Способ получения белковых гидролизатов



Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов
Способ получения белковых гидролизатов

 


Владельцы патента RU 2612155:

Пономарев Василий Васильевич (RU)

Изобретение относится к пищевой, микробиологической и кормовой промышленности. Описан способ обработки муки из зерновых, бобовых и масличных культур или их смеси для ферментативной обработки при получении белковых гидролизатов, включающий измельчение указанной муки до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон. Изобретение позволяет увеличить выход белка в гидролизат. 2 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к пищевой, микробиологической, кормовой промышленности и направлено на получение гидролизатов белковой и углеводной природы, а также фракции клетчатки из растительного сырья методом ферментативного гидролиза.

Уровень техники.

Гидролиз биополимеров является фундаментальным и распространенным явлением в природе. Посредством гидролиза обеспечивается деструкция и разрушение тканей организмов, что способствует освобождению структурных элементов для новых актов созидания и синтеза новых молекул биополимеров.

В настоящее время гидролизованные белки широко используются в индустрии массового питания, медицине, ветеринарии и микробиологической промышленности. Их применяют также в качестве биологически-активных пищевых добавок и специальных пищевых и кормовых ингредиентов. Они также высоко ценятся в детской диетологии и в рационах животных, в первую очередь, в качестве компонентов стартерных кормов молодняка животных, как основы питательных сред для культивирования клеток тканей и бактерий, в качестве незаменимого компонента питательных сред для выращивания микроорганизмов и их защитных сред при последующем их высушивании. В настоящее время наиболее предпочтительным для пищевых целей является ферментативный гидролиз. Использование гидролиза биополимеров увеличивает сырьевые возможности производителей, позволяя, в том числе, использовать отходы различных производств.

Материалом для гидролиза могут служить любые биополимеры белковой либо полисахаридной природы, будь они животного, растительного или микробного происхождения. При этом исходное сырье и тип используемого ферментного препарата оказывает влияние на состав получаемого гидролизата и, соответственно, дальнейшее его применение.

В качестве источника белка наиболее широко используются бобовые, масличные и злаковые культуры, картофель, батат, томаты, капуста, морковь и другие виды. Бобовые отличаются наиболее высоким содержанием белков. Так, например, в чечевице их 21-36%, в горохе- 20-36%, в люпине - 31-33%. Но наиболее богата белками соя, содержащая их 30-50%. Наряду с основными глобулиновыми белками, она также содержит значительную долю водорастворимых альбуминов, углеводов, жиров, минеральных солей и микроэлементов. Она нашла наибольшее применение при получении белковых гидролизатов пищевого и кормового назначения. Биологическая ценность получаемых гидролизатов также считается наивысшей для белков сои по сравнению с другими растительными материалами.

В зерне злаковых основную массу составляют углеводы (крахмал от 35 до 85%), 12-13% - белок, клетчатка и не столь значительное содержание жиров.

В уровне техники описано множество способов получения гидролизатов белковой и углеводной природы.

В публикации WO 2002069732 описывается способ получения белкового гидролизата из соевой муки, заключающийся в приготовлении суспензии с содержанием сухого вещества 6-12%, гидролизе суспензии грибной протеазой до степени гидролиза 20-40% и последующем гидролизе папаином до степени гидролиза 30-45%. Общая продолжительность гидролиза составляет 2,5-4 часа. Полученный гидролизат отделяют и высушивают до содержания влаги 9,4%, продукт содержит 65-68% сырого протеина.

В патенте US 6896917 В1 24.05.2005 предложен способ получения гидролизата белка из соевой муки, включающий гидролиз водной суспензии соевой муки, содержащей 6-30% сухих веществ, протеолитическим ферментом растительного происхождения в течение 3-4 часов, инактивацию фермента, нейтрализацию уровня рН, центрифугирование и сушку полученного продукта. Степень гидролиза при этом 30-35%.

Из уровня техники известна также возможность предобработки белкового сырья для получения концентрированных белковых продуктов. Так, например, в публикации "Preparation of soy protein Concentrate and isolate from extruded-expelled Soybean Meals", by H. Wang, L, Al Johnson and T. Wang in "Journal of the American Oil Chemists Society, 2004, 81 (7), 713-717" описан один из подходов модификации способа получения концентрированных белковых продуктов. Для получения концентрированных белковых продуктов соевую муку и белый лепесток с влажностью 10-12% предварительно обрабатывали на экструдере-экспеллере в течение 15-30 сек при температуре 135-140°С, давлении 20-50 атм. Последующую экстракцию проводили стандартным способом.

Для получения гидролизатов углеводной природы используют ферментные препараты, обладающие активностью в отношении полисахаридов растений. В патенте US 3640723 предложен способ получения соевого продукта, полученного гидролизом суспензии соевого сырья пектиназой и целлюлазой в течение 5 часов. Полученный продукт содержит 22% сахаров (в исходном материале - 0,77%). 25 частей гидролизата смешиваются с 75 частями порошкового молока, получается корм для животных.

Патенты US 4483874, 4376127, 4216235, 3632346 описывают различные варианты ферментативной обработки олигосахаров, вызывающих газообразование (стахиоза, раффиноза, сахароза) до перевариваемых моно- и дисахаридов. Патент US 4485874 описывает приготовление заменителя молока из растительного белка и углеводных источников с использованием фермента, имеющего множественные карбогидразные активности.

В патенте US 5100679 предложен способ обработки суспензии растительного источника белка и углеводов, содержащей 21% сухих веществ, агентом, уменьшающим вязкость. Предобработанный субстрат затем обрабатывается альфа-галактозидазой (в смеси с карбогидразой и протеазой или отдельно). Карбогидраза - мультиэнзимный комплекс, разрушающий некрахмальные полисахариды (Viscozyme).

Патент US 5508172 относится к ферментативно модифицированной соевой клетчатке с улучшенными функциональными характеристиками, модификация проводится смесью целлюлазы и карбогидразы. Патент WO 2009048917 А2 описывает способ увеличения содержания глюкозы и других углеводов, получаемых при гидролизе низкокрахмальной или некрахмальной клетчатки в присутствии протеазы, целлюлазы и гемицеллюлазы. Гидролиз ведут в системах с содержанием сухих веществ 5-10%.

Для получения белково-углеводных растворов применяют смеси ферментных препаратов, обладающих как протеолитической, так и целлюлазной или амилазной активностями. Так, в патенте US 6451359 В1 предложен способ получения растворимых (не образовывающих коллоидных масс) фракций белков и углеводов путем последовательного гидролиза белков и углеводов (с помощью целлюлазы).

В описанных примерах можно выделить существенный недостаток. Мука, полученная из растительного сырья и богатая пищевой клетчаткой и крахмалом, формирует очень вязкие суспензии, что приводит к необходимости работать с разбавленными суспензиями, обычно до 15%. При большем содержании сухих веществ (20 и более) необходимо специальное оборудование, либо, как описано выше в патенте US 5100679, необходима предварительная обработка сырья агентами, уменьшающими вязкость суспензии, что усложняет и удорожает процесс и увеличивает его длительность.

Таким образом, существует потребность оптимизации способов получения гидролизатов с целью улучшения степени гидролиза и увеличения выхода белковых или углеводных соединений в жидкую фазу (гидролизат).

Задачей изобретения является разработка способа обработки белкового сырья, используемого для получения гидролизатов, который будет обеспечивать получение гидролизатов с заданной степенью гидролиза и свойствами (желаемым содержанием протеина или углеводов).

Задача решается путем предоставления способа обработки муки из зерновых, бобовых и масличных культур или их смеси для экстракции и ферментативной обработки при получении гидролизатов, включающего измельчение указанной муки до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон. Согласно нашему способу, экстракция компонентов ведется из предварительно баротермически обработанного сырья с развитой площадью поверхности, что облегчает доступ фермента к сайтам атаки. В описываемом нами процессе начальная концентрация субстрата при проведении ферментативного гидролиза может достигать 25-30%, что приводит к образованию более концентрированных продуктов белковой и углеводной природы и удешевляет процесс их сушки.

Сущность изобретения.

Неожиданно заявителем было обнаружено, что измельчение муки до определенного размера оказывает существенное влияние на процесс гидролиза и позволяет сократить время гидролиза и количество фермента при получении конечного продукта с высоким содержанием протеина или высокой степенью экстракции углеводов.

Изобретение представляет собой способ обработки муки из зерновых, бобовых и масличных культур или их смеси для ферментативной обработки при получении белковых гидролизатов, включающий измельчение указанной муки до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон.

Последующую экстракцию и ферментативную обработку проводят любым стандартным способом.

При этом способ получения гидролизата из растительного сырья может включать в одном из вариантов выполнения:

- ферментативную обработку муки, полученной из растительного сырья стандартными методами, перед проведением гидролиза обработанную указанным способом, протеолитическими ферментами с получением белкового гидролизата и негидролизованного остатка, обогащенного растительными полисахаридами, включая пищевую клетчатку;

- ферментативную обработку муки, полученной из растительного сырья стандартными методами, перед проведением гидролиза обработанную указанным способом, ферментами, обладающими целлюлазными, ксиланазными, пектиназными и амилазными активностями с получением углеводного гидролизата и негидролизованного остатка, обогащенного растительным протеином;

- получение концентратов белка традиционными методами из предварительно обработанной муки с дальнейшей обработкой концентрата протеолитическими препаратами с получением гидролизатов с высоким содержанием сырого протеина. Таким образом, в ходе реализации указанного способа может быть получен ряд продуктов:

1) Растворимая фаза после ферментативного гидролиза: в зависимости от ферментного препарата, может являться белковым гидролизатом при использовании протеолитических ферментов или раствором сахаров при использовании целлюлазно-ксиланазного комплекса. В зависимости от продолжительности гидролиза молекулярные массы белков в гидролизате варьируют от 60-70 кДа до низкомолекулярных пептидов.

2) Негидролизованный осадок: в зависимости от использованного ферментного препарата может быть фракцией растительных полисахаридов, включая пищевую клетчатку (при обработке протеолитическими ферментами), или обогащенным белком продуктом (при обработке целлюлазно-ксиланазным комплексом)

3) При малом времени гидролиза в концентрированных системах без последующего разделения фракций гидролизата и твердого остатка получается вязкий продукт с высокими гелеобразующими свойствами за счет образования комплексов между частично прогидролизованным белком и растительными полисахаридами

Измельчение до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон, может быть осуществлено с использованием баротермических методов.

Осуществление изобретения согласно предложенному варианту позволяет уменьшить дозировку ферментного препарата в среднем в 1,6 раза, увеличить выход белка в гидролизат в среднем на 10%, уменьшить массу негидролизованного осадка в среднем на 7%, что подтверждается изложенными ниже примерами.

Подробное описание изобретения.

Исходное сырье, представляющее собой муку зерновых, бобовых, масличных культур с объемной плотностью 500-600 г/литр, смешивают с водой до достижения концентрации сырья 65-75%.

Полученную увлажненную массу подвергают ступенчатому нагреву от 20 до 140-220°С в течение 60-90 сек при давлении от 50 до 120 атм.

Резко сбрасывают давление до 1 атм и высушивают до остаточной влажности 10%, получая гранулированный пористый продукт с объемной плотностью от 50 до 350 г/литр (в измельченном до размеров частиц муки виде, полученный продукт имеет объемную плотность от 500 до 700 г/литр).

Мука, полученная из растительного сырья, или концентрат белка, полученный на основе растительной муки, подвергают действию ферментных препаратов протеолитической группы или комплексом целлюлаз, ксиланаз, пектиназ и амилаз. Концентрация субстрата в системе составляет 100-300 г/л, соотношение фермент : субстрат 0,3-2,0% по массе, температура процесса 40-65°С, рН системы 6,0-10,0, продолжительность процесса от 2 мин до 24 часов. В зависимости от использованных ферментных препаратов получают различные конечные продукты, указанные выше.

При использовании протеолитических ферментов (щелочные бактериальные протеазы, например, Protex 6L) при длительных временах воздействия более 6 часов получают низковязкую суспензию. Ее разделение, например, на центрифуге при 3000 g в течение 10-15 мин позволяет получить водный раствор белкового гидролизата и осадок соевой клетчатки. Для очистки растительных полисахаридов от неотделившихся белковых компонентов осадок промывают дистиллированной водой (0,5-1,5 объема от взятой для проведения ферментативного гидролиза). Их высушивание приводит к получению сухого гидролизата белка и фракции растительных полисахаридов, в зависимости от типа исходного сырья, представляющих собой крахмал, пищевую клетчатку, пектины.

Использование той же группы ферментов при коротких временах воздействия (менее 30 мин) приводит к образованию вязкой суспензии, представляющей собой комплекс функционального растворимого белкового концентрата с растительными полисахаридами.

При ферментативной обработке растительной муки или концентратов растительного белка целлюлозно-ксиланазным комплексом получают фракцию растворимых низкомолекулярных углеводов (моносахариды, дисахариды, трисахариды) и концентрат, содержащий увеличенное количество белка по сравнению с исходным субстратом.

При последующей ферментативной обработке полученного концентрата ферментным комплексом протеолитических ферментов в сочетании с целлюлазами и ксиланазами получают жидкий белковый-углеводный комплексный концентрат.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Соевую муку с содержанием сухих веществ 92% и сырого протеина 52% в расчете на сухие вещества разбавляют водой до концентрации твердых веществ в суспензии 200 г/л, с помощью пищевой соды доводят рН системы до 9,5, добавляют бактериальную щелочную протеазу, проводят ферментативный гидролиз в течение времени, достаточного для перевода белковых веществ в растворенную фазу при температуре 60°С. После окончания гидролиза водную фазу отделяют от остатка центрифугированием, остаток промывают дистиллированной водой в количестве от объема воды, взятой для проведения гидролиза. Промывную воду отделяют центрифугированием и объединяют с гидролизатом, полученным на первой стадии отделения. Гидролизат и твердый остаток сушат распылительным способом.

Для получения предобработанной муки исходное сырье, представляющее собой соевую муку с объемной плотностью 500-600 г/литр, смешивают с водой до достижения концентрации сырья 65-75%.

Полученную увлажненную массу подвергают ступенчатому нагреву от 20 до 140-220°С в течение 60-90 сек при давлении от 50 до 120 атм.

Резко сбрасывают давление до 1 атм и высушивают до остаточной влажности 10%, получая гранулированный пористый продукт с объемной плотностью от 50 до 350 г/литр (в измельченном до размеров частиц муки виде, полученный продукт имеет объемную плотность от 500 до 700 г/литр). Далее используют полученный продукт для проведения ферментативного гидролиза стандартными способами.

Дозировка фермента и продолжительность процесса указана в таблице 1 ниже. Выход белка также указан в нижеприведенной таблице.

Пример 2. Послеспиртовой концентрат, полученный из соевой муки, с содержанием сухих веществ 93% и сырого протеина 72% в расчете на сухие вещества разбавляют водой до концентрации твердых веществ в суспензии 200 г/л, с помощью пищевой соды доводят рН системы до 9,5, добавляют бактериальную щелочную протеазу, проводят ферментативный гидролиз в течение времени, достаточного для перевода белковых веществ в растворенную фазу при температуре 60°С. После окончания гидролиза водную фазу отделяют от остатка центрифугированием, остаток промывают дистиллированной водой в количестве от объема воды, взятой для проведения гидролиза. Промывную воду отделяют центрифугированием и объединяют с гидролизатом, полученным на первой стадии отделения. Гидролизат и твердый остаток сушат распылительным способом.

Предобработанную муку готовят указанным выше способом. Дозировка фермента и продолжительность процесса указана в таблице 2 ниже. Выход белка также указан в нижеприведенной таблице 2.

Примеры 3-25

Таким образом, при проведении ферментативного гидролиза экструдированной муки и концентрата белка, полученного из экструдированной муки, измельченной до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон, дозировка ферментного препарата в среднем в 1,5 раза ниже, продолжительность процесса сокращается на 30-50%, выход белка в гидролизат на 10-20% выше, масса негидролизованного осадка меньше на 7-12%, что суммарно приводит к увеличению эффективности ферментативного гидролиза на 20-40%.

Способ обработки муки из зерновых, бобовых и масличных культур или их смеси для ферментативной обработки при получении белковых гидролизатов, включающий измельчение указанной муки до размера частиц хотя бы в одном измерении менее 50 микрон, при условии, что не менее 50% этих частиц имеет размер менее 25 микрон.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области химической технологии, а именно - жидкостному экстрагированию целевого белкового продукта из различного вида сырья. Протеиновое сырье обрабатывают под давлением органическим экстрагентом с получением белкового продукта.

Изобретение относится к cпособу концентрации частиц белка и крахмала тритикалевой муки методом пневмоклассификации. Способ предусматривает очистку и помол зерна тритикале на вальцовых станках до крупности частиц не более 100 мкм, разделение тритикалевой муки на белковую и углеводную фракции на установке пневмоклассификации с предельным количеством пропусков измельченной муки через центробежно-осевой роторный пневмоклассификатор равным трем, при этом на каждом пропуске, следующем за первым, пневмоклассифицируют углеводную и белково-углеводную фракции, полученные на предыдущем пропуске, при производительности установки при первом пропуске 55-58 кг/ч и 72-74 кг/ч при втором и третьем пропуске со скоростью уноса частиц в аппарате пневмоклассификатора - в пределах 1,0-1,5 м/с и окружной скоростью ротора 70 м/с.

Изобретение относится к мясной промышленности, а именно к производству рубленых полуфабрикатов из сырья животного происхождения, и может быть использовано как в мясоперерабатывающем производстве, так и на предприятиях общественного питания.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к масложировой. Способ получения растительного масла и белкового продукта из смеси семян подсолнечника, льна и расторопши, характеризующийся тем, что для получения растительного масла и белкового продукта используют смесь семян подсолнечника, льна и расторопши, взятых в соотношении 1:2:2, для чего семена очищают от примесей, моют и без предварительного отшелушивания смешивают, дозируют в корпус пресса при скорости вращения вала 50-60 об/мин, затем отжатое масло подвергают однократной очистке, фильтрации, перекисное число свежевыработанного масла должно быть не более 2,0 ммоль активного кислорода/кг, причем компоненты смеси выбирают по содержанию жира в семенах таким образом, чтобы выполнялось необходимое соотношение ПНЖК омега-6 к омега-3, равное 10:1, а также по физико-механическим показателям, таким как размер, плотность, после отжима масла из масличных культур получают жмых, богатый белками, жирами, который может использоваться как белковый продукт в качестве добавки к комбикормам.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Подготавливают белоксодержащую биологическую систему.

Изобретение относится к улучшенной белковой системе для пищевых продуктов и пищевым продуктам, таким как питательные батончики, содержащие такую белковую систему.
Изобретение относится к способу сохранения влаги в приготовленной пище с помощью пептида. .
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству и использованию биологически активных добавок. .
Наверх