Экстракция и фракционирование специй сверхкритическим флюидным диоксидом углерода

Представлено на пятом международном симпозиуме по сверхкритическим флюидам,
1998, Ницца, Франция

Резюме

Концепции "Фракционированная Экстракция" и "Фракционированное Разделение" специй сверхкритическим флюидным диоксидом углерода обсуждаются с точек зрения эффективности обработки и полезности конечного продукта. Экстракты олеорезина специй обычно содержат сложную смесь парообразных летучих масел, триглицеридов, стеролов, восков и смолистых материалов. Эти различные компоненты показывают различную остроту, вкус, аромат и функциональность для использования в переработке продуктов питания.

Традиционным подходом к сверхкритической экстракции специй является фракционированная экстракция, условия которой заданы согласно отобранной группе компонентов олеорезина. Применяя эту технику, можно экстрагировать летучее масло при относительно мягких условиях и впоследствии реэкстрагировать сырье при более жестких условиях, чтобы получить острые смолистые компоненты, которые являются менее растворимыми в сверхкритическом флюиде [1,2,3]. В результате получаются две ароматические фракции: высоко ароматическое летучее масло (легкая фракция) и высоко острая смолистая фракция (тяжелая фракция). Обе эти фракции важны для переработки продуктов питания, в восстановлении нюансов аромата первоначальной специи и в создании заказанных ароматов с точными характеристиками аромата и остроты.

Раньше работа в Norac Technologies Inc. сосредотачивалась на альтернативном способе фракционированного разделения. В этой технике специя сверхкритически экстрагируется при относительно жестких условиях давления и температуры, чтобы удалить все компоненты олеорезина быстро и эффективно. Полученный сверхкритический флюид затем пропускают через сосуды сепаратора 2, 3 или 4, в которых условия давления/температуры в каждом сосуде установлены таким образом, чтобы выборочно осадить один из представляющих интерес компонентов олеорезина. Эта техника предлагает значительные преимущества в стоимости и в полезности некоторых полученных фракционированных олеорезинов. Примеры применения этой техники будут обсуждаться.

Результаты и обсуждение

В Norac Technologies Inc. были оптимизированы параметры фракционирования для каждой из наиболее важных в мире специй, чтобы достигнуть фракционированного разделения одновременно с экстракцией. Следующие примеры демонстрируют фракционные способности этой технологии и ее производительность для получения новых ароматических продуктов.

Стручковый перец (чилли, красный перец)

Когда экстрагирован стручковый перец, большинство капсаицинов (компоненты, ответственные за "жгучесть") содержится в легкой фракции, тогда как триглицериды и красящие пигменты остаются в тяжелой фракции [6]. Таблица 1 показывает, что фракции с высокой и низкой концентрацией капсаицина могут быть получены из обычного исходного материала. Могут производиться олеорезины между 150,000 единиц жгучести и 2 миллионами единиц жгучести. Различие в концентрации капсаицина между тяжелыми и легкими фракциями позволяет получить продукт с желаемой "жгучестью". Эта техника особенно полезна для производства фракций с высокой концентрацией капсаицина из сырья низкого до среднего качества (то есть с низкой концентрацией капсаицина).

Таблица 1. Сравнение тяжелых и легких фракций стручкового перца

* NDHC = нордигидрокапсаицин, С = капсаицин, DHC = дигидрокапсаицин

Сельдерей

Фракционирование олеорезина сельдерея демонстрируется в таблице 2. Тяжелая фракция, содержащая главным образом триглицериды., имеет только 11.7мл парообразного летучего масла (SVO) на 100 г в отличие от легкой фракции, которая является чистым SVO. Кроме того, компоненты эфирного масла также фракционируются, чтобы дать различные уровни в каждой сверхкритической фракции. Лимонены и селинены хорошо растворимы в сверхкритическом диоксиде углерода и концентрируются главным образом в легкой фракции. Фталиды и седаненолиды, типичные ароматические составляющие сельдерея концентрируются в тяжелой фракции. Соответствующая рекомбинация этих двух фракций может производить олеорезины сельдерея для свежего/фруктового аромата и горького подобного сельдерею аромата.

Таблица 2. Сравнение тяжелых и легких фракций сельдерея

* Lim = лимонены, Sel = селинены; Pht = фталиды; Sed = седаненолиды.

Имбирь

Имбирь - превосходный кандидат для фракционированного разделения сверхкритическим диоксидом углерода, как показано в таблице ЗА. Остроту имбирю дают 6,8, и 10-гингеролы, которые находятся главным образом в тяжелой фракции. Аромат и вкус содержатся в эфирном масле, которое находится в легкой фракции. Применение аромата охватывает широкий диапазон желательных острот, и они могут контролироваться при реформулировке тяжелых и легких сверхкритических фракций. Следует отметить, что традиционная экстракция растворителями имбиря ведет к окислению гингеролов до шогаолов, а сверхкритическая экстракция минимизирует этот процесс окисления [7,8,9,10]. Шогаолы придают остроту, но также и добавляют неароматическую ноту олеорезину, в ущерб естественному аромату имбиря.

Таблицы 3А и 3Б. Сравнение тяжелых и легких фракций имбиря

* G = гингерол; S = шогаол

* Pin = пинены; Cam = камфены; Cin = цинеолы, Lim = лимонены, Zing = цингиберены; Bis = бисаболены, Sesq = сесквифелландрены

Мускатный орех

Олеорезин мускатного ореха содержит 75-80% триглицеридов с высокой точкой плавления, высоко в миристициновой кислоте. Эфирное масло, полученное при помощи традиционной паровой дистилляции может содержать 5-10% галлюциногенных составляющих миристицина. Миристицин, являющийся более полярным, чем другие компоненты эфирного масла, менее легко экстрагируется сверхкритическим диоксидом углерода и его намного меньше в легкой фракции. Таблица 4 показывает типичный коммерческий продукт с 7.2% миристицина и сверхкритическую легкую фракцию с меньше чем 1%, сокращение на 86%.

Таблица 4. Сравнение тяжелых и легких фракций мускатного ореха

Паприка

Олеорезин паприки используется в продовольственной и косметической отраслях промышленности как натуральный краситель. При помощи фракционированного разделения возможно концентрировать красный пигмент капсантина в тяжелой фракции [11]. Как видно из таблицы 5, олеорезины могут быть произведены с величиной цвета такой же высокой, как 7200 ASTA. Типичный коммерческий продукт имел бы значение цвета в диапазоне 1000-2000 ASTA. Кроме того, легкая фракция содержит слабые, но характерные компоненты аромата паприки и обладает прямой применимостью аромата.

Таблица 5. Сравнение тяжелых и легких фракций паприки

Перец

И черный и белый перец могут быть характерно фракционированы сверхкритическим углекислым газом для отделения компонентов остроты (пиперин) и аромата (эфирное масло) [10]. Таблица 6 показывает, что разделение этих двух компонентов эффективно почти на 100 %. Тяжелые фракции могут производиться с содержанием 50-80 % пиперина и менее, чем 1.5мл эфирного масла на 100 г. Две фракции могут быть объединены, чтобы сформулировать олеорезины перца с любым желаемым отношением остроты/аромата. Например, продукты с высоким содержанием пиперина могут быть получены из черного перца для того, чтобы производить эффективные дешевые заместители более дорогого белого перца.

Таблица 6. Сравнение тяжелых и легких фракций перца

Пример

Пример использования этих фракций для улучшения аромата на заказ показан на рис.3. Здесь высоко острая тяжелая фракция Нигерийского имбиря объединена с легкой фракцией с подобным лимону ароматом/вкусом Китайского имбиря. Формулировка (75:25) дает в результате новый высоко ароматический и все же острый олеорезин с содержанием эфирного масла 27мл/100г и с установленным содержанием гингерола 20 %.

Рисунок 3. Пример - Приготовление имбиря по заказу

Заключение

Преимущества фракционированного разделения по сравнению с фракционированной экстракцией трав и специй при помощи сверхкритического диоксида углерода в качестве растворителя суммируются на рис. 4. Фракционированное разделение - эффективный и экономичный процесс для производства фракционированного олеорезина специй. Способность этой технологии концентрировать некоторые компоненты в определенной фракции позволяет получать уникальные продукты с заданной остротой, ароматом и характеристиками вкуса. Эти продукты имеют единство в формулировке аромата и все еще сохраняют признанное превосходство сверхкритических экстрактов.

Рисунок 4. Преимущества фракционированного разделения

Литература

[1] King. J. W., et al., The 4th International Symposium on Supercritical Fluids. Sendai. Japan, 1997, p. 833

[2] Reverchon., E., The 4 International Symposium on Supercritical Fluids. Sendai. Japan, 1997, p. 839

[3] Stahl, E., Quirin, K..W., Gerard, D., "Verdichtete Gase zur Extraktion und Raffination", 1987, Spinger-Verlag

[4] Nguyen.IJ., et al., LJS Patent#5.01 7.397.May21st. I 991.

[5] Nguyen, U., et al., US Patent #5.120.558, June9th. 1992.

[6] Yao. J. Nair, MG.. Chandra, A.. J. Agric. Food Chem. 42.1994, p. 1303

[7] Chen, C., Kuo, M., Wu, C., Но, C., .1. Agric. Food Chem, 34, 1986, p. 477

[8] Badalyan, A G., Wilkinson, G.T., Cheen, B.S., The 4th International Symposium on Supercritical Fluids, 1997, Sendai, Japan, p. 183

[9] Pellerin, P., The International Symposium on Supercritical Fluids, Mice, France, I 988, p. 677

[10] Sankar, K.IJ., Manohar, В., The International Symposium on Supercritical Fluids, Nice, France, 1988, p. 807

[11] Z. K-nez et al., The 2nd International Symposium on Supercritical Fluids, Boston. Massachusetts, 1991, p. 101

Версия для печати