СПОСОБ ИНАКТИВАЦИИ АНТИПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ БОБОВ СОИ
INACTIVATION METHOD OF SOYABEAN ANTINUTRITIVE SUBSTANCES

Заявленное изобретение относится к технологии обработки зерна сои, которое может использоваться в кондитерской, мясомолочной и хлебопекарной промышленности в качестве высокобелковых ингредиентов и самостоятельных продуктов, а также при производстве высокоэффективных комбикормов.
В настоящее время возникает необходимость применения в пищевой и в комбикормовой промышленности полножирной сои, содержащей значительное количество полноценного белка и масла, с большим количеством полиненасыщенных жирных кислот, и не содержащей антипитательных веществ.
Известен способ обработки зерновых продуктов электрофизическими методами (Патент РФ RU 2085088, A23L 1/18, опубл. 27.07.1997), включающий в себя два этапа обработки. На первом этапе продукт в течение 30÷90 с нагревают тепловой энергией, например энергией ИК-излучения, до температуры 95÷105°С без существенного изменения его влагосодержания. На втором этапе продолжительностью 20÷60 с температуру продукта доводят до 120÷180°С с помощью электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кгс.
Высокая конечная температура обработки - 180°С, предусмотренная в данном способе, ведет к денатурации белка, окислению нативного масла, ухудшению потребительских свойств сои.
Известен способ инактивации антипитательных веществ и повышения питательной ценности соевых бобов (Патент РФ RU 2303369, A23L 1/211, опубл. 27.07.2007). Сущность этого способа инактивации антипитательных веществ и повышения питательной ценности соевых бобов состоит в обработке зерна тепловой энергией на первом этапе и энергией СВЧ на втором. На первом этапе цельные бобы с собственной влажностью нагревают горячим сухим воздухом с температурой 180÷200°С до температуры 95÷100°С, на втором этапе обеспечивают градиент роста температуры 10÷15°С в секунду воздействием в течение 1÷2 с СВЧ-полем с удельной мощностью не менее 35 кВт/кг при напряженности электрической составляющей электромагнитного поля не менее 200 В/см с последующей выдержкой в течение 20÷30 с в спадающем по уровню СВЧ- поле без изменения температуры.
Известные способы предполагают циклическую обработку продукта, являются трудоемкими, приводят к окислению масла, требуют специального оборудования для обработки в спадающем СВЧ электромагнитном поле.
Известен способ обработки необезжиренных бобов сои (Патент  РФ 2038797, А23К 1/00, A01F 25/00, A23N 12/00, опубл. 09.07.1995), позволяющий повысить питательную ценность сои и снизить содержание антипитательных веществ до безопасного уровня. Сущность данного изобретения заключается в том, что бобы предварительно замачивают в воде в течение не менее 3 ч. Поверхностную влагу удаляют пропусканием через массу потока воздуха и СВЧ-обработкой при температуре массы бобов 90°С до остаточной влажности 7% с последующим охлаждением бобов до температуры окружающей среды.
Замачивание бобов в воде и последующая длительная обработка их горячим воздухом, затем такая же длительная термическая обработка в поле СВЧ-токов ведет к денатурации белка, окислению нативного масла, ухудшению органолептических и потребительских свойств сои.
Известные способы позволяют снизить активность ингибиторов трипсина до приемлемых величин, а показатель рН уреазы до нулевого значения, но не обеспечивают получения высококачественного продукта из-за остаточного бобового привкуса или привкуса щелочи или мыла, кроме того, происходит денатурация или деструкция белка и полиненасыщенных жирных кислот, что ухудшает их усвояемость и снижает их количество.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ инактивации антипитательных веществ соевых бобов (Патент РФ 2057464, A23L 1/211, опубл. 10.04.1996), который предусматривает промывку цельных соевых бобов водой, замачивание их в щелочном растворе со значением рН 8,3÷8,5 до степени набухания 0,3÷0,35 и термическую обработку в поле токов СВЧ при градиенте температуры 7÷9°С в 1 мин до влажности соевых бобов 8÷12%.
Однако этот способ имеет следующие недостатки:
- во-первых, проводится замачивание в большом объеме щелочного раствора с рН 8,3÷8,5 (до степени набухания 0,3÷0,35), который способствует усилению бобового запаха и привкуса мыла, омылению свободных жирных кислот и гидролизу нейтральных липидов, активизации липооксидазы, катализирующей окисление полиненасыщенных жирных кислот и развитию микрофлоры;
- во-вторых, проводится длительная термическая обработка в поле токов СВЧ с целью снижения влажности соевых бобов до 8÷12%, что способствует интенсивной деструкции белков, снижению содержания незаменимых аминокислот, водо- и щелочерастворимых белков, окислению полиненасыщенных жирных кислот (возрастает перекисное и анизидиновое числа, содержание диеновых и триеновых сопряженных связей), разрушается значительная часть токоферолов и каратиноидов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества соевых продуктов и их пищевой и кормовой ценности.
Эта задача решается путем инактивации антипитательных веществ ферментов - липазы, липооксидазы, уреазы, ингибиторов протеаз - трипсина и химотрипсина в кислой среде при воздействии токов сверхвысокой частоты и последующей термопластической экструзии.
Техническая задача достигается тем, что в известном способе инактивации антипитательных веществ соевых бобов (Патент РФ 2057464), включающем промывку цельных соевых бобов водой, предварительное их замачивание в щелочном растворе с рН 8,3÷8,5 и термическую обработку в поле токов СВЧ при градиенте температуры 7÷9°С в 1 мин до влажности соевых бобов 8÷12%, замачивание соевых бобов проводится раствором пищевой кислоты с рН 5,2÷5,4, взятым в количестве 2,0÷2,5% от массы бобов, без их предварительной промывки, а последующую термическую обработку проводят токами сверхвысокой частоты 2820-2850 МГц с удельной мощностью 18÷20 кВт/кг в течение 5÷10 с через 3 ч после обработки кислым раствором и затем бобы подвергают экструдированию при температуре 105÷110°С.
Данный способ позволит повысить качество и пищевую ценность соевого продукта.
Предлагаемый способ инактивации антипитательных веществ и повышения питательной ценности соевых бобов заключается в следующем.
На обработку поступает соя собственной влажности. На первом этапе проводится обработка раствором пищевой кислоты, который в отличие от щелочного раствора активно гидратирует белки с невысокой молекулярной массой, имеющие ферментную природу, т.е. липазу, липооксидазу, уреазу, ингибитор Куница и ингибитор Баумена-Бирка. Нами установлено, что запасные белки в кислом растворе гидратируются в значительно меньшей степени. Гидратация повышает диэлектрическую проницаемость белков. Чем выше степень гидратации, тем выше диэлектрическая проницаемость молекул белка. Действие токов сверхвысокой частоты прямо пропорционально диэлектрической проницаемости вещества (В.М.Кононов, А.Ф.Носовец. Теория микронизации зерновых воздействием СВЧ-энергии. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия: Общие вопросы радиоэлектроники. Вып.1. Москва-Таганрог, 2003, стр.146). В связи с этим энергия токов сверхвысокой частоты поглощается в первую очередь гидратированными белками ферментной природы. Токи сверхвысокой частоты приводят к изменению третичной и вторичной структуры белков, т.е. их инактивации.
Изучение поглощения энергии токов сверхвысокой частоты бобами сои, обработанными кислыми водными растворами и выдержанными после этого в течение 3-х ч, позволило установить, что максимально интенсивная инактивация антипитательных веществ наблюдается при частоте электромагнитного поля 2820÷2850 МГц. При частоте СВЧ-тока в интервале 2820÷2850 МГц и его удельной мощности 18÷20 кВт/кг инактивация антипитательных веществ соевых бобов происходит за 5÷10 с обработки. При этом запасной белок, масло и витаминный комплекс сохраняются практически в нативном состоянии.
Экспериментально установлено, что количество раствора пищевой кислоты должно составлять 2,0÷2,5% от массы бобов. Этого количества достаточно для гидратации белков ферментной природы. Для приготовления кислотного раствора с рН 5,2÷5,4 используется лимонная, молочная, уксусная, яблочная, янтарная и др. кислоты, используемые в пищевых целях.
Установленные диапазоны режимных параметров предлагаемого способа являются оптимальными для инактивации антипитательных веществ и повышения питательной ценности соевых бобов.
Снижение частоты СВЧ-тока от 2820 МГц вызывает необходимость увеличивать продолжительность обработки, что приводит к деструкции не только антипитательных веществ, но и запасных белков.
Увеличение частоты СВЧ-тока более 2850 МГц способствует интенсификации разрушения токоферолов и каратиноидов, полимеризации ненасыщенных жирных кислот.
Удельная мощность СВЧ-тока может быть меньше 18 кВт/кг, однако в этом случае необходимо увеличить время обработки СВЧ-током, что приводит к нагреву бобов и деструкции запасных белков.
Повышение удельной мощности более 20 кВт/кг приводит к нагреву бобов сои выше 110°С даже за 5 с обработки. Вследствие перегрева в СВЧ-поле в аминокислотном балансе бобов снижается содержание дефицитных аминокислот - метионина, изолейцина и триптофана.
Последующая экструзия соевых бобов способствует закреплению эффекта инактивации антипитательных веществ, достигнутого в процессе обработки токами СВЧ, улучшает органолептические свойства продукта и повышает содержание водо- и щелочерастворимых белков и углеводов. Экструдирование проводится в интервале температур 105-110°С, которые являются оптимальными для этой стадии обработки. Увеличение температуры более 110°С приведет к деструкции запасных белков и окислению масла, а снижение температуры от 105°С не позволяет достигнуть удовлетворительной органолептики и сохраняется опасность повышенного содержания уреазы в готовом продукте.
Эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом показана на примерах обработки нескольких партий соевых бобов.
2
Пример 1. Проводили обработку партии соевых бобов с исходной влажностью 11,6% и масличностью 18,9% по известному и предлагаемому способам. При обработке по предлагаемому способу соевые бобы увлажняли водным раствором лимонной кислоты с рН 5,2, взятым в количестве 2,0% от массы бобов, увлажненную сою выдерживали три часа и затем обрабатывали в СВЧ-установке с мощностью 20 кВт и частотой тока 2820 МГц в течение 6 с. Соевые бобы после обработки в СВЧ- камере сразу экструдировали на лабораторной установке при температуре 108°С и давлении на выходе из экструдера 40 кг/см.
В таблице 1 приведены данные химического анализа исходных бобов сои и продуктов, полученных по известному и предлагаемому способам. В таблице 2 приведены данные аминокислотного состава белка, выделенного из исходных бобов и полученных продуктов. В таблице 3 приведены данные химического анализа масла, выделенного из исходных бобов и из продуктов методом исчерпывающей экстракции.
Таблица 1
Химические показатели соевых бобов и продуктов
Показатели
Исходные бобы
Продукты, полученные по способу
известному
Предлагаемому
Массовая доля влаги и летучих веществ, %
11,6
8,5
10,2
Масличность, %
18,9
18,1
18,7
Содержание сырого протеина, %, в т.ч. водо- и щелочерастворимого
38,1
37,4
38,0
32,6
31,6
32,9
Активность уреазы, ΔрН
2,6
0,11
0,08
Содержание ингибиторов трипсина, мг/г
34,6
7,1
4,4
Массовая доля водорастворимых углеводов, %,
8,6
7,3
8,2
Таблица 2
Содержание незаменимых аминокислот в белке, % (в сух. вещ.)
Наименование аминокислоты
Исходных бобов
Продуктов, полученных по способу
известному
Предлагаемому
Лизин
5,9
6,1
6,0
Треонин
4,2
4,0
4,1
Лейцин
6,8
7,0
6,9
Изолейцин
4,8
4,4
4,7
Метионин
2,1
1,6
2,0
Триптофан
1,6
1,5
1,7
Валин
4,7
4,4
4,6
Фенилаланин
4,3
4,0
4,2
Таблица 3
Химические показатели масла
Показатели
Исходных бобов
Продуктов, полученных по способу
известному
Предлагаемому
Кислотное число, мг КОН
1,5
1,9
1,6
Перекисное число, <sup>1</sup>/<sub>2</sub> O<sub>2</sub> ммоль/кг
2,3
4,6
2,9
Анизидиновое число, у.е.
2,1
4,5
2,8
Содержание диеновых сопряженных связей, %
0,37
0,46
0,39
Содержание триеновых сопряженных связей, %
0,11
0,15
0,12
Содержание токоферолов, мг/100 г
145
121
137
2
Пример 2. Проводили обработку партии соевых бобов с исходной влажностью 12,8% и масличностью 22,9% по известному и предлагаемому способам. При обработке по предлагаемому способу соевые бобы увлажняли водным раствором молочной кислоты с рН 5,4, взятым в количестве 2,5% от массы бобов, увлажненную сою выдерживали три часа и затем обрабатывали в СВЧ-установке с мощностью 20 кВт и частотой тока 2820 МГц в течение 10 с. Соевые бобы после обработки в СВЧ-камере сразу экструдировали на лабораторной установке при температуре 110°С и давлении на выходе из экструдера 45 кг/см.
В таблице 4 приведены данные химического анализа исходных бобов сои и продуктов, полученных по известному и предлагаемому способам. В таблице 5 приведены данные аминокислотного состава белка, выделенного из исходных бобов и полученных продуктов. В таблице 6 приведены данные химического анализа масла, выделенного из исходных бобов и продуктов.
Таблица 4
Химические показатели соевых бобов и продуктов
Показатели
Исходные бобы
Продукты, полученные по способу
известному
Предлагаемому
Массовая доля влаги и летучих веществ, %
12,8
11,8
12,0
Масличность, %
22,9
21,3
-
Содержание сырого протеина, %, в т.ч. водо- и щелочерастворимого
36,9
35,8
36,6
32,5
31,1
33,1
Активность уреазы, ΔрН
2,3
0,14
0,09
Содержание ингибиторов трипсина, мг/г
29,0
8,4
6,2
Массовая доля водорастворимых углеводов, %,
7,6
6,1
7,4
Таблица 5.
Содержание незаменимых аминокислот в белке, % (в сух. вещ.)
Наименование аминокислоты
Исходных бобов
Продуктов, полученных по способу
известному
предлагаемому
6,1
6,5
6,0
Лизин
3,9
3,4
4,0
Треонин
6,4
6,5
6,2
Лейцин
4,9
4,7
5,0
Изолейцин
1,9
1,2
1,8
Метионин
1,8
1,7
1,9
Триптофан
4,5
4,1
4,6
Валин
4,8
4,2
4,7
Фенилаланин
Таблица 6
Химические показатели масла
Показатели
Исходных бобов
Продуктов, полученных по способу
известному
предлагаемому
Кислотное число, мг КОН
2,2
2,8
2,3
Перекисное число, 1/2 О<sub>2</sub> ммоль/кг
3,1
5,7
3,9
Анизидиновое число, у.е.
3,4
5,1
4,2
Содержание диеновых сопряженных связей, %
0,28
0,39
0,31
Содержание триеновых сопряженных связей, %
0,09
0,17
0,11
Содержание токоферолов, мг/100 г
138
115
121
Как видно из представленных данных, осуществление заявляемого способа позволяет получить соевые продукты с лучшими потребительскими показателями. Эти продукты практически не содержат антипитательных веществ, а белок и масло - составные компоненты продуктов находятся практически в нативном состоянии.