Способ ароматизации растительного масла коптильным препаратом Российский патент 2024 года по МПК A23D9/02 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения растительного масла, содержащего коптильные компоненты и предназначенного для ароматизации рыбных консервов и пресервов.

Известен способ ароматизации растительного масла коптильной жидкостью, заключающийся в смешивании растительного масла с коптильной жидкостью и последующем разделении полученной эмульсии. При этом используют коптильную жидкость с плотностью 1,002-1,090 г/см3 и при соотношении коптильная жидкость: растительное масло - 1:10-10:1. Разделение эмульсии производят последовательной фильтрацией: извлекают основное количество водной фазы, отделяют ее от масляной фазы, а затем улавливают из масла остаточное количество мелкодиспергированной водной фазы. Процесс перемешивания масла с коптильной жидкостью проводят со скоростью 45-90 об/мин. в течение 1-60 мин. при температуре среды 15-50°С (патент RU №2264129, опубл. 20.11.2005, Бюл. №32).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ ароматизации растительного масла коптильной жидкостью, включающий смешивание коптильной жидкости и растительного масла в соотношении 1:1, используя интенсивное непрерывное механическое перемешивание при температуре 33-38°С в течение 15-17 минут со скоростью 500-1500 об/мин., либо для ускорения диффузии коптильных компонентов из коптильного препарата в растительное масло перемешивание осуществляют путем использования ультразвуковых колебаний с частотой 50-500 кГц в течение 2-5 минут без нагрева смеси (патент RU №2130725, опубл. 27.05.1999, Бюл. №15).

Недостатком данных способов является низкая скорость ароматизации, обусловленная ограниченной площадью межфазной поверхности при перемешивании.

Задачей заявленного изобретения является обеспечение эффективной ароматизации растительного масла для производства консервированной продукции.

Технический результат достигается за счет увеличения скорости процесса диффузии коптильных компонентов между водной и масляной фазами путем увеличения площади поверхности фазового контакта растительного масла и коптильного препарата (жидкости).

Поставленная задача решается тем, что в заявленном способе, включающем смешивание коптильного препарата и растительного масла с использованием ультразвукового перемешивания и последующее разделение полученной эмульсии, согласно изобретению, смешивание коптильного препарата и растительного масла осуществляют в объемном соотношении 8:1 путем диспергирования ультразвуком с частотой колебаний 75-100 кГц, коптильный препарат перед диспергированием нагревают до температуры 40-60°С.

Определение оптимальных параметров частоты ультразвуковых колебаний, температурного диапазона нагревания коптильного препарата перед диспергированием, соотношения объемов коптильного препарата и растительного масла для использования в заявляемом способе проверено опытным путем. Смешивание раствора коптильного препарата и растительного масла производилось путем диспергирования в двухфазной ультразвуковой гидравлической форсунке внутреннего смешения с диаметром отверстия сопла 2 мм.

Ультразвуковые (УЗ) колебания обеспечивают сверхтонкое диспергирование (не реализуемое другими способами), увеличивая межфазную поверхность реагирующих элементов. Таков один из механизмов интенсификации процессов в жидких средах. Возникающая под действием колебаний в жидкости кавитация и сопровождающие ее мощнейшие микропотоки, звуковое давление и звуковой ветер воздействуют на пограничный слой и «смывают» его. Таким образом, устраняется сопротивление переносу реагирующих веществ и интенсифицируется технологический процесс. Наиболее интересными из гетерогенных процессов являются процессы УЗ эмульгирования (диспергирование жидкостей в жидкостях) и диспергирования (получения тонкодисперсных суспензий). Эти процессы связаны с увеличением поверхности взаимодействия и поэтому лежат в основе интенсификации множества других процессов («Выявление оптимальных режимов и условий ультразвукового воздействия для распыления вязких жидкостей», Хмелев В.Н. и др., Техн. Акустика, 2011, №11, с.10).

Раствор коптильного препарата и растительного масла в объемном соотношении 8:1 диспергировался с подводом УЗ колебаний различной частоты в диапазоне 25-125 кГц. Коптильный препарат был предварительно нагрет до 60°С. Полученная эмульсия очищалась от воды в соответствии с известным способом- аналогом, после чего производилось определение концентрации фенольных компонентов в ароматизированном масле при изменении частоты УЗ колебаний. Результаты опытов представлены в таблице 1.

Исходя из полученных результатов, видно, что с увеличением частоты подводимого УЗ с 25 до 100 кГц увеличивается скорость массообмена коптильных компонентов. При повышении частоты с 100 до 125 кГц наблюдается уменьшение изменения интенсивности массообмена, нежели при изменении с 75 до 100 кГц, что указывает на нерациональность повышения частоты УЗ свыше 100 кГц.

Данный результат можно объяснить тем, что с увеличением частоты подводимого УЗ, образуется более мелкая фракция капель, в результате чего увеличивается площадь межфазной поверхности, что согласно закону Фика и уравнению Фоккера-Планка ускоряет процесс массобмена. В случае же снижения частоты, масло диспергируется более крупными каплями («Ультразвуковое распыление жидкостей», Хмелев В. Н.; Center of ultrasonic techno,2010; https://books.google.ru/books?hl=ru&li=&id=Yas8H2nexB8C&oi=fhd&pg=PA3&dq=ультразвуковые+форсунки&ots=kBTjZ438p7&sig=LO6hLjpEcVlXCqR4i7VM2oxpyw&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false).

При диспергировании растительного масла в коптильный препарат для ускорения процесса диффузии коптильных компонентов необходимо предварительно его нагревать до температуры 40-60°С. Повышение температуры масла снижает его вязкость и, соответственно, уменьшает диаметр частиц дисперсной фазы. Кроме того, с повышением температуры увеличивается коэффициент молекулярной диффузии коптильных компонентов, что также способствует насыщению растительного масла коптильными компонентами («Математическое описание процесса диспергирования вязких жидкостей», Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Капранова А.Б., Шеронина И.С., Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 2012, №8; URL: https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskoe-opisaniprotsessadispergirovaniya-vyazkih-zhidkostey (дата обращения: 15.06.2023).). Уменьшение диаметра частиц увеличивает площадь межфазной поверхности и, соответственно, ускоряет массообменные процессы («Поверхностные явления и дисперсные системы», Клындюк А.И., Минск: БГТУ, 2011, с. 317). При высоких температурах возможно заметное испарение легколетучих коптильных компонентов, а также взаимодействие между коптильными компонентами и изменение технологических свойств ароматизированного масла («Химия копчения», Курко В.И., Москва, Пищевая промышленность, 1969, с. 165).

Опытным путем определяли температурный диапазон при диспергировании раствора коптильного препарата и растительного масло в объемном соотношении 8:1 с подводом УЗ колебаний частотой 100 кГц. Температура изменялась в пределах 20-80°С. Варьируемая температура ограничивается 80°С с целью сохранения фенольных фракций, кипящих при температуре свыше указанной температуры («Химия копчения», Курко В.И., Москва, Пищевая промышленность, 1969, с. 165). Полученная эмульсия очищалась от воды в соответствии с известным способом-аналогом, после чего производилось определение концентрации фенольных компонентов в ароматизированном масле при изменении температуры компонентов. Результаты опытов представлены в таблице 2.

Из полученных результатов установлено, что с увеличением температуры диспергируемых фракций увеличивается скорость массообмена коптильных компонентов. При этом при нагревании ниже 40°С ускорение процесса диффузии коптильных компонентов не приводит к заметному практического эффекту, а с повышением температуры компонентов выше 60°С динамика изменения содержания фенольных компонентов становится незначительной, на основании чего можно сделать вывод о том, что оптимальной температурой нагрева диспергируемых жидкостей является 40-60°С.

Данный результат можно объяснить, как минимум двумя факторами. Во-первых, с увеличением температуры фракций, увеличивается амплитуда молекулярных колебаний веществ, что согласно закону Фика и соотношению Стокса-Эйнштейна способствует увеличению скорости массообмена. Во-вторых, с увеличением температуры жидкостей, их динамическая вязкость снижается, что при постоянном давлении способствует более эффективному диспергированию масла с образованием мелких капель, в результате чего увеличивается площадь межфазной поверхности, что согласно закону Фика и уравнению Фоккера-Планка так же ускоряет процесс массобмена («Математическое описание процесса диспергирования вязких жидкостей», Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Капранова А.Б., Шеронина И.С., Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 2012, №8; URL: https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskoeopisaniprotsessadispergirovaniya-vyazkih-zhidkostey (дата обращения: 15.06.2023)).

Объемное соотношение раствора коптильного препарата, предварительно нагретого до температуры 60°С, и растительного масла, изменяли от 1:1 до 10:1. Раствор диспергировался с подводом УЗ колебаний частотой 100 кГц. Результаты определения содержания фенолов в ароматизированном масле в зависимости от объемного соотношения раствора коптильного препарата и растительного масла представлены в таблице 3.

Полученные данные указывают на линейное увеличение концентрации фенольных компонентов при увеличении доли коптильного препарата в смеси. При этом, при достижении соотношения 8:1, динамика насыщения масла фенольными компонентами значительно снижается, так как концентрация фенольных компонентов в ароматизированном масле приближается к концентрации фенольных компонентов в растворе коптильного препарата. В соответствии с первым законом Фика, это связано с тем, что движущей силой диффузии коптильных компонентов является разность концентраций этих компонентов в двух средах. При снижении разности концентраций происходит насыщение среды - приемника, вследствие чего скорость диффузии снижается. Таким образом, рациональным объемным соотношением раствора коптильного препарата и растительного масла является соотношение 8:1.

Способ осуществляется следующим образом.

Коптильный препарат и растительное масло наливают в отдельные емкости при соотношении 8:1. Емкость с коптильным препаратом предварительно нагревают до 40-60°С. Далее на двухфазную ультразвуковую гидравлическую форсунку подается ультразвук с частотой 75-100 кГц, коптильный препарат под давлением поступает через сопло с диаметром отверстия 2 мм, а растительное масло подается ламинарным потоком через патрубок в боковой части форсунки. После прохождения камеры смешения, полученная эмульсия распыляется ультразвуком в третью емкость. Дальнейшее разделение эмульсии производят последовательной фильтрацией, как в известном способе-аналоге, а именно, извлекают основное количество водной фазы, отделяют ее от масляной фазы, а затем улавливают из масла остаточное количество мелкодиспергированной водной фазы. Получают ароматизированное масло, обладающее цветом, вкусом и запахом, свойственным продукции, полученной с использованием дымового копчения и способное придавать соответствующие органолептические характеристики консервированной продукции.

Изобретение подтверждается следующими примерами:

Пример 1.

Коптильный препарат и растительное масло наливают в отдельные емкости при соотношении 8:1. Емкость с коптильным препаратом предварительно нагревают до температуры 40°С. Далее смешивание раствора коптильного препарата и растительного масла производят путем диспергирования в двухфазной ультразвуковой гидравлической форсунке с диаметром отверстия сопла 2 мм с подводом УЗ колебаний частотой 75 кГц. Полученная эмульсия очищается от воды последовательной фильтрацией: извлекают основное количество водной фазы, отделяют ее от масляной фазы, а затем улавливают из масла остаточное количество мелкодиспергированной водной фазы.

Концентрация фенольных компонентов в полученном ароматизированном масле составила 0,0020 г/л, что соответствует ароматизированному маслу светло-золотисто-коричневого цвета, подкопченного аромата и копченого вкуса.

Пример 2.

Коптильный препарат и растительное масло наливают в отдельные емкости при соотношении 8:1. Емкость с коптильным препаратом предварительно нагревают до температуры 50°С. Далее производят диспергирование раствора коптильного препарата и растительного масла с подводом УЗ колебаний частотой 100 кГц. Разделение эмульсии осуществляют, как в примере 1.

Концентрации фенольных компонентов в полученном ароматизированном масле составила 0,0029 г/л, что соответствует ароматизированному маслу коричневого цвета, насыщенного копченого аромата и насыщенного копченого вкуса.

Пример 3.

Коптильный препарат и растительное масло наливают в отдельные емкости при соотношении 8:1. Емкость с коптильным препаратом предварительно нагревают до температуры 60°С. Далее производят диспергирование раствора коптильного препарата и растительного масла с подводом УЗ колебаний частотой 75 кГц. Разделение эмульсии осуществляют, как в примере 1.

Концентрации фенольных компонентов в полученном ароматизированном масле составила 0,0025 г/л, что соответствует ароматизированному маслу коричневого цвета, копченого аромата и копченого вкуса.

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ ароматизации растительного масла коптильным препаратом включает смешивание коптильного препарата и растительного масла в объемном соотношении 8:1 путем диспергирования с использованием ультразвука с частотой колебаний 75-100 кГц и последующее разделение полученной эмульсии. Для ускорения процесса диффузии коптильных компонентов из коптильного препарата в растительное масло перед диспергированием коптильный препарат нагревают до температуры 40-60°С. Изобретение позволяет обеспечить эффективность ароматизации растительного масла для производства консервированной продукции путем увеличения скорости процесса диффузии коптильных компонентов между водной и масляной фазами. 3 табл., 3 пр.

Способ ароматизации растительного масла коптильным препаратом, включающий смешивание коптильного препарата и растительного масла с использованием ультразвукового перемешивания и последующее разделение полученной эмульсии, отличающийся тем, что смешивание коптильного препарата и растительного масла осуществляют в объемном соотношении 8:1 путем диспергирования в двухфазной ультразвуковой гидравлической форсунке с частотой колебаний 75-100 кГц, коптильный препарат перед диспергированием нагревают до температуры 40-60°С.