(73) Uprawniony z patentu: SKW Trostberg Aktiengesellschaft, Trostberg, DE

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (2 1) Numer zgłoszenia: (2)Data zgłoszenia: (51) IntCl6: A23L 1/222 Sposób wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych za pomocą wysokociśnieniowej (54) ekstracji CO2 ze skroplonych oparów owocowych (30) Pierwszeństwo: ,DE,P (73) Uprawniony z patentu: SKW Trostberg Aktiengesellschaft, Trostberg, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 15/92 (72) Twórcy wynalazku: Andrea Simon, Seebruck, DE Jan Cully, Garching, DE Heinz-Rüdiger Vollbrecht, Altenmarkt, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/95 (74) Pełnomocnik: Durka Mieczysław, PATPOL Spółka z o o PL B1 1. Sposób wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych za pomocą wyso- (57) kociśnieniowej ekstrakcji CO 2 ze skroplonych oparów owocowych, w którym esencje owocowe w oparach owocowych zagęszcza się do zawartości 0,05 do 1% wagowych, znamienny tym, że wytworzony koncentrat o zawartości 0,05 do 1% wagowych esencji owocowych poddaje się ekstrakcji za pomocą sprężonego dwutlenku węgla, znajdującego się w stanie ciekłym lub nadkrytycznym, pod ciśnieniem 60 do Pa i w temperaturze 10 do 50 C, oraz po rozprężeniu dwutlenku węgla i ewentualnie po dodaniu wody oddziela się bogatszą w esencje fazę olejową od uboższej w esencje fazy wodnej.

2 Sposób wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych za pomocą wysokociśnieniowej ekstrakcji CO2 ze skroplonych oparów ow ocow ych Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych za pomocą wysokociśnieniowej ekstrakcji CO2 ze skroplonych oparów owocowych, w którym esencje owocowe w oparach owocowych zagęszcza się do zawartości 0,05 do 1% wagowych, znamienny tym, że wytworzony koncentrat o zawartości 0,05 do 1% wagowych esencji owocowych poddaje się ekstrakcji za pomocą sprężonego dwutlenku węgla, znajdującego się w stanie ciekłym lub nadkrytycznym, pod ciśnieniem 60 do Pa i w temperaturze 10 do 50 C, oraz po rozprężeniu dwutlenku węgla i ewentualnie po dodaniu wody oddziela się bogatszą w esencje fazę olejową od uboższej w esencje fazy wodnej. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczanie skroplonych oparów owocowych przeprowadza się przez destylację próżniową. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że destylację próżniową przeprowadza się pod ciśnieniem 20 do Pa i w temperaturze 15 do 40 C. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcję CO2 przeprowadza się pod ciśnieniem 80 do Pa i w temperaturze 25 do 40 C. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zagęszczanie esencji owocowych w oparach owocowych przeprowadza się przy stosunku ilości gazu CO2 do koncentratu esencji wynoszącym 1:5 do 5:1. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że ekstrakcję CO2 prowadzi się w sposób ciągły w kolumnie z wypełnieniem w zasadzie przeciwprądu. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozprężanie dwutlenku węgla przeprowadza się w zbiorniku rozdzielczym pod ciśnieniem 20 do Pa i w temperaturze 10 do 40 C. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uboższą w esencję fazę wodną zawraca się do etapu ekstrakcji CO2. * * * Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych ze skroplonych oparów owocowych, jakie powstają przy wytwarzaniu konfitur albo koncentratów owocowych albo koncentratów soków owocowych. W celu wytworzenia konfitury miesza się cukier, owoce, roztwór pektynowy i roztwór kwasu i następnie przekipia się w otwartym zbiorniku pod ciśnieniem atmosferycznym albo w urządzeniach do gotowania pod zmniejszonym ciśnieniem. Dla dalszego zastosowania odparowanych przy gotowaniu oparów zastosowanie procesu gotowania pod ciśnieniem atmosferycznym jest nieprzydatne, ponieważ przez wysokie obciążenie temperaturowe esencja owocowa zostaje zbyt silnie poszkodowana. Przy gotowaniu w urządzeniach próżniowych temperatura wynosi jednak maksymalnie 65 do 70 C, tak że otrzymane przez skraplanie opary owocowe można poddać dalszej przeróbce. Wytwarzanie koncentratów owocowych, które są potrzebne np. do sporządzania jogurtów owocowych, soków albo nektarów, następuje zwykle albo przez zagęszczanie zamrażalnicze albo przez odparowanie. Pogorszenie smaku jak również straty zapachu i barwy przy zagęszczaniu zamrażalniczym z następującym składowaniem zamrażalniczym są wprawdzie najmniejsze, niewątpliwie jest ta metoda również relatywnie droga. Przy korzystniejszej pod względem kosztów metodzie odparowania trzeba jednak liczyć się w szczególności w przypadku wrażliwych rodzajów soku z pewnymi stratami jakości. Występującym stratom próbuje się zapobiegać

3 w ten sposób, że substancje zapachowe oddziela się w pierwszym etapie odparowania i otrzymane w ten sposób opary zawierające esencje poddaje się rektyfikacji w drugim etapie, aby dalej wzbogacać składniki zapachowe. Te obydwa etapy przeprowadza się w tak zwanych kombinowanych urządzeniach do odparowania i otrzymywania esencji, przy czym np. ze 100 do 200 l soku można otrzymać około 1 l koncentratu esencji. Ten koncentrat esencji może być np. dodany przed rozlewaniem do ponownie rozcieńczonego soku. Niekorzystna u wytworzonych w ten sposób koncentratów esencji jest niewielka trwałość podczas składowania, którą w zasadzie należy przypisać jeszcze wysokiej zawartości wody wynoszącej 90 do 99% wagowych. Dla producenta soku oznacza to np., że ze świeżo wytworzonego koncentratu esencji musi on dodać np. 1 l na 100 l ponownie rozcieńczonego soku, aby osiągnąć dobry smak. Po kilku miesiącach składowania jest jednak potrzebne dodanie 5 l koncentratu esencji do takiej samej ilości soku, aby otrzymać taką samą intensywność zapachu. Jest to problematyczne nie tylko z ekonomicznego punktu widzenia, lecz utrudnia również wytwarzanie jakościowo nie zmieniających się produktów. Zadaniem niniejszego wynalazku było dlatego opracowanie sposobu wytwarzania silnie stężonych esencji owocowych ze skroplonych oparów owocowych, który nie wykazuje wymienionych wad stanu techniki, lecz w technicznie prosty sposób dostarcza koncentratu esencji, który wykazuje wyraźnie mniejszą zawartość wody i dobrą trwałość przy składowaniu. Zadanie to rozwiązano według wynalazku w ten sposób, że esencje owocowe w skroplonych oparach owocowych zagęszcza się do zawartości 0,05 do 1% wagowych w znany sposób, przy czym sposób ten charakteryzuje się tym, że otrzymany koncentrat poddaje się ekstrakcji za pomocą sprężonego dwutlenku węgla, znajdującego się w stanie ciekłym lub nadkrystalicznym, pod ciśnieniem 60 do Pa w temperaturze 10 do 50 C, oraz po rozprężeniu dwutlenku węgla i ewentualnie po dodaniu wody oddziela się bogatszą w esencje fazę olejową od uboższej w esencje fazy wodnej. Okazało się mianowicie nieoczekiwanie, że w ten sposób z bardzo nisko stężonych oparów owocowych otrzymuje się ubogie w wodę koncentraty esencji owocowych, które mają dobre właściwości sensoryczne. Wiadomo wprawdzie, że za pomocą wysokociśnieniowej ekstrakcji CO2 z substancji zawierających owoce jak np. łupiny z jabłek (por.e.bundschuh et al., Deutsche Lebensmittel-Rundschau 84 (1988), str ) albo syntetycznych esencji owocowych (por. V.J.Krukonis "Charakterization and Measurement of Flavor Compounds" ed D.D. Bills i C.J.Mussinan ACS Symp. Series nr 289,1985) można otrzymać esencje owocowe, jednak chodzi o już porównywalnie silnie stężone związki wyjściowe. Oprócz tego można w ten sposób wytwarzać tylko niskostężone esencje owocowe. Polski opis patentowy nr opisuje sposób wytwarzania naturalnych esencji owocowych metodą ekstrakcji z zastosowaniem dwuchlorodwufluorometanu, który ma pozwolić na uniknięcie istotnej wady przy ekstrakcji za pomocą CO2, przy której zostają wyekstrahowane również niższe alkohole. Ten opis patentowy wskazywałby na to, że przy zastosowaniu CO2 jako medium ekstrakcyjnego nie jest wręcz możliwe uniknięcie tej wady. Sposób według polskiego opisu patentowego nr nie ujawnia również zakresu temperatur ekstrakcji według niniejszego wynalazku (50-60 C), podana tam wartość ciśnienia (60 atmosfer) leży przy dolnej granicy zakresu ciśnienia przydatnego dla sposobu według niniejszego wynalazku (60 do Pa), nie ujawnia on również kombinacji etapów procesu według niniejszego wynalazku niezbędnych do selektywnego uzyskiwania esencji owocowych przy zastosowaniu ekstrakcji za pomocą CO2. Ponadto dwuchlorodwufluorometan jest nie tylko znacznie droższy, ale również jest w ogóle niedopuszczalny dla celów spożywczych. W sposobie według niniejszego wynalazku poddaje się przeróbce esencje owocowe ze skroplonych oparów owocowych, jakie otrzymuje się przy gotowaniu konfitur albo przy odparowywaniu soków owocowych w stężeniu 0,0005 do 0,001% wagowych, w procesie trójstopniowym na bezwodny koncentrat esencji owocowej. Esencje owocowe mogą pochodzić ze wszystkich zwykłych gatunków owoców, jakie są stosowane zwykle w przemyśle spożywczym, jak np. jabłka, gruszki, śliwki, wiśnie, czereśnie, morele, pomarańcze, truskawki, maliny, jagody i inne.

4 W pierwszym etapie zagęszcza się zawierające aromat opary owocowe do zawartości aromatu 0,05 do 1% wagowych, przy czym ten etap zagęszczania można przeprowadzić zwykłymi metodami według stanu techniki. Jako przyjęte sposoby przydatne są w szczególności procesy destylacji, rektyfikacji albo procesy membranowe. Według korzystnej postaci wykonania wzbogacenie substancji aromatycznych przeprowadza się przez destylację próżniową a w szczególności pod ciśnieniem 20 do Pa i w temperaturze 15 do 40 C. W ten sposób udaje się wzbogacenie szczególnie chronione i bez dużych strat. W dołączeniu do tego wzbogacone esencje owocowe poddaje się ekstrakcji za pomocą sprężonego dwutlenku węgla, przy czym ekstrakcję przeprowadza się pod ciśnieniem 60 do Pa, korzystnie 80 do Pa, i w temperaturze 10 do 50 C, korzystnie 25 do 40 C. Stosunek ilościowy CO2 do wyjściowego koncentratu esencji można zmieniać w szerokich granicach. Z przyczyn ekonomicznych okazało się jednak szczególnie korzystne ustalenie stosunku ilości gazu CO2 do koncentratu esencji pierwszego etapu sposobu według wynalazku na 1:5 do 5:1. Ekstrakcję CO2 można przeprowadzić w zwykłych zbiornikach wysokociśnieniowych. Z powodu lepszego rozdzielania i opłacalności przeprowadza się jednak ekstrakcję w kolumnie z wypełnieniem, przy czym sprężony CO2 i koncentrat zapachu (esencji) prowadzi się w przeciwprądzie. W dołączeniu do ekstrakcji CO2 naładowany substancjami aromatu strumień CO2 rozpręża się w zbiorniku rozdzielczym pod ciśnieniem 20 do Pa i w temperaturze 10 do 40 C, przy czym w zbiorniku rozdzielczym otrzymuje się esencje owocowe już w postaci silnie stężonej, które jednak zawierają jeszcze pewne ilości wody i etanolu, które z reguły wynoszą około 50% wagowych, w odniesieniu do ciężaru koncentratu esencji owocowych. Gaz CO2 odparowuje się w warunkach rozdzielania i po sprężeniu go zostaje zawrócony ponownie do etapu ekstrakcji CO2. Według wynalazku istotne jest, że po rozprężeniu dwutlenku węgla przeprowadza się oddzielenie bogatszej w esencje fazy olejowej od uboższej w esencje fazy wodnej. To oddzielenie fazy olejowej od fazy wodnej można przeprowadzić bezproblemowo zwykłymi metodami rozdzielania dwufazowego, jak np. dekantowanie albo zastosowanie rozdzielacza. Jeśli utworzyła się trwała emulsja olej/woda, możliwe jest również w ramach niniejszego wynalazku zastosowanie środków łamiących emulsję, jak np. woda albo roztwory soli. W ten sposób otrzymuje się ubogi w wodę koncentrat aromatu (zawartość H2O < 10% wagowych), który oprócz tego wykazuje tylko porównywalnie niewielką zawartość etanolu (25% wagowych). Ten koncentrat aromatu (esencji) można stosować bezpośrednio do preparowania środków spożywczych. Oddzieloną fazę wodną, która obok wody i alkoholu zawiera jeszcze pewne części esencji owocowych, można zawracać bez kłopotów do etapu ekstrakcji. Przez to zapewnione jest to, że w sposobie według wynalazku straty aromatu (esencji) są zredukowane do minimum. Na podstawie tych możliwości zawracania zarówno środka ekstrakcyjnego jak też powstającej wodnej fazy esencji sposób według wynalazku nadaje się szczególnie do eksploatacji metodą ciągłą. Jest to dalszą ważną zaletą obok faktu, że za pomocą sposobu według wynalazku z bardzo stężonych kondensatów oparów owocowych można wytwarzać z niewielkim nakładem technicznym silnie stężoną esencję owocową, która ma relatywnie niskie zawartości wody i etanolu i wykazuje dobre właściwości sensoryczne lub wysoką trwałość podczas magazynowania. Następujące przykłady mają wyjaśnić bliżej wynalazek. Przykład I. Otrzymywanie silnie stężonego jabłkowego olejku aromatycznego. Ze świeżo wytłoczonego soku jabłkowego odparowano w wyparce 10 do 15% wagowych soku. Bogate w esencję opary wprowadzono w dolnej trzeciej części do kolumny rektyfikacyjnej w temperaturze 105 C. Przy dnie kolumny odciąga się wodę odwarową. Przy aktywowaniu zagęszczono substancje aromatyczne w fazie parowej i oddzielono od składników trudno lotnych. Łatwo lotne składniki aromatyczne oziębiono w skraplaczu przeponowym i odciągnięto. Więcej niż połowa kondensatu esencji przechodzi jako flegma na powrót do kolumny. W ten sposób z około 150 l soku otrzymuje się 1 l kondensatu oparów jabłkowych.

5 kg kondensatu oparów jabłkowych o zawartości etanolu 4,0% wagowych i około 0,14% wagowych substancji aromatycznych ekstrahowano w sposób ciągły w wysokociśnieniowej kolumnie ekstrakcyjnej w przeciwprądzie za pomocą CO2. Ekstrakcję przeprowadzono pod ciśnieniem Pa i w temperaturze 35 C. Specyficzne zapotrzebowanie CO2 wynosiło 1 kg CO2 na kg materiału wyjściowego. Jako ekstrakt otrzymano 27 g esencji jabłkowej o zawartości 36% wagowych etanolu, 14% wagowych H2O i 50% wagowych substancji aromatycznych. Przez następującą separację (bez dalszego dodawania wody) na fazę olejową i wodną można było otrzymać jako produkt końcowy 19 g koncentratu esencji jabłkowej o zawartości 22,4% wagowych etanolu, 68% wagowych substancji aromatycznych i 9,3% wagowych wody. Przykład II. Otrzymywanie silnie stężonej esencji poziomkowej. Przed ostatecznym zagęszczeniem poziomek do 73% wagowych suchej substancji odparowano w wyparce ze spływającą warstewką cieczy w temperaturze 60 C około 10% oparów zawierających aromat. Te zagęszczono w kolumnie rektyfikacyjnej pod zmniejszonym ciśnieniem (około Pa) w temperaturze 40 C. Ze 100 kg poziomek powstaje w ten sposób 1 l zawierającego aromat kondensatu oparów poziomek. 10 kg tego kondensatu oparów poziomek o zawartości etanolu 3,8% wagowych i około 0,2% wagowych substancji aromatycznych ekstrahowano w sposób ciągły w wysokociśnieniowej kolumnie ekstrakcyjnej w przeciwprądzie za pomocą CO2. Ekstrakcję przeprowadzono w sposób ciągły pod ciśnieniem Pa i w temperaturze 30 C. Specyficzne zapotrzebowanie CO2 wynosiło 1 kg CO2 na kg materiału wyjściowego. Jako ekstrakt otrzymano 39 g esencji poziomkowej o zawartości 33% wagowych etanolu, 53% wagowych substancji aromatycznych 14% wagowych H2O. Po dodaniu 35 g wody przeprowadza się rozdzielenie fazy olejowej i wodnej. Jako produkt końcowy otrzymano w ten sposób 25 g koncentratu esencji poziomkowej o zawartości 70% wagowych substancji aromatycznych, 19,6% wagowych etanolu i 10,4% wagowych wody.

6 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 1,50 zł