Способ получения белкового продукта из периферийных частей зерна
METHOD OF PRODUCING PROTEIN PRODUCT FROM PERIPHERAL PARTS OF GRAIN

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению белкового продукта из зернового сырья, и может быть использовано при производстве обогащенных белком пищевых продуктов с повышенной пищевой ценностью, а также продуктов, обладающих определенными технологическими и функциональными свойствами.
Зерно злаковых культур аккумулировало в себе громадный биопотенциал, который в настоящее время используется далеко не в полной мере.
Наиболее перспективными технологиями переработки зернового сырья являются технологии, позволяющие получать основной продукт (мука, этиловый спирт, пивное сусло, крахмал и т.п.) и компоненты для обогащения пищевых продуктов или кормопродуктов для использования в животноводстве.
Так, например, известен (RU, патент 2246226, опубл. 22.02.2005) способ получения пищевого белка из зерна нута, в котором пищевой белок из нута экстрагируют католитом с pH 10,0-11,0 и окислительно-восстановительным потенциалом 300-500 мВ при гидромодуле 1: 7(8) и температуре 40-50°C в течение 25-30 мин. Осаждают белок из экстракта при pH жидкой среды 4,6-4,8 добавлением анолита с pH 1,5-2,0 и потенциалом 1100-1250 мВ или подвергают униполярной обработке в анодной камере диафрагменного электролизера до pH 4,6-4,8 и потенциала 700-800 мВ, при этом экстракт промывают католитом с pH 9,0-10,0 и потенциалом 100-300 мВ.
Недостатком данного способа является узкая область применения (только переработка зерна нута), сложная технологическая схема и низкое качество получаемого белкового продукта за счет присутствия белковых ингибиторов пищеварительных ферментов.
2
Известен (US, патент 2785155, опубл. 17.03.1957) способ выделения протеина из обезжиренного соевого шрота при 60°C водным раствором Са(ОН) с концентрацией 0,002-0,004 моль/л. Соотношение шрота к экстрагенту 1:10. Осаждение протеина проводили при 50°C и pH 5,0, создаваемое добавлением водного раствора HCl.
Недостатком данного способа является необходимость использования растворов щелочи и кислоты, увеличение технологических операций, усложнению технологического процесса.
Известен (RU, патент 2090568 опубл. 20.09.1997) способ получения протеина, включающий измельчение обезжиренного материала (подсолнечного шрота), экстракцией протеина электроактивированным водным раствором NaCl с концентрацией 1 г/л с pH 12,0 в течение 15 мин при pH 9,4 и температуре 20°C. Осаждение осадка осуществляли подкислением электроактивированным раствором NaCl с pH 2,3 в течение 30 мин при pH осаждения 4,5 и температуре 20°C. Полученный осадок высушивают до постоянного веса при температуре 60°C.
Недостатком данного способа является низкий выход белкового продукта и его низкая растворимость.
Наиболее близким аналогом разработанного способа получения белкового продукта, основанного на дифференцированном разделении зерна и использовании балластных, с точки зрения основной технологии, фракций в качестве сырья для выработки белкового продукта можно признать (RU, патент 2180921, опубл. 27.03.2002) способ, в котором процесс выделения белков из крупки и шелухи осуществляется с использованием щелочи с концентрацией соответствующей pH на уровне 10,0-11,0 при 50-60°C, в течение 40-60 мин. Затем проводят отделение нерастворимого остатка, а из жидкой фракции выделяют центрифугированием крахмально-белковый продукт. В оставшуюся жидкую фазу добавляют раствор HCl до pH 4,2-5,0, соответствующий изоэлектрической точке осаждения белков. Белковую пасту отделяют центрифугированием, промывают, сушат и получают пищевой белковый продукт.
Недостатком данного способа является снижение биологической ценности выделяемого белка при таких значениях pH, а также необходимость использования больших количеств кислоты для осаждения белка.
Техническая задача, решаемая посредством реализации разработанного способа, состоит в обеспечении возможности получения белкового продукта из отходов переработки зерна - периферийных частей зерновки.
Техническим результатом настоящего изобретения является исключение применения щелочей, сокращение продолжительности и упрощение (исключение стадии выделения крахмало-белкового продукта) технологического процесса, получение более сбалансированного по аминокислотному составу белкового продукта, продукта с повышенной пищевой ценностью.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения белкового продукта из периферийных частей зерна. Согласно разработанному способу проводят измельчение зернового сырья с выделением периферийной фракции (оболочки, алейроновый слой, частицы измельченного зародыша), смешивают периферийную фракцию с католитом при гидромодуле 1:8 при pH 9,5-9,7 в течение 50-60 мин, с получением зерновой суспензии с последующим отделением жидкой фазы суспензии, центрифугирование жидкой фазы, для осаждения белка к фугату добавляют HCl до pH 4,0-4,5, белок осаждают в течение 40 мин, осадок отделяют центрифугированием при 4000 об/мин в течение 15 мин, полученный осадок промывают водой с получением суспензии белковой пасты. Полученную белковую пасту могут дополнительно подсушить с получением сухого белкового продукта.
К важнейшим технологическим факторам, определяющим выход белка, относятся: pH, время экстрагирования и pH осаждения.
Периферийную фракцию переработки зерна пшеницы ("крупка") с влажностью 11,7% и следующим химическим составом (массовая доля, % на св.): белок - 13,2, жир - 3,2, крахмал - 34,6, клетчатка - 15,4, гемицеллюлозы - 20,8, зола - 4,2, использовали для экстрагирования белка 0,2% раствором NaOH (контроль) и электроактивированной водой (опыт). Электроактивированную воду получали с использованием установки «СТЭЛ-компакт». Электрохимическая активация позволяет получать водные растворы с новыми физико-химическими свойствами, среди которых большой диапазон возможных изменений pH, ОВП.
В контрольном варианте "крупку" смешивали с определенным объемом 0,2% раствора гидроксида натрия (гидромодуль 1:10, 1:12) перемешивали в течение определенного времени (40-60 мин). Смесь центрифугировали для получения твердого остатка с содержанием сухих веществ 20-25%. Белок осаждали 10%-ным раствором HCl в ИЭТ и отделяли центрифугированием. Выход белковой пасты составил 40,7% от общего содержания белка в сырье.
Использование католита позволило повысить выход белка при экстракции до 70%, при этом снизить значение pH, рекомендованного для контроля с 11,0 до 9,5. Экспериментально показано, что оптимальными параметрами выделения белков из "крупки" с использованием католита: pH экстракции белков - 9,5-9,7; время экстракции - 50-60 мин, гидромодуль 1:8; pH осаждения белка 4,0-4,5.
Способ осуществляют следующим образом.
Периферийную фракцию из зерна пшеницы ("крупка") обрабатывали католитом при гидромодуле 1:8, полученной с использованием установки «СТЭЛ-компакт» при pH 9,5-9,7 в течение 50-60 мин, смесь центрифугировали для получения твердого остатка с содержанием сухих веществ 20-25%. Для осаждения белка к осветленному экстракту добавляли 10% HCl до pH 4,0-4,5. Белок осаждали в течение 40 мин, осадок отделяли центрифугированием при 4000 об/мин в течение 15 мин. Затем осадок промывали раствором гидроксида натрия для нейтрализации. Затем нейтрализованная суспензия белка (белковая паста) через гомогенизатор поступает на сушильную установку (распылительная, сублимационная и пр.). Выход белка по данной упрощенной схеме (исключена стадия получения крахмало-белкового продукта) в экстракт составляет 55-60% от исходного содержания в сырье.
Кроме того, был проведен сравнительный анализ химического состава белковых продуктов из периферийных частей зерна пшеницы по различным схемам:
Контроль I - экстракция белка 0,2% раствором NaOH с сохранением стадии получения белково-крахмального продукта.
Контроль II - экстракция белка 0,2% раствором NaOH с исключением стадии получения белково-крахмального продукта.
Опыт - экстракция католитом с исключением стадии получения белково-крахмального продукта.
Анализ представленных данных свидетельствует, что применение католита позволяет повысить долю белка по сравнению с щелочной экстракцией (контроль II) на 15-30%.
Кроме того, был изучен аминокислотный состав белкового продукта контрольного и опытного варианта с использованием аминокислотного анализатора «Hitachi» (Япония), модель L-8800. Разделение аминокислот осуществлялось на ионообменной колонке с использованием ступенчатого градиента натрий-цитратных буферных растворов, возрастающего pH и молярности.
В опытном варианте общее суммарное количество аминокислот возрастает на 8,2%, в основном за счет увеличения доли глутаминовой кислоты, пролина, лейцина, цистеина при снижении количества гистидина.
Расчет аминокислотного скора белков белковых продуктов, белков зерна, и периферийной фракции ("крупки") свидетельствует о том, что белковые продукты характеризуются повышением аминокислотного скора лизина, треонина, валина, снижением скора метионина + цистеина и фенилаланина + тирозин. Снижение массовой доли серосодержащих и ароматических аминокислот не снижает пищевой ценности белковых продуктов.
Сравнительный анализ белковых продуктов контрольного и опытного варианта показал, что применение католита в процессе выделения белков из периферийной фракции позволяет получить более сбалансированный по аминокислотному составу белок. Так, скор лизина, одной из самых дефицитных аминокислот, увеличивается на 2,4%.