СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА ИЗ ШРОТА МАНЬЧЖУРСКОГО ОРЕХА
METHOD FOR PRODUCTION OF PROTEIN PRODUCT OF MANCHURIAN WALNUT CAKE

Изобретение относится к получению белкового продукта из выделяемою при переработке маньчжурского ореха шрота, который может быть использован в пищевой промышленности при производстве майонезов, соусов, хлебобулочных, кондитерских и мясных продуктов.
1
2
Известно о высокой пищевой, в том числе биологической, ценности маньчжурского ореха, который по органолептическим показателям и химическому составу не уступает более распространенному грецкому ореху. По масличности ядра в пересчете на сухое вещество (60-63%) орех маньчжурский сходен с кедровым (53-66%) и незначительно уступает лещине (60-73%) и грецкому (51-77%). Белковых (26,5-28,7%) и зольных веществ (до 3,3%) в ядре исследуемого ореха больше, чем в грецком. Биологически активные компоненты маньчжурского ореха представлены витаминами А, B, В, РР, С, Е и F (в 100 г ядра содержится более 30 мг каротиноидов, свыше 70 мг токоферолов, что почти вдвое больше, чем в грецком (31-46 мг)), фосфолипидами, фитостеринами и широким спектром минеральных веществ.
Введение в рецептуру пищевых продуктов орехового масла и шрота позволит обогатить их белками, эссенциальными жирными кислотами, витаминами, фосфолипидами, минеральными элементами и другими биологически активными веществами.
Общеизвестно получение жмыха (шрота) при комплексной переработке орехов, включающее дробление костянки ореха для извлечения ядра, последующее извлечение жира из ядра и отделение жмыха (шрота), который используется для приготовления ореховой муки, применяемой в пищевой промышленности.
Известны способы получения белка из кормовой муки из жмыха семян масличных культур, например, по патенту РФ №2361415 путем экстрагирования жира из кормовой муки, получаемой из жмыха семян канолы, с последующим извлечением белка из муки с помощью водного раствора соли и увеличением концентрации белка. Недостатком этого способа является наличие в водном экстракте кормовой муки из жмыха семян канолы глюкозинолатов, проявляющих токсичные свойства (угнетение роста животных, кровоизлияния во внутренних органах, повышенная смертность у птиц) (по данным ВЭЖХ-граммы, пример 2); отсутствие стадии по дальнейшей обработке полученного нативного белкового продукта, повышающей его усвояемость в организме.
Известны способы получения белка из кормовой муки из жмыха семян бобовых с использованием ферментов, которые ускоряют процесс экстракции масла и белка. Например, способ по патенту РФ №2335917, который осуществляют с помощью комплексного ферментного препарата, получаемого культивированием бактерий Bacillus subtilis и грибов Penicillium emersonii (0,01-0,015% к массе сырья), или энзимной композиции, состоящей из нейтральной протеазы Bacillus subtilis (0,01-0,03%), целлюлазы Trichoderma reesei (0,01-0,05%) и комплексного ферментного препарата, получаемого культивированием бактерий Bacillus subtilis и грибов Penicillium emersonii (0,01-0,015%). Недостатками данного способа являются:
- длительный гидролиз растительного сырья (в течение 3-4 ч при температуре 50-70°С), который может приводить к денатурации белков и порче жира;
- извлечение масла после стадии гидролиза, а не до него, что провоцирует гидролитический распад жиров;
- отсутствие стадии термической обработки белкового продукта (при температуре 120°С), необходимой для удаления пектинов и ингибиторов протеолитических ферментов высших животных, содержащихся в семенах бобовых, на которые распространяется патент. Сушка в силу своей кратковременности не обеспечивает разрушение антипитательных веществ;
- стадия термической инактивации ферментов (при температуре 80°С), предшествующая отделению масла, ускоряет химические и биохимические процессы его гидролитической и окислительной порчи и приводит к общему снижению качества и сохраняемости готового продукта;
- многоступенчатость и специальные условия процесса с использованием большого количества технологических растворов и дорогостоящих ферментов, что требует их утилизации и повышает стоимость конечного продукта;
- отсутствие стадии по дальнейшей обработке полученного нативного белкового продукта, повышающей его усвояемость в организме.
В качестве прототипа заявителем выбран способ получения продукта «Протеины кедра» из жмыха кедрового ореха по патенту РФ №2329658, A23J 1/14. Прототип выбран по наиболее близкому технологическому процессу, связанному с использованием орехов в качестве сырья. Технология получения продукта направлена на наиболее полное извлечение масла из ядра и предусматривает подсушивание ореха, затем очистку от сорных примесей, калибровку ореха по размерам на фракции, обрушивание ореха, отделение ядра от шелухи и его холодное прессование на стандартном оборудовании с последующим измельчением жмыха. Жмых кедрового ореха, полученный после холодного механического отжима кедрового масла, дополнительно обрабатывают жидкой углекислотой при температуре 15-25°С и давлении 55-60 атм в течение 10-15 ч. Далее производят дробление шрота в дробилке, сортировку помола на ситовых устройствах, сушку кедровой муки до остаточной влажности 2,0-4,0% и ее затаривание в пакеты.
В результате такой обработки образуется продукт «Протеины кедра», не содержащий токсических примесей. Пищевые вещества кедрового ореха в таком продукте сохраняются более 1 года в неизмененной форме и обладают высокой биодоступностью.
Недостатками данного способа являются:
- сложность процесса экстрагирования масла из жмыха с помощью двуокиси углерода при повышенном давлении, что трудновыполнимо в лабораторных условиях;
- низкая эффективность экстрагирования масла из жмыха с помощью двуокиси углерода (до содержания жира 18,0-21,0% в конечном продукте);
- получаемый по предлагаемому способу продукт содержит значительное количество жира; его белки не сбалансированы по такой незаменимой аминокислоте, как метионин (отсутствуют данные о содержании другой незаменимой аминокислоты - триптофана); беден микроэлементом кремнием, что в целом снижает его пищевые и диетические свойства;
- в предлагаемом способе отсутствует стадия обработки полученного продукта, в связи с чем его белки находятся в форме, труднодоступной пищеварительным ферментам, затрудняющей их усвоение, что приводит к снижению пищевой, биологической и физиологической ценности белкового продукта для организма.
Заявитель ставит своей задачей расширение сырьевой базы растительных белковых препаратов путем получения и модификации шрота из маньчжурского ореха и обоснование целесообразности использования продукта из него в качестве поликомпонентного пищевого обогатителя. Технический результат проявляется в улучшении качественных показателей белкового продукта за счет его ферментативной обработки, таких как содержание и структура белка, его растворимость, эмульсионная, влаго- и жиросвязывающая способности, что в конечном итоге повышает его биодоступность и усвояемость в пищеварительном тракте человека, а также улучшает технологические свойства и открывает возможности для обогащения разнообразных пищевых продуктов.
Технический результат достигается тем, что маньчжурский орех перед извлечением масла предварительно обрабатывают, очищая от околоплодника и скорлупы, выделяя и измельчая ядро, согласно предлагаемому способу масло экстрагируют 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: 225, раствор отстаивают, нейтрализуют для инактивации фермента, полученный осадок отделяют и высушивают. При этом шрот ореха высушивают под вакуумом при температуре 40-50°С, протеолиз проводят в течение 30-40 мин при перемешивании и температуре 43-44°С, осадок отделяют фильтрованием и высушивают под вакуумом при температуре 60-65°С.
Обработка орехового шрота свиным пепсином приводит к образованию большого количества физиологически активных пептидов, уменьшению их молекулярной массы и повышению усвояемости организмом. Свиной пепсин по своему составу и свойствам аналогичен человеческому, участвует в первичном распаде белков и полностью воспроизводит процесс переваривания в желудке человека.
Использование водного раствора соли интенсифицирует процесс экстрагирования, так как соль является сильным электролитом, и ее добавление в систему приводит к экранизации заряженных функциональных групп макромолекул, разрушению связей «белок-жир», дестабилизации масляных капель и их коалесценции. Продолжительность гидролиза шрота свиным пепсином также сильно сокращается за счет перемешивания.
Согласно предлагаемому способу обеспечивается промышленное использование неосвоенного маньчжурского ореха, являющегося ценным источником биологически активных веществ, и получение из него пищевых - белкового продукта и нерафинированного орехового масла и технических продуктов - порошок околоплодника и скорлупы. Высокая сохраняемость плодов маньчжурского орехи благодаря наличию в их составе большого количества фенольных соединений и токоферолов, проявляющих антиоксидантные свойства, позволит производить данные продукты круглогодично.
Способ осуществляется следующим образом.
2
3
3
3
3
Предварительную обработку проводят для очистки плодов от посторонних примесей и гнили, отделения околоплодника, скорлупы и ядра ореха друг от друга, измельчение околоплодника проводят до образования частиц площадью не более 1 см, скорлупы - до порошкообразного, ядра ореха - до крупкообразного состояния (диаметр частиц не более 1,5 мм). Околоплодник и скорлупу высушивают до воздушно-сухого состояния при непрямом свете, температуре 25-30°С и влажности воздуха не более 75%. Ядро ореха заливают, например, смесью хлороформа и этилового спирта (2:1) в соотношении 1:17 по объему. Затем осуществляют экстракцию при перемешивании в течение 20-30 мин и температуре 20-25°С, отстаивают 40-60 мин и фильтруют при разряжении на фильтр-прессе. К фильтрату добавляют 0,58% водного раствора хлорида натрия в соотношении 5:1 и разделяют на делительной воронке. Растворитель удаляют в вакууме при температуре не выше 60°С, полученное масло фильтруют при разрежении на фильтр-прессе. Шрот ореха высушивают под вакуумом при температуре 40-50°С, охлаждают и проводят ограниченный протеолиз свиным пепсином. Растворяют 0,2 г свиного пепсина в 1000 см соляной кислоты молярной концентрацией 0,1 моль/дм при температуре 42-43°С для получения раствора пепсина активностью около 400 единиц/дм. Протеолиз проводят в колбе течение 30-40 мин при перемешивании в магнитной мешалке с частотой 300 об/мин, в термостате при температуре 43-44°С и соотношении субстрата и раствора фермента 1:225. Затем раствор отстаивают в течение 20 мин, нейтрализуют водным раствором гидроксида натрия молярной концентрацией 0,1 моль/дм и охлаждают до 20°С для инактивации фермента. Осадок отделяют фильтрованием на фильтр-прессе и высушивают под вакуумом при температуре 60-65°С.
Примеры осуществления способа.
Пример 1.
3
3
3
3
Маньчжурские орехи очищают, отделяют околоплодники, измельчают или раздавливают скорлупу с отделением ядра, измельчают и подсушивают околоплодники и скорлупу, измельчают ядро (диаметр частиц не более 1,5 мм) и заливают его смесью хлороформа и этилового спирта (2:1) в соотношении 1:17 по объему. Затем осуществляют экстракцию при перемешивании в течение 20 мин и температуре 25°С, отстаивают 40 мин и фильтруют при разрежении на фильтр-прессе. К фильтрату добавляют 0,58% водного раствора хлорида натрия в соотношении 5:1 и разделяют на делительной воронке. Верхний слой тщательно и осторожно отделяют с помощью сифона, нижний слой переводят количественно с помощью растворяющей смеси в отгонную колбу, растворитель удаляют в вакууме при температуре не выше 60°С. Шрот ореха высушивают под вакуумом при температуре 40-50°С, охлаждают и проводят ограниченный протеолиз свиным пепсином. Растворяют 0,2 г свиного пепсина в 1000 смсоляной кислоты молярной концентрацией 0,1 моль/дм при температуре 42-43°С для получения раствора пепсина активностью около 400 единиц/дм. Протеолиз проводят в колбе течение 30-40 мин при перемешивании в магнитной мешалке с частотой 300 об/мин, в термостате при температуре 43-44°С и соотношении субстрата и раствора фермента 1:225. Затем раствор отстаивают в течение 20 мин, нейтрализуют водным раствором гидроксида натрия молярной концентрацией 0,1 моль/дм и охлаждают до 20°С для инактивации фермента. Осадок отделяют фильтрованием на фильтр-прессе и высушивают под вакуумом при температуре 60-65°С.
Пример 2: плоды маньчжурского ореха перерабатывают по примеру 1, экстракцию масла проводят при перемешивании в течение 30 мин и температуре 25°С и отстаивают 60 мин.
Полученные продукты переработки плодов маньчжурского ореха могут быть использованы в:
масложировой (нерафинированное масло, эмульсионные продукты);
хлебопекарной (хлеб и хлебобулочные изделия);
кондитерской (варенье, печенье, конфеты, пирожные, торты, халва);
консервной;
кормовой;
фармацевтической (лекарственные препараты, витамины, биологически активные добавки к пище);
лакокрасочной (краски, лаки, олифа);
легкой (протрава, дубитель и краска для пушно-мехового и кожевенного сырья);
косметической (скрабы, кремы, краска для волос);
мебельной (морилка) промышленности,
а также как источник фенольных соединений, проявляющих антиоксидантные свойства, минеральных и других биологически активных веществ.
Качество белкового продукта, полученного по разработанному способу (пример 1), соответствует требованиям, приведенным в таблицах 1-5.
Таблица 1
Органолептические показатели белкового продукта из шрота маньчжурского ореха
Внешний вид
Сыпучий порошок белого цвета с включением коричневых и темно-коричневых частиц семенной кожуры. Допускается образование комков частиц, распадающихся после легкого надавливания
Вкуси запах
Свойственные ореховому шроту, без посторонних привкусов и запаха
Таблица 2
Пищевая ценность белкового продукта из шрота маньчжурского ореха
Массовая доля влаги и летучих веществ, %
8,1-8,5
Массовая доля белка, %
60,8-67,5
Массовая доля жира, %
8,6-9,8
Массовая доля углеводов, %
14,9-21,3
Массовая доля золы, %
0,5
Энергетическая ценность 100 г, ккал (кДж)
407-417 (1704-1744)
Таблица 3
Аминокислотный состав белкового продукта из шрота маньчжурского ореха, г/100 г белка
Аспарагиновая кислота
9,48
Треонин
3,08
Серин
4,08
Глутаминовая кислота
21,73
Глицин
4,66
Аланин
1,97
Цистин
0,64
Валин
4,61
Метионин
0,57
Изолейцин
3,56
Лейцин
6,17
Тирозин
2,46
Фенилаланин
3,99
Триптофан
1,12
Лизин
2,67
Гистидин
3,89
Аргинин
14,34
Пролин
5,83
Таблица 4
Жирнокислотный состав белкового продукта из шрота маньчжурского ореха, мас.%
Пальмитиновая C<sub>16:0</sub>
2,4-2,7
Пальмитолеиновая C<sub>16:1</sub>
До 0,1
Стеариновая C<sub>18:0</sub>
0,6-0,7
Олеиновая C<sub>18:1</sub>
11,4-19,1
Линолевая C<sub>18:2</sub>
69,7-71,1
Линоленовая C<sub>18:3</sub>
7,1-15,1
Гондоиновая С<sub>20:1</sub>
До 0,3
Эйкозадиеновая С<sub>20:2</sub>
До 0,1
Таблица 5
Минеральный состав белкового продукта из шрота маньчжурского ореха
Минеральные элементы
Содержание, мг/кг
Удовлетворение 100 г СФП, %
Макроэлементы
K
11306,80-11493,20
45-46
Ca
1008,71-1114,97
10-11
Mg
5567,15-6260,60
139-157
Na
589,93-5385,00
5-41
P
5344,70-6081,60
69-76
Микроэлементы
Fe
<0,01
-
Co
0,11-0,20
110-200
Mn
73,00-135,30
365-677
Zn
78,14-80,26
65-67
Se
0,04-0,17
7-31
Mo
0,69-0,78
99-111
Ni
9,46-17,65
95-177
Cr
0,43-0,70
86-140
Токсичные элементы
Допустимые уровни, не более*
Pb
0,06-0,36
0,5
Cd
0,001-0,12
0,1
As
0,01
0,3
Hg
0,001
0,05
Примечание. Суточная физиологическая потребность (СФП) - по МР 2.3.1.1915-04 и МР 2.3.1.2432-08; *по СанПиН 2.3.2.1078-01.
С учетом экспериментальных данных о высокой пищевой ценности и сбалансированности химического состава белкового продукта из орехового шрота он может быть рекомендован для диетического питания при гипо- и авитаминозах, дефиците солей фосфора, марганца, хрома, кобальта, железа, меди и йода, в качестве общеукрепляющего средства, а также использован для оптимизации состава разнообразных продуктов.
Таким образом, предложен новый способ получения белкового продукта из шрота маньчжурского ореха. С учетом того, что продукты переработки ореха - порошок околоплодника и скорлупы, нерафинированное масло и белковый продукт из шрота - являются источниками ценных, в том числе незаменимых, макро- и микронутриентов, а также компонентов технического назначения, то они представляют особый интерес для различных отраслей промышленности. Так, экстракты порошка околоплодника могут быть использованы для получения антиоксидантов, витаминов и минеральных элементов, пищевых и технических красителей для окрашивания кондитерских изделий, волос человека, пушно-мехового сырья; протравливания изделий из дерева, кожевенного сырья; экстракты порошка скорлупы - пищевых и технических красителей, дубящих веществ для кожевенного сырья, антиоксидантов; порошок скорлупы - сорбентов, в частности активированного угля, строительного наполнителя, упрочняющего наполнителя для деталей машин, абразивного компонента косметических скрабов; ядро ореха - печенья, конфет, пирожных, тортов, халвы, хлебобулочных изделий; нерафинированное масло - как самостоятельный продукт, в составе растительных масел-смесей, эмульсионных продуктов, консервов, лаков и олифы, косметических кремов; белковый продукт - как белковый наполнитель эмульсионных, хлебобулочных, кондитерских и мясных продуктов.