[1]Изобретение относится к технологии комплексной переработки дикорастущего сырья с получением биологически активных веществ (БАВ) для использования в пищевой и фармацевтической промышленности.
[2]Семена сосны кедровой сибирской Pinus sibirica du tour (кедровый орех) представляют собой ценный источник биологически активных комплексов. Ядра кедрового ореха богаты витаминами группы В, Е, K, РР, А, С, а также железом, фосфором, цинком, магнием, медью и особенно марганцем. В них высоко содержание жира, белка, лизина, метионина и триптофана - наиболее дефицитных аминокислот. В составе кедрового ореха обнаружены ненасыщенные жирные кислоты: пальмитолеиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, гадолеиновая, эйкозадиеновая, эйкозатриеновая и насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, арахиновая и бегеновая.
[3]Большое внимание кедровые семена привлекают как масличное сырье. Кедровое масло по своим вкусовым качествам не уступает оливковому и превосходит льняное, конопляное, подсолнечное. Оно находит применение в различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, плодовоовощной, хлебобулочной, может использоваться как столовое масло. Кедровое масло получают из ядра кедрового ореха методом холодного или термического отжима.
[4]Кедровые жмых, полученный при извлечении масла из кедровых орехов, относится к вторичным сырьевым ресурсам, однако имеет большое значение как дополнительный источник полноценного белка, легкоусвояемых углеводов, витаминов и минеральных веществ. В состав кедрового жмыха входит, г/100 г сухих веществ: белка - 35,2; липидов - 24,5; углеводов - 35,0. Витаминный состав кедрового жмыха, мг/100 г: витамин Е - 11,2; витамин В3-3,25; витамин В2 - 1,83; витамин В1 - 0,6.
[5]Основным направлением использования кедрового жмыха является производство функциональных продуктов питания (халва, мороженое, конфеты и пирожные, джемы, творожные продукты) и биологически активных добавок к пище. В то же время целесообразно извлечение из жмыха ядра кедрового ореха БАВ с высокой добавленной стоимостью и широким потенциалом использования: белковых, витаминных, углеводных и минеральных комплексов.
[6]Из уровня техники известен ряд технических решений, направленных на получение пищевого растительного белка для его дальнейшего использования в производстве комбинированных биологически полноценных продуктов и белковых композиций.
[7]Так, известен способ получения белка из растительного сырья, преимущественно из чечевицы (а.с. 1741730, опубл. 23.06.92), предусматривающий измельчение сырья, экстракцию белка раствором гидроокиси натрия с массовой долей 0,05-0,07% при жидкостном коэффициенте 1:10 в течение 20-30 мин при температуре 28-30°C, осаждение уксусной кислотой до достижения рН 4,7-5,2, двойную промывку водой до рН 6-7 и удаление влаги методом сушки.
[8]В качестве недостатков известного изобретения следует признать длительность и высокие температуры экстракции белков из измельченного растительного сырья, в частности чечевичной муки, что способствует переходу в экстракт ряда биологически активных антипитательных веществ: ингибиторов трипсина, гемоглютелинов, гайтрогенов, экстрогенов, аллергенов, а также олигосахаров, снижающих степень чистоты целевого продукта и ухудшающих его функционально-технологические свойства.
[9]Предлагается способ получения белка из растительного сырья (патент РФ №2138172, опубл. 27.09.1999), согласно которому измельченное до размера частиц 100 мкм сырье, преимущественно чечевицу, отделяют от оболочек. Проводят ступенчато экстракцию, внося сначала раствор сульфата аммония с массовой долей 0,48-0,50%. Через 12-15 мин жидкую фракцию отделяют и повторяют обработку осадка раствором сульфата аммония с массовой долей 2,48-2,50%. Операцию аналогично повторяют, используя раствор с массовой долей сульфата аммония 5,0-5,2% при соотношении мука:экстрагент 0,9-1,1:4,9-5,1; при температуре 0-5°C на каждой стадии экстракции. Осаждение белков осуществляют в общем экстракте до достижения рН 3,0-3,2.
[10]Основным недостатком данного способа является низкая степень очистки готового продукта.
[11]Известен способ получения концентрата белков из растительного сырья (патент РФ №2174757, опубл. 20.10.2001), заключающийся в следующем. Измельчают сырье, смешивают с водой, подкисляют среду до рН 4,5-4,6. Проводят экстракцию балластных веществ, разделение жидкой и твердой фракций центрифугированием. Промывают твердый осадок белков и обезвоживают сушкой. Измельченное до размера частиц 100 мкм и отделенное от оболочек сырье смешивают с водой в соотношении 0,9-1,1 : 3,9 -4,1. В процессе экстракции балластных веществ ведут обработку смесью ферментных препаратов амилосубтилин ГЗх в количестве 0,5-0,6% к массе сырья и глюкаваморин ГЗх в количестве 1,6-2,0% к массе сырья при 50-55°C в течение 5,0-5,5 ч. Выделение белка из жидкой фракции осуществляют методом изоэлектрического осаждения с последующим отделением твердого осадка белков центрифугированием.
[12]Предлагаемый способ характеризуется недостатками: высокий расход ферментных препаратов и высокая продолжительность процесса экстракции, что приводит к повышению себестоимости готового продукта.
[13]Предложен способ получения концентрированного белкового материала из растительного сырья (заявка на выдачу патента РФ №2006103760, опубл. 20.10.2001), включающий получение однородной массы из растительного сырья и жидкости, освобождение от крахмальной составляющей и получение белкового материала, отличающийся тем, что для удаления крахмальной составляющей и концентрирования белкового материала используют центрифугирование.
[14]Недостатком известного способа является невысокая биологическая ценность получаемого белкового материала.
[15]В ходе проведения патентного поиска не выявлено техническое решение, которое может быть признано ближайшим аналогом.
[16]Технической задачей предлагаемого изобретения является получение белково-витаминного комплекса из кедрового жмыха с высокой биологической ценностью (содержание белка, незаменимых аминокислот, витаминов) и высокой степенью очистки.
[17]Для достижения указанного технического результата кедровый жмых обезжиривают гексаном в течение 30 минут, промывают и высушивают на воздухе. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу препаратом Диазим Х4, или препаратом Амилосубтилин, или препаратом ЦеллоЛюкс-F в течение 60 минут с целью расщепления полисахаридов кедрового жмыха до моносахаридов и максимального извлечения белковой фракции при последующей экстракции с дальнейшей инактивацией ферментов. Затем проводят щелочную экстракцию ферментативного гидролизата кедрового жмыха в течение 60 минут, двухстадийную (ультрафильтрация и хроматография) очистку и распылительную сушку.
[18]Разработанный способ реализуют следующим образом.
[19]Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Диазим Х4, или ферментным препаратом Амилосубтилин, или ферментным препаратом ЦеллоЛюкс-F в течение 60 минут. Проводят инактивацию ферментов путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут. Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку (ультрафильтрация и обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография) полученных белковых комплексов, распылительную сушку (температура 65°C, скорость подачи раствора в сушильную камеру 5 мл/мин, скорость воздушного потока 20 м3/час, продолжительность 20 секунд) и контроль показателей качества (массовая доля белка, содержание аминокислот и витаминов).
[20]Изобретение иллюстрируется следующими примерами (сравнение полученного белково-витаминного комплекса для обоснования достижения указанного технического результата будет проведено с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172).
[22]Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Диазим Х4 (рН 4,2, температура 45°C, фермент-субстратное соотношение 1:100) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.
[23]Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстракта на установке МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 50 кДа при рН 7,0. Вторая стадия включает очистку полученного фильтрата с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя белково-витаминный комплекс в градиенте концентраций хлористого натрия. Полученный после проведения ОФ ВЭЖХ продукт высушивают на распылительной сушилке Mini Spray Dryer В-290 (Buchi, Швейцария) в течение 20 с при следующих параметрах: температура 65°C, скорость подачи раствора в сушильную камеру 5 мл/мин, скорость воздушного потока 20 м /час. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.
[24]Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.
[26]Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Амилосубтилин (рН 6,3; температура 50°C, фермент-субстратное соотношение 1:150) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.
[27]Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку с распылительную сушку аналогично примеру 1. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.
[28]Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.
[30]Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом ЦеллоЛюкс-F (рН 4,5, температура 35°C, фермент-субстратное соотношение 1:200) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.
[31]Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку с распылительную сушку аналогично примеру 1. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.
[32]Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.
[33]
[34]
[35]Из таблицы 1 следует, что в белково-витаминном комплексе, полученном из кедрового жмыха с использованием разработанного способа (98,0-98,5%), массовая доля белка сопоставима с массовой долей белка в продукте из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 (98,0-98,6%). Анализ таблицы 1 также свидетельствует о том, что белково-витаминный комплекс, полученный с использованием разработанного способа, характеризуется повышенной биологической ценностью, в частности содержанием незаменимых аминокислот, по сравнению с продуктом, выбранным для сравнения. Так, содержание треонина в белково-витаминном комплексе из кедрового жмыха превышает данное значение в продукте -аналоге на 26,3%, содержание метионина - на 50,0%, содержание триптофана - на 46,1%, содержание лейцина - на 11,9%, содержание изолейцина - на 88,5%, содержание фенилаланина - на 15,6%, содержание лизина - на 20,5%, содержание валина - на 42,5%.
[36]Кроме того, белково-витаминный комплекс, извлеченный из кедрового жмыха, характеризуется высоким содержанием витаминов группы В (512,3 мг/100 г продукта) и витамина Е (36,9 мг/100 г продукта).
[37]Таким образом, разработанный способ позволяет получить белково-витаминный комплекс из кедрового жмыха, со степенью очистки 95% и высокой биологической ценностью, который может быть использован в производстве продуктов функционального питания и биологически активных добавок к пище. Разработанный способ характеризуется низким расходом экстрагента (гидроксид натрия) и дорогостоящих ферментных препаратов (Диазим Х4, Амилосубтилин, ЦеллоЛюкс-F).
