Способ получения биогеля из морских макрофитов
METHOD OF THE BIOGEL PRODUCING FROM MARINE MACROPHYTES

Изобретение относится к переработке морского растительного сырья, а именно бурой водоросли, с целью получения биогеля как пищевого продукта, а также в качестве основы для получения пищевых и косметических продуктов.
Известен способ получения гелеобразного продукта из бурых водорослей (патент РФ №2323600, A23L 1/30, A23L 1/0532, опубл. 10.05.2008).
Способ производства геля предусматривает разделку сырья, промывание, деминерализацию 0,5% раствором кислоты с рН 2,0 в течение 1-2 ч. Далее водоросли промывают, вымачивают при 20-35°С в течение 30-50 мин с 1-2-кратной сменой воды, дают воде стечь. Водоросли измельчают и варят при температуре 75-85°С в течение 6-10 часов, перемешивая, в процессе варки добавляют бикарбонат натрия до рН 7,0-8,0. Охлаждают до 35-45°С и гомогенизируют в течение 30 мин. Вводят раствор лимонной кислоты и раствор соли кальция, нагревают до 75°С и преобразуют в форму, пригодную для хранения.
Недостатком данного способа является его повышенная энергозатратность и получение продукта с пониженной вязкостью за счет воздействия на сырье высокой температуры (75-85°С) в течение длительного времени (6-10 ч).
Известен способ производства гомогенизированных бурых водорослей путем предварительной деструкции бурой водоросли ламинария с последующей ее экстракцией и добавлением компонентов, предусмотренных рецептурой (патент РФ №2248138, МПК A23L 1/337, A23L 1/0532, опубл. 20.03.2005). Данный способ заключается в том, что предварительно обработанные водоросли измельчают, высушивают в установке низковакуумного обезвоживания, обрабатывают кислым раствором с рН 1-3, после чего промывают пресной водой, далее осуществляют обработку водорослей щелочным раствором с рН 8-9 с последующей варкой их в этом растворе до получения водорослевой массы, которую гомогенизируют в варочном котле при температуре 60-70°С в течение 8 ч; затем нейтрализуют до рН 6-6,5 путем перемешивания водорослей с 0,5-2% кислым раствором в течение 1-3 ч, гелеобразный продукт пастеризуют, подвергают сушке в установке низковакуумного обезвоживания при температуре 65-75°С до получения сухого продукта с дальнейшим измельчением до порошкообразного состояния.
Недостатком данного способа является то, что кроме энергозатратных процессов варки в качестве сырья используют только водоросли после низковакуумной сушки, что еще больше удорожает технологический процесс получения конечного продукта.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения продукта «Ламифарэна», включающий подготовку водорослей, измельчение, обработку их в кислой среде, при этом обработку производят при рН 6, выдерживание в течение 5-6 часов, последующую промывку с 4-кратным настаиванием в пресной воде при температуре 20°С по 10-30 мин, стечку воды осуществляют в течение 30 мин. Далее водоросли обрабатывают глухим водяным паром при температуре воды 40-60°С в течение 16-24 часов с непрерывным перемешиванием. Полученную массу водорослей гомогенизируют до получения мелкодисперсной гелеобразной массы. Водорослевая масса имеет содержание свободного альгината от 14 до 21% (патент №2230464, МПК A23L 1/0532, A23L 1/337, С08В 37/04, опубл. 20.06.2004).
Недостатком данного способа является длительность процесса более 20 часов (нагревание более 15 часов и выдерживание в кислой среде 5-6 часов), что приводит к деструкции альгината натрия и изменению его вязкостных свойств, а в конечном результате к получению продукта с низким содержанием свободного альгината натрия.
Задачей изобретения является разработка способа получения биогеля из бурых водорослей с высоким содержанием свободного альгината натрия и повышенной вязкости, а также снижение энергозатрат за счет сокращения времени технического процесса.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения биогеля из бурых водорослей, включающем подготовку водорослей, измельчение, обработку их в кислой среде, промывку в пресной воде с настаиванием, гидролиз и гомогенизацию, фасовку, согласно изобретению, гидролиз проводят в течение 1 -2 часов с применением ультразвука в режиме кавитации одновременно с ультраизмельчением, при этом промытые водоросли помещают в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей водой 40-60°С при соотношении массы водоросли и воды 1:1, добавляют бикарбонат натрия до рН 7,0, гомогенизируют, затем конечный продукт фасуют. Обработку кислым раствором осуществляют при рН 5-6 в течение 1.0-1.5 ч, промывку водорослей от кислого раствора проводят пресной водой 1-2 раза с настаиванием 30 мин.
Новым в данном способе является то, что используется кавитационная обработка морского растительного сырья во время процесса химической переработки. Данный метод по своему влиянию на структуру тканей водорослей сходен с такими методами как гидротермическая, термомеханическая и некоторые другие химические предобработки, однако он имеет ряд преимуществ, а именно: метод позволяет значительно сократить продолжительность технологических процессов, количество химических реагентов, количество электроэнергии для поддержания высоких температур, необходимых при переработке растительного сырья.
В заявленном способе применение ультразвукового кавитационного воздействия позволяет значительно повысить эффективность таких процессов как измельчение и экстракция и снизить время обработки с 16-24 часов до 1-2 часов при температуре 40-60°С. Активированная, за счет кавитационных воздействий, вода легко связывается с полисахаридами водорослей, увеличивает их выход в раствор. В результате формируется устойчивая эмульсия. Полученный биогель из морских макрофитов имеет высокое содержание (не менее 50%) свободного альгината натрия.
Гидролиз, осуществляемый одновременно с ультраизмельчением, позволяет минимизировать воздействие на структуру полисахаридов водорослей и сохранять их вязкостные свойства.
К положительным сторонам обработки ультразвуком относится и бактерицидный эффект. Использование кавитационной обработки при измельчении водорослей улучшает свойства и снижает общее микробное число. При этом происходит полное уничтожение вегетативных форм дрожжей и плесени.
В таблице 1 представлены результаты определения микробиологических показателей в образцах, обработанных кавитационным методом. Как видно из таблицы, в полученных образцах рост микроорганизмов отсутствовал.
-2
-2
Кавитация в заявляемом способе способствует более быстрому протеканию гетерофазной реакции между полисахаридом (альгиновой кислотой) и солями бикарбоната натрия (содой) с получением водорастворимого альгината натрия, который составляет основу биогеля. Вследствие комбинирования эффекта кавитации с химическим, механическим воздействием на сырье для успешного протекания процесса требуется соотношение интенсивности ультразвука и гидростатического давления обрабатываемой среды не менее 0,1 Вт*м*кПа
Кроме того, в заявляемом способе до гомогенизации отсутствует процесс обработки водорослей при нагревании в течение длительного времени, что позволяет также сохранить натуральную структуру веществ водорослей и приводит к значительной экономии электроэнергии.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна», поскольку вся совокупность существенных признаков изобретения, содержащихся в независимом пункте формулы, не известна из уровня техники.
Заявляемое техническое решение, по мнению заявителя, соответствует критерию «изобретательский уровень», поскольку оно явным образом не следует из уровня техники, так как по результатам анализа технических решений того же назначения не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками для достижения технического результата указанного заявителем.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку может быть использовано в рыбной промышленности для производства нового пищевого продукта.
Способ осуществляется следующим образом.
Водоросль-сырец, мороженую или восстановленную (после замачивания сушеной водоросли в питьевой воде в течение 3-8 ч) измельчают и проводят кислотную обработку измельченных водорослей раствором пищевой кислоты до рН 5-6 в течение 1-1,5 ч при комнатной температуре. Затем водоросли промывают пресной водой 1-2 раза с настаиванием по 30 мин. Промытые водоросли подвергают гидролизу в течение 1-2 часов одновременно с ультраизмельчением с применением ультразвука в режиме кавитации, при этом водоросли помещают в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей (40-60°С) водой (V:V-1:1), добавляют бикарбонат натрия до рН 7. Полученную массу перемешивают, фасуют, укупоривают или сушат и упаковывают.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. 10 кг сырых водорослей из семейства ламинариевых (Laminariaceae) измельчают на шинковке или фарш-волчке и помещают в кислый раствор (1:1) при рН 5 на 1,0 ч. После кислотной обработки водоросль промывают 2 раза водой и гидролизуют, при этом помещают в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей водой 40°С (1:1), добавляют соду до рН 7,0 и обрабатывают в течение 1 ч. Полученную массу перемешивают, фасуют, укупоривают. В результате образуется 20 кг продукта с вязкостью 16 Па и содержанием альгината 50%.
Пример 2. 10 кг сырых водорослей из семейства алариевых (Alariaceae) измельчают на шинковке или фарш-волчке и помещают в кислый раствор (1:1) при рН 6 на 1,5 ч. После кислотной обработки водоросль промывают 1 раз водой и гидролизуют, при этом помещая в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей водой 50°С (1:1), добавляют соду до рН 7,0 и обрабатывают в течение 1 ч. Полученную массу перемешивают, фасуют, укупоривают. В результате образуется 20 кг продукта с вязкостью 18 Па и содержанием альгината 55%.
Пример 3. 10 кг сырых водорослей из семейства артротамнусовых (Arthrotamnaceae) измельчают на шинковке или фарш-волчке и помещают в кислый раствор (1:1) при рН 5 на 1,5 ч. После кислотной обработки водоросль промывают 2 раза водой и гидролизуют, при этом помещая в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей водой 60°С (1:1), добавляют соду до рН 7,0 и обрабатывают в течение 1 ч. Полученную массу перемешивают, высушивают, фасуют, упаковывают. В результате образуется 0,8 кг продукта с содержанием альгината 60% (с вязкостью 20 Па при добавлении воды к высушенному продукту).
Пример 4. 10 кг сырых водорослей из семейства лессониевых (Lessoniaceae) измельчают на шинковке или фарш-волчке и помещают в кислый раствор (1:1) при рН 6 на 1,5 ч. После кислотной обработки водоросль промывают 2 раза водой и гидролизуют, при этом помещая в емкость роторно-кавитационного экстрактора, заливают горячей водой 50°С (1:1), добавляют соду до рН 7,0 и обрабатывают в течение 2 ч. Полученную массу перемешивают, фасуют, укупоривают. В результате образуется 20 кг продукта с вязкостью 20 Па и содержанием альгината 60%.