СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА
METHOD OF PRODUCTION OF FOOD PROTEIN CONCENTRATE FROM SUNFLOWER SEEDS

Изобретение относится к получению белковых концентратов из растительного сырья и может быть использовано в пищевой промышленности.
Высокая концентрация хлорогеновой кислоты в белковой фракции семян подсолнечника во многих случаях является барьером при использовании белков в пищевой промышленности. Обезжиренная белковая мука, полученная при низких температурах из подсолнечного шрота, - продукт светлого цвета. Однако при введении его в пищевые продукты в нейтральной и щелочной средах образуются комплексы белков с хлорогеновой кислотой и ее производными, от кремового до темно-зеленого и темно-коричневого цвета.
Основной причиной потемнения подсолнечного белка является окисление хлорогеновой кислоты и ее производных уже на стадии извлечения белка из обезжиренных семян растворами щелочей. При взаимодействии янтарной и хлорогеновой кислот образуются хорошо растворимые в воде более полярные комплексы, которые легко удаляются с водой на стадии промывания твердого остатка.
Все известные методы очистки белков от фенольных веществ, в частности от хлорогеновой кислоты, в основном сводятся к промывке растворителями и использованию мембранной технологии. Для получения светлых белковых продуктов предлагаются различные растворители спиртового, солевого, кислотного или щелочного типа, а также комбинированного типа. Однако в большинстве случаев при их применении происходит либо денатурация белка либо недостаточное удаление хлорогеновой кислоты и других фенольных соединений, либо снижение пищевой и биологической ценности получаемого белкового продукта, а иногда из-за токсичности применяемого растворителя и невозможности полного его удаления из белкового продукта такой белок опасен для здоровья человека.
Известен способ получения белкового концентрата из семян подсолнечника методом водной экстракции (Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника.- М.: Колос, 2002.- С 393-394). Авторы использовали 0,01 и 0,001 н. растворы НСl в диапазоне температуры 20-80°С. В результате обработки неповрежденных (целых) семян подсолнечника 0,001 н. раствором НСl наибольшее количество хлорогеновой кислоты извлекалось в течение 1 ч (1,5% на 100 г) при 80°С. После 6 ч экстракции обнаруживались только ее следы. Температура оказалась главным фактором, влияющим на диффузию. После стока жидкости экстрагированные ядра высушивали при температуре 40-50°С и затем экстрагировали гексаном масло. Процесс основан на том, что вещества с низкой молекулярной массой, такие как полифенолокислоты, моносахариды, минеральные кислоты, пассивно диффундируют через полупроницаемые мембраны в клетках растений, а высокомолекулярные -ТАГ, белки, крахмал и клетчатка остаются в клетках ядра. Обезжиренная мука содержала 70% белков. По утверждению авторов, она была свободна от хлорогеновой кислоты, однако дальнейшие исследования не были продолжены.
Недостатками этого способа являются ухудшение качества вследствие окисления извлекаемого в дальнейшем растительного масла, длительность экстракции (6 ч) из целых семян через клеточные мембраны, неполная экстракция связанных форм хлорогеновой и кофейной кислот, получение белкового продукта, темнеющего при термической обработке.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника (патент №2310335, RU, «Способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника»), включающий следующие стадии: предварительное измельчение очищенных семян, обезжиривание, сушку до полного удаления растворителя, повторное измельчение, экстрагирование 2-9% водным раствором янтарной кислоты при рН 4,5, температуре 50-70°С в течение 17-30 мин при гидромодуле 1:10-1:15, интенсивном встряхивании с трех-пятикратной повторностью цикла до содержания в муке хлорогеновой и кофейной кислот не более 0,02% каждой, разделение центрифугированием твердой и жидкой фаз, промывку твердого остатка водой и обезвоживание сушкой до остаточной влажности 5%.
Недостатком этого способа является большой расход воды в процессе многократной экстракции фенольных соединений раствором янтарной кислоты и длительность процесса экстрагирования.
Задачей изобретения является разработка способа с необходимым и достаточным числом технологических операций для получения пищевого подсолнечного белка, не темнеющего при термической обработке, который можно рекомендовать для внесения в пищевые продукты светлого цвета.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение пищевого концентрата подсолнечного белка, свободного от хлорогеновой кислоты и содержащего минимальное количество кофейной кислоты, благодаря чему цвет белковых концентратов, полученных по данному способу, выгодно отличается от других белковых концентратов, а также сокращение продолжительности экстрагирования и расхода воды на ее проведение.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника проводят модификацию белков семян предварительным проращиванием семян подсолнечника в течение 3 ч при влажности семян 60±2% при 25±1°С, сушку при температуре 40-50°С до влажности 5±0,5%, измельчение очищенных семян, обезжиривание при температуре +4°С, сушку до полного удаления растворителя, повторное измельчение до получения белковой муки, экстрагирование раствором янтарной кислоты концентрацией 2-9% до содержания в муке хлорогеновой кислоты и кофейной кислоты не более 0,02% каждой, разделение центрифугированием твердой и жидкой фаз, промывку твердого остатка водой и обезвоживание сушкой до остаточной влажности 5%.
Современные методы модификации белков растительного сырья и инактивации содержащихся в них антипитательных соединений основаны на обработке белков ферментными и химическими препаратами. Одним из вариантов ферментативной модификации белков является протеолиз собственными протеиназами, активизирующимися при проращивании семян. При прорастании происходит активация и других ферментных систем, в частности окислительно-восстановительного характера, и, как следствие, изменение содержания в семенах веществ различной химической природы, в том числе фенольных (хлорогеновой и кофейной кислот), обуславливающих в дальнейшем цвет получаемых белковых концентратов.
После 3 ч проращивания семян подсолнечника количество хлорогеновой кислоты в ядре семян снижается на 30-50%, в то время как лишь незначительная часть белков подвергается протеолизу. Снижение количества хлорогеновой кислоты происходит вследствие включения ее в реакции, способствующие росту растения. Другими словами, удаляется значительная часть хлорогеновой кислоты в то время как белковый комплекс подвергается минимальным изменениям. При дальнейшем проращивании происходят нежелательные изменения белкового комплекса.
Сушка в мягких условиях при 40-50°С до влажности 5±0,5% позволяет значительно снизить денатурацию белковых молекул, неизбежно протекающую при такой операции.
Заявляемый способ поясняется примерами конкретного выполнения.
Пример 1. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Лакомка. После проращивания семян подсолнечника в течение 3 ч при влажности семян 60% при 25°С, сушки при 40°С до влажности 5%, удаления плодовых и семенных оболочек, измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 2% водным раствором янтарной кислоты при температуре 70°С, гидромодуле 1:10 в течение 20 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием при 2000 об/мин осадок подвергали трехкратной повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. Полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты и сушили при 40°С до влажности 5%.
Пример 2. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Круиз. После проращивания семян подсолнечника в течение 3 ч при влажности семян 62% при 24°С, сушки при 50°С до влажности 5,5%, удаления плодовых и семенных оболочек, измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 9% водным раствором янтарной кислоты при температуре 50°С, гидромодуле 1:15 в течение 17 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием осадок подвергали повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. После трехкратного повторения данной операции полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты. Сушку полученного белкового концентрата вели при 50°С до влажности 5%.
Пример 3. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Круиз. После проращивания семян подсолнечника в течение 3 ч при влажности семян 61% при 26°С, сушки при 45°С до влажности 4,5%, удаления плодовых и семенных оболочек, измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 5% водным раствором янтарной кислоты при температуре 60°С, гидромодуле 1:13 в течение 19 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием осадок подвергали повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. После трехкратного повторения данной операции полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты. Сушку полученного белкового концентрата проводили при 50°С до влажности 5%.
Биохимические показатели продуктов, полученных по предлагаемому способу и по способу прототипа, представлены в таблице.
Количественное определение хлорогеновой и кофейной кислот проводили методом тонкослойной хроматографии (таблица).
Как показали испытания, обработка белковой муки раствором янтарной кислоты при оптимальных режимах (примеры 1, 2 и 3) способствует наиболее полному удалению фенольных веществ и получению светлых белковых концентратов при снижении расхода воды и продолжительности экстракции.
Предложенный способ позволяет получить целевой продукт без использования токсичных или трудно отделяемых реагентов, содержащий минимум фенольных соединений и имеющий светлый цвет.