DEVELOPMENT OF COMPOSITION AND TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF NONALCOHOLIC BEVERAGE CONCENTRATE TABLET
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
Biysk Technological Institute, Altay State Technical University
Ural State University of Economics
Biysk, Russian Federation
Ural State University of Economics
Biysk, Russian Federation
2.
Biysk Technological Institute, Altay State Technical University
Biysk, Russian Federation
Biysk, Russian Federation
3.
Kemerovo State University
Kemerovo, Kemerovo, Russian Federation
Kemerovo, Kemerovo, Russian Federation
4.
Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University)
Type:
Article
Pages:
from 96
to 101
Status:
Published
Received:
23.10.2017
Accepted:
23.10.2017
Published:
23.10.2017
Subject area:
UDK 664:663.8
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Concentrate of nonalcoholic beverage, cowberry berry extract, pressing, tablets, starch
Abstract (English):
The high and stable demand for dry concentrates of nonalcoholic beverages prepared on the basis of extracts of fruit raw materials is primarily due to the simplicity and convenience of storage, transportation and use. As a result of monitoring of trade proposals, it has been found that unlike tablets, powdered and granulated concentrates are the most widely distributed in this segment of the food market. The formulation and technology of the concentrate of non-alcoholic thirst-quenching beverage in the form of tablets has been developed, the distinguishing feature of which is the use, as a flavor component, of the dry extract of cowberry berries obtained by vacuum-pulse extraction. The influence of the ratio of components in the concentrate on organoleptic characteristics of the product has studied and their optimum ratio has been determined, g/10 g of the composition: fruit-berry extract - 3.5, fructose - 4.4, citric acid - 1.0, sodium carbonate - 0.5, magnesium carbonate - 0.2, calcium carbonate - 0.4. It is shown that the introduction of 3% of starch from the weight of the composition helps reduce adhesion properties, reduce dissolution time, increase strength and improve the appearance of the tablets, while maintaining a constant taste level of the product. To obtain aconcentrate of non-alcoholic beverage in the form of tablets with given dimensional-mass characteristics: diameter 20 mm, height 5 mm, weight 2 g the optimum parameters of the tablet preparing process have been established: pressing force 10 MPa; Holding the tablet under load for 30 seconds. The best method of obtaining feedstock compositions is mixing the original components of the composition in a mixer of loose components, followed by granulation, while the dissolution time of the concentrate in 200 cm3 of room temperature water is 70 seconds.
The high and stable demand for dry concentrates of nonalcoholic beverages prepared on the basis of extracts of fruit raw materials is primarily due to the simplicity and convenience of storage, transportation and use. As a result of monitoring of trade proposals, it has been found that unlike tablets, powdered and granulated concentrates are the most widely distributed in this segment of the food market. The formulation and technology of the concentrate of non-alcoholic thirst-quenching beverage in the form of tablets has been developed, the distinguishing feature of which is the use, as a flavor component, of the dry extract of cowberry berries obtained by vacuum-pulse extraction. The influence of the ratio of components in the concentrate on organoleptic characteristics of the product has studied and their optimum ratio has been determined, g/10 g of the composition: fruit-berry extract - 3.5, fructose - 4.4, citric acid - 1.0, sodium carbonate - 0.5, magnesium carbonate - 0.2, calcium carbonate - 0.4. It is shown that the introduction of 3% of starch from the weight of the composition helps reduce adhesion properties, reduce dissolution time, increase strength and improve the appearance of the tablets, while maintaining a constant taste level of the product. To obtain aconcentrate of non-alcoholic beverage in the form of tablets with given dimensional-mass characteristics: diameter 20 mm, height 5 mm, weight 2 g the optimum parameters of the tablet preparing process have been established: pressing force 10 MPa; Holding the tablet under load for 30 seconds. The best method of obtaining feedstock compositions is mixing the original components of the composition in a mixer of loose components, followed by granulation, while the dissolution time of the concentrate in 200 cm3 of room temperature water is 70 seconds.
Keywords:
Concentrate of nonalcoholic beverage, cowberry berry extract, pressing, tablets, starch
Concentrate of nonalcoholic beverage, cowberry berry extract, pressing, tablets, starch
Сухие концентраты безалкогольных напитков в виде порошкообразных или гранулированных сме- сей в связи с простотой и удобством использования пользуются достаточно высоким и стабильным спросом, занимая существенный сегмент рынка пищевых концентратов и безалкогольных напит- ков. В настоящее время предприятия безалкоголь- ной промышленности производят в основном гра- нулированные концентраты, состав и технология которых достаточно разнообразны [1-3], чего нель- зя сказать о концентратах в виде таблеток, ассор- тимент которых крайне ограничен, что и подтверж- дено в ходе изучения рынка этих продуктов. Мониторинг торгового предложения концентра- тов безалкогольных напитков, проведенный мето- дом витринного наблюдения (ритейл-аудита) в крупных торговых сетях г. Бийска «Быстроном», «Лента», «Мария-Ра», «Аникс», показал, что всего представлено 23 торговых наименования концент- ратов безалкогольных напитков в виде гранулиро- ванных смесей, из них 16 наименований киселей и 7 наименований напитков, изготовители которых приведены на рис. 1. «GEONFORFAST» (G.E.O.N., Россия), обладающего свойствами энергетика и жиросжигателя и др. [4]. Данный факт можно объяснить рядом причин: во-первых, сложностью технологического процесса таблетирования; во-вторых, нестабильностью таб- леток при хранении, ввиду их невысокой прочно- сти, что приводит к снижению потребительских достоинств концентрата. В связи с этим целью проводимых исследований является разработка рецептуры и технологии концентрата безалкоголь- ного жаждоутоляющего напитка, приготовленного на основе экстракта плодово-ягодного сырья в виде таблеток. Объекты и методы исследований Объектом исследования явилась композиция для приготовления концентра безалкогольного напитка в виде таблеток. На основе анализа литера- турных данных [5-7] и патентов на изобретения [1, 8, 9] установлено, что необходимыми компо- нентами концентрата безалкогольного напитка в виде таблеток являются: вкусовое вещество (экстракт плодово-ягодный), подсластитель и связующее (каркасное) вещество (фруктоза), регуляторы кислотности (лимонная кислота Е330, ТМ «Приправыч» 6,25 ТМ «Трапеза» 6,25 ООО «Алтайви стерра» 6,25 Royal Food 6,25 ЗАО «Алтайви тамины»1 8,75 карбонат натрия Е500, карбонат магния Е504), антислеживатель (карбонат кальция Е170). Для подбора оптимального соотношения ингредиентов составлено несколько композиций концентрата безалкогольного напитка (табл. 1). Таблица 1 Соотношение компонентов в концентрате, г/10 г композиции Другие 56,25 Рис. 1. Структура торгового предложения концентратов безалкогольных напитков в торговых сетях г. Бийска Изучение маркировки потребительской тары показало, что лишь в семи наименованиях содер- жатся исключительно натуральные ингредиенты: это кисели и напитки ООО «НПО «Компас Здоро- вья» (г. Новосибирск), ЗАО «Алтайвитамины», ООО «Алтайвистерра», ООО «Алтайская чайная компания» (Алтайский край). В тоже время промышленный ассортимент таб- летированных концентратов представлен в основном быстрорастворимыми таблетками для приготовле- ния спортивных напитков, таких, например, как Образец композиции Экстракт пло- дово-ягодный Фруктоза Лимонная кислота Карбонат натрия Карбонат магния Карбонат кальция 1 2,2 5,0 1,5 1,0 0,1 0,2 2 3,2 4,0 1,5 1,0 0,1 0,2 3 1,5 5,3 1,5 1,0 0,2 0,5 4 3,5 4,4 1,0 0,5 0,2 0,4 5 3,0 4,2 1,5 1,0 0,1 0,2 6 2,9 5,0 1,0 0,5 0,2 0,4 7 3,4 4,5 1,0 0,5 0,2 0,4 8 1,9 4,9 1,5 0,5 0,2 1,0 По результатам дегустации установлено, что по основным потребительским достоинствам напитков (внешний вид, цвет, аромат и вкус) лучшим образ- цом является композиция концентрата безалко- гольного напитка № 4. Сырьем для вкусового вещества концентрата безалкогольного напитка являлись ягоды брусники обыкновенной (лат. Vaccíniumvítis-idaéa), являю- щейся традиционным дикоросом Алтая. Ягоды брусники обладают капилляроукрепляющим свой- ством благодаря содержанию в них флавоноидов, витаминов, урсоловой кислоты и дубильных ве- ществ, а также оказывают деминерализующее дей- ствие, повышают эффективность действия антибио- тиков, стимулируют фагоцитоз и другие защитные силы организма; высокое содержание бензойной кислоты способствует длительному хранению сырья и продуктов его переработки, а также повышает микробиологическую стабильность экстрактов. Сухой экстракт брусники обыкновенной пред- ставляет собой тонкодисперсный порошок темно- красного цвета с выраженными запахом и вкусом (кисло-сладкий, слегка терпкий), свойственными ягодам брусники [10]. Экстракт брусники получен методом вакуум-импульсной экстракции, где экс- трагент - водно-этальный раствор с содержанием этанола 40 % об.; температура - от 25 до 40 °С; гидромодуль - 1:10; экстракция проведена поэтап- но в течение 22 ч до момента выхода экстрактив- ных веществ на постоянную величину (3,48 %) с объединением экстрактов. Полученные экстракты отфильтрованы и направлены на двухступенчатое концентрирование - сначала вакуум-импульсным методом до содержания сухих веществ 10-12 %, затем сгущением в концентраторе до содержания сухих веществ не менее 65 %. Полученный концен- трат высушивали в вакуум-импульсной сушилке периодического действия при температуре не вы- ше 45 °С до влажности готового продукта не бо- лее 8 %. Физико-химические показатели сухого экстракта представлены в табл. 2. качества и стабильности (органолептические харак- теристики, предел прочности, истираемость, распа- даемость) в лаборатории «Реология» кафедры «Прикладная механика» ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленно- сти (университет)» и на производстве быстрорас- творимых гранулированных напитков ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово) проведены исследования по установлению усилия прессования и выдержки таблетки под нагрузкой при таблети- ровании композиций. Показатели качества композиций, в том числе органолептические, определяли стандартными и общепринятыми методами [5, 11]. Опытные образцы концентрата безалкогольного напитка в виде таблеток получали прессованием с помощью универсальной гидравлической испыта- тельной машины марки МУП-50, развивающей максимальное усилие 50 т, допускаемая погреш- ность показаний при статических нагрузках ±1 % от измеряемой нагрузки. Результаты и их обсуждение Основными технологическими характеристика- ми массы для изготовления таблеток являются сы- пучесть, насыпная масса и пластичность частиц, влияющие как на технологичность и экономи- ческие показатели процесса изготовления таблеток, так и на качество готовых концентратов, и зависят, в первую очередь, от дисперсного состава компо- зиции [7]. Согласно литературным данным [5, 6, 12, 13] были установлены рациональные размерно- массовые характеристики таблетки (диаметр 20 мм, высота 5 мм, масса 2 г) и экстремумы варьируемых Таблица 2 Физико-химические показатели сухого экстракта из ягод брусники обыкновенной (n=3, M±m) Показатель Значение Массовая доля влаги, % 5,8±0,1 Массовая доля экстрактивных веществ (в пересчете на сухое вещество), % 93,1±0,1 Массовая доля нерастворимых сухих веществ, % 0,20±0,05 Массовая доля титруемых кислот (в пересчете на яблочную), % 9,4±0,1 Массовая доля фенольных ве- ществ, % 3,76±0,02 Примеси минерального и расти- тельного происхождения не обнаружено Установлено, что растворимость экстрактов в дистиллированной воде комнатной температуры полная. При растворении экстракта вкус, цвет и аро- мат раствора полностью соответствует исходному сырью без посторонних привкусов и ароматов. Для получения концентрата безалкогольного напитка в виде таблеток с заданными показателями параметров (усилие прессования и выдержка таблетки под нагрузкой). Составы исходного сырья с различной дисперс- ностью получены тремя методами: смешение исходных компонентов компози- ции в смесителе сыпучих компонентов марки СКВ-4,01 с последующим измельчением в молот- ковой дробилке МД-5Х2; смешение исходных компонентов компози- ции в смесителе сыпучих компонентов без измель- чения; смешение исходных компонентов компози- ции в смесителе сыпучих компонентов с последу- ющим гранулированием в тарельчатом гранулято- ре ОТ-080. Дисперсный анализ исходного измельченного и сгранулированного сырья проводился микроскопи- рованием по методике, изложенной в [14], с ис- пользованием биологического микроскопа Levenhuk 40L NG, снабженного цифровой камерой DCM 310. С целью разрушения агломератов и вы- яснения истинных размеров частиц в качестве дис- персионной среды взят изобутиловый спирт (С4Н10О). На рис. 2 представлены микрофотогра- фии дисперсных составов композиций. Рис. 2. Микрофотографии: а) исходной смеси; б) измельченной смеси; в) структуры гранулы В результате предварительных испытаний уста- новлено, что для процесса таблетирования исход- ного сырья оптимальная влажность составляет 3 % (в качестве связующего вещества использовался этиловый спирт (С2Н5ОН)). Таблетки с влажностью 5 % разрушаются и прилипают при выталкивании из матрицы. При влажности равной 0 % полученная таблетка не обладает требуемой прочностью и ис- тираемостью. Для проведения процесса таблетирования была изготовлена матрица диаметром 20 мм и установ- лены пределы давления при прессовании 3-20 МПа [5], оптимальные параметры процесса таблетирова- ния (давление и время выдержки) определены экс- периментально на универсальной гидравлической испытательной машине марки МУП-50. Результаты экспериментов представлены на рис. 3 и 4. Рис. 3. Зависимость прочности таблетки от усилия прессования Рис. 4. Зависимость прочности таблетки от времени выдержки Основываясь на литературных данных [12], можно утверждать, что прочность таблетки (Рразр) должна быть не менее 3,5 кг/см2 или в пересчете на требуемый размер таблетки 0,35 МПа. Однако за- вышенные значения данной величины также неже- лательны, так как приводят к значительным затра- там энергии при формировании изделия. На прочность таблетки оказывает влияние и та- кой фактор, как время выдержки таблетки под нагрузкой [13]. Во время выдержки происходят процессы перераспределения напряжений внутри образца (релаксация напряжений). Анализируя графики рис. 4 можно сделать вывод о том, что непродолжительная выдержка (до 30 с) не позволя- ет напряжениям равномерно распределиться по всему объему таблетки и снижает ее прочность. Увеличение времени выдержки более 30 с нецеле- сообразно, так как приводит к незначительному росту прочности образцов. Таким образом, на основе экспериментальных данных были установлены оптимальные параметры процесса прессования таблеток: усилие прессова- ния Р=10 МПа; выдержка таблетки под нагрузкой t=30 с. При проведении экспериментальных исследо- ваний наблюдалось прилипание частиц компози- ции к рабочей поверхности пуансона. Ранее установлено [12], что для решения данной про- блемы рекомендуются использовать антифрик- ционные вспомогательные вещества, снижающие адгезионные и повышающие когезионные свой- ства смеси. В качестве такой добавки обычно используют крахмал, так как он обладает не только антифрикционными свойствами, но и вы- полняет роль компонента, улучшающего смачи- ваемость и водопроницаемость готовой таблетки. Предварительные исследования показали, что внесение крахмала картофельного в качестве вспомогательного вещества не оказывает влия- ния на прочность получаемых изделий. Время распадаемости полученных образцов таблеток определяли путем их растворения в воде при температуре 40 °С. Для увеличения тепломас- сообмена создавался турбулентный режим потока наложением динамической нагрузки. Результаты опыта по изучению распадаемости таблеток приве- дены на рис. 5. Рис. 5. Зависимость времени растворения таблетки от усилия прессования Известно, что время растворения таблетки не должно превышать 60-90 с [8]. Как видно из гра- фиков рис. 5 данным условиям при оптимальном давлении Р=10 МПа удовлетворяют образцы, полу- ченные с использованием в композициях 3 % крах- мала. Образцы без внесения в композицию крахма- ла имеют несколько большее время растворения - от 100 с для сгранулированного состава до 120 с для состава из измельченного сырья. Фотографии готовых концентратов представле- ны на рис. 6 диаметром 20 мм, высотой 5 мм и массой 2 г. Вре- мя растворения концентрата в 200 см3 воды ком- натной температуры составило 70 с; полученный напиток по внешнему виду представляет собой не- прозрачную жидкость выраженного темно- бордового цвета, свойственного ягодам брусники, без осадка и посторонних включений, аромат вы- раженный, вкус - приятный кисло-сладкий, свойст- венные используемому сырью. Таким образом, в результате проведенных иссле- дований, во-первых, определен состав композиции концентрата безалкогольного напитка, подготовлен- ный к таблетированию методом смешения ингреди- ентов в смесителе сыпучих материалов с последую- щим гранулированием, г/10 г: вкусовое вещество (сухой экстракт ягод брусники) - 3,5, подсластитель и связующее (каркасное) вещество (фруктоза) - 4,4, регуляторы кислотности (лимонная кислота Е330 - 1,0, карбонат натрия Е500 - 0,5, карбонат магния Е504 - 0,2), антислеживатель (карбонат кальция Е170) - 0,4. Во-вторых, установлены оптимальные параметры процесса прессования таблеток: усилие прессования 10 МПа; выдержка таблетки под а) из сгранулированной смеси б) из исходной смеси в) из измельченной смеси нагрузкой 30 с для получения концентрата безалко- гольного напитка в виде таблеток с заданными раз- мерно-массовыми характеристиками (диаметр 20 мм, высота 5 мм, масса 2 г). В-третьих, определе- Рис. 6. Фотографии готовых концентратов безалкогольного напитка в виде таблеток По внешнему виду полученные концентраты представляют собой таблетки правильной круглой формы с относительно шероховатой поверхностью на необходимость включения в исходный состав композиции вспомогательного вещества (крахмала) в количестве 3 % от массы композиции для сниже- ния адгезионных свойств и уменьшения времени растворения готовых таблеток.
1. Patent № 2494653 RF, A23L2/52, S2. Suhoy bezalkogol'nyy napitok / Yu.A. Koshelev, A.S. Zalesov; zayavl. 20.10.2011, opubl. 10.10.2013. - Byul. № 28.
2. Pischevaya kombinatorika v tehnologiyah polikomponentnyh koncentratov s ispol'zovaniem rastitel'nogo syr'ya i napitkov na ih osnove / G.L. Filonova, I.L. Kovaleva, N.A. Komrakova [i dr.] // Pivo i napitki. - 2012. - № 4. - S. 22-25.
3. Patent № 2521650 RF, A23L2/00, S1. Koncentrat polikomponentnyy / G.L. Filonova, V.V. Scherbakova, I.L. Kovaleva, S.G. Kovrizhkina, N.A. Komrakova, E.V. Nikiforova; zayavl. 04.03.2013, opubl. 10.07.2014. - Byul. № 19.
4. Shterman, S.V. Bystrorastvorimaya tabletirovannaya kompoziciya dlya prigotovleniya sportivnogo napitka «GEON FOR FAST» / S.V. Shterman, G.I. Andreev, V.S. Shterman // Pivo i napitki. - 2013. - № 2. - S. 18-22.
5. Val'ter, M.B. Postadiynyy kontrol' v proizvodstve tabletok / M.B. Val'ter, O.L. Tyutenkov, N.A. Filippin. - M.: Himiya, 1982. - 208 s.
6. Machihin, Yu.A. Tabletirovanie pischevyh materialov / Yu.A. Machihin, G.G. Zurabashvili. - M.: Pischevaya promyshlennost', 1978. - 135 s.
7. Razrabotka sostava i tehnologii polucheniya tabletok validola bez sahara / A.V. Filimonova, Yu.A. Tret'yakova, A.S. Gavrilov, L.A. Soloduhina, A.E. Ryabinin // Nauchnye vedomosti. Seriya Medicina. Farmaciya. - 2015. - № 16(213). - Vyp. 31. - S. 194-200.
8. AS № 1741804 SSSR, A23L2/38. Sposob proizvodstva suhih shipuchih napitkov / A.N. Stachinskiy, A.M. Shevchenko, Yu.G. Pshukov, O.V. Michnik, S.V. Volokitin, zayavl. 16.04.1990, opubl. 23.06.1992. - Byul. № 23.
9. Patent BY 3920 Respublika Belarus', A61K9/46. Shipuchaya tabletka ili granula i sposob ee polucheniya / Y. Beresh, L. Laslo, I. Barkan'i, zayavl. 10.03.1994, opubl. 08.09.1995.
10. Aver'yanova, E.V. Teoreticheskie i prakticheskie aspekty ispol'zovaniya rastitel'nogo syr'ya Altayskogo kraya v proizvodstve funkcional'nyh produktov pitaniya: monografiya / E.V. Aver'yanova, M.N. Shkol'nikova; Alt. gos. tehn. un-t, BTI. - Biysk: Izd-vo Alt. gos. tehn. un-ta, 2015. - 190 s.
11. Gosudarstvennaya Farmakopeya SSSR - XI-e izd., dop. - M.: Medicina, 1990. - Vyp. 2. - 399 s.
12. Mahkamov, S.M. Osnovy tabletochnogo proizvodstva / S.M. Mahkamov. - 2-e izd. - Tashkent: FAN, 2004. - 148 s.
13. Machihin, Yu.A. Formovanie pischevyh mass / Yu.A. Machihin, G.K. Berman, Yu.V. Klapovskiy. - M.: Kolos, 1992. - 272 s.
14. Kouzov, P.A. Metody opredeleniya fiziko-himicheskih svoystv promyshlennyh pyley / P.A. Kouzov, L.A. Skryabin. - Moskva: Himiya, 1983. - 143 s.
