СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЛИЗАТА ИЗ ШРОТОВ И ЖМЫХОВ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР
METHOD FOR OBTAINING HYDROLYSATE FROM OIL MEALS AND OILCAKES OF OIL CROPS

Изобретение относится к биотехнологии, приготовлению кормов и пищевой промышленности. Изобретение обеспечивает получение гидролизатов из шротов и жмыхов масличного сырья для использования в качестве субстрата для культивирования микроорганизмов, в качестве кормовой добавки или углеводно-белкового ингредиента для пищевой промышленности.
Известным является способ переработки соевого шрота в кормовой продукт с улучшенными свойствами, включающий экструдирование при температуре 80-150°С, охлаждение, измельчение, ферментирование с добавлением культур микроорганизмов и протеолитических ферментов в течение 6-48 часов с последующей сушкой и измельчением до размера 100-500 мкм (RU 2552084 С1, опубликован 10.06.2015). Недостатком данного способа является использование только одного исходного сырья - соевого шрота, что существенно ограничивает область применения данного способа и возможности переработки шротов и жмыхов других видов масличного сырья, таких как подсолнечник, рапс и другие. Следующими недостатками данного способа являются длительность осуществления способа, использование большого количества оборудования и неэффективное использование энергоресурсов, являющееся следствием нерациональной последовательности операций, составляющих способ реализации изобретения. После экструдирования соевый шрот подвергается охлаждению, что требует времени и дополнительных производственных площадей. Процесс охлаждения сопровождается испарением избыточной влаги и формированием твердой структуры, затрудняющей его растворение для обработки ферментными препаратами и требующей дополнительной операции измельчения для подготовки к процессу биоконверсии. Кроме того, охлаждение экструдата после экструзии означает потерю тепловой энергии, которую можно использовать для поддержания температуры биоконверсии, осуществляющуюся при 35-60°С.
Известен ряд изобретений с применением экструзии для получения гидролизата из крахмалсодержащего сырья, в которых процесс гидролиза начинается в гидролитической камере, герметично прикрепленной к варочной камере экструдера, с последующей подачей гидролизуемой среды в приемную емкость для завершения процесса биоконверсии (RU 2264473 С1, опубликован 20.11.2005; RU 2382082 С1, опубликован 20.02.2010). При этом ввод разжижающего ферментного препарата для гидролиза осуществляется в зоне выхода экструдата из экструдера. Недостатком указанных изобретений является специфичность используемого сырья - крахмалсодержащего.
Применение известных изобретений для получения гидролизатов шрота или жмыха масличных культур ограниченно основным недостатком изобретений - вводом ферментных препаратов непосредственно в зону выхода экструдата из варочной камеры экструдера, что при заявленной температуре экструзии 150-200°С вызовет инактивацию термолабильных ферментов протеазы, целлюлазы, альфа-галактозидазы в отличие от термостабильных амилолитических ферментов, используемых для гидролиза крахмалсодержащего сырья.
Технический результат изобретения заключается в интенсификации процесса гидролиза шротов и жмыхов масличных культур непосредственно после экструдирования в гидролитической камере при использовании термолабильных ферментных препаратов и упрощении машинно-аппаратурного оформления процесса.
Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения гидролизата шрота или жмыха масличных культур, предусматривающем экструдирование сырья при влажности 10-30% и температуре 90-180°С, последующая водно-ферментативная обработка экструдата осуществляется раствором гидролитических ферментных препаратов протеолитического, и/или целлюлолитического, и/или альфа-галактозидазного действия в гидролитической камере, герметично соединенной с варочной камерой экструдера. При этом ввод воды и раствора термолабильных ферментных препаратов осуществляется раздельно. В зону выхода экструдата из варочной камеры экструдера подается вода, составляющая не менее 50% воды, требуемой для получения гидролизата. Остальная часть воды в растворе с ферментным препаратом подается в гидролитическую камеру на расстоянии, равном от 1 до 5 диаметров гидролитической камеры, отсчитывая от зоны выхода экструдата из варочной камеры экструдера. Таким образом, вода, подаваемая непосредственно в зону выхода экструдата из варочной камеры, его охлаждает, а вода в растворе с ферментным препаратом формирует субстрат требуемой концентрации и обеспечивает начало процесса гидролиза. При этом тепловая энергия экструдата, выходящего из варочной камеры, используется для подогрева подаваемой технологической воды, обеспечивая, таким образом, сохранение тепловой энергии и повышение энергетической эффективности процесса.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид экструдера с присоединенной гидролитической камерой, а фиг. 2 отображает зону выхода экструдата из варочной камеры с патрубками ввода воды и раствора ферментов.
Способ осуществляется следующим образом.
Шрот или жмых масличных культур измельчают в измельчителе 1 и дозатором 2 подают в варочную камеру экструдера 3. Перемещаемый шнековыми органами 4 материал доувлажняется водой до влажности 10-30%, подвергается экструзионной обработке при температуре 90-180°С и затем подается в гидролитическую камеру 5, оснащенную патрубком для дозирования воды 6 и патрубком для введения раствора ферментных препаратов 7, размещенном на расстоянии L, равном от 1 до 5 диаметров D гидролитической камеры, отсчитывая от зоны выхода экструдата из варочной камеры. Подаваемая через патрубок 6 технологическая вода в количестве не менее 50% требуемого для получения гидролизата охлаждает и частично растворяет экструдируемую массу. Далее в частично охлажденную массу через патрубок 7 подается раствор ферментных препаратов для формирования субстрата требуемой концентрации сухих веществ и начала процесса гидролиза. Из гидролитической камеры гидролизуемая масса отводится в приемную емкость 8 для завершения процесса гидролиза. Суммарное количество воды, подаваемое в гидролитическую камеру через патрубки 6 и 7, рассчитывается с учетом конечной концентрации сухих веществ гидролизата, которое не должно превышать 40%. Более высокие концентрации вследствие значительной вязкости среды могут вызвать образование потерю текучести массы или заторов гидролитической камеры. Специфичность используемых ферментных препаратов подбирается исходя из перерабатываемого сырья и необходимости гидролиза определенных биополимеров, входящих в его состав. Изобретение предполагает возможность использования отдельно или в комплексе ферментов протеолитического, целлюлолитического и альфа-галактозидазного действия.
Пример 1
Шрот подсолнечника влажностью 8% измельчают и подают в варочный экструдер, где он доувлажняется до влажности 20% и экструдируется при температуре 160°С. Из варочной камеры экструдат подается в гидролитическую камеру. В зону выхода экструдата из варочной камеры подается вода температурой 30°С, а через патрубок для ввода ферментов, отстоящий от зоны выхода экструдата на расстоянии 3-х диаметров гидролитической камеры, - раствор ферментных препаратов протеазы и целлюлазы также температурой 30°С. Дозировка ферментных препаратов при этом составляет 1,5 ед. общей протеолитической активности на 1 г субстрата, целлюлазы - 2 мг белка ферментного препарата на 1 г субстрата. Массовое соотношение сырья и подаваемых через разные патрубки воды и раствора ферментов составляет 1:2:1,5. Далее гидролизуемая масса концентрацией 20% сухих веществ поступает в приемную емкость, где выдерживается в течение 3 часов при температуре 40°С. В результате водно-ферментативной обработки концентрация растворимого белка в гидролизате увеличилась с 55 до 200 мг/г субстрата, а концентрация восстанавливающих сахаров с 4,5 до 12 мг/ г субстрата.
Пример 2
Жмых сои влажностью 10% измельчают и подают в варочный экструдер, где он доувлажняется до влажности 24% и экструдируется при температуре 100°С. Из варочной камеры экструдат подается в гидролитическую камеру. В зону выхода экструдата из варочной камеры подается вода температурой 35°С, а через патрубок для ввода ферментов, находящийся на расстоянии 2-х диаметров гидролитической камеры от зоны выхода экструдата, - раствор ферментных препаратов протеазы и альфа-галактозидазы также температурой 35°С. Дозировка ферментных препаратов при этом составляет 1 ед. общей протеолитческой активности на 1 г субстрата, альфа-галактозадазы - 20 ед. на 1 г субстрата. Массовое соотношение сырья и подаваемых через разные патрубки воды и раствора ферментов составляет 1:1,4:1. Далее гидролизуемая масса концентрацией 25% сухих веществ поступает в приемную емкость, где выдерживается в течение 5 часов при температуре 40°С. В результате водно-ферментативной обработки концентрация растворимого белка в гидролизате увеличилась с 55 до 220 мг/г субстрата, а аллергенные галактоолигосахариды стахиоза и раффиноза полностью прогидролизованы до моно- и дисахаров.