PL243620B1 - Sposób zwiększenia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych w szczególności przeznaczonych do produkcji napoju roślinnego polegający na tym, że orzeszki arachidowe nawilża się, następnie umieszcza się w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego połączonego z instalacją próżniową, następnie w bębnie obniża się ciśnienie i bęben wprowadza się w ruch obrotowy, po czym w urządzeniu mikrofalowym włącza się magnetrony emitujące mikrofale, następnie bęben jest zatrzymywany i orzeszki są studzone.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób podniesienia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych w szczególności przeznaczonych do produkcji napojów roślinnych.

Wynalazek należy do dziedziny techniki procesów wytwarzania składników wykorzystywanych w produkcji napojów.

Wynalazek rozwiązuje problem techniczny dotyczący sposobu zwiększenia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych.

Aromat produktów opartych na orzeszkach arachidowych jest jednym z ich najważniejszych wyróżników funkcjonalnych. W przypadku produktów spożywczych, aromaty są wypadkową oddziaływania do kilkudziesięciu kluczowych składników na białko grupy G we wnętrzu neuronu receptora węchowego. Szacuje się, że w ludzkim DNA znajduje się aż 339 genów, kodujących receptorowe białka węchowe. Buck, L.B., 2004. The search for odorant receptors. Cell, 116, pp.S117-S120.

Chociaż liczba substancji chemicznych, oddziałujących na receptory węchowe dla większości produktów spożywczych jest bardzo wysoka, możemy zazwyczaj wyselekcjonować i wskazać te, najbardziej kluczowe i pożądane z punktu widzenia atrakcyjności konsumenckiej. Chambers, E. and Koppel, K., 2013. Associations of volatile compounds with sensory aroma and flavor: The complex nature of flavor. Molecules, 18(5), pp.4887-4905. W grupie produktów, jakimi są przetwarzane termicznie, tj. podpiekane tzw. orzeszki arachidowe (botanicznie są to owoce Orzachy podziemnej Arachis hypogaea L.) substancjami kluczowymi dla aromatu są związki należące do grupy pochodnych pirazyn i piroli. Mason, M.E., Johnson, B. and Hamming, M., 1966. Flavor components of roasted peanuts. Some low molecular weight pyrazines and pyrrole. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 14(5), pp.454-460.

Od odkrycia w 1966 roku przez Johnsona, że to właśnie te pochodne aminowe determinują jakość orzeszków ziemnych do chwili obecnej opublikowano kilkadziesiąt prac, w których przedstawiono wpływ, głównie warunków prażenia na powstawanie pożądanego profilu aromatycznego produktu. Walradt, J.P., Pittet, A.O., Kinlin, T.E., Muralidhara, R. and Sanderson, A., 1971. Volatile components of roasted peanuts. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 19(5), pp.972-979; Buckholz JR, L.L., Daun, H., Stier, E. and Trout, R., 1980. Influence of roasting time on sensory attributes of fresh roasted peanuts. Journal of Food Science, 45(3), pp.547-554; Chukwumah, Y., Walker, L., Vogler, B. and Verghese, M., 2007. Changes in the phytochemical composition and profile of raw, boiled, and roasted peanuts. Journal of agricultural and food chemistry, 55(22), pp.9266-9273; Lykomitros, D., Fogliano, V. and Capuano, E., 2016. Flavor of roasted peanuts (Arachis hypogaea) - Part II: Correlation of volatile compounds to sensory characteristics. Food Research International, 89, pp.870-881.

W pracy D. Lykomitros (2016) doprecyzowano, że 2,3 dimethyl-pyrazine, ethyl-pyrazine, trimethyl-pyrazine, 2,5 dimethyl-pyrazine i 1-methyl-1H-pyrrole, 2,5 diethyl-pyrazine, 2,3 dimethyl-1H-pyrrole są najbardziej kluczowe dla jakości produktów, opartych na prażonych orzeszkach arachidowych.

Zwiększanie udziału pirazyn w produktach opartych na prażonych orzeszkach było również obiektem wielu zgłoszeń patentowych. I tak, w patencie US9078467B2 (Process to enhance flavor of roasted nuts and products with modified texture) przedmiotem wynalazku jest zwilżenie wodą, po którym orzechy można prażyć przy użyciu konwencjonalnych technik prażenia, takich jak prażenie w oleju lub prażenie na sucho. W patencie CN107951052B Production equipment and production process of originaltaste roasted peanuts autorzy zaproponowali wynalazek rozwiązujący problem dostosowania temperatury prażenia do różnych rodzajów orzeszków ziemnych, nie pogarszając ich właściwości smakowych. W zgłoszeniu CN104413489A Safety production process of English dry roasted peanuts, autorzy zastrzegli metodę produkcji tzw. English-dry orzeszków ziemnych, proponując zastosowanie obróbki termicznej w przedziale 140-145°C przy czasie 30-40 min.

Należy tu wspomnieć, że aromat napoju arachidowego, czyli produktu powstałego z orzeszków ziemnych jest wprost zależny od aromatu prażonego orzeszka otrzymanego w procesie jego przygotowania Zaaboul, F., Raza, H., Cao, C. and Yuanfa, L., 2019. The impact of roasting, high pressure homogenization and sterilization on peanut milk and its oil bodies. Food chemistry, 280, pp.270-277; Bhatt, K., Pandya, P., Dwivedi, D. and Sojaliya, H., Standardization of Process Parameters for Preparation of Peanut Milk. Advances, p.2893. Do chwili obecnej w zgłoszeniu US20160213046A1 (Method of making a peanut beverage)ujawniono obróbkę surowca w temperaturze 350 F (około 177°C). Autorzy wykazali, że ta temperatura zapewnia wymagany smak i aromat do produkcji napojów. Zaproponowano czas prażenia około 8 minut do 35 minut, w zależności od wariantu. Produkcja lub sposób wytwarzania napojów opartych na orzeszkach są znane z WO2017098022A1 (Aseptic rtd peanut milk and method of making thereof); CN104738180A Filed (Peanut milk formula), jednak w tych przypadkach dotyczą one innych aspektów, niż formowanie aromatu produktu poprzez prażenie.

Pirazyny (w tym metylo, dimetylo, etylo, dimetyloetylo) są najważniejszymi związkami kształtującymi aromat prażonych, podpiekanych, pieczonych produktów opartych na roślinnym materiale którym są m.in. orzechy. Pirazyny należą do produktów degradacji termicznej reakcji białek i cukrów powszechnie występujących w produktach, zawierających białko i cukry, poddanych obróbce termicznej w tym np. orzeszkach arachidowych, z których produkowane jest m.in. napój roślinny. Pirazyny zostały uznane jako czynnik wpływający pozytywnie na cechy sensoryczne przez wielu autorów, w tym ONG, K.T., LIU, Z.Q. and TAY, M.G., 2017. Review on the Synthesis of Pyrazine and Its Derivatives. Borneo Journal of Resource Science and Technology, 7(2), pp.60-75; czy Muller, R. and Rappert, S., 2010. Pyrazines: occurrence, formation and biodegradation. Applied microbiology and biotechnology, 85 (5), pp.1315-1320.

Wynalazek według niniejszego zgłoszenia może znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym do wytwarzania napojów na bazie orzeszków arachidowych.

Sposób postępowania według wynalazku, dotychczas nie stosowany, polega na nawilżeniu orzeszków arachidowych, a następnie nagrzewaniu ich przy użyciu mikrofal w obniżonym ciśnieniu. Stosowane dotychczas sposoby prażenia orzeszków arachidowych o niewielkiej wilgotności polegały na dostarczaniu ciepła z otoczenia o wysokiej temperaturze do wnętrza materiału. Skutkiem tego procesu jest powstawanie dużego gradientu temperaturowego skierowanego do wnętrza materiału przy niewielkim, gradiencie uwilgotnienia, który jest skierowany przeciwnie do gradientu temperatury, czyli od wnętrza materiału do jego powierzchni. Taki układ gradientu temperatury i uwilgotnienia powoduje, że reakcja Maillarda, polegająca na występowaniu serii reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem ciepła pomiędzy aminokwasami a cukrami redukującymi, przebiega intensywniej w zewnętrznych warstwach materiału, gdzie temperatura jest wyższa, a wilgotność mniejsza, niż wewnątrz materiału o niższej temperaturze i większej wilgotności. Zróżnicowanie intensywności reakcji Maillarda wewnątrz orzeszków arachidowych utrudnia kontrolowanie procesu prażenia zmierzającego do ukształtowania korzystnego składu chemicznego charakteryzującego się przewagą zawartości tych produktów reakcji Maillarda, które sprzyjają korzystnym właściwościom sensorycznym, w tym przede wszystkim zawartości pirazyny, nad zawartością tych produktów reakcji Maillarda, które przyczyniają się do pogorszenia właściwości sensorycznych prażonego materiału, w tym powstawanie smaku gorzkiego.

Surowiec przeznaczony do produkcji napoju roślinnego wytwarzany według niniejszego wynalazku wyróżnia się znacznie większą zawartością pirazyn niż jego odpowiedniki przygotowywane przy zastosowaniu tradycyjnych metod, co sprawia, że jest on materiałem o bardzo dobrych właściwościach sensorycznych, które przejmie produkt końcowy w postaci napoju roślinnego/arachidowego.

Celem wynalazku jest zwiększenie zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych w szczególności wykorzystywanych do produkcji napoju roślinnego/arachidowego.

Zastosowanie mikrofal w procesie prażenia orzeszków arachidowych powoduje nagrzewanie materiału w całej objętości. Sprzyja temu wcześniejsze, równomierne nawilżenie materiału wodą, której cząsteczki o budowie dipolowej generują ciepło pod wpływem pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez magnetrony (Clary, C.D., Mejia-Meza, E., Wang, S., and Petrucci, V.E. 2007. Improving grape quality using microwave vacuum drying associated with temperature control. Journal of Food Science, 72, pp. 23-28). Dzięki objętościowemu nagrzewaniu materiału rozkład temperatury w jego wnętrzu jest równomierny, co sprzyja kontrolowaniu procesu prażenia w ten sposób, aby zapewnić jak najkorzystniejszy przebieg reakcji Maillarda skutkujący dominacją produktów tej reakcji, które determinują odpowiednie właściwości sensoryczne.

Ponadto obniżenie ciśnienia w trakcie procesu powoduje, że wraz z odprowadzaną parą wodną usuwane są także powstające w trakcie obróbki termicznej disiarczki i trójsiarczki dimetylu, które mają niekorzystne cechy sensoryczne (aromat „czosnkowo-cebulowy”).

Dodatkowo, zastosowanie obniżonego ciśnienia w procesie prażenia zapewnia efektywne usuwanie pary wodnej z prażonego materiału w ten sposób, że zmniejszeniu wilgotności materiału towarzyszy zwiększenie jego temperatury, co stwarza korzystne warunki dla reakcji Maillarda. Ponadto, mniejsza ilość powietrza związana z obniżonym ciśnieniem znacznie ogranicza reakcje utleniania, które wpływają negatywnie na jakość materiału roślinnego.

Orzeszki arachidowe wykorzystywane w produkcji napojów po przygotowaniu tradycyjnymi metodami charakteryzują się średnio trzykrotnie mniejszą zawartością pochodnych pirazyn, niż przygotowane z zastosowaniem sposobu według przedmiotowego wynalazku.

Istotą wynalazku jest sposób zwiększenia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych w szczególności przeznaczonych do produkcji napoju roślinnego, gdzie orzeszki arachidowe są nawilżane, następnie umieszcza się je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego połączonego z instalacją próżniową, następnie w bębnie obniża się ciśnienie do wartości w zakresie od 2 do 8 kPa i bęben ten wprowadza się w ruch obrotowy z prędkością od 6 do 12 obr/min, po czym w urządzeniu mikrofalowym włączane są magnetrony emitujące mikrofale o mocy jednostkowej wynoszącej od 1,2 do 1,6 W/g na czas od 24 do 30 min. podczas którego temperatura orzeszków osiąga wartość maksymalną wynoszącą od 100 do 130°C, po upływie tego czasu bęben jest zatrzymywany i orzeszki są studzone.

Korzystnie, gdy proces nawilżania odbywa się w naczyniu ciśnieniowym przy użyciu pary wodnej o ciśnieniu od 0,14 do 0,20 MPa i temperaturze od 110 do 120°C w czasie od 6 do 8 min.

Korzystnie, gdy proces nawilżania odbywa się poprzez rozłożenie warstwy orzeszków na bibule nasączonej wodą i trwa od 8 do 12 godzin.

Korzystnie, gdy po zakończeniu procesu nawilżania orzeszki arachidowe są zamrażane w temperaturze od -30 do -60°C i utrzymywane w stanie zamrożonym od 12 do 24 godzin, a następnie są rozmrażane w pojedynczej warstwie do osiągnięcia temperatury otoczenia korzystnie w przedziale 15-25°C.

Korzystnie, gdy orzeszki arachidowe po procesie prażenia mikrofalowego przy obniżonym ciśnieniu umieszczane są w suszarce próżniowej na czas od 8 do 14 godzin w temperaturze od 50 do 60°C.

Korzystnie, gdy orzeszki arachidowe po procesie prażenia mikrofalowego pozostają w bębnie w ciśnieniu w zakresie od 2 do 8 kPa do osiągnięcia temperatury otoczenia korzystnie w przedziale 15-25°C.

Korzystnie, gdy orzeszki arachidowe przed nawilżaniem poddawane są procesowi rozdrabniania do uzyskania średnicy zastępczej cząstek od 1 do 3 mm.

Zaletą wynalazku jest otrzymanie prażonych orzeszków arachidowych o znacznie zwiększonej zawartości pirazyn, przekraczającej wartość 70 μg/g oraz korzystnych właściwościach sensorycznych wyrażonych oceną co najmniej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Przedmiot wynalazku jest bliżej opisany w przykładach.

Przykład 1. Orzeszki arachidowe o masie 250 g nawilżono przez 10 godzin w bibule nasączonej wodą w ten sposób, że rozłożono je w jednej warstwie na nasączonej bibule a następnie przykryto drugą warstwą bibuły nasączonej wodą. Następnie po upływie 10 godzin umieszczono je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego SM-200 (Plazmatronika, Wrocław) połączonego z instalacją próżniową. Następnie obniżono ciśnienie w bębnie do wartości 6 kPa i wprowadzono w ruch obrotowy z prędkością 8 obr/min, po czym włączono magnetrony emitujące mikrofale przy mocy wynoszącej 360 W na czas 27 min, podczas którego temperatura orzeszków arachidowych wzrosła do 120°C. Po upływie tego czasu zatrzymano obroty bębna i studzono orzeszki utrzymując ciśnienie 6 kPa do osiągnięcia temperatury otoczenia wynoszącej 21 °C. Postępując w ten sposób uzyskano zawartość pirazyn w orzeszkach arachidowych wynoszącą 72 μg/g przy ocenie sensorycznej wynoszącej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Przykład 2. Orzeszki arachidowe o masie 250 g poddano procesowi nawilżania w naczyniu ciśnieniowym (szybkowar Tefal Secure 5 Neo v2), przy użyciu pary wodnej o temperaturze 115°C i ciśnieniu 0,17 MPa przez 7 min. Następnie umieszczono je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego SM-200 (Plazmatronika, Wrocław) połączonego z instalacją próżniową. Następnie obniżono ciśnienie w bębnie do wartości 6 kPa i wprowadzono w ruch obrotowy z prędkością od 8 obr/min, po czym włączono magnetrony emitujące mikrofale przy mocy wynoszącej 360 W na czas 27 min, podczas którego temperatura orzeszków arachidowych wzrosła do 120°C. Po upływie tego czasu zatrzymano obroty bębna i studzono orzeszki utrzymując ciśnienie 6 kPa do osiągnięcia temperatury otoczenia wynoszącej 21°C. Postępując w ten sposób uzyskano zawartość pirazyn w orzeszkach arachidowych wynoszącą 78 μg/g przy ocenie sensorycznej wynoszącej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Przykład 3. Orzeszki arachidowe o masie 250 g poddano procesowi nawilżania w naczyniu ciśnieniowym (szybkowar Tefal Secure 5 Neo v2) przy użyciu pary wodnej o temperaturze 115°C i ciśnieniu 0,17 MPa przez 7 min. Następnie zamrożono je w temperaturze -60°C i utrzymano w stanie zamrożonym w ciągu 12 godzin. Po rozmrożeniu orzeszków i doprowadzeniu ich to temperatury otoczenia wynoszącej 21°C przez rozłożenie na tacy w pojedynczej warstwie. Następnie umieszczono je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego SM-200 (Plazmatronika, Wrocław) połączonego z instalacją próżniową. Następnie obniżono ciśnienie w bębnie do wartości 6 kPa i wprowadzono w ruch obrotowy z prędkością od 8 obr/min, po czym włączono magnetrony emitujące mikrofale przy mocy wynoszącej 360 W na czas 27 min, podczas którego temperatura orzeszków arachidowych wzrosła do 120°C. Po upływie tego czasu zatrzymano obroty bębna i studzono orzeszki utrzymując ciśnienie 6 kPa do osiągnięcia temperatury otoczenia wynoszącej 21°C. Postępując w ten sposób uzyskano zawartość pirazyn w orzeszkach arachidowych wynoszącą 82 μg/g przy ocenie sensorycznej wynoszącej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Przykład 4. Orzeszki arachidowe o masie 250 g poddano procesowi nawilżania w naczyniu ciśnieniowym (szybkowar Tefal Secure 5 Neo v2) przy użyciu pary wodnej o temperaturze 115°C i ciśnieniu 0,17 MPa przez 7 min. Następnie zamrożono je w temperaturze -60°C i utrzymano w stanie zamrożonym w ciągu 12 godzin. Po rozmrożeniu orzeszków i doprowadzeniu ich to temperatury otoczenia wynoszącej 21°C przez rozłożenie na tacy w pojedynczej warstwie. Następnie umieszczono je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego SM-200 (Plazmatronika, Wrocław) połączonego z instalacją próżniową. Następnie obniżono ciśnienie w bębnie do wartości 6 kPa i wprowadzono w ruch obrotowy z prędkością 8 obr/min, po czym włączono magnetrony emitujące mikrofale przy mocy wynoszącej 360 W na czas 27 min, podczas którego temperatura orzeszków arachidowych wzrosła do 120°C. Po upływie tego czasu zatrzymano obroty bębna. Następnie gorące orzeszki wyjęto z bębna urządzenia mikrofalowego i umieszczono w suszarce próżniowej na czas 12 godzin w temperaturze 60°C uzyskując prażone orzeszki arachidowe o zawartości pirazyn wynoszącej 97 μg/g przy ocenie sensorycznej wynoszącej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Przykład 5. Orzeszki arachidowe o masie 250 g poddano procesowi rozdrabniania przy użyciu młynka udarowego do zyskania średnicy zastępczej cząstek wynoszącej 2 mm. Następnie poddano procesowi nawilżania w naczyniu ciśnieniowym (szybkowar Tefal Secure 5 Neo v2) przy użyciu pary wodnej o temperaturze 115°C i ciśnieniu 0,17 MPa przez 7 min. Następnie zamrożono je w temperaturze -60°C i utrzymano w stanie zamrożonym w ciągu 12 godzin. Po rozmrożeniu orzeszków i doprowadzeniu ich to temperatury otoczenia wynoszącej 21 °C przez rozłożenie na tacy w pojedynczej warstwie. Następnie umieszczono je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego SM-200 (Plazmatronika, Wrocław) połączonego z instalacją próżniową. Następnie obniżono ciśnienie w bębnie do wartości 6 kPa i wprowadzono w ruch obrotowy z prędkością od 8 obr/min, po czym włączono magnetrony emitujące mikrofale przy mocy wynoszącej 360 W na czas 27 min, podczas którego temperatura orzeszków arachidowych wzrosła do 120°C. Po upływie tego czasu zatrzymano obroty bębna. Następnie gorące orzeszki wyjęto z bębna urządzenia mikrofalowego i umieszczono w suszarce próżniowej na czas 12 godzin w temperaturze 60°C uzyskując prażone orzeszki arachidowe o zawartości pirazyn wynoszącej 102 μg/g przy ocenie sensorycznej wynoszącej 8 w dziesięciopunktowej skali hedonicznej.

Claims (7)

1. Sposób zwiększenia zawartości pirazyn w orzeszkach arachidowych w szczególności przeznaczonych do produkcji napoju roślinnego, znamienny tym, że orzeszki arachidowe o określonej masie są nawilżane, następnie umieszcza się je w bębnie obrotowym urządzenia mikrofalowego połączonego z instalacją próżniową, następnie w bębnie obniża się ciśnienie do wartości w zakresie od 2 do 8 kPa i bęben ten wprowadza się w ruch obrotowy z prędkością od 6 do 12 obr/min, po czym w urządzeniu mikrofalowym włączane są magnetrony emitujące mikrofale o mocy jednostkowej wynoszącej od 1,2 do 1,6 W/g na czas od 24 do 30 min., podczas którego temperatura orzeszków osiąga wartość maksymalną wynoszącą od 100 do 130°C. Po upływie tego czasu bęben jest zatrzymywany i orzeszki są studzone.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces nawilżania odbywa się w naczyniu ciśnieniowym przy użyciu pary wodnej o ciśnieniu od 0,14 do 0,20 MPa i o temperaturze od 110 do 120°C w czasie od 6 do 8 min.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces nawilżania odbywa się poprzez rozłożenie warstwy orzeszków na bibule nasączonej wodą i trwa od 8 do 12 godzin.

4. Sposób, według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że po zakończeniu procesu nawilżania orzeszki arachidowe są zamrażane w temperaturze od -30 do -60°C i utrzymywane w stanie zamrożonym od 12 do 24 godzin, a następnie są rozmrażane w pojedynczej warstwie do osiągnięcia temperatury otoczenia korzystnie w przedziale 15-25°C.

5. Sposób, według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że orzeszki arachidowe po procesie prażenia mikrofalowego przy obniżonym ciśnieniu umieszczane są w suszarce próżniowej na czas od 8 do 14 godzin w temperaturze od 50 do 60°C.

6. Sposób, według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że orzeszki arachidowe po procesie prażenia mikrofalowego pozostają w bębnie w ciśnieniu w zakresie od 2 do 8 kPa do osiągnięcia temperatury otoczenia korzystnie w przedziale 15-25°C.

7. Sposób, według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6, znamienny tym, że orzeszki arachidowe przed nawilżaniem poddawane są procesowi rozdrabniania do uzyskania średnicy zastępczej cząstek od 1 do 3 mm.