Способ получения белкового продукта из шрота маньчжурского ореха
Владельцы патента RU 2431411:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Хабаровская государственная академия экономики и права" (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности. Предварительно обрабатывают орех. Извлекают масло путем экстракции спиртоэфирной смесью. Обрабатывают водным раствором соли. Отделенный от масла шрот высушивают, охлаждают и обрабатывают ферментом, в качестве которого используют свиной пепсин при соотношении субстрата и раствора фермента 1:225. Обработку шрота раствором фермента проводят в течение 30-40 мин при перемешивании и температуре 43-44°С. Раствор отстаивают и нейтрализуют. Полученный осадок отделяют и высушивают. Изобретение позволяет получить продукт с улучшенными качественными показателями за счет его ферментативной обработки, такими 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. 2 з.п. ф-лы, 5 табл.
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.
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, B1, В2, 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.
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 см2, 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 см3 соляной кислоты молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 при температуре 42-43°С для получения раствора пепсина активностью около 400 единиц/дм3. 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/дм3 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.
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 см3 соляной кислоты молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 при температуре 42-43°С для получения раствора пепсина активностью около 400 единиц/дм3. 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/дм3 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 C16:0 | 2,4-2,7 |
| Пальмитолеиновая C16:1 | До 0,1 |
| Стеариновая C18:0 | 0,6-0,7 |
| Олеиновая C18:1 | 11,4-19,1 |
| Линолевая C18:2 | 69,7-71,1 |
| Линоленовая C18:3 | 7,1-15,1 |
| Гондоиновая С20:1 | До 0,3 |
| Эйкозадиеновая С20:2 | 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.
1. Способ получения белкового продукта из шрота маньчжурского ореха, включающий предварительную обработку ореха, извлечение масла, отделение шрота, отличающийся тем, что масло извлекают путем экстракции 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, обработку шрота раствором фермента проводят в течение 30-40 мин при перемешивании и температуре 43-44°С, после чего раствор отстаивают и нейтрализуют, полученный осадок отделяют и высушивают.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шрот ореха высушивают под вакуумом при температуре 40-50°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок отделяют фильтрованием и высушивают под вакуумом при температуре 60-65°С.
