Способ получения пищевых волокон

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу получения диетических волокон, и может найти применение в пищевой промышленности. Способ включает выращивание грибов рода Вешенка методом твердо-фазной ферментации на лигноцеллюлозных субстратах, отделение плодовых тел от субстрата, лиофильную сушку, размельчение, обработку спиртом. При этом плодовые тела грибов предварительно замораживают при температуре - 18-22°С, затем биомассу размельчают до гомогенного состояния. После этого поэтапно обрабатывают водой с температурой 20-22°С в течение 20-25 минут и с температурой 85-90°С в течение 30-35 минут. Следующим этапом осуществляют обработку 10% раствором этилового спирта в течение 10-12 минут. Каждый этап обработки проводят при перемешивании и по окончании этапа осуществляют фильтрацию через капроновый материал. После фильтрации проводят лиофильную сушку, а затем повторно измельчают до получения частиц размером 0,2-0,7 мм. Изобретение позволяет увеличить выход диетических волокон и сократить время их получения.

 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу получения биологического средства - пищевых волокон, а именно диетических волокон, улучшающих работу пищевого тракта и получаемых из плодовых тел грибов рода Вешенка (Pleurotus), и может найти применение в пищевой промышленности.

В 70-80-е годы XX века была сформулирована гипотеза, согласно которой для нормального пищеварения и всасывания в желудочно-кишечном тракте в состав химуса должны обязательно входить пищевые волокна, участвующие во многих метаболических процессах. К диетическим (пищевым) волокнам (ДВ) относят высокомолекулярные биополимеры, которые не перевариваются и не усваиваются в желудочно-кишечном тракте человека. Основными свойствами ДВ являются высокое водопоглощение, сорбционная и ионообменная активности. ДВ улучшают работу пищеварительного тракта, усиливают перистальтику, способны адсорбировать ионы тяжелых и радиоактивных металлов, желчные кислоты, канцерогенные и токсические вещества. Низкий уровень ДВ в пище человека (в норме человек должен принимать 20-40 г ДВ) может привести к развитию заболеваний желудочно-кишечного тракта, сердечно-коронарной недостаточности, гипертонии, диабету, раку толстой кишки, атеросклерозу и др. (Vahoany G.W. Dietary fiber, lipid metabolism and atherosclerosis // Federation Proc. 1982. V.41. P.2801-2806).

Пищевые волокна, получаемые из растений, могут содержать пектин, гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин. Из высших животных получают диетические волокна на основе коллагена, из низших (ракообразных) - хитина. Перспективным источником для получения пищевых волокон могут быть грибы, так их клеточная стенка на 70-80% состоит из полисахаридов (хитин, хитозан, линейные и разветвленные глюканы, полиурониды) (Wasser S.P., Weis A.L. Medical properties of substances occuring in higher Basidiomycetes mushrooms: current perspectives (review) // Int. J. Med. Mushrooms. 1999. V.1. P.31-62).

Изобретение позволяет использовать для получения пищевых волокон плодовые тела грибов рода Вешенка и получать пищевые волокна, содержащие хитин-глюкановый комплекс. Это достигается путем последовательной отмывки измельченной замороженной биомассы холодной и горячей водой, спиртовым раствором и последующей лиофильной сушкой.

Известен способ извлечения диетических волокон из растений (Talmadge K.W., Keegstra К., Bauer W.D., Albersheim P. The structure of the plant cell wall // Plant. Physiol. 1973. V.51. №1. P.158-173). С этой целью материал гомогенизируют, далее проводят серию экстракций, удаляя из клеток внутриклеточное содержимое отмывкой фосфатным буфером (рН=6,0), этиловым спиртом, дистиллированной водой с ацетоном. Выделенные клеточные стенки, состоящие в основном из целлюлозы, промывают 3 раза 80% этанолом, исходным буфером, центрифугируют и удаляют крахмал обработкой α-амилазой.

Недостатком этого способа является длительность и многостадийность, а также использование дорогостоящего фермента для очистки ДВ.

Известен также способ получения ДВ из жома (отхода переработки сахарной свеклы). С этой целью жом проходит термическую обработку, водную экстракцию, прессование, сушку и помол. В результате получают продукт, содержащий пектин, который назвали «волокна свекловичные» (Ковалева Т. Лечебные пищевые волокна // Информкондитер. 2005. С.1-3).

Недостатком этого способа является малый выход конечного продукта, многостадийность и сложность утилизации отходов.

Для получения ДВ, содержащих пектиновые вещества, предложен способ получения из растительного сырья, включающий гидролиз насыщенным раствором извести в течение суток, промывку дистиллированной водой, и сушку (Патент РФ №2052953, МПК A23L 1/0524, публ. 1996 г.).

Недостатком этого способа является длительность процесса и использование извести для гидролиза сырья.

Известен также способ получения ДВ животного происхождения, которые используют как необходимые компоненты для создания новых и эффективных пищевых продуктов (Неклюдов А.Д. Пищевые волокна животного происхождения. Коллаген и его фракции как необходимые компоненты для новых и эффективных пищевых продуктов // Прикл. Биохим. Микробиол. 2003. Т.19. №3. С.261-272). Для получения коллагеновых фибрилл, называемых тропоколлагеном, кожные покровы молодых животных экстрагируют холодными солевыми растворами или разведенными кислотами.

Недостатком этого способа является длительность процесса и тот факт, что коллаген является не только ДВ, но и источником белка, нежелательного при нарушениях белкового обмена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения ДВ из грибов, включающий выращивание грибов методом твердофазной ферментации на лигноцеллюлозных субстратах, отделение плодовых тел от субстрата, лиофильную сушку, размельчение, обработку спиртом (Chung P. Dietary fiber content and composition of cultivated edible mushroom fruiting bodies and mycelia // J. Agric. Food. Chem. 1996. V.44. P.468-471). Согласно этому способу базидиальные грибы, в частности Pleurotus sajor-caju, Lentinus edodes, L.shimeji, Volvariella volvacea, выращивают методом твердофазной ферментации на лигноцеллюлозных субстратах. Полученные плодовые тела отделяют от субстрата, лиофильно высушивают, измельчают и просеивают через сито с диаметром отверстий 0,5 мм. Если содержание липидов превышает 5%, полученный образец экстрагируют петролейным эфиром с перемешиванием. Далее 1 г сухого образца обрабатывали двумя амилазами: термоустойчивой α-амилазой в течение 15 мин на кипящей водяной бане и амилоглюкозидазой в течение 1 ч при 60°С для удаления гликогена и протеазой для солюбилизации белков. После осаждения 78% спиртом осадок отделяли и сушили. Выход ДВ составлял 40-62% от сухой массы, а содержание хитина в ДВ - 5-21%.

Недостатком данного способа является использование дорогостоящих реактивов, в частности трех ферментных препаратов, возможная нестабильность их действия в условиях масштабированного производства, что может влиять на качество ДВ и их выход. Подтверждение этому можно найти также в работе (Черкасова Е.И., Алексеева М.Ф., Пастухов М.О., Кириленко Ю.К., Смирнова Л.А. Ферментативное выделение хитиновых комплексов и хитина из плодовых тел вешенки // Материалы 7 Международной конференции. СПб, Репино. 2003. С.417-419), в которой показано, что использование ферментов для получения хитинглюканового комплекса (ХГК) приводит к снижению содержания хитина. Кроме того, удорожанию производства содействует пропускание порошка плодовых тел через специальные сита. Следует также отметить, что использование органических растворителей, в частности петролейного эфира, не рекомендуется при создании диетических продуктов.

Задача предлагаемого изобретения - устранение указанных недостатков, разработка более эффективного, экологически безопасного (без обработки химическими веществами), дешевого и менее трудоемкого способа получения ДВ, обеспечивающего стандартизацию конечного продукта при его получении биотехнологическим способом в заводских условиях.

Для этого в способе получения пищевых волокон, включающем выращивание грибов рода Вешенка методом твердофазной ферментации на лигноцеллюлозных субстратах, отделение плодовых тел от субстрата, лиофильную сушку, размельчение, обработку спиртом, предложено плодовые тела грибов предварительно замораживать при температуре - 18-22°С. Затем биомассу размельчают до гомогенного состояния, после этого поэтапно обрабатывают водой с температурой 20-22°С в течение 20-25 минут и с температурой 85-90°С в течение 30-35 минут. Следующим этапом осуществляют обработку 10% раствором этилового спирта в течение 10-12 минут. Каждый этап обработки проводят при перемешивании и по окончании этапа осуществляют фильтрацию через капроновый материал, а после лиофильной сушки повторно измельчают до получения частиц размером 0,2-0,7 мм.

Осуществление способа показано на конкретных примерах.

Пример 1.

Плодовые тела Pleurotus ostreatus BKM F-1997 выращивали на лигноцеллюлозном субстрате методом твердофазной ферментации. Полученные грибы отделяли от субстрата, замораживали при температуре - 20°С и двукратно разрушали на дезинтеграторе Panasonic MK-G58PR до получения гомогенной массы. Далее полученный гомогенат с использованием верхнеприводной мешалки Heidolph поэтапно обрабатывали:

- сначала предпочтительно 10 объемами воды с температурой 20°С в течение 20 минут дважды (возможно однократная и пр. обработка при другом соотношении воды и гомогената),

- дважды горячей водой 90°С в течение 30 минут,

- 10% этиловым спиртом в течение 12 минут.

Биомассу после каждой обработки отделяли фильтрованием через капроновый материал. Конечный продукт лиофильно высушивали и измельчали на дезинтеграторе Страуме-3 (Stralime) до получения частиц 0,2-0,7 мм.

Выход диетических волокон составил 40% от сухой массы, содержание ХГК в них - 69,2% (доля хитина - 10%, глюкана - 90%). Полученные диетические волокна после лиофильной сушки расфасовывают по 80 г в стеклянные банки емкостью 800 мл (количество на курс лечения 1 человека), и хранят в темноте при комнатной температуре.

Пример 2

То же, что в примере 1, но обработка горячей и холодной водой проводится однократно. Выход ДВ составляет 40-45% от сухой биомассы, но в нем содержится только 61,3% ХГК (доля хитина - 9%, глюкана - 91%).

Пример 3.

То же, что в примере 1, но использован гриб Pleurotus sp (штамм ИНМИ РАН). Выход ДВ составляет - 32-39% от сухой массы, ХГК - 65,4% (доля хитина - 9,5%, глюкана - 90,5%).

Разработанный способ более дешевый (без дорогостоящих ферментов), менее трудоемкий, позволяет сократить время получения ДВ. В предлагаемом способе, учитывая пищевое назначение конечного продукта, не использовали химическую обработку кислотами и щелочами. Ферментативную обработку заменили на экстракцию холодной и горячей водой, так как это позволяет удалить из гомогенизированной биомассы внутриклеточные низкомолекулярные вещества, а также водорастворимые белки и гликоген. Содержание липидов в грибах не превышало 5%, поэтому для их удаления использовали не органические растворители, а 10% этанол.

Способ получения пищевых волокон, включающий выращивание грибов рода Вешенка методом твердофазной ферментации на лигноцеллюлозных субстратах, отделение плодовых тел от субстрата, лиофильную сушку, размельчение, обработку спиртом, отличающийся тем, плодовые тела грибов предварительно замораживают при температуре -18-22°С, размельчают до гомогенного состояния, затем поэтапно обрабатывают водой с температурой 20-22°С в течение 20-25 мин, после этого с температурой 85-90°С в течение 30-35 мин, затем обрабатывают 10%-ным раствором этилового спирта в течение 10-12 мин, причем каждый этап обработки проводят при перемешивании и по окончании этапа осуществляют фильтрацию через капроновый материал, лиофильную сушку осуществляют после фильтрации, а после лиофильной сушки повторно измельчают до получения частиц 0,2-0,7 мм.