СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДНОГО КОМПЛЕКСА ИЗ СЕМЯН ЛЬНА
METHOD FOR PRODUCING POLYSACCHARIDE COMPLEX FROM FLAXSEED

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения полисахаридных комплексов - функциональных пищевых ингредиентов, использующихся в качестве загустителей, гелеобразователей, эмульгаторов, стабилизаторов в пищевых технологиях.
Растворимые льняные слизи (полисахариды льняного семени) относят к растворимым пищевым волокнам. Они проявляют пребиотические свойства, обладают низкой калорийностью, снижают гликемический и инсулиновый индекс пищевых продуктов.
Полисахариды льняного семени (камеди) обладают более низкой вязкостью по сравнению с широко применяемыми в пищевых технологиях смолой рожкового дерева, гуаровой камедью и ксантановой камедью при одинаковой концентрации (Mazza, G. Functional properties of flax seed mucilage / G. Mazza, C.G. Biliarderis // Jornal of Food Science. - 1989. - Vol. 54, №5. - P. 1302-1305), что позволяет использовать их в качестве стабилизатора пищевых систем, гелеобразователей, пищевой клетчатки. Благодаря своей высокой влагоудерживающей способности они препятствуют потере влаги пищевых продуктов и полуфабрикатов, не влияют на текстуру конечного продукта, совместимы со сложными технологическими процессами без дополнительной обработки.
Полисахариды льняного семени относят к слизеподобным высокомолекулярным полисахаридам - слизям, хорошо растворимым в воде и разбавленных растворах солей. Поэтому обычно их получают экстракционными методами. Слизи выделяют из экстрактов, в основном, осаждением этиловым или изопропиловым спиртом (Цыганова Т.Б., Миневич И.Э., Зубцов В.А., Осипова Л.Л. Пищевая ценность семян льна и перспективные направления их переработки. - Калуга: Издательство «Эйдос». - 2010. - С. 39).
Разработка способа промышленного производства полисахаридного комплекса из семян льна вызывает необходимость упрощения технологии, исключения применения органических растворителей, снижения энергетических затрат, контроля содержания белка в полисахаридном комплексе и пр.
Уровень техники
Известен метод выделения комплексов водорастворимых полисахаридов из цельных семян льна Исследование процесса экстракции полисахаридов семян льна (Linum usitatissimum L.) (Д.Н. Олейников, Л.М. Танхаева // Химия растительного сырья. - 2007. - №4. - С. 79-83), включающий смешивание семян с водой или растворами NaCl в соотношении 1:50 при температуре 20 и 100°С, двукратное повторение экстракции, объединение экстрактов, концентрирование до 1/10 объема, осаждение полисахаридов 90% спиртом этиловым в соотношении 1:4, отделение осадка и его высушивание сменой растворителей.
Недостатками этого метода являются большое соотношение сырья и растворителя, а также значительный избыток осаждающего агента - этанола, что затрудняет использование этого метода в промышленном производстве.
2
Известен способ получения полисахаридов льна RU 2358983, С08В 37/06, A23L 1/0524, 20.06.2009, включающий экстракцию в дистиллированной воде, получение экстракта полисахаридов, его последующую сушку и выделение полисахаридов льна. Экстракцию проводят при воздействии ультразвука с частотой 30 кГц и интенсивностью 182-276 Вт/см при температуре 27-32°С в течение 12-17 мин, выделение сухих полисахаридов осуществляют воздействием 70% этилового спирта с последующим фильтрованием и сушкой под вакуумом.
Недостатком данного способа является необходимость использования избытка этилового спирта относительно объема экстракта полисахаридов для осаждения полисахаридов, применения ультразвуковой обработки, что в условиях промышленного производства нерентабельно.
Известен метод получения слизи из семян льна (Extraction, composition and physicochemical properties of flaxseed mucilage / Barbary O.M. etc. // J. Adv. Agric. Res. (Fas. Ag. Saba Basha). - 2009. - Vol. 14(3). - P. 605-621), включающий смешивание семян с водой в соотношении 1:20, перемешивание в течение 0,5-8 часов при температуре 25-100°С, фильтрование экстракта, его концентрирование с использованием роторного испарителя при 40°С, осаждение из экстракта 80% этанолом в соотношении 1:4 с последующим выдерживанием в течение 1 часа при температуре 4°С, отделении осадка центрифугированием, гомогенизированием его в воде и сушкой при замораживании.
Недостатком этого метода является большой избыток этанола при осаждении и использование дополнительный операции, предваряющей окончательную сушку целевого продукта, что приводит к усложнению технологической линии при промышленном производстве и увеличению затрат.
Известен метод выделения слизи из семян льна (Isolation of mucilage from flaxseeds and its use as a binder in manufacturing of tablet / Shripad S. Shirke etc. // Int. J. of Pharmaceutical Research and Development (IJPRD). - 2012. - Vol. 4(409). - P. 64-69), включающий смешивание семян льна с водой, выдерживание в течение 48 часов и затем кипячение несколько минут, отделение экстракта фильтрацией, его обработку равным объемом ацетона, отделение осажденной слизи и сушку при 60°С, измельчение до порошкообразного продукта.
Недостатком этого метода является его длительность, применение в качестве осаждающего агента ацетона, ухудшающего качество полисахаридного комплекса из семян льна.
Наиболее близким является способ получения слизи из семян льна (Fekri Н. etc. Chemical Analysis of Flaxseed, Sweet Basil, Dragon Head and Quince Seed Mucilages / H. Fekri etc. // Research Journal of Biological Sciences. 2008. - V. 3(2) - P. 166-170), включающий экстракцию в воде, получение экстракта, выделение слизей и сушку. Процесс экстракции проводят при соотношении семян и воды как 1:20 путем перемешивания в течение 3 часов при температуре 75°С, экстракт получают при фильтровании, выделение слизи проводят обработкой экстракта трехкратным избытком 96% этанола, осадок отделяют центрифугированием в течение 15 мин 6500 об/мин и сушат при 105°С в течение 24 часов.
Недостатками прототипа являются длительность, высокая температура, большой избыток осаждающего растворителя - этанола, низкий выход целевого продукта, что делает использование этого метода в промышленности нерентабельным.
Задачей настоящего изобретения является разработка промышленной технологии получения полисахаридного комплекса из семян льна, включающей упрощение технологического процесса экстракции, сокращение времени экстракции и снижение затрат, в том числе энергетических, в процессах выделения, концентрирования и сушки.
Техническим результатом способа получения полисахаридного комплекса из семян льна является повышение выхода и расширение области применения целевого продукта - полисахаридного комплекса из семян льна.
После многочисленных исследований авторам удалось получить неожиданный результат, а именно: определить параметры процесса экстракции, условия выделения, концентрирования и сушки, позволившие получить заявляемый технический результат при существенном упрощении указанных выше процессов; экспериментально определить параметры процесса проведение экстракции полисахаридного комплекса из семян льна, обеспечивающие повышение выхода слизи из семян льна такие, что при рассмотрении по отдельности не являются обеспечивающими максимальный выход слизи.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в способе получения полисахаридного комплекса из семян льна, включающем экстракцию льняного семени в воде, сепарацию слизей, концентрирование и сушку полисахаридного комплекса, согласно изобретению экстракцию проводят в подготовленной воде или, что предпочтительно, в дистиллированной воде при температуре 40°С в течение 1 часа, сепарацию слизи осуществляют фильтрацией через фильтр из синтетического волокна или декантацией, или, что предпочтительно, центрифугированием, концентрирование экстракта осуществляют при помощи роторного испарителя при температуре 40°С, сушка, предпочтительно распылительная сушка или возможно сушка под вакуумом при 40-50°С или лиофильная сушка.
Заявленный способ получения полисахаридного комплекса из семян льна иллюстрируется Таблицами 1-3.
Таблица 1. Показатели выхода и качества полисахаридного комплекса из семян льна при различных температурах экстракции.
* - КЧ и ПЧ масла определяли при его извлечении из бесслизевых семян льна после проведения экстракции
Таблица 2. Выход полисахаридного комплекса из семян льна при различной продолжительности процесса.
Таблица 3. Характеристики полисахаридного комплекса из семян льна.
Основной стадией получения полисахаридного комплекса из семян льна является экстракция, эффективность которой определяется сочетанием трех факторов: гидромодуля - соотношение сырья и экстрагента, температуры экстракции, продолжительности экстракции.
При определении оптимального гидромодуля учитывали, что увеличение массовой доли экстрагента ведет, с одной стороны, к повышению движущей силы, а с другой - к понижению концентрации экстрагируемых веществ и увеличению стоимости целевого продукта, так как, например, потребуется больший объем осаждающего агента или более длительный и сложный процесс их концентрирования. При этом уменьшение массы экстрагента приводит к увеличению вязкости раствора, что также может привести к заметному увеличению энергетических затрат на концентрирование.
При гидромодуле 5-10 экстракт полисахаридов представляет собой единый конгломерат, который сложно использовать в различных технологических операциях, например осаждения полисахаридов, отмывки и отделения семян.
Гидромодуль 20, как показали наши исследования, что подтверждается исследованиями других авторов, является оптимальным для последующей переработки экстрактов полисахаридов, т.к. при гидромодуле выше 20 наблюдается интенсификация выделения белков, что ограничивает применение полисахаридного комплекса из семян льна в качестве стабилизатора пищевых систем.
Температура растворителя в процессе экстракции влияет не только на выход слизи в раствор, но и на качество конечного продукта Таблица 1.
2
Несмотря на некоторое увеличение выхода при повышении температуры процесса, такие показатели, как цвет полисахаридного комплекса из семян льна и характеристики масла, содержащегося в слизи, ухудшаются. Так, увеличение температуры экстракции приводит к потемнению полисахаридного комплекса из семян льна за счет протекания реакции Майяра, в которой участвуют белки, экстрагируемые в комплексе с полисахаридами (Пищевая химия / под ред. А.П. Нечаева. - СПб.: ГИОРД. - 2003. - С. 153-154). Увеличение содержания белка в слизи снижает технологические свойства конечного продукта, ограничивая сферы его применения. Пищевое льняное масло по своим физико-химическим показателям должно соответствовать следующим требованиям: кислотное число (КЧ) - не более 5,0 мг (КОН)/г; перекисное число (ПЧ) - не более 10 ммоль (О)/кг (Экспертиза масел, жиров и продуктов их переработки: учеб.-справ. пособие / Е.П. Корнена, С.Л. Калманович и др.; под общ. ред. В.М. Позняковского. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во. - 2007. - 272 с. ). Как следует из Таблицы 1 при проведения экстракции при температурах 60-80°С КЧ и ПЧ масла в слизи выше допустимых значений.
При экстракции с температурой экстрагента 20-40°С все показатели качества полисахаридного комплекса из семян льна являются удовлетворительными для использования этого продукта в пищевых технологиях. Было установлено, что при увеличении продолжительности экстракции выход полисахаридного комплекса из семян льна имеет тенденцию к увеличению и стабилизации, при этом разброс в показателе выхода полисахаридного комплекса из семян льна менее 1% Таблица 2. Выход полисахаридного комплекса из семян льна зависит как от условий протекания заявляемых процессов, так и от компонентного состава семян льна, зависящего от природных условий выращивания конкретной партии семян.
После проведения многочисленных исследований были определены оптимальные параметры процесса проведение экстракции полисахаридного комплекса из семян льна - температура 40°С и продолжительность 1 час, обеспечивающие заявляемый технических результат. При этом определенные экспериментально оптимальные параметры процесса проведение экстракции полисахаридного комплекса из семян льна при рассмотрении отдельно не являются обеспечивающими максимальный выход.
Экстракт слизей отделяют от семян льна, являющихся ценным побочным продуктом заявляемого способа, фильтрацией через фильтр из синтетического волокна, или декантацией, или, что предпочтительно, центрифугированием. Затем семена льна промывают водой в соотношении 1:(5-8) для удаления остатков слизей, промывную воду отделяют от семян льна через фильтр из синтетического волокна или центрифугированием или декантацией. Семена льна подвергают сушке при температуре 60-70°С и отправляют на переработку: получение высококачественного пищевого льняного масла и пищевой льняной муки. Промывную воду возвращают в экстракционный цикл.
Экстракт слизей подвергают концентрированию с использованием роторного испарителя при температуре 40°С до достижения предпочтительно 1/3 объема, далее проводят сушку под вакуумом или лиофильную сушку, или, что предпочтительно, распылительную сушку.
Сухой полисахаридный комплекс пакуют и отправляют на склад.
Сравнительные характеристики продукта по заявляемому способу и прототипу представлены в Таблице 3.
Способ получения полисахаридного комплекса из семян льна включает следующие операции:
- очистка сырья;
- экстракция слизей подготовленной водой или, что предпочтительно, дистиллированной водой при соотношении сырья и экстрагента 1:20 при температуре 40°С в течение 1 часа при постоянном перемешивании;
- сепарация слизей для отделения экстракта слизей фильтрованием через фильтр из синтетического волокна, или декантацией, или, что предпочтительно, центрифугированием;
- концентрирование экстракта слизей до 1/3 объема при использовании роторного испарителя при температуре 40°С;
- сушка продукта под вакуумом при температуре 40-50°С, или лиофильная сушка, или, что предпочтительно, распылительная сушка.
Способ получения полисахаридного комплекса из семян льна осуществляли следующим образом.
Пример 1.
2
Для получения полисахаридного комплекса из семян льна использовали промышленные семена масличного льна со следующими показателями: содержание белка - 21,88%; содержание жира - 44,54%; содержание влаги - 6,73%; зольность - 4,25%; КЧ масла - 0,61 мг (КОН)/г; ПЧ масла - 1,6 ммоль (О)/кг.
Семена льна, 30 г, очищают от посторонних примесей, заливают 600 г дистиллированной воды. Смесь перемешивают в течение 1 часа при 40°С. Смесь подвергают центрифугированию в течение 20 мин при 3000 об/мин и отделяют экстракт слизи от семян льна.
Экстракт слизи концентрируют на роторном испарителе при Т=40°С до 1/3 объема и подвергают распылительной сушке.
2
Полученный продукт представляет собой порошок белого цвета и характеризуется следующими показателями: выход полисахаридного комплекса масс. % к семени льна - 11,8%. Состав полисахаридного комплекса из семян льна: влага - 5,3%; содержание белка - 6,3%; содержание масла - 2,8%; КЧ масла - 0,78 мг (КОН)/г; ПЧ масла - 5,4 ммоль (O)/кг.
Пример 2.
2
Способ осуществляли аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что экстракцию слизей проводили при температуре 80°С. Полученный продукт представляет порошок светло-коричневого цвета. Выход полисахаридного комплекса масс. % к семени льна составил 12,9%. Состав полисахаридного комплекса из семян льна: белок - 9,0%; влага - 5,5%; содержание масла - 3,3%; КЧ масла - 5,45 мг (КОН)/г; ПЧ масла - 14 ммоль (O)/кг.
Проведение процесса при температуре 80°С нежелательно, так как приводит к потемнению продукта и протеканию окислительных процессов: показатели кислотного числа (КЧ) и перекисного числа (ПЧ) значительно превышают показатели при температуре 20°С и 40°С (таблица 1) и указывают на низкое качество целевого продукта.
Пример 3.
2
Способ осуществляли аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что экстракцию слизей проводили при температуре 20°С. Полученный продукт представлял порошок белого цвета. Выход полисахаридного комплекса масс. % к семени льна составил 8,5%. Состав полисахаридного комплекса из семян льна: белок - 5,5%; влага - 5,6%; содержание масла - 2,5%; КЧ масла - 0,61 мг (КОН)/г; ПЧ масла - 1,6 ммоль (О)/кг.
Проведение процесса при температуре 20°С недостаточно эффективно: выход полисахаридного комплекса значительно ниже результата при температуре 40°С (таблица 1), что делает процесс получения целевого продукта нерентабельным.
Пример 4.
2
Способ осуществляли аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве экстрагента использовали питьевую воду. Полученный продукт представлял порошок белого цвета. Выход полисахаридного комплекса масс. % к семени льна составил 12,0%. Состав полисахаридного комплекса из семян льна: белок - 6,5%; влага - 5,0%; содержание масла - 2,5%; КЧ масла - 0,78 мг (КОН)/г; ПЧ масла - 5,5 ммоль (O)/кг.
Заявляемый способ получения полисахаридного комплекса из семян льна позволяет получить отечественный продукт, относящийся к функциональным пищевым ингредиентам, широко использующимся в качестве загустителей, гелеобразователей, эмульгаторов, стабилизаторов в пищевых технологиях. Промышленное производство такого продукта позволяет заменить часть импортных ингредиентов в пищевых технологиях.