Способ получения пищевого белкового продукта из жмыха кедрового ореха
METHOD FOR PRODUCTION OF PROTEINACEOUS FOOD PRODUCT FROM CEDAR NUT CAKE

Предлагаемое изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения белково-витаминного продукта типа «муки» из продукта переработки семян кедра.
Известен пищевой продукт - шрот кедрового ореха, который получают при извлечении кедрового масла экстрагированием гексаном или бензином при объемном соотношении орехов к растворителю 1:0,8-1:3 с последующей отгонкой растворителя (RU №2096443, МПК С11В 1/10, опубл. 20.11.1997).
Недостатком способа является необходимость тщательной отгонки растворителя при нагреве, остаточное содержание растворителя в продукте отрицательно сказывается на вкусовых качествах продукта и его пищевой безопасности.
Известен пищевой белковый продукт типа муки (RU 2057794, МПК С11В 1/06, A23L 1/10 опубл. 10.04.1996), полученный горячим прессованием полностью очищенного ядра кедрового ореха до остаточного содержания масла в жмыхе равного 12-18%, с содержанием протеина 39,6-44,3%, клетчатки 2,6-3,1%, масличностью 12-18% и кислотным числом 1,1-1,3%.
Недостатками известного способа являются трудоемкость, длительность и низкая эффективность процесса получения белкового продукта, а горячее прессование приводит к потере биологически активных веществ (витаминов, аминокислот и др.).
Известен также способ получения белкового продукта из шрота манчжурского ореха (RU №2431411 МПК A23J 1/14, опубл. 20.10.2011) путем экстракции масла спиртоэфирной смесью с последующей обработкой водным раствором соли. Отделенный от масла шрот ореха высушивают, охлаждают и обрабатывают ферментом, в качестве которого используют свиной пепсин, при соотношении субстрата и раствора фермента 1:2,25. Продолжительность обработки 30-40 мин при перемешивании и температуре 43-44°С, после чего осадок отделяют фильтрованием, высушивают под вакуумом при 40-50°С.
Недостатком указанного способа является низкая эффективность экстрагирования масла из шрота спиртоэфирной смесью, конечный продукт содержит значительное количество жира (8,1-8,5%), что ведет к снижению срока хранения готового продукта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения продукта «Протеины кедра» из жмыха кедрового ореха (RU 2329658, МПК A23J 1/14, опубл. 27.07.2008), включающий холодное прессование с последующей обработкой полученного жмыха кедрового ореха двуокисью углерода при температуре 15-25°С и давлении 55-60 атм. в течение 10-15 часов. Жмых дробят, сортируют на ситах, сушат до влажности 2,0-4,0 масс. %. Полученный продукт имеет следующий химический состав, масс. %: жиры 18-21; в том числе фосфолипиды 1,8-2,5; растительные белки 38,0-45,0, углеводы 18,0-25,0, вода 2,0-4,0, зола 5,7-6,2. Продукт из жмыха кедрового ореха имеет срок хранения более 1 года (15 месяцев).
Недостатками способа являются:
- сложность процесса экстрагирования масла из жмыха двуокисью углерода при повышенном давлении;
- длительность экстрагирования: 10-15 часов;
- низкая эффективность обезжиривания жмыха с помощью двуокиси углерода (содержание жира в конечном продукте 18,0-21,0%);
- конечный продукт содержит значительное количество жира, его белки не сбалансированы по незаменимым аминокислотам, беден по микроэлементному составу, что снижает его пищевые, диетические свойства и срок хранения из-за быстрого прогоркания остаточного жира.
Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение длительности технологического процесса, получение максимально обезжиренного белкового продукта из жмыха кедрового ореха с сохранением биологически активных веществ и органолептических свойств, увеличение срока хранения готового продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения пищевого белкового продукта из жмыха кедрового ореха, полученного после холодного прессования ядер кедрового ореха, предусматривающем измельчение жмыха, обработку его экстрагентом, фильтрацию, дробление, его сортировку на ситах, сушку, согласно изобретению измельченный жмых кедрового ореха обрабатывают спиртом этиловым в СВЧ-установке под вакуумом при вращении барабана 34-40 об/мин, мощности излучения СВЧ-генератора 500-750 Вт/кг, соотношении жмых:спирт этиловый 1:(1-1,2), температуре 38-40°С, остаточном давлении 150-170 мм. рт.ст. в течение 5-10 мин.
Кроме того, технический результат достигается тем, что остатки спирта из полученного белкового продукта отгоняют сушкой под вакуумом при температуре 30-40°С.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются новые условия проведения процесса экстракции и их режимы, а именно осуществление обезжиривания измельченного жмыха экстракцией спиртом этиловым под вакуумом при мощности СВЧ-излучения 500-750 Вт/кг, соотношении жмых:спирт этиловый 1:(1-1,2), температуре 38-40°С, остаточном давлении 150-170 мм. рт.ст. в течение 5-10 мин. Это позволяет значительно сократить продолжительность процесса экстракции (с 10-15 часов в прототипе до 5-10 минут). Значительное сокращение длительности температурного воздействия при СВЧ-экстракции этиловым спиртом позволяет уменьшить процессы денатурации белков кедрового ядра.
Экспериментальными исследованиями установлено, что под воздействием электромагнитного поля СВЧ значительно интенсифицируется процесс растворения липидов в спирте этиловом за счет наложения на концентрационную диффузию эффектов термодиффузии и бародиффузии. Применение этилового спирта для экстракции позволяет достичь наибольшего эффекта от использования осциллирующего СВЧ-энергоподвода, что достигается при совмещении спектра частот аномальной дисперсии связанного с каркасом твердого вещества растворителя и сдвигом (или частичным сдвигом) спектра частот аномальной дисперсии чистого растворителя относительно спектра частот ЭМП СВЧ.
Применение СВЧ-нагрева, обладающего стерилизующим эффектом, в процессе получения кедрового пищевого белкового продукта, позволяет избежать дополнительных операций по его стерилизации. В результате воздействия микроволн на жмых кедрового ореха значительно улучшаются его микробиологические показатели, что позволяет увеличить срок хранения готового продукта.
Таким образом, как видно из вышеизложенного, именно заявляемая совокупность существенных отличительных признаков изобретения, заключающаяся в новых условиях проведения процесса экстракции и их режимах способствовала достижению технического результата, выраженного в сокращении длительности технологического процесса, получении максимально обезжиренного белкового продукта из жмыха кедрового ореха с сохранением биологически активных веществ и органолептических свойств, увеличении срока хранения готового продукта.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенном в формуле изобретения.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Оптимальные режимы по обработке СВЧ-излучением жмыха кедрового и спирта этилового установлены в ходе экспериментальных исследований.
При уменьшении мощности излучения СВЧ генератора менее 500 Вт/кг и времени обработки менее 5 минут, при размерах частиц кедрового жмыха более 2 мм растительные жиры не полностью переходят в экстрагент, что снижает эффективность обезжиривания кедрового жмыха.
А увеличение мощности излучения СВЧ-генератора более 750 Вт/кг, времени обработки более 10 минут нецелесообразно, в связи с увеличением расхода электроэнергии на экстракцию и снижением качества белка, в связи с частичной его денатурацией.
Увеличение температуры более 40°С приводит к уменьшению биологически активных веществ кедрового сырья, что может отрицательно сказаться на качестве получаемого белкового продукта, а снижение температуры менее 38°С увеличивает продолжительность процесса, что экономически нецелесообразно, так как готовый продукт получается практически аналогичного качества, но с большими энергозатратами.
При остаточном давлении более 170 мм. рт.ст. идет значительная нагрузка на вакуумный насос, что при постоянном поддержании таких параметров может привести к выходу его из строя. Остаточное же давление менее 150 мм. рт.ст. влечет за собой увеличение температуры процесса более 40°С, что отрицательно сказывается на качественных показателях конечного продукта.
Вращение барабана со скоростью менее 34 об/мин ведет к неравномерной экстракции белкового продукта, а скорость более 40 об/мин нецелесообразна, так как указанные параметры требуют больших энергозатрат, а качественные характеристики продукта при этом не меняются.
Таким образом, оптимальные условия обезжиривания кедрового жмыха: мощность излучения СВЧ генератора 500-750 Вт/кг, соотношение жмых:спирт этиловый 1:(1-1,2), температура 38-40°С, остаточное давление 150-170 мм. рт.ст., продолжительность 5-10 мин., размер частиц кедрового жмыха 2 мм и менее.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Измельченный жмых кедрового ореха размером менее 2 мм, полученный в результате холодного прессования и этиловый спирт в весовом отношении 1:(1-1,2) перемешивают и обрабатывают в микроволновой установке под вакуумом при вращении барабана 34-40 об/мин, мощности излучения СВЧ-генератора 500-750 Вт/кг в течение 5-10 мин при температуре 38-40°С и остаточном давлении 150-170 мм. рт.ст. Твердый белковый остаток отделяют от мисцеллы фильтрацией, отгоняют остатки спирта сушкой под вакуумом при температуре 30-40°С, измельчают, сортируют на ситах, сушат.
Полученный предлагаемым способом кедровый белковый пищевой продукт типа «муки» представляет собой сыпучий порошок светло бежевого цвета с характерным вкусом и запахом кедрового ореха, имеет следующий химический состав, масс. %:
Аминокислотный состав полученного заявляемым способом пищевого белкового продукта приведен в таблице 2.
*Аминокислотный состав был определен на аминокислотном анализаторе LC 3000 фирмы «Eppendorf-Biotronik» (ФРГ) с использованием автоматической программы Weanpeak. Идентифицировано 18 аминокислот, из них 10 - незаменимые, что составляет 43,7% от суммы аминокислот.
2
6
3
5
Содержание макро- и микроэлементов в продукте из кедрового жмыха составило: макроэлементы, г/кг: К - 13,4; Na - 0,26; Р - 20,2; Mg - 2,63; Са - 0,08; микроэлементы, мг/кг: Zn - 115,6; Mn -111,2; Fe - 24,6; Cu - 24,4; Si - 11,1; Ni - 3,1; Cr - 0,64; Со - 0,07. Содержание водорастворимых витаминов, г/кг: В - 0,25; В - 0,05; В - 0,14; В - 0,020; С - 0,12. Полученные данные по содержанию макро- и микроэлементов и витаминов характеризуют кедровый жмых как уникальный природный источник минеральных веществ и витаминов группы В, играющих важную роль во многих биохимических процессах организма.
Срок хранения пищевого белкового продукта, полученного заявляемым способом, составляет 1,5-2 года при температуре +(2-4)°С (по прототипу - 15 месяцев).
Пищевой белковый продукт из жмыха кедрового ореха, полученный по предлагаемому способу, имеет низкое содержание жиров, высокое содержание протеинов, углеводов, витаминов. При этом значительно сокращается продолжительность технологического процесса, что позволяет максимально сохранить биологически активные вещества, органолептические свойства сырья и, благодаря микроволновому обеззараживанию и глубокому обезжириванию, увеличивается срок хранения готового продукта.
Способ характеризуется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1. 10 кг измельченного жмыха кедрового ореха, полученного после холодного прессования смешивают с 10 кг спирта этилового и помещают в экстракционную емкость СВЧ установки, устанавливают частоту вращения барабана 34 об/мин, мощность излучения СВЧ генератора 750 Вт/кг, и проводят процесс в течение 5 минут при температуре 38°С и остаточном давлении 170 мм. рт.ст. Затем смесь отфильтровывают, отделенный белковый шрот подвергают сушке под вакуумом при 35°С до полного удаления спирта, измельчают на валковой дробилке, разделяют на сите с диаметром частиц не более 1 мм.
Кедровая мука представляет собой мелкодисперсный порошок светло-серого цвета с тонким ореховым запахом и приятным сладковатым вкусом ядер кедровых орешков.
Пример 2. 10 кг измельченного жмыха кедрового ореха, полученного после холодного прессования смешивают с 11 кг спирта этилового и помещают в экстракционную емкость СВЧ установки, устанавливают частоту вращения барабана 40 об/мин, мощность излучения СВЧ генератора 600 Вт/кг, и проводят процесс в течение 8 минут при температуре 39°С и остаточном давлении 160 мм. рт.ст. Затем смесь отфильтровывают, отделенный белковый шрот подвергают сушке под вакуумом при 40°С до полного удаления спирта, измельчают на валковой дробилке, разделяют на сите с диаметром частиц не более 1 мм.
Кедровая мука представляет собой мелкодисперсный порошок светло-серого цвета с тонким ореховым запахом и приятным сладковатым вкусом ядер кедровых орешков.
Пример 3. 10 кг измельченного жмыха кедрового ореха, полученного после холодного прессования смешивают с 12 кг спирта этилового и помещают в экстракционную емкость СВЧ установки, устанавливают частоту вращения барабана 37 об/мин, мощность излучения СВЧ генератора 500 Вт/кг, и проводят процесс в течение 5 минут при температуре 40°С и остаточном давлении 150 мм. рт.ст. Затем смесь отфильтровывают, отделенный белковый шрот подвергают сушке под вакуумом при 30°С до полного удаления спирта, измельчают на валковой дробилке, разделяют на сите с диаметром частиц не более 1 мм.
Кедровая мука представляет собой мелкодисперсный порошок светло-серого цвета с тонким ореховым запахом и приятным сладковатым вкусом ядер кедровых орешков.