СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ И КОРМОВЫХ ЦЕЛЕЙ ИЗ ЗЕРНОБОБОВЫХ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
METHOD FOR PRODUCTION OF GRANULATED LEGUMINOUS AND CEREAL CROPS PRODUCTS FOR FOOD AND FODDER PURPOSES

Используемая литература:
1. Патент №2287295 Способ получения пищевого продукта из зернобобовых культур (прототип)
2. Положительное решение по заявке №2008125308/13. Мультиэнзимная композиция для получения белковых добавок из семян зернобобовых культур
2. Колпашников А.И., Ефремов А.В. Гранулированные материалы, М.,1977 (аналог)
3. Методические указания по расчету рецептов комбикормовой продукции, М:, 1998, 80 с.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству гранулированных продуктов питания функционального назначения и к комбикормовой промышленности, производству гранулированных комбикормов, при кормлении которыми у животных и птицы улучшается усвоение питательных веществ, сокращаются сроки откорма.
Известен способ получения пищевого продукта из зернобобовых культур, путем проращивания семян в течение 24…26 часов, добавлением к проращиваемым целым семенам мультиэнзимных ферментных препаратов. Ферментация происходит в течение 4…6 часов в буферном растворе с использованием мультиэнзимных препаратов с концентрацией (0,18…0,20)%. Массовое соотношении семян и раствора от 1:1,5 до 1:2,0 с двух стадийной сушкой до влажности (10…15)% и последующей экструзией. В существующих технологиях зерно люпина перед добавлением мультиэнзимных препаратов, т.е. обезгорчиванием, измельчается. Потери зерна при этом способе обезгорчивания составляют до 20,0%. В отличие от известных способов, по технологии обезгорчивания люпина предусматривается целое зерно. Это дает возможность снизить потери белка в люпине или другой зернобобовой культуре, которые возникают при ее измельчении и промывании после ферментации.
Известна композиция гранулированного корма, составленная из зерновых и зернобобовых культур при влажности зерна не более (14-16)%. Процесс получения гранулированного корма по известной технологии заключается в том, что зерновые и зернобобовые предварительно размалывают на мельницах различного типа с получением муки или дробят.
Затем их смешивают в определенных пропорциях в смесителе, а перед подачей в гранулятор они пропариваются в смесителе или же смешиваются с горячей водой в определенном соотношении. После чего увлажненная смесь направляется в пресс-гранулятор, где она продавливается прессующими вальцами через радиальные отверстия кольцевой матрицы. Полученные гранулы по транспортеру подаются в охладитель и расфасовываются в различную тару.
Для получения гранулированных продуктов питания используют такие зернобобовые культуры, как лущеный горох, фасоль, сою, чечевицу. Также крупы пшеничную, перловую, гречневую, рисовую. Технологические условия производства гранулированных продуктов питания аналогичные получению гранул для комбикормов.
Недостатком данного способа является то, что гранулированию подвергаются зерновые и зернобобовые культуры, имеющие влажность не более (14-16)%, кроме этого зерно перед гранулированием должно увлажняться, что требует дополнительных затрат на пар или горячую воду.
Задача изобретения - полное использование зерна бобовых культур и особенно зерна люпина, получение продукта с заранее заданными потребительскими свойствами, что позволяет расширить спектр использования гранулированных продуктов питания функционального назначения.
Технический результат - уменьшение общих энергозатрат на единицу произведенного пищевого продукта или комбикорма, затрачиваемых на производство пара, горячей воды, сушку обезгорченного зерна люпина, а также в получении продуктов питания с заранее заданными свойствами, измельчении пищевого продукта, улучшающем его усвоение, уменьшении потерь и питательных веществ при изготовлении комбикормов, используя целые зерна, не содержащие антипитательные вещества.
В отличие от существующей технологии подготовки зерна при гранулировании, когда оно находиться в твердой фазе и лишь немного увлажняется, то в предлагаемой, зернобобовая культура проходит влажную стадию удаления антипитательных веществ, в том числе и алкалоидов люпина. При использовании данной технологии повышаются питательные свойства зернобобовых культур. Рассмотрим стадию переработки зерна бобовых культур мультиэнзимными комплексами на примере зернобобовой культуры люпина.
Технология производства гранулированного корма заключается в следующем:
После очистки от зерновых примесей, зерно люпина поступает в накопительный бункер, промывается водой и транспортером подается в ванну для проращивания и обезгорчивания. После чего молочная сыворотка с заданными параметрами кислотности рН, температуры подается насосом в ванну, заполненную зерном люпина, и в пропорциях от 1:1,5 до 1:2,0 смешивается с ним так, чтобы молочная сыворотка только покрывала зерна люпина, причем по мере набухания зерна добавляется необходимое количество молочной сыворотки.
Проведенные авторами исследования показали, что оптимальной средой для обезгорчивания люпина является сырная и творожная сыворотки, основные показатели которых представлены в примере 1.
Пример 1
Пищевая ценность используемой в качестве среды для обезгорчивания молочной сыворотки, %
Показатели Сырная Творожная
Массовая доля сухих веществ 6,9 6,4
Массовая доля жира 0,3…0,35 0,1
Массовая доля белка 0,7…0,8 0,6…0,7
Массовая доля лактозы 4,7…4,9 4,0…4,7
Кислота молочная 0,14 0,50
β-каротин, мкг/100 г. 1,3 7,5
Кислотность, рН 6,5…6,8 4,0…4,8
Из примера видно, что молочная сыворотка содержит до 0,8% белка, жира до 0,35%, до 4,9% лактозы - молочного сахара, составляющего 27% от сладости сахарозы, но питательные свойства ее выше, чем сахарозы. Она легко усваивается организмом человека, животного, птицы и рыбы, что улучшает белковую и жировую составляющую, повышает общее содержание Сахаров в проращенном зерне люпина или другой зернобобовой культуры.
За счет созданной молочной сывороткой среды (кислотность рН=4,0-6,8, содержание молочной кислоты 0,14-0,50%), происходят обменные диффузионные процессы в зерне люпина или другой зернобобовой культуре.
Молочная сыворотка проходит через капиллярные каналы в зерне люпина и насыщает его, за счет чего увеличиваются размеры зерна люпина. Увеличение размеров зерна зернобобовых культур молочной сывороткой происходит в течение 4-6 часов.
Оптимальная влажность зерна люпина или другой зернобобовой культуры при длительном хранении составляет 14-15%. Для создания коллоидных гелей диспергированием (измельчением) зерна люпина или другой зернобобовой культуры их влажность необходимо доводить до 42%. Зерно люпина при проращивании увеличивается на 45%, а влажность составляет 50-60%.
Оптимальная влажность зерна люпина для нормального функционирования мультиэнзимного комплекса ферментов (содержащегося в молочной сыворотке и самом зерне) по его обезгорчиванию должна быть не менее 42-48%. При окончании процесса замачивания влага, находиться как внутри зерна, так и на его поверхности, при этом замедляется дыхание зерна и увеличивается продолжительность времени для проращивания зерна люпина. При проращивании активизируются биохимические процессы, и ферменты люпина переходят из неактивного состояния в активное, что приводит к снижению величины содержания алкалоидов.
Кроме простого замачивания можно использовать другие виды замачивания:
- воздушно-водяное;
замачивание в непрерывном потоке воды и воздуха;
- оросительное замачивание;
- замачивание с продолжительными воздушными паузами - пневматическое.
Для определения влажности по окончанию процесса замачивания берут 1000 зерен, взвешивают эти зерна до и после замачивания.
Зная влажность исходных зерен люпина, рассчитывают влажность по формуле:
W=100-a/b(100-w)
где, а - масса 1000 зерен до замачивания, г;
b - масса 1000 зерен после замачивания, г;
w - исходная влажность семян до замачивания, %.
Смесь зерна люпина с молочной сывороткой и мультиэнзимным комплексом ферментов (содержащимся в молочной сыворотке и самом зерне) выдерживается 4-6 часов с периодическим помешиванием в течение 10-15 мин. При проведении этого процесса должны поддерживаться необходимые параметры: кислотность рН=4,5-6,5, время t=4-6 часов, температура 40-50°C. Затем молочная сыворотка сливается в емкость для очистки от вредных веществ и повторного использования в качестве добавки к свежей молочной сыворотке.
После удаления (слива) молочной сыворотки зерно выдерживают. При выдерживании зерна люпина 22..24 часа при значениях рН=(4,0-7,2), происходит прорастание зерен и удаление части нежелательных соединений: олигосахаридов, алкалоидов т.п. и активизации питательных свойств. Условия кислотности среды рН для мультиэнзимных комплексов определяются из данного примера. Это наглядно видно из фазы развития семян, когда происходит активизация ферментов в первый день прорастания. В первый день прорастания удаление алкалоидов из зерна люпина, сорт Кристалл и рН=7,2-0,031%, а сорт Надежда - 0,012%.
Пример 2
Зависимость содержания алкалоидов в зерне люпина от времени прорастания, кислотности рН, %.
Фаза развития семян люпина в первый день прорастания Начало дня Конец дня
Содержание алкалоидов (сорт Кристалл), (рН=7,2) 0,104 0,073
Содержание алкалоидов (сорт Кристалл), (рН=4,0) 0,104 0,053
Содержание алкалоидов (сорт Надежда), рН=7,2, % 0,051 0,039
Содержание алкалоидов (сорт Надежда), рН=4,0, % 0,051 0,034
При проращивании зерна люпина влажность зерна (W), в начальный период составляет W=(14-15)%, а в конце W=(50,0-60,0)%. Это ограничивает его использование в технологических процессах пищевых производств и кормлении животных.
Кондиционное зерно зернобобовых культур должно иметь нормальную всхожесть при 80-85%, однако существуют зерна бобовых культур с показателями всхожести ниже, чем вышеприведенные. Визуальным показателем для данного случая является отсутствие бугорка от корешка на зерне люпина или другой зернобобовой культуры. В этом случае не происходит процесса, показанного в примере 2, т.к. в таких семенах не запускается механизм естественной ферментации, возникают трудности к поступлению мультиэнзимных препаратов к центру семядолей зернобобовых культур.
2
После замачивания зерно люпина или другой зернобобовой культуры подвергают двухстадийной ферментации с ультразвуком в течение 3-4 часов при частоте до 20 кГц и мощности 0,3-1 Вт/см с промыванием зерна в проточной воде после первой стадии и измельчением до размера частиц 10-150 мкм после второй стадии с получением зернобобовой сывороточной пасты.
Для использования некондиционных семян зернобобовых культур провели исследования, воздействуя на них ультразвуком и определяли содержание алкалоидов и других антипитательных веществ до и после обработки семян ультразвуком при частотах до 20 кГц мощности около 0,3…1 Вт/см2 в течение 3-4 часов. Получили такие же зависимости по содержанию алкалоидов в люпине как при воздействии на кондиционные семена мультиэнзимным комплексом ферментов. Уменьшение содержания алкалоидов в люпине при воздействии на его зерно ультразвуком связано с ультразвуковым капиллярным эффектом - явлением увеличения глубины и скорости проникновения молочной сыворотки вместе с мультиэнзимным комплексом в капиллярные каналы под действием ультразвука (по сравнению с глубиной и скоростью, обусловленные только капиллярными силами).
В основе биологического воздействия ультразвука на зерно люпина лежат вторичные физико-химические эффекты. Так, при образовании акустических потоков может происходить перемешивание внутриклеточных структур. Кавитация приводит к разрыву молекулярных связей в биополимерах зерна люпина и в других жизненно важных соединениях и к развитию окислительных реакций в хинолизидиновых алкалоидах люпина. Ультразвук повышает проницаемость биологических мембран любой из зернобобовых культур, вследствие чего происходит ускорение процессов
выхода алкалоидов люпина и антипитательных веществ, вследствие усиления диффузии. Непременным условием инактивации зерна зернобобовых культур мультиэнзимным комплексом ферментов происходит в присутствии кислорода. Это характерно, для группы протеазных ферментов, как трипсин, пепсин, и других, а наличие протеазных ферментов в большей степени способствует удалению алкалоидов.
За счет высокой степени измельчения (диспергирования), сопоставимого с молекулярным уровнем, проращенного зерна люпина с молочной сывороткой образуется пастообразная масса - люпиновая сывороточная паста, которая позволяет иметь хорошую адгезию, т.е. сцепляемость измельченных частиц люпина, и улучшение усвояемости организмами человека, животных и рыбы.
Люпиновая паста в случае необходимости может подвергаться ферментации мультиэнзимными комплексами в течение 4-6 часов, а из некондиционного зерна воздействию ультразвуком при тех же параметрах, как для проращенного зерна люпина, то есть при частотах до 20 кГц и мощности 0,3…1 Вт/см2 в течение 3-4 часов.
Затем люпиновая или полученная из других зернобобовых культур сывороточная паста подвергается пастеризации при температуре 80-90°C в течение 5-10 с.
Характеристики измельченных частиц изучались на примере зерна люпина, но это справедливо для других зернобобовых культур. По результатам компьютерного сканирования определены оптимальные размеры зазоров между рабочими органами мельницы влажного измельчения.
Для изучения структурно-морфометрических характеристик люпиновой пасты были проведены исследования метрических характеристик частиц при различных параметрах измельчения. Для исследования использовались не окрашенные препараты, которые исследовались в скошенном проходящем свете.
Из примера 3 можно видеть, что с уменьшением зазора между измельчающими элементами заметно уменьшаются размеры частиц полученной пастообразной массы. Так, в образцах с расстоянием между измельчающими элементами в 0,5 мм количественно частицы в группах распределились следующим образом в первой группе 69,74%, во второй 18,8% и в третьей 11,46%, с размерами минимальной и максимальной частиц 1,7 и 500 мкм соответственно. Следует отметить, функционально-технологические показатели напрямую зависели от размеров полученных частиц, и оптимальные показатели также были получены в 4 группе.
В отличие от технологии ферментативного гидролиза целого зерна зернобобовой культуры. В зерне удаляется оболочка, затем ферментативному гидролизу подвергаются раздельно оболочка и оставшаяся часть зерна с соблюдением параметров ферментации, как при целом зерне бобовой культуры. Удаленную оболочку подвергают измельчению с различной крупностью помола или ферментативному гидролизу с последующей сушкой и измельчением с использованием в виде пищевых волокон.
Пример 3
Зависимость размера частиц люпиновой пасты в зависимости от величины зазора измельчающих элементов
Величина зазора, мм Размер частиц, % Размер минимальной частицы, мкм Размер максимальной частицы, мкм До 120 мкм 120,1-199,9 мкм от 200 мкм
0,5 мм 69,74 18,8 11,46 1,7 500
0,3 мм 77,93 14,19 7,88 1,3 373,3
0,17 мм 89,33 8,43 2,24 1,1 298,6
0,07 мм 93,56 6,44 0 0,78 184,7
Используя данные таблицы примера 3, провели группировку диспергированных частиц и определили водо и жироудерживающие способности измельченного зерна люпина - сывороточной люпиновой пасты.
Пример 4
Жиро-водоудерживающая способность люпиновой пасты в зависимости от величины зазоров между дисками мельницы влажного измельчения
Размер, мкм /процент диспергированных частиц Водоудерживающая способность, % Жироудерживающая способность 1 г пасты г. жира
120/70, до 200/19, свыше
200/11 90 0,36
120/78, до 200/14, свыше
200/8 100 0,42
120/90, до 200/8, свыше
200/2 110 0,44
120/93,5, до 200/6,5, свыше
200/0 120 0,45
Это позволило иметь рекомендации по технологическим параметрам люпиновой пасты при добавлении ее в различные продукты питания в виде функциональной добавки.
Полученная люпиновая паста обладает ограниченными сроками хранения, так как ее влажность находиться в пределах 55-60%, поэтому необходимо удалить часть влаги сушкой, исключив применение консервантов и тем самым увеличить сроки ее хранения. Сравнительные расчеты различных приемов сушки показали, что одним из оптимальных методов, применительно для данного случая, является гранулирование. Смешивая в пропорциях (70%) люпиновую пасту или пасту из других зернобобовых культур с мукой различных круп (30%) - пшеничной, овсяной, перловой, рисовой и т.п., мы получаем гранулы для продуктов питания функционального назначения, а если с дробленой пшеницей, ячменем, овсом, тритикале, рожью комбикорма высокой питательной ценности. Смешанная масса подается на пресс-гранулятор, а полученные гранулы по конвейеру направляются на подсушивание.
Полученные гранулы при добавлении в продукты питания должны иметь необходимые технологические показатели по степени измельчения зернобобовых культур. При добавлении муки зерновой группы семян в том соотношении, в котором указано ранее, получаем достаточно высокие показатели по питательной ценности
Питательную ценность гранулированного продукта составленного из 70% люпиновой пасты и 30% муки или дробленых зерновых культур покажем на примере комбикормов. Немецкими исследованиями установлено, что 1 кг люпина может заменить 720 г соевого шрота плюс 280 г.пшеницы или другой зерновой культуры. При этом учитывается лишь протеиновый баланс, т.к. зерно люпина имеет более высокую энергетическую ценность, чем соевый шрот. Это наглядно видно примера 5.
Пример 5
Показатели кормовой ценности люпина и соевого шрота.
Показатели Люпин узколистный Соевый шрот
Сухое вещество, г. 880,0 880,0
Сырой протеин, г 293,0 449,0
Сырой жир, г 50,0 13,0
Сырая клетчатка, г. 143,0 59,0
Нерасщепляемый сырой протеин, % 20,0 20,0
Полезный сырой протеин, г. 187,0 258,0
Жвачный азотный баланс, г. 17,0 31,0
Преобразуемая энергия, МДж 12,49 12,1
Чистая лактационная энергия, МДж 7,84 7,59
Коэффициент переваримости
органической субстанции, % 90,0 91,0
Коэффициент переваримости сырой
клетчатки, % 94,0 82,0
Крахмал, г. 89,0 61,0
Сахар, г 48,0 95,0
Устойчивый крахмал, г. 9,0 6,0
При гранулировании люпиновой, гороховой, соевой, чечевичной, фасолевой паст мы получаем продукт, обладающий лучшими показателями
питательности. Это вытекает из примера 5 и гистограммы обменной энергии фиг.4, где приведены показатели питательности и энергетической ценности гранулированного корма, полученного на основе люпина при соотношении люпин 70%, ячмень 30%
Пример 6
Показатели питательности и обменной энергии (ОЭ), %
Наименование показателей Фактическое значение показателей в пересчете на абсолютно сухое вещество
Влага 12,2
Сырой протеин 30,78
Сырой жир 4,13
Сырая клетчатка 9,27
Сырая зола 3,19
Кальций 0,28
Фосфор 0,31
Показатель Единица измерений Значения
ОЭ (птица) МДж/кг, Ккал/100 11,95, 285
ОЭ КРС МДж/кг 13,06
ОЭ свиньи МДж/кг 11,31
Кормовые единицы (для птицы) КЕ/кг 1,09
Кормовые единицы (для свиней и
КРС) КЕ/кг 1,18
Таким образом, проведенные собственные исследования доказывают высокую питательную ценность комбикормов при соотношении люпин 70%, ячмень 30%.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 Сканированные образцы сывороточной люпиновой пасты
Фиг.2 водоудерживающие способности измельченного зерна люпина -сывороточной люпиновой пасты
Фиг.3 жироудерживающая способность измельченного зерна люпина -сывороточной люпиновой пасты
Фиг.4 Показатели обменной энергии (ОЭ) и кормовых единиц для птицы, свиней и КРС гранулированного корма, полученного на основе люпина при соотношении люпин 70%, ячмень 30%