WO2024252049A1 - Procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias - Google Patents

Procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias Download PDF

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Definitions

  • the present invention falls within the technical field of food product preparation and relates in particular to a continuous line industrial process for obtaining solubilized seed extracts for the production of food beverages, especially designed for plant-based beverages that replace milk.
  • Plant-based drinks are increasingly taking up space alongside traditional milk in cafés, supermarkets and kitchens. Like soy and almond variants, modern oat, spelt or rice products are in particular demand among young urban consumers who value individual taste, health and fitness and who demand lactose-free, climate- and animal-friendly foods. Plant-based drinks are sustainable products that involve less energy consumption, use of agricultural land, ocean acidification and greenhouse gases.
  • oats are especially important in terms of production volume, as they also have specific processing requirements.
  • the conventional process for obtaining beverages of plant origin usually comprises the following sequence of steps:
  • the flour is mixed with hot water in a process tank.
  • the hot water causes the starch present in the seed to gel to increase viscosity and optimize the efficiency of the enzymatic reaction.
  • the subsequent enzymatic reaction breaks down the starch into dextrin or sugar, while rapidly reducing viscosity.
  • a recirculation circuit can be added to the process to adjust the appropriate temperature for a second enzymatic reaction that breaks down the dextrin into different saccharides according to the given sweetness profile.
  • the suspension is first cooled to the optimal reaction temperature.
  • One option could be to deactivate the enzymes just before extraction, which would also be done by heat treatment.
  • One- or two-step extraction The resulting slurry is introduced into a centrifuge-decanter to separate the unwanted fibers and retain the desired starch and p-glucans in the product.
  • a second redilution and extraction step can be added to increase the yield of solids and proteins.
  • the solids from the first step are washed with water that is separated and used for the initial mixing of the process.
  • the extracted oat base is then formulated with various ingredients, for example oil to improve mouthfeel, as well as salt or other flavours. Specific high-shear dosing and mixing systems are used for this purpose.
  • Oat drinks are sold as ready-to-drink beverages in long-life packages.
  • the drink is subjected to ultra-high temperature (UHT) treatment and then packaged using aseptic equipment.
  • UHT ultra-high temperature
  • the direct method of doing this by putting the product in direct contact with hot steam, achieves rapid recovery. heat transfer and a smooth flow of the product.
  • a safe and economical process is also possible in which the product is not in contact with the heating media.
  • the selection of the method depends on the properties of the product and the mode of production. Heat recovery equipment can be included to save energy in both processes.
  • the homogeniser ensures the necessary fine distribution of fat particles and bubbles in the product.
  • a deaerator is also used to reduce the oxygen in the beverage. Both processes result in an aseptic beverage that can be stored under aseptic conditions before packaging.
  • the conventional process for obtaining plant-based beverages requires a large energy consumption in the stages of grinding the seeds, separating solids by centrifugal decantation and the concentration required by starting from an initial dilution with a high proportion of water, which is added in a ratio of at least 4:1 with the weight of the seeds.
  • one or more enzymatic treatments are required, which are carried out in batch process tanks. This means that a tank is filled with the product to be treated, the treatment is carried out and the treated product is discharged to continue its process. In order to operate continuously, a battery of enzymatic treatment tanks is needed, so that there is always one tank receiving the product to be treated and another tank delivering the treated product.
  • the object of the invention consists of a continuous line process for obtaining solubilized seed extracts for the production of food beverages which, unlike current processes, works in a continuous line instead of in batches.
  • the procedure is especially designed for the case in which food drinks are substitutes for milk, and more particularly for the case of oats, although not limited to these options.
  • the process for obtaining solubilized seed extracts basically comprises the following sequence of successive steps:
  • the main difference with respect to current treatments is that it is a completely in-line process, meaning that from the beginning the seed progresses without including any stage in which it receives treatment in a reactor or tank that retains it. Furthermore, in the particular case of oats, the seed is subjected to a multi-enzymatic treatment in a single stage.
  • the continuous in-line procedure with a single enzymatic treatment stage reduces process times, simplifies the design of the production plant and reduces investment costs.
  • energy consumption in the grinding stage is greatly reduced, thanks to the pre-treatment of hydration and heating that softens the seeds.
  • Energy consumption in the separation of solids is also reduced by using filtration instead of decantation.
  • the process allows obtaining an extract with a higher initial concentration because it requires the addition of a much smaller quantity of water than in current processes. In this way, it is possible to produce a concentrated extract with a much lower energy consumption in the concentration phase. This concentrated extract allows reducing packaging, conservation and transport costs, being subsequently diluted when the final beverage is to be prepared.
  • the continuous online process for obtaining solubilized seed extracts for the production of food beverages described comprises the following sequence of steps:
  • a screw feeder is used to introduce a continuous quantity of seeds together with a controlled flow of water into the upper part of a vertical mixing tank, into which steam is also injected to control the process temperature.
  • the treated mixture of seeds and water is also extracted from the lower part of the tank continuously, thus ensuring a uniform treatment time for the seeds.
  • the pretreatment of whole seeds with hot hydration facilitates subsequent grinding.
  • a water:seed ratio of 2:1 is used for solubilization.
  • the seed paste receives a unique enzymatic solubilization treatment with a combination of several different enzymes of the alpha-amylase, gluco-amylase, protease or cellulase type, which act together and simultaneously.

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Abstract

Procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias, que funciona completamente en línea continua y comprende la siguiente secuencia de etapas: - tratamiento térmico inicial de las semillas con adición de agua; - trituración en línea de las semillas tratadas en la etapa anterior para formación de una pasta; -tratamiento enzimático de la pasta y mantenimiento en línea para solubilización de componentes; y - separación del extracto líquido por filtración en continuo.

Description

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE EXTRACTOS SOLUBILIZADOS DE SEMILLAS PARA ELABORACIÓN DE BEBIDAS ALIMENTICIAS
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo técnico de la preparación de productos alimenticios y se refiere en particular a un procedimiento industrial en línea continua de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias, especialmente concebido para las bebidas de origen vegetal sustitutivas de la leche.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A nivel mundial, cada día más personas están adoptando hábitos alimentarios como el vegetarianismo o las dietas veganas. Dentro de los productos cuyo consumo está aumentando en mayor medida se encuentran las bebidas de origen vegetal sustitutivas de la leche.
Las bebidas vegetales ocupan cada vez más espacio junto a la leche tradicional en las cafeterías, supermercados y cocinas. Al igual que las variantes de soja y almendra, los productos modernos de avena, espelta o arroz son especialmente demandados por los jóvenes consumidores urbanos que valoran el gusto individual, la salud y la forma física y que piden alimentos sin lactosa, respetuosos con el clima y con los animales. Las bebidas de origen vegetal son productos sostenibles, que conllevan menos consumo de energía, uso de tierras agrícolas, acidificación de los océanos y gases de efecto invernadero.
Con respecto a los procedimientos industriales para obtención de bebidas de origen vegetal, hay que mencionar en primer lugar que existen dos opciones principales para la forma de la materia prima de partida: granos de enteros o harina. El uso de granos implica elevados costes de inversión y funcionamiento del equipo de molienda, pero la materia prima es más barata. En cambio, la harina es más cara, pero la inversión y los costes de funcionamiento son más bajos y flexibles.
De entre todos los productos vegetales a partir de los cuales se obtienen estas bebidas es especialmente importante por volumen de producción la avena, que además tiene unos requerimientos específicos de proceso.
El procedimiento convencional de obtención de bebidas de origen vegetal comprende habitualmente la siguiente secuencia de etapas:
- Mezclado y tratamiento enzimático: La harina se mezcla con agua caliente en un tanque de proceso. El agua caliente hace que el almidón presente en la semilla se gelifique para aumentar la viscosidad y optimizar la eficacia de la reacción enzimática. Tras la dosificación de enzimas y la mezcla de alto cizallamiento, la reacción enzimática posterior descompone el almidón en dextrina o azúcar, al tiempo que reduce rápidamente la viscosidad.
- Calentamiento y enfriamiento: Puede añadirse al proceso un circuito de recirculación para ajustar la temperatura adecuada para una segunda reacción enzimática que descomponga la dextrina en distintos sacáridos según el perfil de dulzor dado. En este caso, la suspensión se enfría primero a la temperatura óptima de reacción. Una opción podría ser desactivar las enzimas justo antes de la extracción, lo que se realizaría también mediante tratamiento térmico.
- Extracción en uno o dos pasos: La papilla obtenida se introduce en una centrifugadora- decantadora para separar las fibras no deseadas y mantener el almidón y los p- glucanos deseados en el producto. Se puede añadir un segundo paso de redilución y extracción para aumentar el rendimiento en sólidos y proteínas. Los sólidos del primer paso se lavan con agua que es separada y aprovechada para la mezcla inicial del proceso.
- Formulación final: La base de avena extraída se formula a continuación con distintos ingredientes, por ejemplo, aceite para mejorar la sensación en boca, así como sal u otros sabores. Para ello se utilizan sistemas específicos de dosificación y mezcla de alto cizallamiento.
- Tratamiento térmico UHT y recuperación del calor: Las bebidas de avena se venden como bebidas listas para tomar en envases de larga conservación. Para que esto sea posible, la bebida se somete a un tratamiento de temperatura ultra alta (UHT) y, a continuación, se envasa utilizando equipos asépticos. El método directo para realizarlo, poniendo el producto en contacto directo con el vapor caliente, consigue una rápida transferencia de calor y un flujo suave del producto. Alternativamente, también es posible un proceso seguro y económico en el que el producto no está en contacto con los medios de calentamiento. La selección del método depende de las propiedades del producto y del modo de producción. Se pueden incluir equipos de recuperación de calor para ahorrar energía en ambos procesos.
- Homogeneización y almacenamiento aséptico: El homogeneizador se encarga de la necesaria distribución fina de partículas y burbujas de grasa en el producto. Se utiliza además un desaireador para reducir el oxígeno de las bebidas. Ambos procesos dan lugar a una bebida aséptica que puede almacenarse en condiciones asépticas antes de su envasado.
En caso de emplear granos como materia prima, es necesario además realizar una molienda previa.
El procedimiento convencional de obtención de bebidas de origen vegetal requiere un gran consumo de energía en las etapas de molienda de las semillas, la separación de sólidos por decantación centrífuga y la concentración necesaria por partir de una dilución inicial con una proporción alta de agua, que se añade en una relación al menos de 4:1 con el peso de las semillas.
Como ya se ha mencionado, se requiere uno o varios tratamientos enzimáticos, que se realizan en tanques de proceso por cargas, conocido como batch process. Es decir, se llena un tanque con el producto a tratar, se realiza el tratamiento y se descarga el producto tratado para seguir su proceso. Para poder funcionar de forma continua se necesita una batería de tanques de tratamiento enzimático, de forma que siempre haya un tanque recibiendo el producto a tratar y otro tanque entregando producto tratado.
Al tratarse de proceso por carga y descarga de tanques y en varias etapas de tratamiento enzimático, exige una inversión grande en la maquinaria industrial, los tiempos de proceso son largos y causan degradación cualitativa y no se puede asegurar que todas las semillas son tratadas en las mismas condiciones y tiempos.
Existe por tanto la necesidad de disponer de un procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas de origen vegetal sustitutivas de la leche que supere los mencionados inconvenientes del actual estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención consiste en un procedimiento en línea continua de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias que, a diferencia de los procedimientos actuales, trabaja en línea continua en lugar de por cargas.
El procedimiento está especialmente concebido para el caso en el que las bebidas alimenticias son las sustitutivas de la leche, y más particularmente para el caso de la avena, aunque sin limitarse a estas opciones.
El procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas comprende básicamente la siguiente secuencia de etapas sucesivas:
- Tratamiento térmico de las semillas con una proporción reducida de agua;
- Trituración en línea de las semillas para formar una pasta;
- Adición de enzimas a la pasta y mantenimiento en línea para solubilización de componentes;
- Separación del extracto líquido por filtración en continuo; y
- Lavado en continuo de los sólidos separados para un máximo rendimiento de la extracción, aprovechando el agua de lavado en la primera etapa de tratamiento de las semillas.
Como principal diferencia respecto a los actuales tratamientos, cabe destacar que se trata de un proceso completamente en línea, es decir, desde el inicio la semilla avanza sin incluir ninguna etapa en la que reciba un tratamiento en un reactor o depósito que la mantenga retenida. Además, en el caso particular de la avena, la semilla es sometida a un tratamiento multienzimático en una sola etapa.
El procedimiento en línea continua y con una única etapa de tratamiento enzimático reduce los tiempos de proceso, simplifica el diseño de la planta de producción y reduce el coste de la inversión. Asimismo, se reduce mucho el consumo energético de la etapa de molienda, gracias al tratamiento previo de hidratación y calentamiento que reblandece las semillas. También se consigue reducir el consumo energético en la separación de sólidos por el uso de filtración en lugar de decantación.
El procedimiento permite obtener un extracto con una mayor concentración inicial porque requiere la adición de una cantidad de agua mucho menor que en los procedimientos actuales, De esta forma, es posible producir un extracto concentrado con un consumo mucho menor de energía en la fase de concentración. Este extracto concentrado permite reducir los costes de envasado, conservación y transporte, siendo diluido posteriormente en el momento en que se desee preparar la bebida de consumo final.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se proporciona una explicación detallada de un ejemplo de realización preferente del objeto de la presente invención.
El procedimiento en línea continua de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias que se describe comprende la siguiente secuencia de etapas:
- tratamiento térmico de las semillas con agua. Para ello, se utiliza un dosificador de tornillo sinfín para introducción de una cantidad continua de semillas junto con un caudal controlado de agua en la parte superior de un depósito vertical de mezcla, en el que se inyecta también vapor para controlar la temperatura del proceso. La mezcla tratada de semillas y agua es extraída por la parte inferior del depósito también de forma continua, asegurando así un tiempo de tratamiento uniforme para las semillas.
- trituración en línea de las semillas para formación de una pasta, por medio de un molino de cizallamiento en línea colocado a la salida del depósito de tratamiento térmico;
- tratamiento enzimático de la pasta, con inyección continua de las enzimas en la tubería de entrada de la mezcla al triturador por medio de una bomba de dosificación, y mantenimiento en línea para solubilización de componentes, en el interior de un depósito vertical de mantenimiento, con el volumen adecuado para que el tiempo de residencia del producto en el depósito sea suficiente para completar las reacciones enzimáticas ; y - separación del extracto líquido por filtración en continuo, introduciendo el producto en el interior de un tamiz cilindrico con sistema rascado de la pared del tamiz para evitar su colmatación, de forma que la fase líquida atraviesa el tamiz y la fase sólida avanza hasta la salida del tamiz.
- lavado de los sólidos en una columna vertical por la que descienden en contracorriente con un flujo de agua de lavado. Por la parte inferior de la columna los sólidos lavados son retirados y por la parte superior de la columna el agua de lavado se recupera para la etapa inicial de tratamiento de las semillas; y
- concentración del extracto obtenido para conseguir la concentración final deseada, por medio de un concentrador tubular de circulación forzada.
El tratamiento previo de hidratación en caliente de las semillas enteras facilita la posterior molienda. En el tratamiento enzimático se utiliza para la solubilización una relación de agua: semilla de 2:1. Asimismo, la pasta de semillas recibe un único tratamiento enzimático de solubilización con una combinación de varias enzimas diferentes del tipo alfa-amilasa, gluco-amilasa, proteasa o celulasa, que actúan conjunta y simultáneamente.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de obtención de extractos solubilizados de semillas para elaboración de bebidas alimenticias caracterizado por que funciona completamente en línea continua y comprende la siguiente secuencia de etapas:
- tratamiento térmico inicial de las semillas con adición de agua;
- trituración en línea de las semillas tratadas en la etapa anterior para formación de una pasta;
-tratamiento enzimático de la pasta y mantenimiento en línea para solubilización de componentes; y
- separación del extracto líquido por filtración en continuo.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende adicionalmente una etapa final de lavado de los sólidos separados en contracorriente con agua con el fin de aumentar el rendimiento de la extracción, aprovechando el agua de lavado en la adición a las semillas.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende adicionalmente una etapa final de concentración del extracto obtenido para obtener un producto altamente concentrado que se utiliza como base o ingrediente para la elaboración de bebidas u otros productos alimenticios.
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la pasta de semillas recibe un único tratamiento enzimático de solubilización con una combinación de varias enzimas diferentes del tipo alfa-amilasa, gluco-amilasa, proteasa o celulasa, que actúan conjunta y simultáneamente.
5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde en la etapa del tratamiento enzimático se utiliza para la solubilización una relación de agua: semilla de 2:1.
6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la filtración en continuo se realiza por medio de un tamiz autolimpiado.
7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde en la etapa de tratamiento térmico inicial de las semillas con adición de agua se utiliza un dosificador de tornillo sinfín para introducción de una cantidad continua de semillas junto con un caudal controlado de agua en la parte superior de un depósito vertical de mezcla, en el que se inyecta también vapor para controlar la temperatura del proceso.
8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde en la etapa de trituración en línea de las semillas se emplea un molino de cizallamiento en línea colocado a la salida del depósito de tratamiento térmico.
9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde las enzimas son inyectadas en la tubería de entrada al triturador en línea, y la tubería de salida del triturador está conectada a un depósito vertical de mantenimiento, con el volumen adecuado para que el tiempo de residencia del producto en el depósito sea suficiente para completar las reacciones enzimáticas de solubilización de componentes.
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