Способ получения функционального пищевого ингредиента на основе подмора пчёл

Способ включает предварительное подсушивание подмора пчел, до остаточной влажности около 10%, путем выдерживания исходного сырья, разложенного тонкими слоями на открытом воздухе, либо с помощью воздушных потоков в сухом отапливаемом помещении, при температуре не более 45°С. Подсушенное сырьё измельчают до состояния однородной массы, с размером частиц не более 1,5 мм. Измельченное сырьё смешивают с водой питьевого качества при массовом соотношении 1:1, до получения однородной смеси и измельчают в планетарной шаровой мельнице с частотой вращения планетарного диска не менее 450 оборотов в минуту, при продолжительности не менее 15 минут, с использованием в качестве мелющих тел стальных шаров диаметром 10 мм. Изобретение обеспечивает получение функционального пищевого ингредиента. 1 пр.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а также к технологии переработки сырья природного происхождения, и может быть использовано для производства продуктов питания натурального происхождения, способствующих укреплению здоровья человека, профилактике различного рода заболеваний, повышению работоспособности и выносливости организма.

Продукты пчеловодства представляют собой природное сочетание активных веществ растительно-животного происхождения с многообразными биологическими свойствами, имеют сложный химический состав и обладают многообразным положительным действием на организм человека. Медоносные пчелы, посещая огромное количество растений и создавая уникальные натуральные продукты, содержащие богатейший комплекс биологически активных компонентов, сами являются банком этих веществ [Кривцов Н.И., Бурмистрова Л.А., Будникова Н.В., Харитонова М.Н., Акимова С.Н., Степанцева Г.К. Некоторые особенности состава и свойств тел медоносных пчел и экстрактов из них // Материалы международной научно-практической конференции «Пути развития пчеловодства в России через успешный опыт регионов России, стран СНГ и дальнего зарубежья», http://bestbees.ru/?q=node/2044]. Тело медоносных пчел включает в себя практически все компоненты меда, пыльцы, маточного молочка, прополиса, воска, пчелиного яда, содержит аминокислоты, минеральные вещества, витамины, ферменты, гормоноподобные соединения и др.

Хитиновый покров пчел содержит уникальные биополимеры - хитин, хитозан, гепарин и меланин. При этом хитин представляет собой комплексную субстанцию с меланином, обладающую высокой биологической активностью, характерной как для хитина, так и для меланина.

Гепарин и гепароиды оказывают целебное действие на состояние сосудов, играют исключительно важную роль в поддержании равновесного состояния свертывающейся и противосвертывающейся систем крови.

Хитозан оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие, нормализует функции многих систем организма, действует как профилактическое средство при риске развития диабета, способствует снижению уровня холестерина в крови. Хитозан активизирует заживление ожоговой и раневой поверхности без образования рубцов, связывает и выводит из организма радионуклиды и соли тяжелых металлов.

Целебные свойства подмора объясняются также содержанием в нем пчелиного яда.

Жир пчелы превосходит по ценности рыбий жир, содержит большое количество ненасыщенных жирных кислот.

Пищевые волокна, в большом количестве содержащиеся в теле пчелы, улучшают функцию желудочно-кишечного тракта, являются эффективными сорбентами, освобождающими организм от любых видов токсинов.

Можно выделить следующие биологические эффекты и лечебно-оздоровительные свойства подмора пчел:

- противовоспалительный;

- обезболивающий;

- антитромботический;

- противосклеротический;

- липотропный;

- радиопротекторный;

- антитоксический;

- спазмолитический;

- мочегонный;

- желчегонный;

- разрушающий конкременты;

- иммуномодулирующий;

- адаптогенный;

- противоопухолевый;

- регенераторный;

- противосудорожный;

- улучшающий микроциркуляцию и трофику тканей;

- стабилизирующий артериальное давление;

- активизирующий все виды обмена веществ;

- регулирующий работу сердца, почек, желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, легких, печени;

- выводящий все виды токсинов;

- замедляющий старение.

Благодаря развитию пчеловодства в России, существует реальная возможность получения сырья в виде сухих пчел, в том числе и подмора до 5 тыс.тонн ежегодно, для производства биологически активных компонентов и препаратов на их основе [Филиппов И.Н. Безграничная живительная и исцеляющая сила пчелы. 2-е изд. - Ульяновск, 2015. - 122 с.].

Таким образом, разработка процессов переработки медоносных пчел, а также стандартизация получаемых продуктов, является важной и актуальной задачей.

Для оздоровительных целей пчелиный подмор часто используется в форме отваров, спиртовых настоек и экстрактов.

Известен способ получения биологически активной добавки путем экстрагирования биологически активных веществ из подмора пчел водой или 60-70%-ным водным этиловым спиртом [Патент на изобретение RU 2377930 С1. Способ получения биологически активной добавки (варианты). Сержантов Г.И. МПК A23L 1/30, A23L 1/076, А61K 35/64. Заявка №2008140573/13, 13.10.2008, опубл. 10.01.2010 Бюл. №1]. Способ включает замораживание тел пчел при температуре от минус 10°С до минус 18°С, измельчение в однородную массу, высушивание и измельчение в порошок до размера частиц не более 0,5 мм. Полученное сырье заливают дистиллированной водой или 60÷70%-ным водным этиловым спиртом и настаивают в течение не более 24 ч при температуре не менее 20°С. Затем смесь экстрагируют с помощью ультразвука в режиме кавитации в течение не более 90 мин при температуре не более 45°С, повторяя экстракцию не менее 3 раз. Экстракт отделяют фильтрацией, охлаждают, разливают и фасуют. Изобретение позволяет максимально сохранить биологическую активность используемой продукции пчеловодства, а также снизить стоимость ее изготовления.

К основному недостатку указанного способа переработки подмора пчел можно отнести далеко не полное использование ценных биологически активных веществ сырья. В особенности это касается важнейших биополимеров - хитина, хитозана, меланина, гепариноидов, поскольку, являясь большей частью высокомолекулярными соединениями, эти полимеры, а также целый ряд биологически активных комплексов на их основе, не обладают существенной растворимостью ни в воде, ни в этиловом спирте и не могут быть переведены в состав экстракта.

Известен способ получения хитозан-меланинового комплекса из подмора пчел [Патент на изобретение RU 2382051 С1. Способ получения хитозан-меланинового комплекса из подмора пчел. Селионова М.И., Погарская Н.В. МПК C08В 37/00. Заявка: 2008129931/13, 21.07.2008, опубл.: 20.02.2010 Бюл. №5], включающий предварительную сушку хитин-меланинового сырья (подмор пчел) до влажности 4÷6%, перетирание высушенной массы до порошкообразного состояния. Далее сырье депротеинируют 10% раствором щелочи при температуре 78÷82°С в течение 1,5÷2,0 часов. Добавляют в реакционную смесь 50% раствор NaOH и доводят таким образом его концентрацию до 30% от исходной. Дезацетилируют полученную массу при температуре 90÷95°С в течение 1,5÷2,0 часов, фильтруют, при этом отфильтрованную массу, представляющую собой хитозан, получают путем промывания дистиллированной водой до достижения рН 7. Из оставшегося после фильтрования раствора осаждают меланин воздействием концентрированной соляной кислотой до изменения рН среды обрабатываемого раствора в кислую область и выпадения хлопьевидного осадка, представляющего собой меланин. Отделяют меланин от жидкой фазы центрифугированием, промывают, отдельно сушат хитозан и меланин при температуре 50÷60°С до влажности 8÷10% и смешивают их для получения конечного продукта - хитозан-меланинового комплекса.

Данное изобретение может быть использовано в ветеринарии для получения препаратов лечебно-профилактического назначения, в медицине для профилактики и лечения кишечно-инфекционных заболеваний различного происхождения, а также ранозаживляющих мазей и как радиопротектор организма и кожного покрова.

Недостатками описанного способа переработки подмора пчел являются сложность и многостадийность процесса, а также использование «жесткого» химического воздействия концентрированных щелочей и кислот на обрабатываемый материал, что неизбежно приводит к разрушению и потере практически всех биологически активных веществ исходного сырья за исключением хитозана и меланина.

Известен способ получения средства для лечения заболеваний различной этиологии на основе натурального меда [Патент на изобретение RU 2366435 С1. Способ получения средства для лечения заболеваний различной этиологии на основе натурального меда (варианты). Фазылов М.З., Шаяхметова Г.З. МПК А61K 35/64, А61Р 43/00. Заявка: 2008123415/15, 09.06.2008, опубл.: 10.09.2009 Бюл. №25]. Способ заключается в механическом смешивании натурального меда с различными компонентами природного происхождения, в том числе с пчелиным подмором и другими пчелопродуктами. Согласно описанной технологии, подмор пчелиный сушат на солнце до полного исчезновения неприятного запаха. Хорошо высушенный подмор размалывают в достаточно мелкий порошок.

Несмотря на то, что технология проста и доступна, а получаемые средства обладают широким спектром фармакологического действия, недостатком данного способа переработки пчелиного подмора можно считать получение препарата подмора со сравнительно невысокой биологической активностью по причине использования обычного механического размалывания сырья.

Биологически активные вещества, обусловливающие полезные свойства пчелиного подмора, находятся в сырье не в свободном состояниии, а связаны в сложные комплексы различными связями физической и химической природы и лишь частично могут находиться в биодоступной форме. Основная часть биологически активных веществ находится в клетках и других органах пчелы, имеющих сложное строение и многоуровневую защиту. В комплексообразовании наиболее активное участие принимают биополимеры, выполняющие кроме того функции строительного материала различных частей тела насекомого. Само тело пчелы имеет твердый прочный хитиновый покров, являющийся своеобразным скелетом и защищающий ее органы от механических и различных физических воздействий.

Для эффективной экстракции веществ и дальнейшего усваивания их организмом человека, многоуровневые структуры используемого биологического материала, включая физические и химические связи межмолекулярных комплексов, должны быть разрушены, а сами вещества переведены в биодоступные формы.

Максимально эффективное использование всего комплекса ценных биологически активных веществ может быть достигнуто за счет интенсификации технологических процессов переработки сырья.

В этом плане представляет интерес механохимическая обработка биологического материала [Ломовский, О.И. Механохимия в решении экологических задач: аналит.обзор / О.И. Ломовский, В.В. Болдырев; Гос. публич. науч.-техн. б-ка Сиб. отд-ния Рос. акад. наук, ИХТТМ СО РАН, НГУ, Науч.-образ. центр «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии». Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2006. 221 с. (Сер. Экология. Вып. 79)]. Применение механохимических методов позволяет разработать технологии нового уровня, обеспечить экологически чистые и малоотходные процессы, а также позволяет максимально выделить и использовать биологически активные вещества.

Механический размол с применением высокоэффективных мельниц (шаровых, вибрационных, бисерных, планетарных и др.) используется не только для измельчения исходного материала, но и для его аморфизации. При механо-химическом воздействии происходят многочисленные изменения в органических веществах (разрыв и формирование внутримолекулярных ковалентных связей, процессы с образованием более слабых межмолекулярных связей). Вместе с этим изменяются физические свойства веществ (растворимость, активность, внешний вид) [Роговина С.З. Твердофазная модификация хитина и хитозана в условиях механического воздействия. // Хитин и хитозан: Получение, свойства, применение. М.: Наука, 2002. - 368 с. - С.64 - 77].

Ударно-истирающее воздействие сопровождается измельчением и разупорядочением структуры обрабатываемого материала, что значительно облегчает выделение биологически активных веществ. Изменения свойств материала, происходящие при этом, часто называют механохимической активацией (МХА). Известно, что после МХА лекарственных средств изменяются сила и диапазон их фармакологической активности.

В настоящее время в литературе отсутствует информация, касающаяся МХА, применительно к такому ценному и сложному биологическому сырью, каким является пчелиный подмор.

Предлагается кормовая добавка для сельскохозяйственных животных и птицы [Патент на изобретение RU 2579219 С1. Кормовая добавка для сельскохозяйственных животных и птицы. МПК А23K 10/10, А23K 20/28. Заявка: 2014145688/13, 13.11.2014, опубл.: 10.04.2016 Бюл. №10], имеющая сложный многокомпонентный состав и содержащих в качестве одного из компонентов подмор пчел.

Согласно технологии приготовления добавки, для получения порошка из подмора, собирают свежепогибшие, сухие, без признаков разложения, пчелы. Сырье просеивают через сито с крупными ячейками, чтобы отделить его от мелкого мусора. После этого подмор просушивают в духовке, печи при температуре 40÷45°С или над батареей центрального отопления. Сухой материал подвергают гомогенизации на шаровой мельнице или электрокофемолке. Степень дисперсности контролируют микроскопически, которая должна составлять в пределах 60÷90 мкм. Полученный порошок подвергают радиостерилизации в дозе 3000 г. В процессе радиационного воздействия происходит не только гибель микробов-контаминантов, но и радиохимическая активация хитина путем радиолиза, в процессе которого происходит разрыв дисульфидных связей с образованием тиоловых групп (естественные радиопротекторы) с одновременной депротеинизацией и деминерализацией, т.е. активация хитина без традиционного гидролиза с использованием технологически опасных реагентов - концентрированных щелочей и кислот. Применение порошка из облученного подмора пчел существенно повышает биологическую эффективность продуктов пчеловодства.

Несмотря на достаточно высокую эффективность активирующего воздействия на биологический материал, включающего механохимическую и радиационную обработку, в качестве недостатков описанного способа переработки подмора пчел можно отметить следующие. Во-первых, степень дисперсности порошка подмора после обработки на шаровой мельнице (60÷90 мкм), является сравнительно грубой, поэтому сам процесс не вполне правильно назван гомогенизацией. Во-вторых, в технологии используется процесс радиационной обработки материала, требующий применения сложных дорогостоящих установок, кроме того может возникать угроза облучения рабочего персонала.

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность получения из подмора пчел продукта, сохраняющего в максимальной степени весь набор веществ пчелы, являющихся ценными и полезными для здоровья человека, в форме биологически активного комплекса с частично деструктированными и механоактивированными биополимерами - хитином, хитозаном и меланином. При этом технология переработки является безотходной и не предполагает использования каких-либо дополнительных добавок и реагентов синтетического происхождения.

Технический результат достигается тем, что в способе получения функционального пищевого ингредиента согласно изобретению используют подмор пчел как в виде целых телец, так и отдельных их фрагментов без признаков биологического повреждения, какими являются заплесневелость и неприятный гнилостный запах. Исходное сырье подсушивают при необходимости до остаточной влажности около 10% для обеспечения возможности дальнейшего механического измельчения. Подсушивание производят путем выдерживания сырья, разложенного тонкими слоями на воздухе в сухом отапливаемом помещении при температуре не более 45°С. Допускается использовать для указанной цели бытовые обогревательные приборы. Подсушенное сырье измельчают до состояния однородной массы с размером частиц не более 1,5 мм. При этом измельчение может быть осуществлено с помощью любого подходящего механического устройства, например электрокофемолки. Просеивание измельченного сырья с целью отделения мусора и крупных частиц осуществляют через любое сито с подходящими параметрами, например сито лабораторное из металлической проволочной сетки с номинальным размером ячеек 1,4 мм по ГОСТ Р 51568-99.

Измельченное сырье смешивают с водой питьевого качества при массовом соотношении 1:1 до получения однородной массы, после чего измельчают в планетарной шаровой мельнице с частотой вращения планетарного диска не менее 450 оборотов в минуту, при продолжительности не менее 15 минут, с использованием в качестве мелющих тел стальных шаров диаметром 10 мм.

Добавление воды к обрабатываемому материалу целесообразно по следующим причинам.

Конечный продукт имеет пастообразную консистенцию и является готовым к использованию.

Обрабатываемый материал и конечный продукт не образует пыли.

В процессе обработки повышается удельная энергия удара шаров ввиду меньшего демпфирующего (амортизирующего) действия водной суспензии по сравнению с порошком, внутренние пустоты которого заполнены воздухом.

Проникая вглубь обрабатываемого материала, вода вызывает в определенной степени разрушение комплекса водородных связей биополимеров, что способствует разупорядочению надмолекулярных структур и облегчает их механохимическую деструкцию.

Помимо разрушения сравнительно слабых водородных связей, вода в условиях интенсивных механических воздействий на материал, вступает в многочисленные реакции гидролиза сложных органических веществ, приводящих к расщеплению гликозидных, сложноэфирных, амидных и др. связей в их молекулах. В результате гидролиза β-(1-4)-гликозидных связей происходит частичная деструкция макромолекул хитина, сопровождающаяся разрывом цепей и понижением молекулярной массы биополимера. Гидролиз N-ацетилглюкозаминных групп способствует увеличению содержания свободных первичных аминогрупп в составе деструктированного хитина, т.е. осуществляется дезацетилирование хитина.

В процессе механического разрушения частиц материала, вода облегчает выход растворимых компонентов из внутриклеточного пространства.

Механохимическую активацию сырья осуществляют с использованием планетарной шаровой мельницы с частотой вращения планетарного диска не менее 450 оборотов в минуту при продолжительности не менее 15 минут.

Предложенный способ получения функционального пищевого ингредиента из подмора пчел иллюстрируется следующим примером.

Пример 1

Исходным биологическим материалом служил пчелиный подмор.

Подмор представлял собой в основном не разрушенные тельца пчел, достаточно мягкие на ощупь. Исходная влажность сырья находилась на уровне 12÷15%. У сырья отсутствовали признаки биологического повреждения (плесень и гнилостный запах).

С целью подсушивания, подмор был разложен на листе фильтровальной бумаги слоем в одну пчелу и выдержан на воздухе в помещении с температурой 25°С в течение 12 часов.

Подсушенный подмор измельчался в бытовой электрокофемолке мощностью 160 Вт, вместимостью 65 г, снабженной чашей и ножами из нержавеющей стали. Продолжительность измельчения составляла 2 минуты.

Измельченный подмор просеивался через лабораторное сито с размером ячеек 1,4 мм по ГОСТ Р 51568-99.

Навеска просеянного подмора 20 г помещалась в фарфоровую чашку, после чего к подмору добавлялась порция дистиллированной воды 20 см³, отмеренная лабораторным цилиндром. Подмор с водой перемешивался стеклянной палочкой до получения однородной массы.

Полученная влажная масса загружалась в размольный стакан из нержавеющей стали вместимостью 0,5 дм³. В этот же стакан помещались стальные шары диаметром 10 мм в количестве 100 штук.

Процесс механохимической активации подмора осуществляли на планетарной шаровой мельнице «Retsch РМ 100» При этом частота вращения планетарного диска составляла 450 оборотов в минуту, а время обработки 15 минут.

По окончании процесса обработки, содержимое размольного стакана извлекалось, после чего готовый продукт отделялся от шаров путем продавливания через ячейки лабораторного сита.

Способ получения функционального пищевого ингредиента включает предварительное подсушивание исходного сырья, в качестве которого используется подмор пчел, как в виде целых телец, так и отдельных их фрагментов, без признаков биологического повреждения, до остаточной влажности около 10%, путем выдерживания исходного сырья, разложенного тонкими слоями на открытом воздухе, либо с помощью воздушных потоков в сухом отапливаемом помещении, при температуре не более 45°С, затем измельчение подсушенного исходного сырья до состояния однородной массы, с размером частиц не более 1,5 мм, любым механическим способом, обеспечивающим получение частиц такого размера, смешивание измельченного сырья с водой питьевого качества при массовом соотношении 1:1, до получения однородной смеси и измельчение, представляющее собой механическую обработку полученной однородной смеси в планетарной шаровой мельнице с частотой вращения планетарного диска не менее 450 оборотов в минуту, при продолжительности не менее 15 минут, с использованием в качестве мелющих тел стальных шаров диаметром 10 мм.