СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОТЕИНОВОЙ ФРАКЦИИ ПОДСОЛНЕЧНОГО ШРОТА
METHOD FOR PREPARATION OF HIGH-PROTEIN FRACTION OF SUNFLOWER EXTRACTION CAKE

Данное изобретение относится к новому способу приготовления высокопротеиновой фракции подсолнечного шрота.
При кормлении животных требуется большое количество протеинов. Могут использоваться протеины или протеиносодержащие продукты растительного происхождения. К годным для применения протеиносодержащим продуктам растительного происхождения относятся соя, рапс, подсолнечник, семена масличной пальмы, другие масличные плоды, люпины, плоды бобовых растений, такие как кормовой горох, конские бобы, а также отходы производства крахмала, такие как глютен зерна.
На рынке вышеупомянутых протеиносодержащих продуктов примерно 50% приходится на соевые продукты. Применение соевого шрота действительно дает ряд преимуществ, к которым относится высокое содержание протеина, низкое содержание целлюлозы или оптимальная структура его аминокислоты. Однако большая часть соевых продуктов представляет собой генетически модифицированные продукты (ГМО), не все разновидности которых разрешены в разных странах, в частности, в Европе. Кроме того, приготовление высокопротеиновых фракций соевого шрота требует тепловой обработки для деактивации антипитательных веществ, таких как ингибиторы трипсина, сапонины и гликозиды. Наконец, в таких регионах, как Европа, производство соевого шрота не является достаточным, и его приходится ввозить из-за границы, что увеличивает конечную стоимость продукта.
Следовательно, будут полезными альтернативные протеиносодержащие продукты.
Подсолнечный шрот получают из семян подсолнечника после извлечения масла. В зависимости от способа извлечения, шрот можно получать отгонкой или с помощью растворителя. Шрот, извлеченный с помощью растворителя, можно получать из шрота, переработанного в шнековом прессе, путем дополнительного извлечения масла с использованием растворителя, такого как гексан. Подсолнечный шрот, полученный таким образом, является низкокалорийным и содержит небольшое количество протеина, как правило, от 25 до 28%. С другой стороны, подсолнечный шрот содержит большое количество целлюлозы, как правило, более 20%.
Одним из традиционных способов увеличения содержания протеина и уменьшения содержания волокон во фракциях подсолнечного шрота является лущение перед извлечением. Применение этого способа делает возможным получение фракций, содержащих до 34-38% протеинов и приблизительно 15% волокон. Тем не менее, полученный таким способом шрот как таковой можно использовать для кормления животных лишь в ограниченном количестве. В частности, подсолнечный шрот такого качества невозможно использовать в качестве альтернативы соевому шроту для кормления молодых птиц (т.е. птиц в период полового созревания и роста), млекопитающих и рыбы.
Ранее уже были описаны способы приготовления обогащенной протеинами фракции подсолнечного шрота. В венгерской патентной заявке HU 224456 раскрывается способ, при котором часть извлеченной муки, в основном из семян подсолнечника, отделяется посредством дробления и сортировки по крупности на высокодисперсную фракцию с высоким содержанием протеина и грубую фракцию, содержащую большое количество волокон. Способ, раскрытый в этой патентной заявке, в основном состоит в мелком дроблении извлеченной муки для получения двух агрегаций частиц разного размера и формы, причем одна треть общей массы этих частиц имеет размер менее 400 мкм, с последующим разделением этих агрегаций в процессе лишь одной операции путем сортировки по крупности. Несмотря на это, содержание протеина в полученных таким способом фракциях не превышает 40%.
В международной патентной заявке WO-A-2013/057149 раскрывается способ разделения подсолнечного экстракционного шрота по меньшей мере на одну фракцию с высоким содержанием протеина и по меньшей мере одну фракцию с высоким содержанием целлюлозы. Способ, раскрытый в этой патентной заявке, в основном включает по меньшей мере две операции отделения протеина при помощи рифленых валков или удара молотком, или ударных мельниц с ударной нагрузкой на исходный материал в течение короткого периода времени, затем следует просеивание и отсеивание, а также сбор просеянного материала. Несмотря на то, что в этой заявке упомянуто, что содержание протеина в полученных таким способом фракциях может превышать 40%, экспериментальные результаты это заявление не подтверждают.
В болгарской патентной заявке BG 110489 раскрывается способ увеличения содержания протеина в подсолнечной крупе. Способ, раскрытый в этой патентной заявке, включает следующие этапы:
- измельчение крупных агломерированных частиц до размера менее 5 мм;
- сортировку гранулометрических фракций;
- последующее измельчение агломерированных частиц крупы так, чтобы изготовить смесь частиц, обогащенных протеином, и частиц, имеющих повышенное содержание сырых волокон;
- отделение посредством просеивания частиц, имеющих высокое содержание протеина, от частиц с высоким содержанием сырых волокон.
В результате этот способ делает возможным повышение содержания протеина в подсолнечной крупе с 35-37% до 41-42%.
В немецкой патентной заявке DE 10 2009032931 описывается способ безотходного приготовления шрота из семян подсолнечника, при котором экстракционный шрот при помощи по меньшей мере одного просеивания и последующей одной воздушной сепарации разделяют на первую фракцию с высоким содержанием сырого протеина и низким содержанием сырого волокна и вторую фракцию с низким содержанием сырого протеина и высоким содержанием сырого волокна. В частности, в этом документе описывается способ безотходной обработки экстракционного шрота из семян подсолнечника, при котором экстракционный шрот при помощи по меньшей мере одного просеивания и последующей одной воздушной сепарации разделяют на первую фракцию с высоким содержанием сырого протеина и низким содержанием сырого волокна и вторую фракцию с низким содержанием сырого протеина и высоким содержанием сырого волокна, отличающийся тем, что экстракционный шрот сначала подвергают по меньшей мере одноступенчатому крупному грохочению, при котором более крупные частицы экстракционного шрота, не проходящие крупное грохочение, добавляют прямо во вторую фракцию, а более мелкие частицы экстракционного шрота, проходящие крупное грохочение, подвергают многоступенчатому мелкому грохочению по размеру зерна, при котором частицы разделяют на несколько фракций по размеру зерна, а затем каждую из этих фракций по размеру зерна отдельно подвергают воздушной сепарации, при которой фракцию по размеру зерна разделяют на особенно более легкие и особенно более тяжелые частицы, а затем особенно более легкие частицы фракций всех размеров зерна добавляют во вторую фракцию, а особенно тяжелые частицы добавляют в первую фракцию. Кроме того, указывается, что первая фракция представляет собой протеиносодержащий продукт (без ГМО) для домашней птицы, свиней, рыбы и домашних животных, содержащий приблизительно 46-48% сырого протеина.
В отчете "Removal of Cellulose from Sunflower Meal by Fractionation" (JAOCS, Vol. 69, No.9, September 1992, pages 890-893), Левик и др. сообщается об экспериментах, проведенных для разделения подсолнечного шрота на фракции с целью извлечения целлюлозы. Авторы, в частности, сообщают, что разделение на фракции было выполнено в полупромышленном сепараторе, состоящем из неподвижного центробежного грохота и ротора для подачи и разрыхления шрота. Наиболее эффективные процедуры разделения на фракции дали высокий выход представляющих интерес протеиновых фракций, содержащих от 44,0 до 47,5% сырого протеина.
Тем не менее, для кормления животных было бы полезно получать фракции подсолнечного шрота, содержащие по меньшей мере 50% протеина и не более 10% сырых волокон, чтобы их могли использовать в корме для животных как альтернативу соевому шроту.
Теперь же был найден способ, который позволяет приготавливать фракции подсолнечного шрота, содержащие по меньшей мере 50% протеинов и менее 10% сырых волокон, с таким выходом, что остается приемлемым для использования в промышленных масштабах (например, выход более 50%).
Таким образом, данное изобретение относится к способу приготовления фракции F подсолнечного шрота, содержащей по меньшей мере 50% протеинов и не более 10% сырых волокон, который включает следующие этапы:
a) приготовление исходного материала посредством деагломерации подсолнечного шрота, содержащего по меньшей мере 30% протеина и имеющего содержание влаги менее 12%, на частицы размером менее 5 мм;
b) последующее просеивание полученного исходного материала для получения по меньшей мере следующих фракций:
- фракция F-b1, в которой размер частиц составляет от d1 до d2;
- фракция F-b2, в которой размер частиц составляет от d3 до d1;
- фракция F-b3, в которой размер частиц составляет менее d3;
c) деагломерацию и последующее просеивание фракции F-b1 для получения по меньшей мере следующих фракций:
- фракция F-c1, в которой размер частиц составляет от d4 до d5;
- фракция F-c2, в которой размер частиц составляет менее d4;
d) воздушное просеивание фракций F-b2 и F-c1 для получения по меньшей мере следующих фракций:
- фракция F-d1, в которой размер частиц составляет более d6;
- фракция F-d2, в которой размер частиц составляет от d7 до d6;
- фракция F-d3, в которой размер частиц составляет менее d7;
e) деагломерацию и последующее просеивание
- фракции F-d1 для получения фракции F-e1, в которой размер частиц составляет менее d8; и/или
- фракции F-d2 для получения фракции F-e2, в которой размер частиц составляет менее d9; и/или
- фракции F-d3 для получения фракции F-е3, в которой размер частиц составляет менее d 10;
f) и смешивание фракций F-b3, F-c2, F-e1 и/или F-e2 и/или F-е3 для получения фракции F;
где
- d1 составляет от 600 до 1600 мкм;
- d2 составляет от 2000 до 5000 мкм;
- d3 составляет от 150 до 500 мкм;
- d4 составляет от 150 до 500 мкм;
- d5 составляет от 600 до 1600 мкм;
- d6 составляет от 800 до 1000 мкм;
- d7 составляет от 500 до 750 мкм;
- d8 составляет от 200 до 600 мкм;
- d9 составляет от 200 до 600 мкм; и
- d10 составляет от 200 до 600 мкм.
Предлагаемый способ позволяет приготавливать фракции подсолнечного шрота, содержащие по меньшей мере 50% протеинов и менее 10% сырых волокон, с таким выходом, который остается приемлемым для промышленных масштабов (например, выход более 50%). Способ основан на различиях по форме и размеру частиц между фракциями протеина и фракциями сырого волокна.
В контексте данного изобретения термин "деагломерация" означает процесс раздробления на частицы меньшего размера некоторых частиц, агломерировавших, агрегировавших или сгруппировавшихся вместе. Применительно к агломератам из подсолнечного шрота это позволяет дробить или диспергировать вышеупомянутые агломераты на основные компоненты (т.е. протеиновые ядра и шелуху подсолнечника с высоким содержанием сырого волокна).
В предлагаемом способе деагломерацию можно провести, например, применяя устройство, изображенное на фиг. 1 и 2.
Деагломерацию также можно провести, применяя традиционную валковую мельницу. В качестве примера валковой мельницы, подходящей для использования в предлагаемом способе, можно назвать валковую мельницу, содержащую четыре гладких валка с валами, которые вращаются с разной скоростью.
В контексте данного изобретения термин "просеивание" означает разделение разных частиц смеси на фракции определенного гранулометрического состава с применением набора различных сит. В предлагаемом способе просеивание делает возможным разделение фракций подсолнечника по меньшей мере на две фракции: одну фракцию, обогащенную протеинами, и одну фракцию, обогащенную сырым волокном.
В предлагаемом способе просеивание можно провести, например, применяя такое классическое устройство, как рассев (типа «планзихтер»).
В контексте данного изобретения термин "воздушное просеивание" означает разделение специфических фракций смеси на частицы разных размеров и разного относительного веса посредством применения сита в сочетании с псевдоожиженной воздушной подушкой, полученной с использованием воздушного потока, который выдувает вверх частицы со дна.
В предлагаемом способе воздушное просеивание делает возможным разделение фракций подсолнечника по меньшей мере на две фракции: одну фракцию, обогащенную протеинами (т.е. фракцию, падающую вниз на дно), и одну фракцию, обогащенную сырым волокном (т.е. фракцию над ситом).
В качестве примера устройства для проведения воздушного просеивания в соответствии с данным изобретением можно назвать аппарат для приготовления семолины, применяемую в мукомольной промышленности для сортировки манной крупы («семолины»).
В контексте данного изобретения термин "сырые волокна" означает волокна, состоящие главным образом из структурных углеводов растительного происхождения, например целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.
В контексте данного изобретения:
Термин "размер частиц" относится к Dv90, соответствующему максимальному "диаметру" частиц, ниже которого существует 90% объема пробы. В ситуации, когда частица является сферой, вышеупомянутый диаметр соответствует диаметру этой сферы. Если же частица имеет неправильную и/или несферическую форму, вышеупомянутый диаметр соответствует диаметру воображаемой сферы, имеющей тот же вес, что и эта частица. Размер частиц можно измерять при помощи любого подходящего устройства, например анализатора, продаваемого фирмой Retsch (например, Camsizer, Camsizer XT или Horiba);
Термин "сухой вес" смеси относится к весу смеси, из которой удалена вся вода; причем, если не указано обратное, все процентные значения соответствуют весовому проценту по отношению к общему сухому весу рассматриваемой смеси.
Предлагаемый способ позволяет приготавливать фракцию F подсолнечного шрота, содержащую по меньшей мере 50% протеинов и менее 10% сырых волокон с таким выходом, который остается приемлемым для промышленных масштабов. Предлагаемый способ применим после изготовления обезжиренной муки.
В предлагаемом способе исходный материал приготавливают посредством деагломерации подсолнечного шрота, содержащего по меньшей мере 30% протеина и имеющего содержание влаги менее 12%, на частицы размером менее 5 мм (этап а)). Предпочтительно этап а) предлагаемого способа проводить при следующих условиях, взятых отдельно или в комбинации:
- подсолнечный шрот деагломерируют, применяя устройство, изображенное на фиг. 1 и 2;
- подсолнечный шрот деагломерируют на частицы размером менее 4 мм, более предпочтительно менее 3 мм;
- подсолнечный шрот содержит по меньшей мере 34% протеина, более предпочтительно по меньшей мере 36% протеина, еще предпочтительнее более 40% протеина; и/или
- содержание влаги в подсолнечном шроте составляет менее 10%, предпочтительнее менее 8%.
Предлагаемый способ делает возможным приготовление фракций F-b1-F-b3 подсолнечного шрота, в которых диаметр частиц может варьироваться в зависимости от размера отверстия сит (этап b)). Предпочтительно, чтобы этап b) предлагаемого способа делал возможным приготовление фракций F-b1-F-b3, в которых диаметр частиц (d1-d3) выбран независимо друг от друга или в комбинации так, чтобы:
- d1 составлял от 650 до 1200 мкм, предпочтительнее от 700 до 900 мкм;
- d2 составлял от 2500 до 4000 мкм, предпочтительнее от 2750 до 3250 мкм; и/или
- d3 составлял от 150 до 450 мкм, предпочтительнее от 200 до 400 мкм.
Предлагаемый способ делает возможным приготовление после деагломерации и последующего просеивания фракции F-b1 фракций F-c1 и F-c2 подсолнечного шрота, в которых диаметр частиц может варьироваться в зависимости от размера отверстия сит (этап с)).
Предпочтительно фракцию F-b1 деагломерировать, применяя валковую мельницу, содержащую четыре гладких валка с валами, которые вращаются с разной скоростью.
Предпочтительно, чтобы этап с) предлагаемого способа делал возможным приготовление фракций F-c1 и F-c2, в которых диаметр частиц (d4 и d5) выбран независимо друг от друга или в комбинации так, чтобы:
- d4 составлял от 150 до 450 мкм, предпочтительнее от 200 до 400 мкм; и/или
- d5 составлял от 700 до 1500 мкм, предпочтительнее от 750 до 1400 мкм.
Предлагаемый способ делает возможным приготовление фракций F-d1-F-d3 подсолнечного шрота, в которых диаметр частиц может варьироваться в зависимости от размера отверстия сит (этап d)). Предпочтительно, чтобы этап d) предлагаемого способа делал возможным приготовление фракций F-d1-F-d3, в которых диаметр частиц (d6 и d7) выбран независимо друг от друга или в комбинации так, чтобы:
- d6 составлял от 800 до 900 мкм;
- d7 составлял от 600 до 700 мкм.
Предлагаемый способ делает возможным приготовление после деагломерации и последующего просеивания фракций F-d1, F-d2 и/или F-d3 фракций F-e1, F-e2 и/или F-е3 подсолнечного шрота, в которых диаметр частиц может варьироваться в зависимости от размера отверстия сит (этап e)).
Предпочтительно фракции F-d1, F-d2 и/или F-d3 деагломерировать, применяя валковую мельницу, содержащую четыре гладких валка с валами, которые вращаются с разной скоростью.
Предпочтительно, чтобы этап е) предлагаемого способа делал возможным приготовление фракций F-e1, F-e2 и/или F-е3, в которых диаметр частиц (d8-d10) выбран независимо друг от друга или в комбинации так, чтобы:
- d8 составлял от 200 до 550 мкм, предпочтительнее от 250 до 550 мкм;
- d9 составлял от 200 до 550 мкм, предпочтительнее от 250 до 550 мкм; и/или
- d10 составлял от 200 до 550 мкм, предпочтительнее от 250 до 550 мкм.
Фиг. 1 иллюстрирует пример конкретного устройства для проведения деагломерации агломератов подсолнечного шрота. Фиг. 2 представляет собой поперечный разрез фиг. 1 по линии АА. Агломерации вводятся через верхнюю часть устройства (вход I) и сталкиваются с внутренней стенкой корпуса (1) под группой вращающихся с высокой скоростью пластин (2), приводимых в действие приводом (3). Агломераты при этом разбиваются благодаря срезающему усилию и собираются (выход О).
Фиг. 3 иллюстрирует примерную схему осуществления предлагаемого способа. На этой фигуре чертежей надпись "побочн. продукт" соответствует обогащенным волокнами суб-фракциям, которые не используются для образования фракции F.
Данное изобретение относится к способу приготовления фракции F подсолнечного шрота, содержащей по меньшей мере 50% протеинов и менее 10% сырых волокон. Фракция подсолнечного шрота, полученная таким образом, является новой. Следовательно, данное изобретение также относится к фракции подсолнечного шрота, получаемой описанным выше способом и содержащей по меньшей мере 50% протеинов и менее 10% сырых волокон.
В предпочтительном варианте предлагаемая фракция подсолнечного шрота имеет следующие отличительные особенности, взятые поодиночке или в комбинации:
- фракция подсолнечного шрота содержит по меньшей мере 52% протеинов; предпочтительнее фракция подсолнечного шрота содержит по меньшей мере 54% протеинов;
- фракция подсолнечного шрота содержит менее 9% сырых волокон; предпочтительнее фракция подсолнечного шрота содержит менее 8% сырых волокон; еще более предпочтительно фракция подсолнечного шрота содержит менее 7% сырых волокон;
- диаметр частиц фракции подсолнечного шрота составляет от 200 до 600 мкм.
Применение предлагаемой фракции подсолнечного шрота может оказаться особенно полезным в целях кормления животных и замены соевого шрота. Следовательно, данное изобретение также относится к применению вышеописанной фракции подсолнечного шрота для кормления животных, в частности, домашней птицы, свиней и организмов, выращиваемых в водной среде.
Ниже данное изобретение иллюстрируется на следующем примере, не имеющем ограничительного характера.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сырьевой материал
В качестве сырьевого материала использовали 23440 кг шрота из обрушенных семян подсолнечника, содержащего 37,47% сырого протеина, 17,61% сырого волокна и 9% влаги.
Способ
Этап а)
Вышеуказанный исходный материал хранили в бетонных ячейках. При помощи винтового конвейера его ввели в устройство, выполненное в соответствии с фиг. 1, где в измельчителе, работающем при скорости вращения пластин 49 м/с, осуществили первую деагломерацию с тем, чтобы уменьшить размер частиц до значения менее 3 мм.
Этап b)
Применяя вертикальный конвейер-элеватор, полученную фракцию взвесили на весах и (применяя винтовой конвейер) ввели в рассев, содержащий около 20 сит.
Полученные частицы просеяли так, чтобы частицы, размер которых оставался более 3 мм, были снова введены на этап а).
Частицы размером менее 3 мм разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 800 мкм (фракция Fb-1);
- частицы размером менее 800 мкм, но более 375 мкм (фракция Fb-2);
- частицы размером менее 375 мкм (фракция Fb-3).
Этап с)
Вышеназванную фракцию Fb-1 ввели в валковую мельницу с рабочим давлением 6 бар и передаточным числом 1:2,5 между 2-мя валами, принимая меры по предотвращению крупного разрубания шелухи подсолнечного шрота и получая максимальную деагломерацию и разделение между протеином и волокнами.
Полученные частицы просеяли, применяя рассев («планзихтер»), как на этапе b), и разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 800 мкм (фракция Fc-1);
- частицы размером менее 800 мкм, но более 280 мкм (фракция Fc-2);
- частицы размером менее 280 мкм (фракция Fc-3).
Фракцию Fc-1 снова ввели в валковую мельницу с рабочим давлением 6 бар и передаточным числом 1:2,5, принимая меры по предотвращению крупного разрубания шелухи подсолнечного шрота и получая максимальную деагломерацию и разделение между протеином и волокнами.
Полученные частицы просеяли, применяя, рассев, как на этапе b), и, таким образом, разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 800 мкм (фракция Fc-4);
- частицы размером менее 800 мкм, но более 375 мкм (фракция Fc-5);
- частицы размером менее 375 мкм (фракция Fc-6).
Этап d)
3
Вышеуказанные фракции Fb-2, Fc-2 и Fc-5 обработали, применяя воздушное просеивание в аппарате для приготовления симолины. Применялся расход воздуха 55 м/мин.
Таким образом, частицы разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 850 мкм (фракция Fd-1);
- частицы размером менее 850 мкм, но более 800 мкм (фракция Fd-2);
- частицы размером менее 800 мкм (фракция Fd-3).
Этап е)
Вышеназванную фракцию Fd-1 ввели в валковую мельницу для дальнейшей деагломерации.
Полученные частицы просеяли, применяя рассев, как на этапе b), и, таким
образом, разделили на 3 фракции:
-частицы размером более 530 мкм (фракция Fe-1);
- частицы размером менее 530 мкм, но более 375 мкм (фракция Fe-2);
- частицы размером менее 375 мкм (фракция Fe-3).
Вышеназванную фракцию Fd-2 ввели в валковую мельницу для дальнейшей деагломерации.
Полученные частицы просеяли, применяя рассев («планзихтер»), как на этапе b), и, таким образом, разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 800 мкм (фракция Fe-4);
- частицы размером менее 800 мкм, но более 355 мкм (фракция Fe-5);
- частицы размером менее 355 мкм (фракция Fe-6).
Вышеназванную фракцию Fd-3 ввели в валковую мельницу для дальнейшей деагломерации.
Полученные частицы просеяли, применяя рассев, как на этапе b), и, таким образом, разделили на 3 фракции:
- частицы размером более 800 мкм (фракция Fe-7);
- частицы размером менее 800 мкм, но более 355 мкм (фракция Fe-8);
- частицы размером менее 355 мкм (фракция Fe-9).
Конечные продукты
В конечном счете получили три конечные фракции:
- фракцию С1, составленную из Fb-3, Fc-3, Fe-3, Fe-6 и Fe-9;
- фракцию C2, составленную из Fe-2, Fe-5 и Fe-8; и
- фракцию С3, составленную из Fc-4, Fe-1, Fe-4 и Fe-7.