Способ получения белка из растительного сырья

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам получения пищевого растительного белка для его дальнейшего использования в производстве комбинированных биологически полноценных продуктов и белковых композиций. Измельченное до размера частиц 100 мкм сырье отделяют от оболочек. Проводят ступенчато экстракцию, внося сначала раствор сульфата аммония с массовой долей 0,48-0,50%. Через 12-15 мин жидкую фракцию отделяют и повторяют обработку осадка раствором сульфата аммония с массовой долей 2,48-2,50%. Операцию аналогично повторяют, используя раствор с массовой долей сульфата аммония 5,0-5,2% при соотношении мука : экстрагент 0,9-1,1 : 4,9-5,1 ; температуре 0-5^oС на каждой стадии экстракции. Осаждение белков осуществляют в общем экстракте до достижения рН 3,0-3,2. Технической задачей изобретения является улучшение качества белкового препарата из растительного сырья за счет повышения пищевой, биологической ценности, а также функционально-технологических свойств растительного белка применительно к технологии производства комбинированных биологически полноценных продуктов на основе рационального сочетания белков животного и растительного происхождения, снизить объемы применяемых агрессивных реагентов, упростить и сократить продолжительность технологического процесса. 4 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам получения пищевого растительного белка для его дальнейшего использования в производстве комбинированных биологически полноценных продуктов и белковых композиций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения белка из растительного сырья, преимущественно из чечевицы (А.с. 1741730 МПК⁵ A 23 J 1/14. Способ получения белка из растительного сырья/ В.Б.Крылова, В.Э.Ступин (Россия). N 4879083/13; Заявлено 01.11.90; Опубл. 23.06.92. Бюл. N 23), предусматривающий измельчение сырья, экстракцию белка раствором гидроокиси натрия с массовой долей 0,05-0,07% при жидкостном коэффициенте 1: 10 в течение 20-30 мин при температуре 28-30^oC, осаждение уксусной кислотой до достижения pH 4,7-5,2, двойную промывку водой до pH 6-7 и удаление влаги методом сушки.

Недостатками способа являются: длительность и высокие температуры экстракции белков из измельченного растительного сырья, в частности чечевичной муки, что способствует переходу в экстракт ряда биологически активных антипитательных веществ: ингибиторов трипсина, гемоглютелинов, гайтрогенов, экстрогенов, аллергенов, а также олигосахаров, снижающих степень чистоты целевого продукта и ухудшающих его функционально-технологические свойства; деградация белков в щелочной среде; применение в процессе экстракции в качестве реагента раствора гидроокиси натрия, что не позволяет эффективно использовать обладающие кормовой ценностью компоненты промывных вод.

Технической задачей изобретения является улучшение качества белкового препарата из растительного сырья за счет повышения пищевой, биологической ценности, а также функционально-технологических свойств растительного белка применительно к технологии производства комбинированных биологически полноценных продуктов на основе рационального сочетания белков животного и растительного происхождения, снижение объемов применяемых агрессивных реагентов, упрощение и сокращение продолжительности технологического процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения белка из растительного сырья, преимущественно из чечевицы, включающем измельчение сырья, экстракцию белка, осаждение уксусной кислотой, промывку осадка водой до pH 6,0-7,0 и удаление влаги методом сушки, новым является то, что измельченное до размера частиц 100 мкм сырье отделяют от оболочек; экстракцию проводят ступенчато, внося сначала раствор сульфата аммония с массовой долей 0,48-0,50%; через 12-15 мин жидкую фракцию отделяют и повторяют обработку осадка раствором сульфата аммония с массовой долей 2,48-2,50%, операцию аналогично повторяют, используя раствор с массовой долей сульфата аммония 5,0-5,2% при соотношении мука: экстрагент 0,9-1,1:4,9-5,1; температуре 0-5^oC на каждой стадии экстракции, а осаждение белков в общем экстракте осуществляют до достижения pH 3,0-3,2.

Технический результат в достижении поставленной цели выражается не только в улучшении качества растительного белка, имеющего более высокую степень очистки от балластных компонентов небелковой природы, включая антипитательные, исключении из технологического процесса одного из агрессивных реагентов (NaOH), обладающего токсичными свойствами, но и в улучшении экологического состояния производства за счет возможности утилизации растительных отходов после экстракции белковых фракций на кормовые цели или использования их в качестве удобрений, а также в возможности размещать участок по получению белка из растительного сырья, в частности из чечевицы, на пищевых, в том числе мясоперерабатывающих, предприятиях, повышая тем самым экономическую эффективность производства в целом за счет приближения источника сырья к потребителю.

Известно, что среди различных элементов питания особенно важное место принадлежит белкам и их структурным единицам - аминокислотам. Потребность в белках очень высока (от 14 до 25% от сухой массы рациона в зависимости от вида и физиологического состояния организма). Белки не могут быть заменены никакими другими компонентами пищи (углеводами, липидами). Вместе с тем в мире ощутим острый дефицит белка, особенно полноценного, в пищевых рационах.

Необходимость обеспечения полноценного питания ставит как одну из важнейших проблему изыскания новых источников белков для создания комбинированных сбалансированных по аминокислотному составу продуктов и препаратов.

Функциональные свойства и пищевая ценность в сочетании с экономической целесообразностью выдвигают растительные белки на одно из первых мест в ряду заменителей мяса и белковых ингредиентов при производстве мясопродуктов. Растительное сырье благодаря высокому содержанию белковых веществ, относительно хорошей усвояемости и питательным свойствам, низкому содержанию жира имеет высокую биологическую ценность.

Представляются широкие возможности для целенаправленного использования растительных белков в качестве добавок при производстве мясных продуктов.

Чечевица - прекрасный отечественный источник пищевого белка, массовая доля которого в семенах составляяет 32%, а соотношение аминокислот превосходит аналогичный показатель для сои.

Нами экспериментально установлено, что белковый комплекс семян чечевицы в фазе зрелости содержит фракции: водорастворимую, солерастворимую, щелочерастворимую в соотношении 1,0: 5,9:1,4, при этом превалирует глицининовая (солерастворимая) фракция, доля которой составляет 58,7% к сумме белков.

Способ осуществляется следующим образом. Семена чечевицы предварительно измельчают до размеров частиц 100 мкм для создания лучших условий экстрагирования белков, затем просеивают для удаления оболочек. Полученную измельченную массу (муку) смешивают с раствором сульфата аммония с массовой долей 0,45-0,55% в соотношении 0,9-1,1:4,9-5,1 и выдерживают 12-15 мин при температуре 0-5^oC. По истечении указанного времени экстракт отделяют от твердой фракции центрифугированием с последующей декантацией. К твердой фракции повторно добавляют раствор сульфата аммония с массовой долей 2,45-2,55% и выдерживают в тех же условиях, аналогично отделяя второй экстракт от осадка. К осадку добавляют раствор сульфата аммония с массовой долей 4,95-5,05%, снова выдерживают в аналогичных условиях и отделяют третий экстракт от осадка центрифугированием с последующей декантацией. Процедуру извлечения белков проводят в общей сложности 3 раза.

Все три полученных экстракта объединяют и в объединенный экстракт вносят раствор уксусной кислоты с массовой долей 35% до достижения pH 3,0-3,2.

Ввиду того, что в белковом комплексе зрелой чечевицы количественно превалирует сумма водорастворимой и солерастворимой белковых фракций, в качестве экстрагента выбран раствор нейтральной соли, а именно сульфата аммония, так как он не смещает pH среды, не является агрессивным реагентом, содержит неорганический азот в усвояемой форме, в связи с чем отходы производства могут быть использованы в качестве удобрений или в составе рецептур кормопродуктов, поскольку кроме неорганического азота в отходы переходит почти весь крахмал и сопутствующие углеводы, а также витамины и экстрактивные вещества.

Дозировка и технология экстракции обоснованы экспериментально, данные представлены в табл. 1 (табл. 1-4 см. в конце описания).

Применение на первой стадии экстракции раствора сульфата аммония с массовой долей 0,45-0,55% обеспечивает эффективное экстрагирование альбуминов и псевдоглобулинов.

Соотношение мука : экстрагент менее 1,1 : 4,9 приводит к снижению эффекта экстракции и впоследствии - уменьшению выхода целевого продукта. При соотношении мука: экстрагент больше указанного (0,9:5,1) происходит нежелательно большое разведение белковых экстрактов, возрастают расход воды и сульфата аммония без увеличения выхода и степени очистки белка.

На второй стадии экстракции применяют раствор сульфата аммония с массовой долей 2,45-2,55% для эффективного экстрагирования средних глобулинов и, наконец, на третьей стадии экстракции применяют раствор сульфата аммония с массовой долей 2,45-2,55% для экстрагирования остаточных белковых фракций. Таким образоом, достигается избирательное и полное извлечение белковых компонентов чечевицы. При этом практически не изменяется pH среды в отличие от применения для этих целей гидроксида натрия по прототипу.

Как известно, повышенная температура активизирует экстракционные процессы. Однако нами установлено, что проведение экстракции при температурах, превышающих 5^oC, создает условия для перехода в раствор балластных веществ небелковой природы, доля которых в исходном сырье составляет более 65%, и других нежелательных компонентов. При температуре ниже 0^oC экстракция невозможна из-за фазовых переходов воды и начала льдообразования.

Экспериментально установлено, что время выдержки смеси на каждой стадии экстракции менее 12 мин не дает полноты экстрагирования белковых фракций, а более 15 мин неоправданно удлиняет технологический процесс без улучшения качества и увеличения выхода конечного продукта, а также способствует переходу в экстракт ряда балластных веществ.

Нами установлено, что изоэлектрическая точка (ИЭТ) белков чечевицы находится в пределах 3,0-3,2. При таких значениях pH растворы белков чечевицы минимально устойчивы, белки легко образуют агрегаты, затем хлопья и выпадают в осадок. При pH ниже 3,0 начинается перезарядка функциональных группировок на поверхности белковых молекул, что способствует переходу в раствор и впоследствии к потерям белка, снижению выхода конечного продукта. pH выше чем 3,2 достаточно полного эффекта осаждения белка не дает, что ведет к аналогичным результатамм. Рекомендуемый предел pH создается раствором уксусной кислоты с массовой долей 35%, что ведет к малому его расходу и практически отсутствию дополнительного разведения экстрактов.

Полученный осадок промывают водой до pH 6,0-7,0, а затем сушат.

Данные об общем химическом, фракционном и аминокислотном составе белков конечного продукта представлены в табл. 2.

Предлагаемое техническое решение имеет ряд существенных преимуществ (табл. 3).

Способ получения препарата белков чечевицы поясняется примерами/ Пример 1. 10 кг семян чечевицы измельчают до размера частиц 100 мкм, просеивают для отделения оболочек и смешивают с 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 0,5%, выдерживают в течение 10 мин при температуре 5^oC. Экстракт отделяют от осадка центрифугированием с последующей декантацией, а к осадку добавляют 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 2,5%, выдерживают в аналогичных условиях, экстракт отделяют центрифугированием и декантацией, а к осадку добавляют 50 дм³ сульфата аммония с массовой долей 5% и выдерживают в тех же условиях, а затем экстракт снова отделяют от нерастворившегося осадка. Экстракты объединяют и подкисляют раствором уксусной кислоты с массовой долей 35% до достижения pH 3,0. Образовавшийся осадок отделяют центрифугированием, промывают водой до pH 6,5 и сушат.

Пример 2. 10 кг семян чечевицы измельчают до размера частиц 100 мкм, просеивают для отделения оболочек и смешивают с 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 0,5%, выдерживают в течение 15 мин при температуре 0^oC. Смесь центрифугируют, экстракт отделяют от нерастворимого осадка декантацией, а к осадку добавляют 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 2,5%, выдерживают в аналогичных условиях, экстракт отделяют центрифугированием с последующей декантацией, а к осадку добавляют 50 дм³ сульфата аммония с массовой долей 5% и выдерживают в тех же условиях, а затем экстракт снова отделяют от нерастворившегося осадка. Экстракты объединяют и вносят раствор уксусной кислоты с массовой долей 35% до достижения pH 3,2. Образовавшийся осадок отделяют центрифугированием, промывают водой до pH 6,5 и сушат.

Пример 3. Температура, при которой проводят экстракцию белка из чечевичной муки, составляет 3^oC. Все остальные режимы и параметры аналогичны примеру N 2.

Пример 4. Получение препарата растительного белка проводят в условиях, аналогичных примеру N 2; изменяется лишь температура экстракции, которая равна -1^oC.

Пример 5. Аналогичен примеру N 2, отличается лишь значением температуры экстракции, которая равна 6^oC.

Пример 6. 10 кг семян чечевицы измельчают до размера частиц 100 мкм, просеивают для отделения оболочек и смешивают с 30 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 0,5%, выдерживают в течение 15 мин при температуре 5^oC. Смесь центрифугируют, экстракт отделяют от нерастворимого осадка декантацией, а в осадок вносят 30 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 2,5%, повторно выдерживают в аналогичных условиях и отделяют экстракт от нерастворившегося осадка.

К осадку добавляют 30 дм³ сульфата аммония с массовой долей 5% и повторяют обработку в аналогичных условиях, отделяя экстракт от осадка.

Экстракты объединяют и вносят раствор уксусной кислоты с массовой долей 70% до pH 3,0. Выделившейся осадок белка отделяют центрифугированием, промывают водой до pH 6,5 и сушат.

Примеры 7-10. Аналогичны примеру N 6, отличаясь соотношением чечевичной муки и экстрагента, которое составляет соответственно 1:5; 1:1; 1:0,5; 1:6.

Примеры 11-15. Режимы и параметры получения препарата растительного белка аналогичны примеру N 1, отличаясь продолжительностью проведения стадии экстракции, которая составляет соответственно 12, 15, 14, 9, 17 мин.

Пример 16. 10 кг семян чечевицы измельчают до размера частиц 100 мкм, просеивают для отделения оболочек и смешивают с 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 0,5%, выдерживают в течение 12 мин при температуре 3^oC. Смесь центрифугируют, экстракт отделяют от осадка декантацией, а в осадок вносят 50 дм³ раствора сульфата аммония с массовой долей 2,5%. Обработку в аналогичных условиях повторяют, отделяя экстракт центрифугированием и декантацией.

К осадку добавляют 50 дм³ сульфата аммония с массовой долей 5% и выдерживают в указанных условиях, а затем повторяют операции по отделению экстракта от нерастворившегося осадка.

Экстракты объединяют и вносят в объединенный экстракт раствор уксусной кислоты с массовой долей 35% до достижения pH 3,2. Выделившийся осадок белка отделяют центрифугированием, промывают водой до pH 6,5 и сушат.

Примеры 17-20. Аналогичны примеру N 16, отличаясь тем, что осаждение белка из объединенного экстракта проводят соответственно при pH 3,0; 3,1; 2,9: 3,3.

Данные по примерам 1-20 представлены в табл. 4.

Формула изобретения

Способ получения белка из растительного сырья, преимущественно из чечевицы, предусматривающий измельчение сырья, экстракцию белка, осаждение уксусной кислотой, промывку осадка водой до рН 6,0-7,0 и удаление влаги методом сушки, отличающийся тем, что измельченное до размера частиц 100 мкм сырье отделяют от оболочек, экстракцию проводят ступенчато, внося сначала раствор сульфата аммония с массовой долей 0,48-0,50%, через 12-15 мин жидкую фракцию отделяют и повторяют обработку осадка раствором сульфата аммония с массовой долей 2,48-2,50%, операцию аналогично повторяют, используя раствор с массовой долей сульфата аммония 5,0-5,2% при соотношении мука : экстрагент 0,9 - 1,1 : 4,9 - 5,1, температуре 0-5^oC на каждой стадии экстракции, а осаждение белков в общем экстракте осуществляют до достижения рН 3,0-3,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8