинні вітаміни у функціональному продукті представлені вітамінами Е (токоферолом) і каротиноїдами, де вміст вітаміну Е (токоферолу) становить не менше 0,5 мг/100 г продукту, а - β-каротину становить не менше 0,5 мг/100 г продукту. Вміст пектину у функціональному продукті не менше ніж у 2 рази вище, ніж у ягодах до переробки, та не нижче 600 мг/100 гр продукту. Поліфеноли у функціональному продукті представлені антоціанами та ступінь їх доступності не менше, ніж на 15 % вище ступеня доступності антоціанів вихідної сировини. Антиоксидантна активність функціонального продукту не нижче 200 од/гр. Кількість частинок у функціональному продукті з характерним розміром d≥300 мкм не більше 0,5 %, а з розміром d≤50 мкм не менше 70 %. Функціональний продукт і спосіб його отримання стануть більш зрозумілими з наступного опису з посиланнями на прикладені креслення, на яких Фіг. 1 - схематичне зображення установки для отримання функціонального продукту згідно з корисною моделлю, Фіг. 2 - приклад установки, схематично зображеної на фіг. 1, Фіг. 3 - схематичне зображення гідроциклону, що розділяє сировину на частину, що містить неподрібнене насіння, і частину, що містить подрібнене насіння, Фіг. 4 - гідроциклон, схематично зображений на Фіг. 3, в поперечному розрізі. Терміни, що використовуються в описі продукту мають такі значення: Гідротермодинамічна технологія переробки (ГТД-технологія) - далі це технологія нагріву вузьких харчових рідин з допомогою гідродинамічного (ГДМ) впливу: турбулентності, кавітації, тертя однієї частинки по іншій тапо стінках пристроїв, в т.ч., описаних в патенті США № 7428797. Технологія дозволяє здійснити об'ємний нагрів без конвективних поверхонь оброблюваних в'язких середовищ. У результаті багаторазового пропускання сировини через зону ГДМ-впливу, частинки сировини емульсифіцюються, ефективно перемішуються і нагріваються, перетворюючись на паштети, пюре, дисперсійні соки і т.п. із обумовленим ступенем подрібнення. Відсутність теплоносія з температурою, що перевищує температуру нагрівання сировини, дозволяє отримувати цільовий продукт без перегріву з тривалим терміном зберігання; 2 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГДМ-модуль - це пристрій для здійснення гідродинамічного впливу на сировину. ГДМмодуль може містити добре відомі фахівцям в галузі гідравліки засоби, здатні переривати ламінарний потік або різко збільшувати початкову турбулентність такого потоку. Такі засоби можуть бути механічними, а саме будь-яким погано обтічним тілом або генератором ультразвукових коливань, акустично підключеним звукопроводом до стінки каналу для прокачування сировини, гідравлічними (струминними), наприклад, у вигляді отвору в стінці каналу для прокачування основного потоку, яке відкрито безпосередньо в порожнину цього каналу і слугує для подачі збурюючого струменя під кутом до напрямку основного потоку, або комбінованим, що поєднує механічні засоби із гідравлічними. Сировина - це свіжі або швидкозаморожені ягоди, в тому числі чорниці, з кісточками дрібних розмірів, видалення яких на протиральних ситах, центрифугах і т.п. важко здійснити. У порівняльних аналізах ягоди чорниці подрібнювали в чорничну мезгу без доступу кисню безпосередньо перед проведенням аналізів, що виключало їх окиснення, властиве більшості готових продуктів з чорниці. "Доступність" і "ступінь доступності" тотожні величині, яку одержують на підставі біохімічних аналізів з визначення вмісту будь-якої конкретної речовини, здійснюваних за стандартними методиками в сертифікованих лабораторіях. Термін "доступність" добре ілюструється на прикладі ядра волоського горіха, яке недоступне для вживання живим організмом поки воно знаходиться в шкаралупі. Застосування оригінальної технології отримання чорничної пасти дозволяє збільшити ступінь доступності К>1 вмісту клітини чорниці. У результаті багаторазового проходження частинок чорниці через зону ГДМобробки, оболонки і кісточки чорниці руйнуються і їх вміст у вигляді цитоплазми чорничною клітини і вмісту кісточок переходить в харчовий розчин, стаючи доступним як для проведення аналізів, так і для використання як їжі людиною (біодоступність). Для кількісної оцінки ступеня доступності конкретного інгредієнта ягід до і після ГТДпереробки користуються величиною К=m 1/m2, яку визначають експериментально. Тут m 1 і m2 (мг/100 г) - кількість досліджуваного інгредієнта в ягідній пасті і власне ягодах, перероблених безпосередньо перед аналізом у свіжий ягідний дисперсний сік. Поняття "доступності", взагалі кажучи, не збігається з поняттям "біодоступності", проте дозволяє побічно судити про біодоступність ягідної пасти для організму людини. Це пояснюється тим, що для визначення будь-якого компонента в досліджуваному харчовому зразку застосовують хімічні реакції, схожі за своєю суттю з біохімічними реакціями в людському організмі. Функціональний продукт. У різних країнах все більше уваги приділяють лікувальному харчуванню, в основі якого лежить поняття функціонального продукту (ФП). Подібні продукти мають позитивну дію на здоров'я людини, і зазвичай їх рекомендують як лікувальні харчі або функціональні додатки до раціону хворої людини. Вони ж можуть слугувати профілактичним засобом запобігання старінню і втрати здоров'я. Найбільш вираженим і правильним з точки зору здоров'я людини можна вважати японське визначення ФП, яке має на увазі природну форму його споживання в щоденному харчуванні. Японський підхід до ФП виключає користування будь-яким екстрактом, таблетками, капсулами і таке інше, включно з тими, які отримано з рослинної сировини. Враховуючи величезний досвід оздоровлення нації після атомних бомбардувань Другої світової війни, включно з урахуванням правильного харчування, в даній заявці це визначення ФП взято за основу. Функціональний продукт в даному випадку - ягідна паста, в тому числі "чорнична паста", - це продукт переробки ягід, у тому числі чорниці, в пастоподібну, пюреподібну, сметаноподібну субстанцію або сік з м'якоттю з подрібненими кісточками залежно від вмісту вологи в ягодах із знищенням патогенної мікрофлори внаслідок пастеризації за допомогою ГТД-технології з метою забезпечення тривалого терміну зберігання. Спосіб подрібнення і теплової обробки частинок оболонки, м'якоті і кісточок з перетворенням у дрібнодисперсну систему робить продукт ексклюзивним і таким, що зберігає всі цілющі властивості натуральних ягід з додаванням унікальних складових чорничних кісточок. Асептичне фасування - оскільки тут йдеться про харчовий продукт з терміном зберігання 1-2 роки, як найбільш надійна, вибрано технологію гарячого розливу в скляні банки при температурі пастеризації 83-95 °C. Стерилізуючий ефект - загальноприйнята у харчових технологіях величина, яку визначають як добуток температури теплової обробки на тривалість її підтримки. У традиційних консервних технологіях, в безперервних лініях стерилізації для досягнення заданого стерилізуючого ефекту існує така закономірність: чим вище температура теплової обробки, тим нижче час її підтримки. 3 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У цій періодичній технології приготування чорничної пасти температура зростає з часом або з кількістю циклів циркуляції, ось чому стерилізуючий ефект визначають як суму відомих коефіцієнтів помножених на тривалість підтримки кожної з температур. Стерилізуючий ефект для ягід з Ph 2,8-3,5 починають розраховувати зазвичай від температури 75 °C (початок стерилізуючого ефекту) і закінчують при 95-98 °C, кінцевій температурі стерилізуючого ефекту, яку визначають на основі дослідних таблиць. Зазвичай цю верхню температуру і називають температурою стерилізації (пастеризації). Спосіб отримання функціонального продукту з ягід у вигляді пасти з подрібненими насінням і оболонками здійсненний в установці (Фіг. 1), яка містить послідовно з'єднані трубопроводом проточний апарат 1, що має вхід 2 для сировини, вихід 3 для готового продукту, обладнаний запірним пристроєм 4, і пристрій 5 для видалення повітря з сировини; насос 6; гідродинамічний модуль 7, які утворюють замкнений гідродинамічний контур 8. Між гідродинамічним модулем 7 і проточним апаратом 1 в замкнутому гідродинамічному контурі 8 встановлено відцентровий роздільник 9, крім того, з'єднаний із замкненим гідродинамічним контуром 8 обвідним каналом 10 через всмоктувальну сторону насоса 6. Відцентровий роздільник може мати різну конструкцію, далі описану з посиланнями на Фіг. 3 і 4, зокрема він може бути виконаний у вигляді гідроциклона. Як показано на тій же Фіг. 1, в обвідному каналі 10 встановлено запірний пристрій 11, який може бути виконано у вигляді крана або клапана для включення або виключення ділянки трубопроводу, а також регулювання подачі сировини, переміщуваної по трубопроводу. Як передбачено і видно на Фіг. 2, насос 6, ГДМ 7, відцентровий роздільник 9 і обвідний канал 10 утворюють додатковий контур 12, який має протяжність, що не перевищує протяжність замкненого гідродинамічного контуру 8, а практично він коротший замкненого гідродинамічного контуру 8. У цьому прикладі додатковий контур 12 має протяжність, що складає від 1/2 до 1/5 протяжності замкненого гідродинамічного контуру 8, за допомогою чого кратність циркуляції суспензії в додатковому контурі, при постійному нагнітанні насоса 6, лежить в межах 2-5 завдяки чому, додатково руйнуються кісточки і оболонки ягід. Кратність циркуляції суспензії в замкненому контурі 8 умовно прийнята при цьому за одиницю. Додатковий контур 12 може додатково мати подрібнювач (не показано), встановлений на обвідному каналі 10 між краном 11 і всмоктувальним патрубком насоса 6. Конструкція проточного подрібнювача може бути різною, проте кращий один з видів роторно-пульсаційних апаратів (РПА). Суть роботи РПА складається в пропущенні потоку рідини з твердими включеннями у вигляді кісточок і оболонок ягід через вузькі щілини і отвори, що періодично відкриваються-закриваються під час обертання ротора поблизу нерухомого статора. Отвір і щілини в корпусах ротора і статора виконують симетрично. Як показано на Фіг. 2, установка містить проточний апарат 1, що має суттєво вертикальний корпус 13 з вісесиметричною круглою і такою, що звужується в напрямку зверху вниз робочою порожниною, і в робочому положенні закритий зверху знімною (переважно відкидною) кришкою (не показано), а в нижній частині має конічну форму з вісесиметричним отвором 14. Замкнений гідродинамічний контур 8 виконано на базі насоса 6, наприклад, відцентрового насоса безперервної дії, у якого всмоктувальний патрубок підключено до донної частини корпусу 13 через наскрізний отвір 14, а нагнітальний патрубок щонайменше одноразово підключено на вхід в корпус 13 вище зони відсмоктування. Замкнений гідродинамічний контур 8 також має щонайменше один гідродинамічний модуль 7, який включено за насосом 6, і далі відцентровий роздільник 9. Проточний апарат 1 обладнано пристроєм 5 для видалення повітря з сировини, якого підключено до верхньої частини корпусу 1 проточного апарата і в простому випадку виконано як патрубок із запірно-регулюючим елементом 15, таким як кран або вентиль, і патрубком 16 для вивантаження цільового продукту з корпусу 1 проточного апарата, який обладнано запірнорегулюючим елементом 17. Як показано на Фіг. 3 і 4, відцентровий роздільник 9 може бути вибрано з численних видів гідроциклонів, радіус яких менше характерного радіуса бічної твірної 13 проточного апарата 1. При роботі такого гідроциклона потік ягідної сировини, що тангенційно входить по патрубку 18, закручується і під дією відцентрових сил подрібнені кісточки і шматочки оболонки поділяються на крупну фракцію, що відкидається до периферії пристрою, і дрібну, яка збирається поблизу центру циклону. Крупні частинки або крупна фракція, разом з більшою частиною оброблюваної сировини відводяться з гідроциклона по патрубку 19, тангенційно приєднаному до бічної поверхні гідроциклона, і продовжують рух по замкненому гідродинамічному контуру 8, потрапляючи послідовно в проточний апарат, насос, і т.д. Ягідна суспензія, або дрібна фракція, відводиться з центральної частини гідроциклона по патрубку 20. 4 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Відзначимо, що в заявленому пристрої проточний апарат 1 застосовують тільки як засіб гальмування потоку і тому він має один тангенційний вхід з одного боку і один вихід з іншого боку. Це необхідно тому, що для ефективного гальмування потоку проточний апарат 1 повинен мати значний обсяг, а для ефективного поділу з допомогою відцентрових сил, які пропорційні швидкості потоку - малий обсяг, тобто, враховуючи високу в'язкість поточного середовища, неможливо одночасно ефективно розділяти і гальмувати потік. З цієї причини наявність в замкненому гідродинамічному контурі 8 відцентрового роздільника з істотно меншим порівняно з резервуаром об'ємом, в якому потік практично не встигає загальмуватися, логічно виправдано. Відцентровий роздільник 9 - це одна з ефективних конструкцій для практичної реалізації способу. Спосіб отримання консервованого продукту з ягід у вигляді пасти з подрібненими насінням і оболонками здійснюють таким чином. Заповнюють проточний апарат 1 попередньо розплющеними ягодами, наприклад, чорниці при початковій температурі tо, безпосередньо через люк, в кришці (не показано) проточного апарату 1, або з допомогою трубопроводу 21, обладнаного запірно-регулюючим елементом 22, таким як кран або вентиль, від плющилки 23 ягід. Після заповнення проточного апарата 1 плющеними ягодами чорниці і соком, що виділився, і видалення залишків повітря через пристрій 5 у верхній частині проточного апарату 1, установку герметизують, закриваючи запірно-регулюючий елемент 22. Потім включають насос 6, і змушують плющені ягоди циркулювати по замкненому контуру: насос 6 - гідродинамічний модуль 7 - відцентровий роздільник 9 (не ввімкнений тому, що кран 11 закритий) - проточний апарат 1. У процесі циркуляції плющені ягоди зазнають пульсації тиску, турбулентного тертя і розривання кавітаційних бульбашок з результуючим нагріванням, за допомогою чого оболонки руйнуються і подрібнюються, утворюючи суспензію з цілим та/або грубо подрібненим насінням. Циркуляцію плющених ягід ведуть доти, поки прирощення температури суспензії не досягне попередньо встановленої величини для конкретного виду сировини, характерної для суспензії з характерним розміром частинок оболонок, що не перевищує характерний розмір насіння. Контроль ступеня подрібнення побічно ведуть по температурі (зазвичай прирощення температури повинне складати 20-25 °C, рахуючи від початкової температури to). Потім включають відцентровий роздільник 9, відкриваючи кран 11, в результаті чого частина сировини, що містить неподрібнене насіння відділяється від частини сировини, що містить подрібнене насіння, і частина сировини, що містить неподрібнене насіння, направляється в обвідний канал 10, по якому останню безперервно перепускають і повертають в замкнений гідродинамічний контур 8, циркулюючи по додатковому контуру 12: насос 6 - гідродинамічний модуль 7 - відцентровий роздільник 9 (вімкнено) - обвідний канал 10 - насос 6, продовжуючи циркуляцію в замкненому гідродинамічному контурі 8 і в додатковому контурі 12 до тих пір, поки температура суспензії не досягне температури початку стерилізую чого ефекту і не почне виділятися повітря з міжклітинного простору ягідної суспензії. Після нагрівання суспензії до температури початку термодеструкції t cт0≈80±2 °C відкривають кран 15 і включають пристрій 5 для видалення повітря і видаляють повітря, що виділилось з міжклітинного простору ягід, продовжуючи циркуляцію суспензії в замкненому гідродинамічному контурі 8 і в додатковому контурі 12 до її нагрівання до заданої температури стерилізації t cт, яка становить зазвичай ≈ 88-95 °C. Після цього, процес завершують, вимикаючи насос 6, і виводять цільовий продукт для закупорювання. Отриманий продукт має вигляд однорідної маси з характерним розміром частинок 20-50 мкм. Процес отримання пасти ілюструється наступними прикладами. Приклад 1 Приготування чорничної пасти із замороженої чорниці. В установку об'ємом 100 л через відкритий люк завантажили плющені чорничні ягоди, що складались з оболонок ягід, кісточок і соку, що виділився, при початковій температурі t 0=0 близькій до температури розморожування ягід. Видалення повітря здійснювали його примусовим витісненням з установки з її верхньої частини. Після видалення повітря люк герметизують, вмикають електродвигун насоса і здійснюють циркуляцію мезги по замкненому контуру: насос - ГДМ - роздільник середовища (працює в пасивному проточному режимі без поділу на фракції) - резервуар - насос. 5 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У процесі циркуляції чорнична мезга подрібнюється і нагрівається зі швидкістю близько 3 град/хв. від початкової температури 0 °C до 21 °C (приблизно за 7 хв.). При цій температурі характерний розмір оболонок чорниці стає порівняним з характерною довжиною чорничною кісточки (близько 1 мм). Продовжуючи циркулювання по замкненому контуру, відкривають кран подачі сировини в обвідний канал і здійснюють поділ в полі відцентрових сил в роздільнику на фракцію з неподрібненим насінням, яка прямує через обвідний канал у всмоктувальний патрубок насоса далі на ГДМ-модуль і далі в обвідний канал, і фракцію з подрібненим насінням і оболонками, яка продовжує рухатися після роздільника в резервуар і далі по замкненому гідродинамічному контуру. Протяжність замкненого гідродинамічного контуру складає близько 5,5 м, протяжність додаткового близько 1,4 м, тобто майже в 4 рази менше. Таким чином кратність циркуляції неподрібненого насіння через зону гідродинамічного впливу в 4 рази вище, ніж основного потоку, що забезпечує його ефективне подрібнення. Продовжуючи циркулювання в замкненому і додатковому контурах з поділом насіння на фракції, доводять температуру сировини до температури початку стерилізуючого ефекту 80 °C і відкривають кран видалення повітря, що виділилось з ягід. У процесі подальшої циркуляції частинки оболонок і насіння подрібнюються до кондиційних розмірів 20-50 мкм і при температурі стерилізації (пастеризації) 85 °C оброблювана сировина перетворюється в готову для закупорювання чорничну пасту, повітря з якої вилучено і бактеріологічна забрудненість відсутня і паста відповідає умовам тривалого зберігання. У прикладі 1 температуру 21 °C визначали експериментально. Для цього в попередніх експериментах здійснювали забір проб при температурі 15, 17, 19, 21, 23 °C. Мірою зростання температури, ступінь подрібнення оболонок збільшувалася і при температурі 21-23 °C ступінь подрібнення оболонок виявилася достатньою для ефективної роботи роздільника. Таким чином, необхідне збільшення температури суспензії становить Δt 0=21 °C-0 °C=21 градус. Відзначимо, що збільшення Δt0 на кілька градусів практично не впливає на якість кінцевого продукту. Зниження Δt0 нижче 15 °C призводить до помітного зниження якості пасти, оскільки відцентровий роздільник не забезпечує ефективного поділу та подрібнення цілого насіння і крупних частинок оболонок. Витримка при температурі стерилізації протягом 12 хв. дозволяє збільшити ступінь бактерицидності пасти і збільшити термін її зберігання. Приклад 2 Те ж, що в прикладі 1. Температура стерилізації збільшена до 92 °C. Отриманий продукт стерильний. Відзначається певний ефект зайвої переробки в кінцевому продукті, що виявляється у появі бурих відтінків пасти. Приклад 3 Те ж, що в прикладі 1. Видалення повітря, що виділилось з ягід, розпочато при температурі 72 °C. (Мається на увазі, що початкова температура стерилізуючого ефекту також становить 72 °C). Кінцевий продукт некондиційний через велику кількість не видалених бульбашок повітря в пасті. Приклад 4 Та ж установка. Переробка свіжої брусниці при початковій температурі t0=15 °C. Плющену брусницю вводять в установку і повторюють всі операції Прикладу 1. Оптимальне прирощення температури, при якій відкривають обвідний канал, здійснюють при Δt0=25 °C. При цьому температура суспензії досягає 40 °C. Температуру початку стерилізуючого ефекту підбирають експериментально і вона становить 76 °C. Кінцева температура стерилізації становила 86 °C і 88 °C. Отримана бруснична паста відповідає санітарним вимогам до консервів тривалого зберігання і має яскраво виражені бактерицидні властивості. При цьому більш низька температура стерилізації 86 °C переважніша за більш високу 88 °C, незважаючи на те, що ступінь подрібнення частинок при вищій температурі вищий. У процесі описаної вище обробки сировину нагрівають до температур, достатніх в сукупності з багаторазовою кавітаційною обробкою для знищення патогенної мікрофлори і видалення міжклітинного повітря. Низьке кислотне число на рівні рН 3,2-3,4 сприяло збереженню пастеризованої чорничної пасти протягом не менше 1-2 років за умови асептичного фасування. 6 UA 92244 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Отриманий функціональний продукт - чорнична паста або "рідка чорниця" - це сметаноподібна маса темно-синього кольору з подрібненим насінням, що збігається за кольором і запахом натуральної чорниці. Чорнична паста - це продукт, вироблений з натуральної чорниці в результаті безвідходної переробки ягід за допомогою багаторазового циркулювання через зону гідродинамічного впливу із супутнім об'ємним нагріванням попередньо підготовлених і розім'ятих ягід чорниці, в результаті чого ягоди нагріваються до температури стерилізації або пастеризації та подрібнюються до гомогенного стану. В результаті спеціально підібраних режимів ("м'яка" гідродинамічна обробка) вдалося подрібнити оболонку плодів до гомогенного стану з характерним розміром частинок 20-50 мкм і розбити кісточки ягід в результаті додаткової багаторазової циркуляції їх через зону ГДМ впливу. Процес переробки відбувається без доступу кисню. Паста зберігає унікальні властивості натуральної чорниці. В результаті гідродинамічної обробки в сукупності з температурним впливом вдалося здійснити процес гідролізу - переведення низькомолекулярних вуглеводнів у високомолекулярні (збільшення довжини молекулярних ланцюгів). На відміну від традиційного температурного гідролізу, гідроліз тут може бути названий низькотемпературним або "холодним", тому що відбувається при температурах, які відрізняються на 15-20 °C від традиційних, що істотно підвищує якість кінцевого продукту. Склад чорничної пасти збігається зі складом ягід натуральної чорниці, з якої її вироблено. Кислотність ягід і пасти збігається і лежить в межах рН 3,0-3,5. Вологість, виражена у відсотках (%), в пасті практично збігається з вологістю сировини і лежить в межах 82 % - 90 % залежно від терміну збору ягід і сорту. Деяке розходження, що не перевищує 1 %, пов'язане із втратою вологи на випаровування при розфасовці продукту, не враховується. Унікальний вміст подрібнених чорничних кісточок переходить в пасту і стає доступним для сприйняття організмом людини. Збереження кольору сировини і ягідної пасти в темно-синіх тонах з червоним або ліловим відтінком також є суттєвою ознакою продукту, так як правильно приготована паста повинна мати колір натуральної чорниці (або подібної ягоди, з якої її виготовлено). Оскільки лісові ягоди, зібрані в екологічно чистій зоні, відносяться до органічної сировини, вироблена з неї чорнична паста чи інша ягідна паста, також може бути віднесена до органічного продукту. Враховуючи, що ягоди чорниці неоднорідні з точки зору їх біохімічного і фізичного складу, так як більшість активних речовин знаходиться в шкірці і насінні, всі перераховані вище і використовувані нижче характеристики чорниці або інших згаданих ягід належать і до свіжоподрібнених ягід чорниці. Таким чином, одержуваний функціональний продукт з тривалим терміном зберігання і сировина у вигляді ягід чорниці та інших згаданих ягід збігаються за своїм складом, а також за основними параметрами (вологість, кислотність, колір). Характерні основні ознаки пасти з чорниці, брусниці та журавлини: Повне збереження сумарних загальних поліфенолів в т.ч. хлорогенової кислоти (ХГК) і антоціанів натуральних ягід; Збільшення ступеня їх доступності в порівнянні з ягодами; Тривалий термін зберігання в результаті знищення бактеріальної мікрофлори з можливістю асептичної або квазіасептичної фасовки в упаковку, що герметизується. Інші ознаки: 1. Збільшення частки водорозчинних вуглеводів, вимірюваних в градусах Брікс (°Вх), на 12 % порівняно із сировиною. Це пов'язано з тим, що: - вміст у пасті клітковини нижче вмісту клітковини в натуральних ягодах; - збільшення кількості цукрів у результаті "холодного" гідролізу частини клітковини в засвоювану форму у вигляді цукрів і декстринів; - збільшення частки засвоюваних пектинів в 2-3 рази і відповідне внаслідок цього зниження частки незасвоюваних протопектинів і переведення їх в результаті гідролізу в засвоювані. Це призводить до появи в ягідній пасті виражених желеподібних властивостей. 2. Перехід вмісту ягідних кісточок в пасту в результаті подрібнення істотної частини кісточок. Наявність в пасті поліненасиченої жирної кислоти "Омега-3", вітаміну Е (токоферолу), і βкаротину, групи стеролів, що відносяться до групи фітоекстрагенів. Тут ступінь доступності К поліфенолів (можна говорити і про біодоступність) розглядається як відношення, яке визначають експериментально, кількості поліфенолів m 1 (мг/100 г), що містяться в пасті, до їх кількості в натуральних ягодах m 2, перероблених перед аналізом в ягідну пульпу (мг/100 г), тобто К=m 1/m2. 7 UA 92244 U 5 10 Практично у всіх проведених аналізах величина К була більше одиниці, що свідчило про унікальність запропонованої пасти з чорниці або інших ягід, отриманої в результаті гідротермодинамічної технології переробки сировини. Незалежні дослідження були проведені в лабораторії Університету харчових технологій Києва методом Фоліна-Деніса із сировини у вигляді натуральної чорниці та пасти з неї. Перед проведенням випробувань натуральна чорниця була попередньо подрібнена до розмірів 5-20 мкм без нагріву і доступу кисню і відразу ж випробувана (контрольний зразок). Дослідні зразки нагрівали до температур 85-100 °C, з допомогою ГТД-технології та фасували в квазіасептичних умовах в тару, яку стерилізували, випробовували і порівнювали з дослідним зразком. Як показали дослідження (див. Таблицю 1), у дослідних зразках повністю зберігається загальна кількість поліфенолів, що містяться в контролі, тобто в натуральній чорниці. Перевищення кількості поліфенолів після термообробки в порівнянні з контрольним зразком слід пояснювати збільшенням ступеня їх доступності К>1, а не процесом синтезу, який не відбувається в процесі ВМД обробки. 15 Таблиця 1 № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20 25 30 35 40 Показники Волога, % Протеїн, % Клітковина, % Цукри, % Пектин, % Загальні вуглеводи, % Фруктоза і фруктозиди, % Поліфеноли % (Р-вітамінні речовини) ПНЖК: "Omega-3, 6, 9" "Omega-3", мг/100 г Вітамін Е, мг/100 г Каратиноїди мг/100 г Номер зразка чорниця натуральна паста з чорниці 84,1 83,4 0,67 0,69 2,5 1,5 9,1 9,8 0,22 0,8 12,2 13,0 5,6 5,6 0,69 відсутня сліди відсутня відсутня 0,79 894 287 0,92 0,18 Наведені аналізи підтверджують висновок про збереження поліфенолів в чорничній пасті і реєструють збільшення ступеня їх доступності на 15-20 %, тому що, наприклад, для величин поліфенолів, взятих з таблиці K  0.79  1.15 . 0.69 З таблиці 1, зокрема, видно, що кількість клітковини знижено в пасті з 2,5 % до 1,5 % у порівнянні з ягодою, тобто на 1 %. У той же час загальна кількість цукрів збільшилася на 0,7 %, що свідчить про перехід в процесі гідролізу частини клітковини в цукри і декстрини. З таблиці 1 (див. також таблиці 4, 5) видно, що вміст кісточок, недоступний в ягодах, став доступним після застосування заявленої НТД-технології. Зокрема кількість поліненасичених жирних кислот (ПНЖК) наближається до 1 % від маси пасти. Ці кислоти представлені олеїновою кислотою ("Omega-9"), лінолевою кислотою ("Omega-6"), ліноленовою кислотою ("Omega-3"). При цьому кількість цінної для здоров'я людини ПНЖК "Omega-3" наближається до 300 мг на 100 г пасти, що складає близько 20 % від рекомендованої денної норми (1,5-1,8 г) цієї есенціале кислоти, тобто незамінною ПЖНК. Зауважимо, що "Omega-3" зазвичай витягують з риб'ячого жиру, істотно знижуючи рибні запаси планети. Застосування заявленого способу і пристрою дозволяє витягувати цю унікальну ПНЖК з кісточок, подрібнюючи їх в рідкому середовищі без окиснення киснем повітря, сприяючи тим самим збереженню природних ресурсів Землі. Це підтверджується також переходом жиророзчинного вітаміну Е (токоферолу), що міститься в кісточці, в доступну для організму форму. При денній нормі токоферолу 5 мг, потреба в цьому вітаміні компенсується на 10-20 % при споживанні 100 г пасти залежно від типу ягоди і ступеня її зрілості. Те ж саме можна сказати про появу в чорничній пасті β-каротину, що міститься в кісточці, та недоступний в ягоді для людини. Дослідження, виконані в незалежній лабораторії Медичного Інституту стоматології Академії Медичних Наук України (АМНУ), для визначення загальних поліфенолів, в тому числі антоцианів, окремо в чорниці і в пасті, виробленої з неї, показали, що паста містить на 25,4 % 8 UA 92244 U більше екстрактивних речовин в т.ч. на 16 % більше біофлавоноїдів, в 1,3 рази більше антоціанів в перерахунку на вагу пасти (або чорниці, тому що застосовувана технологія безвідхідна). Ці дані наведено в Таблиці 2. 5 Таблиця 2 Вміст поліфенольних речовин в ягодах і пасті чорниці (%) № Показники 1 Сухі речовини (%) Екстрактивні речовини (в % перерахунку на суху вагу) Загальний вміст біофлавоноїдів (у % перерахунку на суху вагу) Вміст антоціанів мг/100 г 2 3 4 10 15 Контроль Експеримент Ягоди чорниці (А) Паста чорниці (В) Ступінь, доступності B K A 15,3 17,8 53,6 67,2 1,25 1,73 2,00 1,16 317,2 412,3 1,3 Збільшення вмісту поліфенолів і особливо антоціанів в чорничній пасті в процесі її виробництва зі свіжих ягід НТД-технологією найімовірніше пов'язано з тим, що у свіжих ягодах досліджувані речовини знаходяться у зв'язаному стані або з клітинними структурами, або з іншими речовинами, наприклад цукрами, що робить їх недоступними для визначення у екстрактах зі свіжої сировини. Заявлений спосіб отримання пасти сприяє вивільненню вільних форм біофлавоноїдів, антоціанів і хлорогенової кислоти, внаслідок чого підвищується їх кількість в пасті, що і зареєстровано спектрофотометричним методом. У таблиці 3 наведено склад основних поліфенолів чорниці та пасти з неї, отриманих з допомогою хроматографа "Shimadzu", в мг/100 гр в пасті чорниці залежно від стану зрілості ягід. (Зразки № 1, № 3 - ягоди, зібрані відповідно на початку і в кінці сезону; зразки № 2, № 4 - паста з цих ягід). Таблиця 3 Речовина, група речовин Хлорогенова кислота Кавова кислота Рутин Флавоноли Кверцетин неідентиф. флавоноли Антоціани Флаванони Флавони Катехінподібні Неідентиф. поліфеноли Сума поліфенолів 20 №1 4,7 НЕ обн. 11,75 0,47 2,01 286,6 7,9 1,51 2,21 83,7 396,15 №2 9,90 НЕ обн. 13,56 0,52 2,27 417,60 9,67 1,77 2,51 93,87 551,67 №3 9,3 НЕ обн. 10,31 0,27 2,53 242,7 7,4 1,47 4,71 75,3 353,99 №4 13,65 НЕ обн. 13,21 0,35 2,91 296,23 8,75 1,72 5,74 84,73 427,29 Зокрема з Таблиці 3 видно, що ЧП має унікально високий вміст антоціанів, що лежить в межах 300-500 мг/100 г пасти. Мабуть наявність саме антоціанів забезпечила чорничній пасті таку високу антирадикальну активність порівняно з іншими ягодами і фруктами. Результати дослідження брусниці і брусничної пасти представлені в Таблиці 4. 9 UA 92244 U Таблиця 4 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 Екстрактивні речовини, г/100 сирого продукту Пектин, мг/100 г Сухі речовини, % Антоціани, мг/100 г Поліфеноли по Фоліну-Денісу, мг/100 г Хлорогенова кислота, мг/100 г ПНЖК: "Omega-3, 6, 9" мг/100 г "Omega-3", мг/100 г Вітамін Е, мг/100 г β-каротин Ступінь Зразок, 88 °C, доступності (m2) k=m2/m1 Брусниця, ягоди, (m1) Зразок, 86 °C 13,4 15,4 15,6 1,16 170 19,0 157,0 595 18,7 283,2 629 18,4 273,4 3,7 1,74 805 972 1028 1,28 24,8 відсутня сліди відсутня Показник 29,2 722 235 0,72 0,15 28,9 863 250 0,76 0,17 1,17 г Кількість пектину збільшилась в пасті в 3,7 разу в порівнянні з його кількістю в брусничній ягоді. Результати дослідження журавлини і журавлинною пасти представлені в Таблиці 5. Таблиця 5 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 Журавлина, ягоди, (m1) Показник Екстрактивні речовини, г/100 г сирого продукту Пектин, мг/100 г Сухі речовини, % Антоціани, мг/100 г Поліфеноли по Фоліну-Денісу, мг/100 г Хлорогенова кислота, мг/100 г ПНЖК: "Omega-3, 6, 9" мг/100 г "Omega-3", мг/100 г Вітамін Е, мг/100 г β-каротин Журавлина паста, (m2) Ступінь доступності k=m2/m1 9,2 11,2 1,21 132 11,95 145,0 515 12,33 179,0 3,9 1,23 248 279 1,12 3,6 відсутня сліди відсутня відсутня 4,0 753 206 0,53 0,13 1,11 Кількість пектину збільшилась майже в 3,9 разу в порівнянні з кількістю в ягодах журавлини. Розмір частинок ягідної оболонки і кісточки в ягідній пасті, виготовленій способом і у пристрої, описаного в прототипі та представленого в Таблиці 6. Характерною вибрано ягоду чорниці. Заміри розмірів частинок наводилися при декількох значеннях температури, що еквівалентно збільшенню кратності проходження частинок ягоди через зону гідродинамічної обробки, активної турбулентності і/або кавітації. 15 Таблиця 6 № Сировина п/п 1 2 Чорниця 3 4 Температура, °C 11,7 50 70 88 Розмір частинок, % Час обробки, хв. d>300 мкм 300≥d≥150 мкм d