СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ДОБАВКИ К ПИЩЕ
METHOD FOR PRODUCTION OF BIOLOGICALLY ACTIVE FOOD ADDITIVE

Предлагаемое изобретение относится к пищевой промышленности и может быть в качестве добавки использовано в хлебопекарной, кондитерской, консервной, мясной, молочной отраслях пищевой промышленности, а также в производстве кормов.
Анализ современного рациона питания человека свидетельствует о недостаточном потреблении витаминов и минеральных веществ, в том числе селена, который снижает токсичность тяжелых металлов, способствует детоксикации организма, повышению иммунной и формированию антиоксидантной систем защиты. Недостаток селена способствует возникновению ряда заболеваний. Одной из причин дефицита селена является его недостаточное поступление в организм, если человек живет на территории биогеохимической провинции, где в продуктах питания, почве и питьевой воде определяется низкий уровень этого элемента.
Высокая биологическая значимость селена заключается в том, что он является эссенциальным микроэлементом, входит в состав таких ферментов как глутатионпероксидаза, формиатдегидрогеназа, пероксидаза и др. Спектр его действия в организме довольно широк. Он выполняет каталитическую, структурную и регуляторную функции, участвует в окислительно-восстановительных процессах, обмене жиров, белков и углеводов. Согласно данным эпидемиологических исследований более 80% населения России обеспечены селеном ниже оптимального уровня (Тутельян В.А. Селен в организме человека: метаболизм, антиоксидантные свойства, роль в канцерогенезе / Тутельян В.А. и др. - М.: Изд-во РАМН, 2002. - 224 с.).
В связи с этим целью работы явилось создание селенсодержащей биологически активной добавки (БАД) в виде порошка из пророщенных зерен пшеницы, который можно использовать в производстве функциональных пищевых продуктов.
Известен способ производства пшеничной муки, который предусматривает оценку качества пшеницы, тонкое дробление, просеивание и оценку качества готовой пшеничной муки (ГОСТ Р 52189-2003).
Однако такая мука содержит селена в количестве лишь 60-100 мкг/кг, что не позволяет полностью удовлетворить потребности человека в данном микроэлементе. А также в пшеничной муке из непророщенных зерен почти не содержится активизированных имеющихся ферментов и не происходит синтез новых: α- и β-амилазы, протеаз, гемицеллюлозы, предельной декстриназы, липаз и фосфотаз, которые повышают ее биологическую и пищевую ценность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ производства биологически активной добавки к пище, которая представляет собой порошок из шелушеного краснозерного риса, полученного путем дробления риса, тонкого измельчения его при пульсирующем градиенте давления 10-30 МПа и температуре 25-30°С (RU 2391869 С1, 20.06.2010, A23L 1/30).
Однако биологически активная добавка к пище, полученная по известному способу, не может удовлетворить потребности в селене человека, который проживает в зоне биогеохимической провинции. Кроме того, продукт обладает недостаточно высокой пищевой и биологической ценностью.
Известно, что в зерновых и кормовых культурах селен преобразуется, главным образом, в селен-метионин и встраивается в белки вместо метионина. Селен-метионин, не являющийся необходимым для роста растений, синтезируется вместе с метионином в количествах, зависящих от концентраций доступного селена.
Анализ известных способов обогащения продуктов питания биодоступным селеном выявил, что одним из перспективных является биотехнологический способ, заключающийся в проращивании пшеницы с использованием селенированной воды.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание биотехнологического способа селенирования пшеничного порошка - муки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обогащение БАД селеном, повышение пищевой и биологической ценности продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе производства биологически активной добавки к пище, предусматривающем дробление, тонкое измельчение зерна, согласно изобретению в качестве зерна используют зерна пшеницы, которые перед дроблением замачивают в растворе селенита натрия в течение 48-50 часов при температуре 18-22°С, проращивают при этой температуре в течение 6-7 суток, сушат в два этапа: на первом этапе при температуре 40-50°С в течение 8-12 ч, на втором этапе при температуре 75-85°С в течение 8-12 ч, затем отделяют ростки, при этом концентрация селенита натрия составляет 0,03-0,04%.
Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения являются новые условия обработки зерна, а именно замачивание зерна в растворе селенита натрия концентрацией 0,03-0,04% и последующее проращивание. Было установлено, что это обеспечивает в готовой БАД содержание селена в количестве 6,6-6,8 мг%, при этом 80% селена находится в виде биодоступного Se-метионина, который без потерь включается в пластические и энергетические процессы метаболизма белков в организме человека. Проращивание зерен пшеницы способствует накоплению гидролитических ферментов в свободном состоянии в количествах, необходимых для перевода нерастворимых веществ зерна в растворимые и достижения такой структуры зерна, при которой в благоприятных условиях значительно облегчилось бы действие ферментов на высокомолекулярные соединения зерна, способствующие накоплению низкомолекулярных соединений. Кроме того, наряду с активизацией уже имеющихся ферментов происходит синтез новых: образуются α- и β-амилазы, протеазы, гемицеллюлоза, предельная декстриназа, липаза и фосфотаза. Белки зерна под действием протеолитических ферментов разлагаются с образованием пептидов и аминокислот. Это способствует вовлечению микроэлемента селена в биосинтез новых белковых соединений, содержащих селен в биодоступной форме, а также формированию качественных показателей БАД с повышенными биологической и пищевой ценностями.
Нами предлагается технология обогащения зерна пшеницы селеном для производства биологически активных добавок, так как пшеница при проращивании превращает селен преимущественно в селенометионин.
Исследование процесса замачивания зерна, что способствует увеличению содержания влаги до оптимального для проращивания (38-40%), представлено на фиг.1. Из рисунка видно, что на процесс водопоглощения влияет температура замачивания. Оптимальной температурой замочной воды является 18-22°С, при которой достигается требуемое значение влагосодержания 38-40% за 48-50 часов. При температуре 10°С продолжительность процесса необходимо увеличить более чем на 20 часов, а при повышении температуры до 24°С процесс замачивания ускоряется почти вдвое, однако эффективность последующего проращивания уменьшается, т.к. усиливаются аэробные микробиологические процессы. Таким образом, режимы замачивания составляют: температура 18-22°С, продолжительность 48-50 часов.
Оптимальную концентрацию раствора селенита натрия для замачивания зерен пшеницы установили экспериментально, изучив основные показатели глубоких биохимических изменений, происходящих в прорастающем зерне, - активность амилолитических и протеолитических ферментов. Результаты исследований влияния концентрации селенита натрия на активность амилолитических и протеолитических ферментов представлены на фиг.2 и 3.
Анализ данных, представленных на фиг.2 и 3 показывает, что с увеличением концентрации раствора селенита натрия в замочной воде активность амилолитических и протеолитических ферментов повышается. Однако при концентрации раствора 0,05-0,06% и выше активность ферментов понижается, поэтому оптимальная концентрация селенита натрия при замачивании зерен пшеницы составила 0,03-0,04%.
Повышение активности изучаемых ферментных комплексов зерна пшеницы, кроме увеличения содержания влаги, вероятно, связано с участием селена в диффузии того небольшого запаса низкомолекулярных веществ через щиток к зародышу. Также не исключается возможность участия селена в гидратации веществ зерна, в результате которой создаются более благоприятные условия для процессов гидролиза высокомолекулярных соединений.
Следующий этап технологической цепочки изготовления селенированной БАД - процесс проращивания. При проращивании зерна происходят глубокие изменения морфолого-анатомического и биохимического характера. Эти изменения связаны с увлажнением зерна, активизацией ферментов и веществами, поступающими в него.
Результаты изучения влияния продолжительности проращивания пшеницы на ее эффективность представлены в табл.1.
Таблица 1
Влияние продолжительности проращивания зерна пшеницы на его амилолитическую и протеолитическую активность
Показатели
Продолжительность проращивания, сут
1
2
3
4
5
6
7
8
Амилолитическая активность, ед. W-K
140,9
164,2
200,1
280,5
288,1
312,1
365,4
365,8
Протеолитическая активность, %
0,403
1,024
1,028
1,032
1,044
1,050
1,054
1,055
Данные табл.1 показывают, что максимальная величина амилолитической активности 365 ед. W-K достигается на седьмые сутки. Дальнейшее увеличение продолжительности проращивания до 8 суток почти не изменяет показатель амилолитической активности. Изменение протеолитической активности в процессе проращивания зерна пшеницы (табл.1) показывает, что увеличение активности протеазного комплекса зерна, при котором достигается максимум исследуемого показателя 1,054%, наблюдается также на 7-е сутки и дальнейшее увеличение продолжительности проращивания незначительно повышает протеолитическую активность. Таким образом, оптимальным временем является - 6-7 суток.
Следующим этапом производства БАД на основе селенированного порошка является сушка, которую проводили в два этапа: сначала сушка при температуре 40-50°С в течение 8-12 ч, затем отсушка при температуре 75-85°С в течение 8-12 ч. Общая продолжительность сушки составила 16-24 ч.
Главным фактором, определяющим температурный режим сушки, является предотвращение клейстеризации крахмала, которая может произойти при температуре выше 50°С, т.к. в результате клейстеризации крахмала внутренняя часть зерна становится стекловидной, что затрудняет процесс получения порошка тонкого помола. Уменьшение температуры сушки на первом этапе ниже 40°С не позволяет получить требуемую влажность зерна 10-12%. Поэтому температура первого этапа сушки пророщенного зерна составляет 40-50°С. Также экспериментально установлено, что необходимая влажность достигается в результате сушки при температуре 40-50°С в течение 8-12 ч.
На следующем этапе температуру сушки повышают до 75-85°С, чтобы ускорить процесс. Повышение температуры выше 85°С приводит к необратимым денатурационным процессам белковой части зерна, которые ухудшают эффективность метаболизма Se-метионина в организм человека. Общая продолжительность отсушки составляет 8-12 ч, т.к. именно за этот период достигается необходимая влажность пророщенных зерен пшеницы 5%.
Таким образом, для эффективности процесса сушки предлагаются следующие ее параметры: сушка при температуре 40-50°С в течение 8-12 ч и дальнейшая отсушка при температуре до 75-85°С в течение 8-12 ч.
Известно, что повышение температуры способствует связыванию низкомолекулярных продуктов расщепления белков с сахарами в красящие и интенсивно ароматизирующие соединения - меланоидины, которые могут быть предшественниками веществ, вызывающих негативный привкус в продукте. Кроме того, селенсодержащие аминокислоты могут превратиться в диметилселенид через реакцию Майяра. Эти соединения, как правило, улетучиваются в процессе сушки.
Очевидно, что в процессе сушки могут иметь место потери селена. На фиг.4 представлена динамика изменения содержания селена и влаги в процессе сушки. Из фиг.4 видно, что в процессе испарения влаги имеют место потери селена. В период наибольшей интенсивности испарения влаги при повышении температуры от 20 до 40°С потери селена наблюдаются в меньшей степени. Однако в период повышения температуры от 60 до 85°С потери селена резко увеличиваются, и его содержание уменьшается, по сравнению с исходным значением, почти на 10%.
Постепенное повышение температуры сушки от 20 до 85°С является оптимальным для эффективной сушки и достижения содержания селена после сушки в проросших зернах пшеницы при влажности 5% - 6,6-6,8 мг%.
Исследование показателей качества БАД из проросших зерен пшеницы проводили в соответствии с требованиями, предъявляемыми к солоду.
Результаты исследований, представленные в таблице 2, показали, что селенированная БАД имеет высокие органолептические показатели, влажность составляет 5%, содержание селена - 6,6-6,8 мг%.
Таблица 2
Показатели качества БАД на основе селенированной муки
Показатели
Значения
Органолептические показатели:
- цвет
от светло-желтого до желтого
- запах
солодовый
- вкус
чистый приятный сладковатый
Тонкость помола, %
90,2±1
Содержание:
- крахмала, %
56,4±2
- сахаров, %
10,2±2
- селена, мкг/г СВ
67,3±1
Степень растворения, %
39,2±2
Влажность, %
5,1±1
Таким образом, заявляемый способ позволяет получить БАД с повышенными биологической и пищевой ценностями: содержание селена 6,6-6,8 мг%, причем селен находится в биодоступной для организма человека форме, а также проращивание зерен пшеницы способствует накоплению и активизации гидролитических ферментов, которые способствуют распаду белков зерна с образованием пептидов и аминокислот.
Именно заявляемая совокупность отличительных признаков изобретения: новые условия и режимы замачивания и проращивания зерен пшеницы, новые технологические приемы изготовления, выражающиеся в селенировании, - способствует переходу селена в биодоступную для организма человека форму и обеспечивает технический результат, указанный выше.
Способ производства биологически активной добавки к пище осуществляют следующим образом.
Для изготовления БАД зерна пшеницы, прошедшие оценку качества, замачивают в растворе селенита натрия концентрацией 0,03-0,04% в течение 48-50 ч при температуре 18-22°С. Далее проводят проращивание зерен пшеницы в течение 6-7 суток при этой температуре. Затем сушат в два этапа: первый этап - при температуре 40-50°С в течение 8-12 ч, второй этап - нагрев до 75-85°С, продолжительность сушки второго этапа - 8-12 ч. В процессе сушки проводят перемешивание в среднем через каждый час, а при отсушке (на втором этапе) - через каждые 0,5 ч. После сушки отделяют ростки на росткоотбивной машине. Затем проросшие зерна подвергают дроблению, тонкому измельчению и проводят оценку качества готовой БАД.
Пример 1. Для изготовления БАД зерна пшеницы, прошедшие оценку качества (ГОСТ 52554-2006), замачивают в растворе селенита натрия концентрацией 0,03% до содержания влаги 40% при температуре раствора 22°С в течение 50 ч.
Далее проводят проращивание зерен пшеницы также при температуре 22°С в течение 6 суток. Затем сушат при температуре 50°С до содержания влаги 12% в течение 8 ч, нагревают до 85°С, продолжительность сушки второго этапа - 12 ч. Общая продолжительность сушки составляет 20 ч. В процессе сушки проводят перемешивание в среднем через каждый час, а при отсушке (на втором этапе) - через каждые 0,5 ч. После сушки отделяют ростки на росткоотбивной машине. Затем проросшие зерна подвергают дроблению и тонкому измельчению.
Пример 2. Для изготовления БАД зерна пшеницы, прошедшие оценку качества (ГОСТ 52554-2006), замачивают в растворе селенита натрия концентрацией 0,04% до содержания влаги 38% при температуре раствора 18°С в течение48 ч.
Далее проводят проращивание зерен пшеницы при температуре 18°С в течение 7 суток. Затем сушат при температуре 48°С до содержания влаги 12% в течение 12 ч, нагревают до 75°С и при этой температуре выдерживают 8 ч. Общая продолжительность сушки составляет 20 ч. В процессе сушки проводят перемешивание в среднем через каждый час, а при отсушке (на втором этапе) - через каждые 0,5 ч. После сушки отделяют ростки на росткоотбивной машине. Затем проросшие зерна подвергают дроблению и тонкому измельчению.
Использование заявляемого способа по сравнению с прототипом позволит:
- применить новые технологические приемы, выражающиеся в селенировании;
- повысить пищевую и биологическую ценность БАД на основе селенированного порошка;
- получить БАД с содержанием биодоступного селена 6,6-6,8 мг%.
По предлагаемому изобретению выработана опытная партия БАД - драже из селенированного порошка, которая прошла клинические испытания, на что имеется протокол клинико-лабораторных испытаний. Данные показали, что БАД соответствует гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности «промышленная применимость».