[1]Изобретение относится к пищевой и комбикормовой промышленности и может быть использовано в производстве добавок к пище, производстве продуктов функционального назначения, добавок к кормам.
[2]Растворимые и нерастворимые пищевые волокна влияют на функции пищеварительного тракта разными путями. Так как в желудочно-кишечном тракте отсутствуют ферменты, расщепляющие волокна, последние достигают толстого кишечника в неизменном виде. Содержащиеся здесь бактерии обладают ферментами, способными метаболизировать некоторые волокна, и в первую очередь растворимые. За счет ферментации бактерии получают энергию для размножения и строительства новых клеток.
[3]Известен способ производства сухих пищевых продуктов, RU 2110934 С1, 20.05.2008, которые содержат смесь из крахмала, муки пшеничной, муки гороховой, соли, сахарозаменителя, в качестве аминокислот и пептидов - гидролизат белковой биомассы, а в качестве пищевых волокон отруби пшеничные. Смесь гомогенизируют и экструдируют. Сбалансированный продукт обладает стимулирующим и терапевтическим действием.
[4]Известен способ влажного фракционирования отрубей злаков, RU 2295868 С2, 27.03.2007, согласно которому отруби, представляющие собой оболочку семян злаков, таких как пшеница, ячмень, рожь, тритикале, овес и др., обрабатывают в две стадии, вначале их подвергают энзиматической обработке в комбинации с влажным помолом, после чего их центрифугируют и подвергают ультрафильтрации для физического разделения основных фракций отрубей, то есть нерастворимой фазы и растворимых сахаров. Вторая стадия состоит из фракционирования отрубей злаков, свободных от растворимых веществ, то есть нерастворимой фазы, полученной на первой стадии, путем энзиматической обработки ксиланазами и/или бета-глюканами и влажного помола, после чего проводят центрифугирование и для физического разделения основных фракций, то есть остаточных компонентов из клеточных стенок, фракций богатых белком, растворимой гемицеллюлозы и олигосахаридов.
[5]Известен способ производства лечебно-профилактической пищевой добавки, RU 2102903 C1, 27.01.1998, согласно которому к съедобному растительному или молочному сырью добавляют культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae для культивирования в жидком или увлажненном виде. В качестве растительного сырья используют зерновое сырье (зерновые отруби, мука зерновых) или соевое сырье (соевая мука). Из отрубей различных видов зерновых культур, муки из зерна и сои готовят жидкие питательные среды с содержанием 1-15% сухих веществ или твердофазные питательные среды, содержащие 35-65% сухих веществ. Жидкие питательные среды стерилизуют, засевают культурой дрожжей Saccharomyces cerevisiae и проводят накопление биомассы дрожжей. Полученную после выращивания культуру дрожжей инактивируют и подвергают сушке.
[6]Вышеупомянутые способы имеют определенные недостатки. Количество крахмала в отрубях низкое. Питательную среду готовят из отрубей, включающих небольшое количество крахмала, что требует дополнительного источника сахаров в виде муки злаковых или соевой муки, затем стерилизуют, что неудобно, затратно и может быть отнесено к недостаткам процесса. Культивирование дрожжей Saccharomyces cerevisiae на плотных питательных средах делает невозможным разделение продукта после ферментации на отдельные фракции, что также следует отнести к недостаткам процесса. Биомассу микроорганизмов в аналогах инактивируют и высушивают целые клетки. Этот прием также следует отнести к недостаткам процесса, так как целые клетки животными, особенно молодыми, усваиваются трудно.
[7]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному изобретению является способ получения ферментированного продукта из зерновой культуры, преимущественно из ячменя, содержащего пищевые волокна. Измельченное цельное зерно до среднего размера частиц 500 мк смешивают с водой до гомогенности с получением конечной концентрации сухих веществ 13,8 мас.%, добавляют термостабильную альфа-амилазу и проводят ожижение при температуре 95°C и последующее осахаривание амилоглюкозидазой в течение 20 ч. Осахаренный раствор разделяют центрифугированием на водонерастворимые и водорастворимые компоненты. Готовят вторичный инокулят хлебопекарных дрожжей (Saccharomyces sp.) культивированием первичного инокулята в жидкой среде YPD в течение 12 ч при температуре 30°C. После чего 1% вторичного инокулята вносят в водорастворимые компоненты и культивируют при встряхивании и аэрации в течение 48 ч. В результате получают ферментационный раствор с концентрацией дрожжей 21,5 г/л (по массе сухих дрожжей), который центрифугируют с получением раствора дрожжей и супернатанта, составляющих 9 мас.% и 91 мас.%, соответственно. Супернатант, из которого удалены дрожжи, концентрируют до концентрации сухих веществ 20 мас.% и смешивают в зависимости от спецификации готового продукта с нерастворимыми в воде компонентами, полученными после проведения процесса отделения их от растворимых в воде компонентов и хранения. Смесь с концентрацией сухих веществ 23 мас.% сушат распылением до концентрации сухих веществ 95% при температуре горячего воздуха (на входе) 160°С и температуре воздуха на выходе 95°С. Ферментированный продукт имеет пониженное содержание углеводов и повышенное содержание бета-глюканов. RU 2453150 С2, 26.06.2012.
[8]К недостаткам способа можно отнести дополнительные затраты на получение инокулята хлебопекарных дрожжей, высокую температуру высушивания для получения целевого продукта.
[9]Технической задачей данного изобретения является разработка способа получения ферментированного продукта из зерновых культур (овса, пшеницы, ячменя), содержащего пищевые волокна растительного происхождения невысокой питательной ценности, и включение в состав пищевых волокон автолизата биомассы дрожжей или ее водорастворимой фракции.
[10]Техническим результатом от реализации изобретения является повышение питательных свойств ферментированного продукта, содержащего пищевые волокна из зерновой культуры, и автолизат дрожжей, и/или водорастворимую фракцию автолизата дрожжей, состоящую в основном из легкоусвояемых аминокислот и пептидов.
[11]Технический результат достигается тем, что цельное зерно увлажняют водой до 15 мас.%, измельчают в специальной мельнице, обеспечивающей одновременно истирание и соударение частиц, до частиц размером 30-200 мк, проводят ферментативный гидролиз измельченного зерна в водной среде термостабильной альфа-амилазой при температуре 70-95°С, а затем глюкоамилазой при температуре 50-55°С, охлаждают до температуры 30-32°С, в полученный ферментолизат вносят суточную культуру дрожжей Saccharomyces cerevisiae и выращивают дрожжи в условиях аэрации и перемешивания до исчерпывания сахаров в среде, разделяют суспензию дрожжей центрифугированием на легкую фракцию - культуральную жидкость, среднюю фракцию - биомассу дрожжей, тяжелую фракцию - остатки измельченного зерна, затем проводят автолиз биомассы дрожжей в течение 4-24 ч, смешивают полученный автолизат с остатками измельченного зерна и высушивают при температуре 100-105°С до остаточной влажности 8-9 мас.% или полученный автолизат разделяют на водорастворимую и водонерастворимую фракцию, которую удаляют, а водорастворимую фракцию автолизата смешивают с остатками измельченного зерна и высушивают при температуре 100-105°С до остаточной влажности 8-9 мас.%. При этом автолиз проводят в присутствии олеиновой кислоты и гипохлорида натрия.
[12]Способ позволяет получить ферментированный продукт из зерновой культуры (овса, пшеницы, ячменя, тритикале, ржи, гречихи, кукурузы и других), содержащий пищевые волокна.
[13]Высушенный ферментированный продукт содержит пищевые волокна, полученные после биохимической обработки зерна и представляет собой трудноусваиваемые остатки измельченного зерна с развитой поверхностью, полезные для снижения калорийности пищи, очищения кишечника, похудения.
[14]Ферментированный продукт, содержащий пищевые волокна, полученный смешиванием остатков измельченного зерна после биотехнологической обработки и автолизата дрожжей в любом соотношении, преимущественно 1:1, выполняет роль сорбента и источника усвояемого белкового питания, что крайне важно для сбалансированного питания.
[15]Ферментированный продукт, содержащий пищевые волокна, полученный смешиванием остатков измельченного зерна после биотехнологической обработки и водорастворимой фракции автолизата дрожжей, обладает исключительно высокими питательными свойствами. Фракции смешивают в любом соотношении, преимущественно 1:1, и высушивают.
[16]Высокие питательные свойства водорастворимой фракции определяют, в основном, легкоусвояемые аминокислоты и пептиды автолизата дрожжей сахаромицетов.
[17]Реализация способа раскрыта в следующих примерах.
[19]Цельное зерно овса в количестве 3 кг увлажняют добавлением воды до 15 мас.%, выдерживают при комнатной температуре в течение 20 мин, измельчают в мельнице, обеспечивающей измельчение и одновременно соударение частиц в течение 20 с. Частицы зерна размером преимущественно 110 мк смешивают с 25 л горячей воды температурой 90°С, в которой предварительно растворили 2,5 мл термостабильной альфа-амилазы активностью 939 ед/мл из расчета 2 ед/г крахмала, выдерживают в течение 30 мин. Суспензию охлаждают до температуры 55°С, добавляют глюкоамилазу из расчета 10 ед/г крахмала, выдерживают 3 час, охлаждают до 32°С переводят в ферментер объемом 50 л. Вносят маточную культуру коммерческих дрожжей Saccharomyces cerevisiae в количестве 5 об.% и в условиях аэрации и перемешивания проводят накопление биомассы дрожжей до исчерпывания сахаров в среде. Полученную суспензию дрожжей разделяют посредством напольной центрифуги Beckman со съемными стаканами объемом 1 л, со скоростью 9000 об/мин в течение 5 мин на три фракции: легкая фракция - культуральная жидкость, в которой практически отсутствуют дрожжевые клетки, средняя фракция - биомасса дрожжей, тяжелая фракция - остатки измельченного зерна, содержащая до 25 мас.% сухих веществ. Биомассу дрожжей переводят в отдельный реактор, добавляют воду до содержания 15% сухих веществ, нагревают до температуры 50°С, добавляют олеиновую кислоту и гипохлорит натрия и проводят автолиз дрожжей в течение 16 ч. Полученный автолизат дрожжей представляет собой суспензию, в которой жизнеспособность дрожжей прекращена. Автолизат дрожжей смешивают с остатками измельченного зерна в соотношении 1:1 и высушивают при температуре 105°С в сушильном шкафу в течение 24 ч до остаточной влажности 8 мас.%.
[21]Цельное зерно овса в количестве 3 кг увлажняют добавлением воды до 20 мас.%, выдерживают при комнатной температуре в течение 15 мин, измельчают в мельнице, обеспечивающей измельчение и одновременно соударение частиц в течение 20 с. Частицы зерна размером преимущественно 200 мк смешивают с 25 л горячей воды температурой 90°С, в которой предварительно растворили 2,5 мл термостабильной альфа-амилазы активностью 939 ед/мл из расчета 2 ед/г крахмала, выдерживают в течение 35 мин. Суспензию охлаждают до температуры 52°С, добавляют глюкоамилазу из расчета 10 ед/г крахмала, выдерживают в течение 3 часов, охлаждают до 32°С и переводят в ферментер объемом 50 л. Вносят маточную культуру коммерческих дрожжей Saccharomyces cerevisiae в количестве 10 об.% и в условиях аэрации и перемешивания проводят накопление биомассы дрожжей до исчерпывания сахаров в среде. Полученную суспензию дрожжей разделяют посредством напольной центрифуги Beckman со съемными стаканами объемом 1 л, со скоростью 9000 об/мин в течение 5 мин на три фракции: легкая фракция - культуральная жидкость, в которой практически отсутствуют дрожжевые клетки, средняя фракция - биомасса дрожжей, тяжелая фракция - остатки измельченного зерна, содержащая не менее 20 мас.% сухих веществ. Биомассу дрожжей переводят в отдельный реактор, добавляют воду до содержания 15% сухих веществ, нагревают до температуры 52°С, добавляют олеиновую кислоту и гипохлорид натрия и проводят автолиз дрожжей в течение 16 ч. Полученный автолизат дрожжей представляет собой суспензию, в которой жизнеспособность дрожжей прекращена. Автолизат дрожжей разделяют на водорастворимую и водонерастворимую фракции посредством напольной центрифуги Beckman со скоростью 9000 об/мин в течение 10 мин. Водорастворимую фракцию смешивают с остатками измельченного зерна в соотношении 1:1 и высушивают при 100°С в сушильном шкафу до остаточной влажности 9 мас.%.
[22]В образцах провели определение содержания сырого протеина (метод Къельдаля) и сырой клетчатки (метод Фибре Баг, прибор Фибретерм).
[23]Биохимическая характеристика сырья и целевого продукта, полученного в соответствии с предложенным способом, представлена в таблице.
[24]
