Способ производства и модификации крахмала при переработке зерновых и зернобобовых культур
Владельцы патента RU 2725253:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН (RU)
Изобретение относится к производству крахмала при переработке зерновых и зернобобовых культур. Способ производства крахмала и его модификации при переработке зерновых и зернобобовых культур включает замачивание зерна, отделение зерна от замочного раствора, дробление зерна, измельчение в кашку, введение в пульпу, выделение из пульпы мезги и промывку ее от крахмала, разделение крахмало-белковой суспензии на крахмальную и белковую фракции и сушку полученных продуктов, при этом зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле 1,0:1,0-1,0:10,0 при температуре 10-30°С, от замоченного зерна отделяют замочный раствор, после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%, пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток, росток промывают от крахмала и высушивают. Промытую мезгу используют в качестве компонента кормопродукта. Экстракт, полученный при замачивании зерна, сгущают до 38-40% сухих веществ и высушивают вместе с мезгой для производства кормопродукта. Технический результат изобретения - создание технологии производства и модификации крахмала при переработке зернового сырья (за исключением кукурузы) с максимальным использованием всех компонентов зерна, имеющих потребительскую ценность. 1 ил., 6 табл.
Изобретение касается производства крахмала при переработке зерновых и зернобобовых культур.
Известен способ производства крахмала из зерна пшеницы, по которому зерно замачивают в растворе сернистого ангидрида концентрацией 0,4-0,45% SO2 в течение 22-26 часов при температуре замочной воды 38-42°С. Замоченное зерно измельчают, выделяют из него мезгу, от которой отмывают свободный крахмал; полученную крахмало-белковую суспензию разделяют на крахмал и крахмало-белковый концентрат и сушат полученные продукты (Андреев Н.Р., Филиппова Н.И. и др. "Сравнительная оценка новых видов крахмалсодержащего сырья для производства крахмала и крахмалопродуктов". Серия 19. Крахмалопаточная промышленность. Обзорная информация. Вып. 4. АгроНИИТЭИПП, М. 1992 г. С. 10).
Проблемой является создание технологии производства и модификации крахмала при переработке зернового сырья (за исключением кукурузы) с максимальным использованием всех компонентов зерна, имеющих потребительскую ценность.
В настоящее время только кукурузный зародыш производят как отдельный продукт при переработке зернового сырья на крахмал. При переработке пшеницы, ячменя, гороха, тритикале и других зерновых культур зародыш подвергается измельчению в процессе помола зерна, вследствие чего происходит потеря жира и загрязнение им крахмала.
Высокая концентрация сернистого ангидрида в замочном растворе создает вредные условия труда для обслуживающего персонала и приводит к повышенной коррозии строительных конструкций и оборудования.
Проблема решается следующим образом. Зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле 1,0:1,0-1,0:10,0 при температуре 10-30°С. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. Пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток. Росток промывают от крахмала и высушивают. Дробленую зерновую массу подвергают измельчению, из измельченной зерновой пульпы выделяют ситованием мезгу, мезгу промывают и используют в качестве компонента кормопродукта. Экстракт, полученный при замачивании зерна сгущают до 38-40% СВ и высушивают вместе с мезгой для производства кормопродукта. Отделенную от мезги крахмало-белковую суспензию направляют для разделения крахмала и белка, белок концентрируют и высушивают. Крахмальную суспензию промывают и высушивают.
В результате активизации зародыша в зерне зерновых и зернобобовых культур достаточным количеством влаги, кислорода при оптимальной температуре в зерне происходит активация ферментов, существенно влияющих на прочность белково-крахмальной матрицы зернового эндосперма, что способствует извлечению крахмала при переработке и модификации извлеченного крахмала, которая находится в зависимости от продолжительности проращивания зерна.
Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов зерна ячменя, ржи, тритикале, овса и пшеницы в процессе проращивания имеет огромное практическое значение, т.к. при этом гидролизе стенки клеток эндосперма растворяются и высвобождают крахмал.
Кроме того, например, при переработке бобовых культур, в частности гороха, в продуктах переработки зерна содержатся ингибиторы ферментов, которые при попадании в организм человека могут оказывать неблагоприятное воздействие на ЖКТ, но когда семя прорастает, ингибиторы ферментов разрушаются, а потому пищеварительная система принимает их без проблем.
Вырабатываемый новый продукт - сушенный росток зерновых или зернобобовых культур представляет высокую потребительскую ценность, так как способен снижать уровень холестерина в крови, что в свою очередь улучшает проводимость сосудов и уменьшает вероятность развития тромбозов, атеросклероза и, как следствие, инфаркта, инсульта и других острых сердечных состояний; обеспечивает регуляцию работы пищеварительной системы, оказывает благотворный эффект на желудочно-кишечный тракт, предотвращая пищевые расстройства; ускоряет обмен веществ и т.д.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле (соотношении зерно : вода) 1,0:1,0-1,0:10,0 при температуре 10-30°С. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. Пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток. Росток промывают от крахмала и высушивают. Дробленую зерновую массу подвергают измельчению, из измельченной зерновой пульпы выделяют ситованием мезгу, мезгу промывают и используют в качестве компонента кормопродукта. Экстракт, полученный при замачивании зерна, сгущают, например, в выпарных аппаратах, до 38-40% СВ и высушивают вместе с мезгой для производства кормопродукта. Отделенную от мезги крахмало-белковую суспензию направляют для разделения крахмала и белка, например, на центробежных сепараторах или центрифугах, белок концентрируют и высушивают. Крахмальную суспензию промывают, например, на центробежном оборудовании или гироциклонах и высушивают.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена технологическая схема производства крахмала по предлагаемому способу.
Пример 1. Зерно гороха 3 сортов «Темп», «Спартак» и «Софья» массой 600 г каждого образца замачивали в воде температурой 19-20°С в течение 16 ч при соотношении зерно : вода 1,0:3,75. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 19-20°С в течение 176 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. От пророщенного зерна отбирают пробы для переработки массой 75±0,5 г СВ. Пророщенное зерно подвергают дроблению раздавливанием на стекле, отделяют росток выборкой из зерновой массы пинцетом. Зерновую массу измельчают на блендере Braun в течение 5 мин.
Измельченную зерновую массу помещают на сито капроновое с ячейками диаметром 99±11 мкм с целью промывки мезги от свободного крахмала в 7 ступеней водой температурой 45°С.
После каждого ситования мезгу смешивают с новой порцией воды в ёмкости, и смесь переводят на сито.
Промытую мезгу высушивают в сушильном шкафу при температуре 50°С, взвешивают, определяют массовую долю влаги и крахмала, рассчитывают её выход в % к сухим веществам зерна.
Полученную крахмало-белковую суспензию температурой 35°С, pH 4,6 и концентрацией сухих веществ 18,5% центрифугируют на центрифуге при частоте вращения 3000 об./мин в течение 10 мин. Полученные сырой крахмал и белок высушивают при 50°С в сушильном шкафу, взвешивают, определяют в крахмале массовую долю влаги и белка, в белке - массовую долю влаги и протеина, рассчитывают их выход в % к сухим веществам зерна.
Таблица 1. Изменение выхода крахмала при переработке зерна гороха в процессе проращивания
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт гороха | ||
| Темп | Софья | Спартак | |
| Выход крахмала, % СВ | |||
| 16 | 36,8 | 41,4 | 45,2 |
| 48 | 36,7 | 40,6 | 43,8 |
| 96 | 36,6 | 40,9 | 43,8 |
| 144 | 36,7 | 40,8 | 44,2 |
| 192 | 36,7 | 41,0 | 44,3 |
Таблица 2. Изменение связанного крахмала при переработке зерна гороха в процессе проращивания
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт гороха | ||
| Темп | Софья | Спартак | |
| Массовая доля крахмала в мезге, % СВ | |||
| 16 | 12,3 | 10,6 | 13,1 |
| 48 | 11,0 | 9,9 | 10,4 |
| 96 | 9,7 | 7,5 | 10,0 |
| 144 | 8,1 | 7,0 | 8,8 |
| 192 | 7,6 | 6,5 | 8,0 |
Выход крахмала при переработке, несмотря на уменьшение массовой доли крахмала в зерне, сохраняет высокие показатели (табл. 1) вследствие высвобождения крахмала из эндосперма зерна (табл. 2).
Таблица 3. Изменение массовой доли амилозы в процессе прорастания зерна гороха сортов «Темп», «Софья» и «Спартак»
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт гороха | ||
| Темп | Софья | Спартак | |
| Массовая доля амилозы, % массы СВ крахмала | |||
| 0 | 34,2 | 34,6 | 38,3 |
| 16 | 36,7 | 39,9 | 39,7 |
| 48 | 38,5 | 40,7 | 40,9 |
| 96 | 43,7 | 43,2 | 48,6 |
| 144 | 48,3 | 45,7 | 48,8 |
В процессе проращивания зерна наблюдается увеличение массовой доли амилозы в крахмале, т.е. происходит модификация крахмала.
Пример 2. Зерно нута 2 сортов: «Вектор», «Аватар» и голозерного ячменя «Омский 1» массой 600 г каждого образца замачивают в воде температурой 19-20°С в течение 16 ч при соотношении зерно : вода 1,0:3,75. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 19-20°С в течение 128 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. От пророщенного зерна отбирают пробы для переработки массой 75±0,5 г СВ. Пророщенное зерно подвергают дроблению раздавливанием на стекле, отделяют росток выборкой из зерновой массы пинцетом. Зерновую массу измельчают на блендере Braun в течение 5 мин.
Измельченную зерновую массу помещают на сито капроновое с ячейками диаметром 99±11 мкм с целью промывки мезги от свободного крахмала в 7 ступеней водой температурой 45°С.
После каждого ситования мезгу смешивают с новой порцией воды в ёмкости и смесь переводят на сито.
Промытую мезгу высушивают в сушильном шкафу при температуре 50°С, взвешивают, определяют массовую долю влаги и крахмала, рассчитывают ее выход в % к сухим веществам зерна.
Полученную крахмало-белковую суспензию температурой 35°С, pH 4,6 и концентрацией сухих веществ 18,5% центрифугируют на центрифуге при частоте вращения 3000 об./мин в течение 10 мин. Полученные сырой крахмал и белок высушивают при 50°С в сушильном шкафу, взвешивают; определяют в крахмале массовую долю влаги и белка, в белке - массовую долю влаги и протеина, рассчитывают их выход в % к сухим веществам зерна.
Продолжительность проращивания 6 сут.
Таблица 4. Изменение выхода крахмала при переработке зерна нута и голозерного ячменя в процессе проращивания
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт нута | Голозерный ячмень сорта «Омский 1» | |
| Вектор | Аватар | ||
| Выход крахмала, % СВ | |||
| 16 | 46,7 | 47,4 | 47,4 |
| 48 | 45,7 | 46,9 | 43,0 |
| 96 | 45,6 | 46,9 | 40,8 |
| 144 | 45,7 | 46,8 | 38,2 |
Таблица 5. Изменение связанного крахмала при переработке зерна нута и голозерного ячменя в процессе проращивания
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт нута | Голозерный ячмень сорта «Омский 1» | |
| Вектор | Аватар | ||
| Массовая доля крахмала в мезге, % СВ | |||
| 16 | 22,8 | 21,9 | 24,6 |
| 48 | 19,6 | 19,8 | 20,3 |
| 96 | 19,4 | 18,9 | 15,6 |
| 144 | 19,1 | 18,2 | 13,8 |
По результатам таблиц 4 и 5 следует: активность амилолитических ферментов, влияющих на выход крахмала для сортов нута «Вектор» и «Аватар», практически не влияет на выход крахмала при его переработке. При переработке голозерного ячменя выход крахмала после 48 ч проращивания зерна уменьшается на 4,4%. Амилолитические ферменты голозерного ячменя гидролизуют крахмал и выход крахмала через 144 ч проращивания уменьшается на 9,2%.
Таблица 6. Изменение массовой доли амилозы в крахмале при проращивании голозерного ячменя сорта «Омский 1» и нута сортов «Вектор» и «Аватар»
| Продолжительность замачивания и проращивания, ч | Сорт нута | Голозерный ячмень сорта «Омский 1» | |
| Вектор | Аватар | ||
| Массовая доля амилозы, % массы СВ крахмала | |||
| 0 | 31,6 | 29,5 | 18,3 |
| 16 | 33,6 | 30,1 | 18,7 |
| 48 | 38,6 | 32,4 | 19,0 |
| 96 | 44,7 | 38,1 | 19,5 |
| 144 | 47,2 | 43,7 | 27,7 |
Интенсивное увеличение массовой доли амилозы в крахмале при проращивании нута сортов «Вектор» и «Аватар» наблюдается после 2 сут, для голозерного ячменя сорта «Омский 1» - через 6 сут.
Выход крахмала и его модификация в предлагаемом способе переработки зерновых и зернобобовых культур зависит от вида и сорта перерабатываемого сырья.
В результате выбора сырья для последующей переработки заявленным способом можно производить крахмал требуемой модификации и в качестве побочного продукта - росток, являющийся ценным компонентом пищевых продуктов.
Способ производства крахмала и его модификации при переработке зерновых и зернобобовых культур, включающий замачивание зерна, отделение зерна от замочного раствора, дробление зерна, измельчение в кашку, введение в пульпу, выделение из пульпы мезги и промывку её от крахмала, разделение крахмало-белковой суспензии на крахмальную и белковую фракции и сушку полученных продуктов, отличающийся тем, что зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле 1,0:1,0–1,0:10,0 при температуре 10-30°С, от замоченного зерна отделяют замочный раствор, после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%, пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток, росток промывают от крахмала и высушивают.
