СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ
METHOD OF BEE POLLEN PROCESSING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к биологической промышленности, в частности к способам переработки пчелиной обножки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен [1] способ получения жировой фракции, где в качестве растворителя липофильных веществ использован газ хладон-12 (фрион-12 или дифтордихлорметан). Недостатком способа [1] получения жировой фракции является то, что способ не позволяет экстрагировать отдельно наружный липофильный комплекс и внутренний, которые имеют значительные различия по химическому составу.
Известно [2], что наружный липофильный комплекс состоит в основном из нейтральных липидов, а внутренний - из полярных. Ферментативный гидролиз, осуществляющийся при температуре 38-40°C и рН 4,2-5,8, позволяет получить две фракции: водную и сухую с высоким выходом биологически активных веществ, с улучшенной микробиологией, что, в свою очередь, повышает срок хранения данных продуктов.
Возникает необходимость в получении водной фракции из пыльцевой обножки с высоким содержанием водорастворимых биологически активных компонентов пыльцы, в частности свободных аминокислот, пептидов, флавоноидов, витаминов группы В, витамина С, макро- и микроэлементов - среди которых: калий, натрий, магний, железо, цинк, хром и другие.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является создание такого способа переработки пчелиной обножки, который был бы безотходным, позволял бы осуществлять получение из пчелиной обножки продуктов, фракций, характеризующихся микробиологической чистотой, высокой степенью биодоступности биологически активных веществ, длительными сроками сохранности в том состоянии, в котором продукты были получены, позволял бы осуществлять получение жировой - как внутренней, так и наружной - водной и сухой фракций обножки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
2
2
Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки пчелиной обножки, в котором пчелиную обножку после этапа экстрагирования в парах CO-шрот подвергают ферментативному гидролизу, в ходе которого осуществляют водоподготовку для обеспечения микробиологической безопасности воды с использованием бактерицидных ламп, затем, для получения ферментолизата используют термостатируемые реакторы с перемешивающими устройствами различного типа, осуществляют разделение ферментолизата на твердую и жидкую фазы, проводят фильтрацию жидкой фазы, сушку твердой фазы, затем в зависимости от состава воды после очистки воды от грубых взвесей используют различные способы доочистки воды, в том числе окислительно-восстановительные, и/или адсорбционные, и/или ионообменные, и/или мембранные, для обеспечения получения жировой фракции, водного и сухого гидролизата из пчелиной обножки, обножку подвергают CO-экстракции для удаления жирового слоя с пыльцевого зерна, далее жировую фракцию пчелиной обножки получают путем прокачки углекислого газа со скоростью порядка 70 кг/час, при давлении порядка 320 атм, температуре порядка 40°C с последующим охлаждением CO-экстракта до температуры порядка 16°C, далее полученную обножку - шрот помещают в ферментер для проведения ферментативного гидролиза пыльцы для извлечения из пыльцы азотистых веществ - белков и аминокислот, для чего используют в том числе термостатируемые реакторы с перемешивающими устройствами, в том числе выполненными из нержавеющей стали или эмалированными, при этом подвод тепла осуществляют посредством ТЭНов или теплоносителя, используют в том числе реакторы со сферическим днищем, при проведении ферментолиза используют соотношение сырья и экстракта, которое определяют по количеству аминного азота и сухих веществ, в том числе соотношение сырья - шрота и экстрагента - воды в пропорции 1:4, осуществляют разделение ферментолизата на твердую и жидкую фазы с помощью центрифуги и фильтров различной конструкции, посредством которых достигают требуемую степень осветления ферментолизата и требуемую степень микробиологической чистоты, затем в профильтрованную жидкую фракцию добавляют консервант с концентрацией порядка 0,15% сорбата калия и 0,15% бензоата натрия, для обеспечения получения стерильной фракции используют в том числе мембранный фильтр с диаметром пор порядка 0,2 мкм, полученный осадок подвергают конвективной сушке на распылительных сушилках для обеспечения мгновенной - порядка 15-30 секунд - сушки для получения высушенного готового к использованию продукта, полученного в результате переработки пчелиной обножки.
2
2
2
Способ переработки пчелиной обножки осуществляют следующим образом. Получают жировую фракцию с поверхности пыльцевого зерна посредством экстрагирования пчелиной обножки в парах CO при следующих параметрах: давление - 320 атм; температура - 40°C; прокачка углекислого газа со скоростью 70 кг/ч, с последующим охлаждением полученного CO-экстракта до температуры 16°C. После экстрагирования пчелиную обножку подвергают ферментативному гидролизу. Для чего пыльцу помещают в ферментер с дистиллированной водой или водой, прошедшей водоподготовку, обеспечивающую микробиологическую безопасность воды. Соотношение сырья - пчелиная обножка и экстрагента - воды выбирают в пропорции 1:4. Затем добавляют фермент протеаза - Дистицим Протацид Экстра - в количестве 6,28 мл на 1 кг пчелиной обножки. При температуре 40°C в течение 18-24 ч осуществляется процесс ферментативного гидролиза. Показателем завершения гидролиза является увеличение количества аминного азота по сравнению с исходным в 2-3 раза. Далее осуществляется разделение в результате ферментативного гидролиза на две фракции: водную (с количеством сухих веществ 10-16%) и осадок. Для данного процесса разделения в зависимости от требований, предъявляемых к получаемому продукту, используют проточную центрифугу. Далее водную фракцию подвергают или мембранной фильтрации для получения без консервантов стерильный продукт с содержанием сухих веществ 11%, который в течение 2 лет не меняет своих свойств, или используют продукт без дополнительной фильтрации, содержащий 15% сухих веществ, в который добавляют консервант сорбат калия в количестве 0,15% и бензоат натрия в количестве 0,15%. Выпавший в осадок продукт далее подвергают конвективной сушке. После сушки указанный продукт - шрот - подвергают вторичной CO-экстракции, которая в отличие от первичной экстракции позволяет экстрагировать 9-10% липидов.
Примеры
2
Обножку подвергают CO-экстракции. В результате экстракции удаляют жировой слой с пыльцевого зерна. Полученный продукт содержит в своем составе сквален, лигнаны, терпеноиды, каротиноиды, витамин Е, омега-3, омега-6 - полиненасыщенные жирные кислоты, другими словами - витамин F, при этом выделяют не только жировую фракцию, но и получают ее в стерильном виде, не аллергенную.
2
<mrow><mover><mi>ω</mi><mo>'</mo></mover></mrow>
Жировую фракцию пчелиной обножки получают путем прокачки углекислого газа со скоростью порядка 70 кг/час, при давлении порядка 320 атм, температуре порядка 40°C с последующим охлаждением CO-экстракта до температуры порядка 16°C. Полученный продукт характеризуется наличием широкого спектра жирных кислот, в т.ч.
-3, -6, каротиноидов, витамина Е, сквалена, лигнана, терпенов, триглицеридов, фосфолипидов.
1
4
В таблице 1 - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЖИРОВОЙ ФРАКЦИИ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ - представлены результаты проведенных испытаний. Режим отрабатывали с учетом требований, позволяющих выделить именно поверхностную жировую фракцию. Бактериологическим методом исследования бактерий группы кишечной палочки в 0,1 г, патогенных микроорганизмов в 10 г, St.aureus в 1,0 г, E.coli в 1,0 г, Bac.cereus, дрожжей и плесеней не выделено. КМАФАнМ 2×10 - наружная норма 1×10.
Далее обножку-шрот помещают в ферментер. Для того чтобы провести ферментативный гидролиз пыльцы для извлечения из нее азотистых веществ - белков и аминокислот, используют, например, термостатируемые реакторы с перемешивающими устройствами, в том числе, например, из нержавеющей стали или эмалированных. Подвод тепла, как правило, осуществляют с помощью ТЭНов или теплоносителя, подаваемого в рубашку, при этом предпочтительно используют реакторы со сферическим днищем и осуществляют отвод продукта через нижний штуцер.
3
Например, с учетом коэффициента заполнения реактора с перемешивающим устройством объем реактора составляет порядка 0,7 м.
Далее осуществляют разделение ферментолизата на твердую и жидкую фазы с помощью центрифуги и фильтров различной конструкции, с помощью которых достигают разную степень осветления ферментолизата и разную степень микробиологической чистоты.
В профильтрованную жидкую фракцию добавляют консервант с концентрацией порядка 0,15% сорбата калия и 0,15% бензоата натрия. Для получения стерильной фракции используют в том числе мембранный фильтр с диаметром пор порядка 0,2 мкм.
Осадок подвергают конвективной сушке на распылительных сушилках. Их основное преимущество - практически мгновенная - 15-30 с - сушка. Высушенный продукт полностью готов к использованию, так как нет необходимости проводить его измельчение. Полученный продукт можно использовать как пищевую добавку, так как он включает порядка 40% нерастворимых пищевых волокон, витамин Е, флавоноиды, свободные жирные кислоты.
Для обеспечения микробиологической безопасности воды наиболее часто используют бактерицидные лампы.
Для получения ферментолизата, используют в том числе термостатируемые реакторы с перемешивающими устройствами различного типа.
При проведении ферментолиза используют в том числе соотношение сырья - шрота и экстрагента - воды в пропорции 1:4. Такое соотношение сырья и экстракта определяли по количеству аминного азота и сухих веществ.
Для гидролиза белка было испытано 4 протеазы. Самой эффективной оказалась протеаза Дистицим Протацид Экстра. Данный фермент гидролизует белки до пептидов и аминокислот. Основная активность препарата обусловлена действием протеиназы.
Для гидролиза белка была применена кислая протеаза - Дистицим Протацид Экстра фирмы «ЭРБСЛЕ ГАЙЗЕНХАЙМ» из расчета: 6.25 мл раствора на 1 кг субстрата - шрота.
В начале проведения ферментолиза определяют рН и содержание аминного азота в реакционной смеси. Затем при температуре 40°C в течение 18-24 ч осуществляют процесс ферментолиза. Показателем завершения ферментолиза считают увеличение количества аминного азота в 2-3 раза. По окончании процесса ферметолиза фермент инактивируют нагреванием реакционной смеси в течение 10 мин при температуре 80°C. После завершения процесса реакционную смесь фильтруют через бельтинг-ткань. Далее водную фракцию подвергают фильтрации, например, через картон с использованием вакуумного насоса или мембранной фильтрации для получения стерильного продукта.
2
4
Химические показатели полученного продукта представлены в таблице 2 - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДНОЙ ФРАКЦИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ. Осадок подвергают распылительной сушке при температуре воздуха на входе 140°C, на выходе - 90°C. В результате получают продукт с выходом отдельных составляющих биологически активных веществ на 200-250% больше по сравнению с исходным сырьем, что достигают за счет выхода содержимого пыльцевых клеток через аппертуры - отверстия в оболочке пыльцевого зерна в процессе ферментолиза. Так, если количество свободных аминокислот в сырье составляет 0,6-0,8%, то в конечном продукте 2,5-3,0%. Бактериологическим методом исследования бактерий группы кишечной палочки в 0,1 г, патогенных микроорганизмов в 10 г, St.aureus в 1,0 гр, E.coli в 1,0 г, Bac.cereus, дрожжей и плесеней не выделено. КМАФАнМ 1,0×10 КОЕ/г- норма 1×10.
2
2
4
Химический состав сухого ферментолизата пыльцы представлен в таблице 3 - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СУХОЙ ФРАКЦИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ. Ферментолиз позволяет получить дополнительно содержимое внутреннего зерна пыльцы - жировую фракцию - за счет повторного экстрагирования в парах CO и увеличить выход жировой фракции в пределах 10% к общей массе. Бактериологическим методом исследования бактерий группы кишечной палочки в 0,1 г, патогенных микроорганизмов в 10 г, St.aureus в 1,0 г, E.coli в 1,0 г, Bac.cereus, дрожжей и плесеней не выделено. КМАФАнМ 1,0×10 КОЕ/г - норма 1×10.
1
4
Химический состав внутренней жировой фракции пчелиной обножки представлен в таблице 4 - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВНУТРЕННЕЙ ЖИРОВОЙ ФРАКЦИИ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ. Бактериологическим методом исследования бактерий группы кишечной палочки в 0,1 г, патогенных микроорганизмов в 10 г, St.aureus в 1,0 г, E.coli в 1,0 г, Bac.cereus, дрожжей и плесеней не выделено. КМАФАнМ 5×10 КОЕ/г - норма 1×10.
2
Первичная CO-экстракция позволяет экстрагировать жир с поверхности пыльцевой обножки, в результате чего получают практически стерильную жировую фракцию, снижается также общая обсемененность пыльцевого шрота, чем создают оптимальные условия для проведения ферментативного гидролиза.
2
2
CO-экстракт является абсолютно натуральным и чистым продуктом, т.к. используемый в технологии углекислый газ легко улетучивается. Кроме того, CO-экстракт не содержит посторонних примесей, растворителя и воды.
2
2
CO-экстракт обладает расширенным спектром биологически активных веществ за счет повышения их концентрации при экстрагировании в парах СО. Определено увеличение процентного содержания витаминов А, D, витамина Е, полиненасыщенных жирных кислот, стеринов, каротиноидов, флавоноидов и др.
Применение предложенного способа переработки пчелиной обножки, в отличие от тех способов, в которых используют органические растворители, позволяет проводить экстракцию без повышения температуры, тем самым сохраняя биологически активные вещества не разрушенными и не измененными.
Таким образом, достигнут технический результат предложением способа переработки пчелиной обножки, который является безотходным, позволяет осуществлять получение из пчелиной обножки продуктов, фракций, характеризующихся микробиологической чистотой, высокой степенью биодоступности биологически активных веществ, длительными сроками сохранности в том состоянии, в котором продукты были получены, позволяет осуществлять получение жировой - как внутренней, так и наружной - водной и сухой фракций обножки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Предлагаемое изобретение относится к способам переработки пчелиной обножки и может найти применение как в пищевой промышленности - например, полученная при переработке водная фракция может быть использована при производстве различных напитков, а сухая фракция - в кондитерской и хлебобулочной промышленности. В косметической промышленности может быть использована как жировая фракция, так и водная фракция, полученные с помощью способа переработки пчелиной обножки, например, для создания питательных, массажных кремов, шампуней, тоников, лосьонов, в том числе не вызывающих аллергические реакции.
Изобретение может найти применение и в фармацевтической промышленности в качестве различных мазей, например, для лечения гнойных ран, ожогов, трофических язв, капсулы с жировой и сухой фракцией, полученные предложенным способом, могут быть использованы для лечения, в том числе ферментированную пыльцу, полученную предложенным способом переработкм пчелиной обножки, можно использовать, например, для профилактики рака прямой кишки, а также в качестве сорбента при отравлениях, водную фракцию, полученную предложенным способом, можно использовать в качестве иммуномодулятора.
Источники информации
1. Патент UA №97126447, МПК 6 A61K 35/64 (UA 25670A; Заявл. 30.12.97; Опубл. 30.10.98).
2. Dobson H.E. Survey of pollen and pollenkitt lipids - chemical eues to flower visitors? American Journal of Botany, 1988, 75, 170-182.
Таблица 1
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЖИРОВОЙ ФРАКЦИИ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ
Наименование определяемых показателей
Результат испытаний
Витамин Е мг/кг
180,6
Каротиноиды, мг/100 г
78,6
Бета-каротин, мг/100 г
70,2
Кислотное число, мг/КОН/г
15-30
Йодное число, г I<sub>2</sub>/100 г
70-80
Перекисное число, моль акт.кисл./кг
2-12
Фракционный состав жира, %
- фосфолипиды
1,05
- моноглицериды
1,30
- диглицериды
0,70
- стерины
3,14
- свободные жирные кислоты
13,56
- триглицериды
69,10
- эфиростерины
4,90
- воски
6,52
Таблица 2
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДНОЙ ФРАКЦИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ
Наименование определяемых показателей
Результат испытаний
Массовая доля сухих веществ, %
10,0-15,0
рН
3,6-4,2
Массовая доля азота общего, %
0,50-0,55
Массовая доля азота аминного, %
0,42-0,45
Массовая доля углеводов, %
4,9-5,5
Содержание флавоноидов в пересчете на рутин, мг/100 г
0,06-0,1
Содержание витаминов, мг/100 г
B<sub>1</sub>
0,18
B<sub>2</sub>
0,29
B<sub>5</sub>
4,6-5,85
C
12,8-13,6
Содержание микроэлементов, мг/100 г
Калий
230-500
Натрий
165-300
магний
50-95
Таблица 3
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СУХОЙ ФРАКЦИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОЙ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ
Наименование определяемых показателей
Результат испытаний
Массовая доля влаги, %
9-10
Массовая доля азота общего, %
4,0-4,5
Массовая доля азота аминного, %
1,65-2,70
Содержание флавоноидов в пересчете на рутин, мг/100 г
4120-5410
Нерастворимые пищевые волокна, %
40-45
Растворимые пищевые волокна, %
2,98-3,0
Растворимый белок, % от общего белка
53-55
Содержание витаминов, мг/100 г
E
552-79,0
D<sub>3</sub>
,5-0,6
B<sub>2</sub>
01,65-1,76
B<sub>5</sub>
6,0-6,1
Содержание липидов (жира), %
15,9-20,9
Фракционный состав липидов, % от суммарных липидов
- фосфолипиды
- моноглицериды
3,1
- стерины
0,9-1,7
- диглицериды
4,2-4,9
- свободные жирные кислоты
9,6-12,0
- триглицериды
14,6-15,8
- каротиноиды
51,5-54,2
- эфиры стеринов, воски
6,9-8,8
6,2-7,4
Переваримость, %:
- продукта в целом
97,6
- белка
98,2
Таблица 4
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВНУТРЕННЕЙ ЖИРОВОЙ ФРАКЦИИ ПЧЕЛИНОЙ ОБНОЖКИ
Наименование определяемых показателей
Результат испытаний
Массовая доля влаги и летучих веществ, %
2,6
Содержание флавоноидов в пересчете на рутин, %
3,58
Каротиноиды, мг/100 г
8,0-10,9
Содержание витаминов, мг/100 г
Е
20,0-70,2
Кислотное число, мг КОН/г
99-100
Йодное число, г I<sub>2</sub>/100 г
80-90
Перекисное число, моль кислорода/кг
4,0-10,0
Содержание липидов (жира),%
95-96
Содержание стеринов, %
28,0-29,0
Содержание магния, мг/кг
0,35
Содержание сквалена, мг/100 г
230-890
Фракционный состав липидов, % от суммарных липидов
- фосфолипиды
1,4-2,7
- моноглицериды
1,3-2,5
- стерины
20,0-22,1
- диглицериды
4,6-10,5
- свободные жирные кислоты
12,1-42,6
- триглицериды
42,6-44,1
- эфиры стеринов, воски
7,2