Способ разделения экстракта черного или зеленого чая на фазы без добавления химикатов - RU2057453C1
Код документа: RU2057453C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу разделения экстракта чая на две фазы, в частности на более светлую и более темную окрашенные фазы, конкретно к растворимым продуктам чая, по меньшей мере частично состоящих из этих фаз.
Известно, что водные экстракты чая содержат комплекс кофеина и полифенолов (таннины чая), который при содержании твердых веществ примерно 0,3 мас. нерастворим при температурах ниже 25оС. Так, при стоянии обычным образом приготовленный водный экстракт чая, когда температура его снижается до комнатной или ниже, начинает мутнеть. Этот эффект помутнения получил название "образование чайных сливок" и в дальнейшем в описании под этим выражением будет иметься в виду естественная способность экстракта чая самопроизвольно расслаиваться. Поэтому при производстве многих продуктов чая производственный процесс обычно включает стадию отделения чайного экстракта из "сливок", заключающуюся в их осаждении и удалении.
В патенте США N 2891865 предложено охлаждать 3-5%-ный (мас.) экстракт чая до 7,2-37,8оС, при которой происходит глубокое отстаивание или удаление из экстракта чая экстрагированных твердых веществ. Низкую температуру поддерживают в течение времени, достаточного для осаждения 5-25% содержащихся в чае твердых веществ, предпочтительно, пока система не достигнет близкого к равновесному состоянию между раствором и осажденными твердыми веществами. После этого осажденные твердые вещества отделяют от суспензии путем центрифугирования. Хотя такой способ и позволяет получать продукты чая, содержащие меньшее количество "сливок", однако его трудно контролировать, и при разбавлении полученного экстракта до обычной при питье крепости образуется напиток с плохими вкусовыми качествами и привкусом, который теряет свою прозрачность при длительном хранении в охлажденном состоянии. Суть других известных способов сводится к связыванию в комплекс таннинов с помощью химикатов или солюбилизации образующихся "сливок" путем введения добавок или физических и/или химических средств. Все эти способы связаны с использованием химических реагентов и/или химической обработки, что мало желательно, поскольку не дает возможности получать чисто природные экстракты чая, не содержащие химических добавок.
В патенте США А-4 552 769 описан способ получения природного порошкообразного экстракта чая, растворимого в воде при 10оС, получаемого путем экстрагирования черного чайного листа горячей (60-130оС) водой, концентрирования полученного экстракта до содержания твердых веществ 5-12,5 мас. охлаждения сконцентрированного экстракта до 5-15оС, в результате которого образуются нерастворимые "сливки", которые затем отделяются. Отделенные "сливки" подвергают затем экстракции водой при 40-70оС, в результате чего получают второй водный экстракт, который отделяют от нерастворимых "сливок". Первый и второй экстракт затем смешивают, концентрируют и высушивают. Хотя при осуществлении этого способа действительно не используются химические добавки и/или химическая обработка и получаемый продукт является совершенно натуральным, однако при разбавлении его до обычной при питье крепости образующийся напиток не сохраняет своей прозрачности при длительном хранении в охлажденном состоянии.
Таким образом, существует потребность в получении совершенно натуральных экстрактов чая (т. е. экстрактов чая, полученных без добавления каких-либо химикатов), которые при разбавлении до обычной при питье крепости давали бы напиток, сохраняющий прозрачность при хранении в течение длительного времени при 5оС.
В ходе исследований, направленных на изучение склонности водных экстрактов чая к самопроизвольному рассслоению, установлено, что образование "сливок чая можно рассматривать как разделение многокомпонентной системы на отдельные фазы. Выше определенной температуры (как правило, 70-80оС) разделения водных экстрактов чая на отдельные фазы не происходит ни при каких концентрациях. Однако по мере снижения температуры увеличивается интервал концентрации, при которых экстракт становится нестабильным, и раствор разделяется на две фазы. Состав и концентрация каждой из этих фаз зависят от исходной концентрации, а также температуры, при которой происходит разделение. Установлено также, что в процессе такого разделения происходит обогащение одной из фаз определенными компонентами и соответствующее обеднение ими другой фазы.
Кроме того, исходная нестабильность многокомпонентной системы зависит, по-видимому, не только от общей концентрации, но и от относительного соотношения в ней различных компонентов.
Кинетика процесса образования сливок чая зависит от температуры и концентрации, однако разделение фаз может протекать по двум совершенно различным механизмам, зависящим от степени переохлаждения и общей концентрации раствора. При низкой степени переохлаждения или при низкой или при высокой концентрациях процесс разделения протекает, по-видимому, в бинодальных условиях, т. е. фаза сливок чая, образуется в результате конденсации из пересыщенного раствора в процессе зародышеобразования и роста. Этот механизм приводит к довольно широкому спектру распределения частиц по размеру с образованием частиц неправильной формы. Полной коагуляции капелек сливок чая с образованием более крупных агрегатов однако, по-видимому, препятствуют поверхностные заряды вновь образующихся частиц сливок. Этот эффект электрического заряда резко снижает скорость образования сливок и объясняет наблюдающееся медленное возрастание мутности в течение длительного времени.
При высокой степени переохлаждения или при средних концентрациях расслоение фаз происходит самопроизвольно во всем объеме раствора. Обнаружено две различные пространственные структуры вновь образованных фаз, зависящих от общего объема меньшей фазы. В случае объемных фракций меньшей фазы образовывалось до примерно 15% мелких капелек. Эти капли имели узкий спектр распределения по размеру. Их диаметр зависел только от степени переохлаждения. При концентрации выше этой объемной концентрации образуются две взаимопроникающие сетки двух фаз, разделить которые очень трудно. Морфологические исследования показали, что в сливках чая действительно существуют обе эти структуры, содержание которых зависит от общей концентрации чая. Как и при бинодальном разделении, поверхностные электрические заряды и в этом случае препятствуют полной коалесценции капель.
Поскольку указанное разделение происходит самопроизвольно, полного разделения удается достигнуть значительно быстрее и надежнее, чем в случае зародышеобразования и роста. Конечный состав обеих фаз, по-видимому, не зависит от механизма разделения фаз, в отличие от степени дисперсии фазы сливок чая, которая зависит от механизма разделения.
Результатом этих исследований явилось создание нового способа разделения водного экстракта чая на отдельные фазы за счет изменения природной способности экстракта чая к самопроизвольному расслоению (в соответствии с вышеприведенным определением) путем концентрирования экстракта и снижения температуры концентрированного экстракта, в результате чего индуцируется процесс разделения фаз по вышеописанному механизму, поле чего выделяют из концентрированного экстракта чая разделенные фазы и по отдельности подвеpгают их дальнейшей переработке, например, в напитки или гранулированный растворимый чай.
Таким образом обнаружено, что полученный естественным образом мутный, концентрированный, светлоокрашенный чайный экстракт, полученный в качестве одной из фаз при разбавлении до чайного напитка типичной крепости, дает прозрачный напиток, который сохраняет свою прозрачность при хранении до 5оС в течение по меньшей мере двух месяцев.
Кроме того, было обнаружено, что мутный, концентрированный, более светлоокрашенный чайный экстракт, сепарированный в качестве одной из фаз, имеет пониженное содержание кофеина. Таким образом может быть получен стабильный напиток, не содержащий добавок и не подвергавшийся никакой химической обработке, и который демонстрирует пониженный уровень кофеина.
Поэтому предлагаемое
изобретение касается способа сепарирования (разделения) чайного экстракта на две фазы без добавления каких-либо химикатов посредством концентрирования чайного экстракта
до концентрации 6-45 мас. сухих
веществ чая и охлаждения полученного концентрированного чайного экстракта, отличающегося тем, что предусмотрены следующие стадии:
а) вызывания фазового
разделения на две разные водные фазы
посредством метода, выбранного из группы, состоящей из:
1) охлаждения концентрированного чайного экстракта до температуры ниже 5оС в течение
периода по меньшей мере 5 ч без
перемешивания и без образования кристаллов льда;
2) замораживания концентрированного чайного экстракта ниже 5оС со скоростью 0,5-5оС в
минуту;
3)
центрифугирования концентрированного чайного экстракта при температуре ниже 5оС;
б) выделения различающихся разделенных водных фаз, одна из которых является
более светлоокрашенной
фазой, а другая является более темной фазой, в концентрированном чайном экстракте.
Чайные экстракты, используемые в настоящем изобретении, могут быть получены из по меньшей мере частично ферментированных сортов чая, например, черного чая (что предпочтительнее), чая "oolong" или их смесей. Способ по настоящему изобретению также может применяться, и с неферментированным чаем, таким как зеленый чай, в этом случае разделенные фазы имеют различную окраску и характер.
При использовании для получения чайного экстракта черного чая он может быть подвергнут перед экстракцией предварительной ферментативной обработке ферментами, усваивающими стенки клеток, например, целлюлозой, пектиназой или гемицеллюлозой. Обработка чайного листа ферментом обеспечивает высокий выход чайного экстракта, что обусловлено большей доступностью листьев для экстрагента.
После этого чайный лист может быть подвергнут экстракции обычным образом для получения экстракта. Чайные листья заливают горячей водой при 50-100оС (при проведении процесса под давлением температура может быть еще выше) при предпочтительном соотношении примерно 10% листьев и примерно 90% воды, после чего листья отделяют от образующегося экстракта, полученный экстракт чая содержит примерно 3-4 мас. твердых компонентов чая. Экстракция может осуществляться периодическим или непрерывным способом.
Полученный экстракт чая затем концентрируют, в результате чего происходит изменение природной способности к самопроизвольному расслоению (в соответствии с вышеприведенным определением). Такое концентрирование может быть осуществлено мембранным способом (например, с помощью обратного осмоса), выпариванием (например, в ротационном выпарном аппарате), которое может проводиться в вакууме, или с помощью комбинации этих способов. Концентрирование проводят до содержания в концентрате твердых компонентов чая 6-45, предпочтительно 12-30 мас.
После стадии концентрирования экстракт чая для индуцирования разделения фаз охлаждают до температуры ниже 5оС. Индуцирование разделения фаз можно осуществить различными способами. Можно, например, залить экстракт чая в высокие контейнеры, для того чтобы добиться более эффективного пассивного разделения с минимальной поверхностью раздела образующихся в экстракте фаз. Эти контейнеры с концентрированными экстрактом чая охлаждают затем до температуры ниже 5оС и выдерживают при этой температуре в течение по меньшей мере 5 ч. На практике продолжительность выдержки составляет 6-48, обычно 16 ч. Чем дольше длится период охлаждения, тем эффективнее процесс разделения, но, естественно, продолжительность охлаждения лимитируется экономическими соображениями. Температура, до которой производится охлаждение концентрата чая, находится в пределах от температуры его замерзания до ниже 5оС. Индуцирование разделения фаз осуществляется путем перевода концентрата экстракта чая в переохлажденное состояние.
Предпочтительно при охлаждении не перемешивать экстракт, для того чтобы в охлажденном концентрированном экстракте не образовывались кристаллы льда.
В другом выполнении настоящего изобретения концентрированный чайный экстракт охлаждают и затем охлажденный концентрированный чайный экстракт переносят в подходящую центрифугу с охлаждением. Снова температуру обработки поддерживают такой, чтобы концентрированный чайный экстракт находился в переохлажденном состоянии. Этот чайный экстракт центрифугирует в течение периода времени, достаточного для осуществления полной сепарации двух образующихся фаз, т.е. светло-оранжевого слоя и темнокоричневого слоя, который может содержать осадок. Очень подходящим временем центрифугирования оказалось 2 ч или более.
По другому варианту осуществления настоящего изобретения разделение фаз индуцируют путем замораживания концентрированного экстракта чая. При замораживании скорость охлаждения зависит от концентрации экстракта, которая при таком варианте осуществления предпочтительно составляет 15-30 мас. твердых компонентов, а также от коэффициента теплопередачи между экстрактом и морозильной аппаратурой. Если концентрированный экстракт чая с содержанием твердых компонентов 18-21 мас. в запечатанных пластиковых пакетах поместить между пластинами плиточного холодильника при -40оС, то уже через 1 ч начинается разделение фаз. Спустя это время пробы замерзают, превращаясь в твердые двойнослойные тела с верхним тонким слоем темнокоричневого и нижним слоем светлооранжевого цвета. Обе фазы резко разделены граничным слоем. Скорость охлаждения, как правило, составляет 0, 5-5оС, предпочтительно 2-3о С в 1 мин.
Способ фазового разделения в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает четкое разделение экстрактов чая на две различающиеся по составу, растворимости и внешнему виду фазы.
Одна фаза имеет цвет от светлооранжевого до коричневатого, который обусловлен содержанием в ней примерно 60 мас. разделяемого материала. Эта фаза в дальнейшем обозначается как "светлоокрашенная фаза". Эта светлоокрашенная фаза растворяется даже в холодной воде (5оС), образуя оптически чистый прозрачный раствор даже при концентрациях твердых компонентов чая порядка 1 мас. что примерно в три раза больше обычной концентрации напитка. Такой напиток с концентрацией 1 мас. сохраняет свою прозрачность при хранении при 5оС в течение по меньшей мере двух месяцев.
Предметом настоящего изобретения поэтому является также светлоокрашенная, выделенная из концентрированного экстракта чая по способу в соответствии с настоящим изобретением фаза.
Светлоокрашенная фаза имеет пониженное содержание кофеина и чайных флавинов, но более высокое содержание солей и чайных рубигинов. Светлоокрашенную фазу предпочтительно перерабатывают в гранулированный растворимый чай, для чего ее высушивают, при желании после стадии концентрирования, осуществляемой предпочтительно мембранным способом. Сушку можно осуществлять в распылительной сушилке. Предпочтительной однако является сублимационная сушка.
Предметом настоящего изобретения, таким образом, является также гранулированный, растворимый в холодной воде чайный продукт, по меньшей мере частично состоящий из высушенной светлоокрашенной фазы, выделенной из концентрированного экстракта чая по способу в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение относится далее к напитку на основе чая с пониженным содержанием кофеина, включающему светлоокрашенную фазу в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение относится к изотоническому напитку на основе чая, по меньшей мере частично включающему светлоокрашенную фазу в соответствии с настоящим изобретением.
Вторая выделенная фаза имеет цвет от темнокоричневого до черного и далее фигурирует как "темноокрашенная фаза". Эта темноокрашенная фаза полностью растворяется только в горячей воде и при концентрациях напитка при охлаждении она образует сильно мутный темнокоричневый раствор. Темноокрашенная фракция имеет пониженное содержание солей и чайных рубигинов, но более высокое содержание кофеина и чайных флавинов.
Настоящее изобретение, таким образом, относится также к темноокрашенной выделенной из концентрированного экстракта чая по способу в соответствии с настоящим изобретением фазе.
И эту темноокрашенную фазу предпочтительно перерабатывают в гранулированный растворимый чайный продукт путем высушивания, при желании после стадии концентрирования. Сушку предпочтительно осуществляют сублимационным способом.
Настоящее изобретение, таким образом, относится также к гранулированному, растворимому в горячей воде чайному продукту, по меньшей мере частично состоящему из высушенной темноокрашенной фазы, полученной по способу в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение относится также к напитку на основе чая, включающему темноокрашенную фазу в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение относится также к чайной композиции (или к гранулированной чайной композиции), по меньшей мере, частично состоящей из темноокрашенной фазы в соответствии с настоящим изобретением.
Выделенная темноокрашенная фаза при желании может быть снова подвергнута обработке по способу в соответствии с настоящим изобретением. Темноокрашенная фаза может также использоваться в качестве антиокислителя или окрашивающего агента, в частности после ее повторной обработки по способу в соответствии с настоящим изобретением.
П р и м е р 1. 120 кг деионизированной воды нагревали до 65оС и пропускали через колонну, содержащую 12 кг листьев черного чая, собирая разбавленный экстракт, содержащий примерно 3 мас. твердых компонентов.
Полученный горячий разбавленный экстракт концентрировали с помощью обратного осмоса до концентрации твердых компонентов 20-25 мас. и полученный теплый экстракт (55-60оС) помещали в полиэтиленовые мешки размером 45,7х76,2 см, которые запечатывали горячим способом на расстоянии 30,5 см от конца.
Запечатанные мешки с теплым экстрактом помещали под небольшим давлением между охлаждающими плитами горизонтального плиточного холодильника (работающего при -37оС) и оставляли в нем до замерзания в течение 30-60 мин. В результате получали замерзшие блоки с верхним (темным) и нижним (светлым) слоями с резко выраженной границей между ними. В полученных таким образом замороженных блоках определяли толщину слоев и содержание в них твердых компонентов (см. табл.1).
Замороженные блоки чая затем высушивали с помощью сублимационной сушки и высушенные блоки разделяли на две основные фракции.
Нижняя фракция имела светлую окраску и легко растворялась в холодной воде, образуя прозрачный раствор (даже при концентрации твердых компонентов до 1% ). Этот прозрачный раствор с концентрацией компонентов 1 мас. после пастеризации в течение 2 мин при 85оС оставался прозрачным в течение 3 мес при хранении его в холодильнике (5-7оС).
Темная фракция, расположенная над светлой фазой, при концентрации напитка (0,3%) давала сильно мутный, темноокрашенный напиток.
П р и м е р 2. Таким же образом, как это описано в примере 1, концентрировали разбавленный экстракт чая с помощью обратного осмоса до содержания в нем твердых компонентов 18 мас. Горячий, но еще гомогенный концентрат помещали в высокие пластиковые контейнеры и хранили при пониженной температуре (0-5оС) в течение 16 ч, в центрифужные пробирки и центрифугировали при -1оС в течение 2 ч при 15000 g.
В обоих случаях к концу обработки были видны два слоя, разделенные резкой границей. При этом однако светлая фаза располагалась над темной. Свойства и светлой, и темной фаз были такими же, как и в примере 1. Пример иллюстрирует тот факт, что охлаждение приводит к разделению фаз.
П р и м е р 3. Концентрат экстракта чайного листа с содержанием твердых компонентов 18 мас. готовили с помощью обратного осмоса таким же образом, как и в случае примера 1. Этот экстракт замораживали в колбах и затем высушивали методом сублимационной сушки. Из полученного в результате гранулированного материала готовили ряд растворов чая на деионизированной воде различной концентрации и помещали их в высокие полупрозрачные пластиковые цилиндры. После нагревания в течение 5 мин при температуре выше 90оС для обеспечения полноты растворения пробы охлаждали в течение 2 ч до температуры окружающей среды (18оС).
В интервале концентраций 6-30 мас. после выдержки раствором в течение 16 ч при 0-5оС были получены следующие объемные соотношения между светлой и темной фазами, образующимися в результате разделения (см. табл.2).
Цилиндры с раствором чая, разделенным на светлую и темную фазу, замораживали в потоке воздуха при -20оС в течение 2 ч и подвергали сублимационной сушке. Светлоокрашенный и темноокрашенный слои разделяли. Светлые фракции при растворении их в холодной воде проявляли такие же свойства, как и продукт, полученный из светлой фракции в примере 1. Темные фракции хранились в течение более 3 мес при 5-7оС, при этом не наблюдалось их помутнения.
П р и м е р 4. Три типа чая, а именно: смесь разных сортов черного чая, цейлонский и красный чай подвергали экстракции деионизированной водой при массовом соотношении чайного листа и воды 1:(10-13) при 60-100оС в течение времени до 15 мин. Чайный лист затем как следует отжимали и еще два раза диспергировали в процессе экстракции. Избыток разбавленного раствора отделяли путем отжимания от обработанных чайных листьев.
Полученные разбавленные экстракты концентрировали в ротационном выпарном аппарате до содержания твердых компонентов примерно 15 мас. Эти концентраты нагревали в течение 5 мин при температуре выше 90оС для обеспечения полноты растворения, затем охлаждали до 80о С для предотвращения коалесценции капелек "смолы", заливали в высокие пластиковые цилиндры и давали охладиться до температуры окружающей среды.
После этого пластиковые цилиндры с концентратом чая помещали на 16-65 ч в холодильник для обеспечения процесса пассивного разделения при низкой температуре (-1 N 5оС).
После разделения фаз содержимое цилиндров замораживания в потоке воздуха в течение 2 ч при -20оС и подвергали сублимационной сушке. Разделенные светлоокрашенный и темоноокрашенный слои имели такие же характеристики, как и продукт, полученный в примере 1.
Как видно из приведенных в таблице результатов для смеси различных сортов черного чая с концентрацией твердых компонентов в экстракте 15 мас. с изменением температуры экстракции несколько изменяется количество получаемых в результате разделения светлой и темной фракций (см. табл.3).
П р и м е р 5. Лист зеленого чая подвергали экстракции деионизированной водой в массовом соотношении 1 ч. листьев на 10-13 ч. воды, при 100оС, в емкостном реакторе, при перемешивании. Смесь листьев и воды выдерживали в реакторе в течение 3 мин при перемешивании, после чего содержимое реактора пропускали через фильтр-пресс, получая в результате экстракт с содержанием твердых компонентов 1,5-2 мас.
Разбавленный экстракт охлаждали до примерно 65оС и концентрировали с помощью обратного осмоса до содержания твердых компонентов 16 мас. Концентрированный экстракт замораживали в виде хлопьев на охлаждаемом барабане и полученные хлопья высушивали сублимационным способом. Из полученного таким образом сухого материала готовили серию растворов на деонизированной воде, которые помещали в высокие пластиковые цилиндры (после предварительного их нагревания в течение 5 мин при температуре выше 90оС для обеспечения полноты растворения).
После этого пластиковые цилиндры с пробами выдерживали в течение 48 мин при температуре -1N5оС. При этом были получены следующие результаты (см. табл.4).
Полученная после разделения раствора с концентрацией 40 мас. светлая фракция оставалась прозрачной после хранения в течение 3 мес при 5о С.
Реферат
Использование: изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при обработке чайных экстрактов. Сущность: экстракт чая разделяют на светло-окрашенную и темно-окрашенную фазы путем изменения его природной склонности к самопроизвольному расслоению за счет концентрирования экстракта до содержания твердых компонентов 6 - 45, предпочтительно 12 - 30 мас.%, охлаждения концентрата до температуры ниже 5oС и выделения разделенных фаз. Светло-окрашенная фаза используется для приготовления прозрачного, растворимого в холодной воде чая, чая с пониженным содержанием кофеина и изотонического чая. Темноокрашенная фаза может использоваться для получения растворимого в горячей воде чая, красителя, антиоокислителя или добавки, придающей вкус чая. 5 з. п. ф-лы, 4 табл.
