СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРИСТЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ РЖИ Российский патент 1997 года по МПК C13K1/06 

Изобретение относится к пищевой промышленности и относится к получению сахаросодержащих продуктов.

Известен способ [1] ферментативного расщепления углеводородов цельной муки злаковых культур для получения пищевых добавок, отличающийся тем, что муку смешивают с водой, содержащей от 40 до 150 мнк ионов Ca⁺², до получения суспензии, содержащей от 30 до 50 мас. твердых сухих веществ, разжижение крахмала осуществляют с применением термостабильной бактериальной альфа-амилазы при температуре 80 95^oC и pH 5 7 при дозировке препарата 0,2 2,0 кг на 1 т крахмала при перемешивании в течение 1 3 ч, гидролиз разжиженного крахмала осуществляют с применением амилолитических ферментных препаратов, используемых как отдельно, так и в композиции.

При использовании ячменной муки перед обработкой бактериальной альфа-амилазой в суспензию добавляют ферментный препарат бета-глюканазы и обработку проводят при температуре 40 60^oC в течение 0,5 1 ч.

Осахаренный продукт (гидролизат) применяют в основном без отделения взвешенных частиц. Однако предусматривается и отделение взвешенных частиц путем центрифугирования с последующим сгущением до 70 80%-ного содержания сухих веществ. Осадок после центрифугирования может быть также высушен.

Недостатком способа является то, что для биоконверсии не используется собственная ферментная система злаковых культур, содержащих как амилолитические, так и целлюлолитические ферменты.

Способ предусматривает лишь расщепление крахмала и только при использовании ячменной муки перед амилолизом суспензия обрабатывается бета-глюконазой для расщепления бета-глюканов, составляющая основную массу гумми-веществ (слизи) ячменя, обусловливающих высокую вязкость гидролизатов. Только с применением дорогостоящего процесса центрифугирования из гидролизата можно отделить взвеси.

Поэтому готовый продукт применяют как пищевую добавку, но не как сахарозаменитель.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сахаристого продукта из ржаной муки [2] предусматривающий смешивание муки с водой в соотношении компонентов 1 3. Для разжижения суспензии используют собственные амилолитические ферменты муки. При этом процесс ведут при температуре 56 65^oC и pH 4,5 5,0 в течение 10 -30 мин. Для гидролиза используют один ферментный препарат глюкоамилазы в количестве 4,0 7,0 единиц глюкоамилазной активности на 1 г крахмала муки и процесс ведут в течение 5 22 ч при 56 65^oC. Инактивацию фермента производят путем нагрева продукта при 85^oC в течение 30 мин.

Сахаросодержащий гидролизат можно разделить центрифугированием и фильтрованием на сахаросодержащий сироп и сахаросодержащую пасту. Сироп сгущают до 55%-ного содержания сухих веществ, а пасту в случае необходимости высушивают.

Недостатком способа является то, что при разжижении суспензии используют только амилолитические ферменты муки, в то время как зерно ржи содержит целый ряд цитолитических ферментов, расщепляющих некрахмалистые олисахариды зерна ржи, создающие, как указывалось выше, высокую вязкость гидролизатов.

Недостатком способ является также большой расход ферментного препарата глюкоамилазы из-за недостаточной подготовленности субстрата, заниженный выход готового продукта в связи с неполной клейстеризацией крахмальных зерен, высокая вязкость гидролизатов, так как не предусмотрено ферментативное расщепление некрахмалистых полисахаридов зерна ржи, основную массу которых составляют арабино-ксиланы.

Цель изобретения получить сахаристые продукты из ржи в виде крахмальных паток различного углеводного состава с минимальной затратой ферментных препаратов, повысить выход гидролизата, снизить его вязкость для увеличения фильтрационной способности.

Цель достигается тем, что в способе получения сахаристого продукта из ржаной муки, предусматривающем ее смешение с водой в соотношении 1 3 до образования суспензии, разжижении ее собственными амилолитическими ферментами муки, гидролиз с применением глюкоамилазы с последующей инактивацией фермента. При разжижении мучной суспензии создаются оптимальные условия для действия собственных амилолитических и целлюлолитических ферментов ржаной муки, при этом нагрев суспензии производят со скоростью 1^oC в 1 мин с температурными 30-минутными паузами при 40, 60 и 70^o без изменения pH мучной суспензии, после чего для обеспечения полноты клейстеризации крахмала продукт выдерживают при 120 125^oC в течение 2 3 мин, гидролиз проводят при pH 5,3 5,5 с применением композиции ферментных препаратов: грибной альфа-амилазы в количестве 2,0 2,5 единицы амилолитической активности на 1 г крахмала муки и цитазы с высокой ксиланазной активностью в количестве 0,5 0,7 единицы целлюлолитической активности на 1 г муки. Процесс осуществляется при 55 - 57^oC в течение 10 16 ч.

С целью повышения сладости композицию ферментных препаратов пополняют глюкоамилазой.

Осахаренный гидролизат отделяют от взвешенных веществ фильтрованием, причем фильтрат уваривают до концентрации 70 78% сухих веществ, а жмых реализуют на месте.

Известно[3] что зерно злаковых культур содержит значительное количество некрахмалистых полисахаридов: гемицеллюлозу и гумми-вещества. В отличие от гемицеллюлозы, которая нерастворима в воде, гумми-вещества растворяются в теплой воде, образуя очень вязкие растворы (слизи).

В шести сортах ржи, произрастающих в России, содержание гумми-веществ колеблется от 4,4 до 7,4% а гемицеллюлозы от 8,4 до 14,4% Содержание гумми-веществ в ячмене находится в пределах 6,2 6,7%
Если гумми-вещества ячменя состоят в основном из бета-глюканов, то гумми-вещества ржи в основном содержат арабиноксиланы (пентозаны).

Как бета-глюкан, так и арабиноксилан при расщеплении образуют глюкозу, ксилозу и арабинозу.

Все злаки кроме амилолитических ферментов содержат эндо-бета-глюконазу, величина активности которой образует следующий ряд: овес, рожь, пшеница и ячмень (одинаково) и кукуруза. Небольшая активность экзо-бета-глюконазы имеется у ржи и ячменя. Имеется также экзоксиланазная активность.

Ферменты, гидролизующие некрахмалистые полисахариды, термолабильны. Наибольшая активность, например эндо-бета-глюконазы, проявляется при 45^oC. Оптимум действия указанных ферментов по pH колеблется в пределах 4,5 5,0. Однако эти величины определены без учета защитного действия субстрата.

В связи с изложенным зерно ржи (можно использовать некондиционное зерно) очищают от примеси, после чего размалывают до муки, дисперсионный состав которой соответствует обойной муке по ГОСТ 7045-90.

В зерне лучше сохраняется ферментная система, которую можно использовать на стадии разжижения. Поэтому желательно применять свежеприготовленную муку.

Способ осуществляют следующим образом.

Муку смешивают с водопроводной водой в соотношении 1 3 до образования суспензии, которую с целью разжижения подогревают до 80^oC со скоростью 1^oC в 1 мин с тремя 30-минутнгыми паузами при 40, 60, и 70^oC. При этом вначале происходит частичный гидролиз гумми-веществ за счет действия собственных цитолитических ферментов муки, далее при 60^oC происходит клейстеризация крахмальных зерен с одновременным расщеплением растворимого крахмала собственными амилолитическими ферментами муки до декстринов оптимальной молекулярной массы для действия осахаривающих ферментов.

Известно, что самые мелкие зерна крахмала клейстеризуются при температуре 120^oC, поэтому после разжижения суспензию быстро подогревают до 120 - 125^oC и выдерживают при этой температуре 2 3 мин для обеспечения полноты клейстеризации крахмальных зерен.

После почти мгновенного охлаждения массы с помощью вакуум-испарителя до температуры 55 57^oC в продукт добавляют раствор кислоты для доведения показателя pH до 5,3 5,5, который является оптимальным для действия амилолитических и цитолитических ферментов и далее добавляют композицию ферментных препаратов: грибную альфа-амилазу в количестве 2,0 2,5 единицы амилолитической активности на 1 г крахмала в муке или зеленый ячменный солод в количестве 8 10% к массе муки и цитазу с высокой ксиланазной активностью в количестве 0,5 0,7 единицы цитолитической активности на 1 г сухих веществ муки.

Процесс осуществляют при температуре 55 57^oC в течение 4 10 ч. С добавлением цитазы вязкость гидролизата снижается в три раза.

С целью повышения сладости конечного продукта композицию пополняют глюксамилазным ферментным препаратом в количестве 0,5 2,5 единицы глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке. Продолжительность гидролизата при этом составляет примерно 20 ч.

По достижении заданного углеводного состава гидролизат подогревают в теплообменнике до температуры 80^oC с целью инактивации ферментов и увеличения фильтрационной способности гидролизата, а продукт направляют на фильтрование. Фильтрат уваривают до 70 78%-ного содержания сухих веществ в зависимости от требований потребителей, а жмых реализуют на месте для пищевых или кормовых целей.

В зависимости от применяемых ферментных препаратов, оптимальных условий их действия для достижения наилучших технико-экономических показателей условия биоконверсии могут изменяться.

Пример 1. 1000 г измельченного до муки зерна ржи смешивают с водой при комнатной температуре в соотношении 1 3 до получения суспензии, которую нагревают при непрерывном перемешивании до 80^oC со скоростью 1^oC в 1 мин с тремя 30-минутными паузами при 40, 60 и 70^oC без изменения показателя pH.

По окончании разжижения продукт подогревают до 120 125^oC в течение 2 3 мин, после чего охлаждают почти мгновенно до 55 57^oC и в продукт добавляют раствор кислоты для снижения показателя pH до 5,3 5,5, после чего добавляют амилоризин П10Х в количестве 2,0 2,5 единицы амилолитической активности на 1 г крахмала в муке, целловиридин Г20Х в количестве 0,5 единиц цитолитической активности на 1 г муки и гидролиз проводят в течение 10 ч.

Далее продукт подогревают до 80^oC и фильтруют. 5 мл фильтрата 20%-ной концентрации при 80^oC получают за 20 30 с вместо 320 с по прототипу.

Фильтрат уваривают до концентрации сухих веществ 78% с получением сиропа, имеющего углеводный состав, по СВ:
Редуцирующие вещества в пересчете на глюкозу 55,5
Глюкоза 28,6
Мальтоза 31,3
Коилоза + арабиноза 0,8
Три- и тетрасахара 17,7
Декстрины 20,0
В качестве примеси продукт содержит 5,3% общего азота, 0,85% свободных ценных аминокислот, в том числе серосодержащие аминокислоты. Общая зола составляет 2,5%
Жмых содержит 4% крахмала, 20% редуцирующих веществ, 18% протеинов и 3,5% зольных элементов.

Сахаристый продукт отличается достаточной сладостью, не кристаллизуется в процессе длительного хранения, содержит биологически ценные активные компоненты зерна: аминокислоты в количествах, характерных для пчелиного меда весной, а также витамины B₁, B₂ и PP в количествах, характерных овощам и фруктам, микроэлементы.

Жмых также сохраняет ценные компоненты зерна и не содержит слизистых веществ, наличие которых в зерне ограничивает применение ржи в качестве корма для сельскохозяйственных животных.

Жмых может быть использован как для пищевых целей, так и как корм для животных.

Общий расход ферментных препаратов на биоконверсию составляет 1,45 1,7 г в то время как по прототипу 2,0 3,6 г глюкоамилазы, то есть расход ферментных препаратов снижен на 15 20%
Пример 2. 1000 г измельченного зерна ржи смешивают с водой, разжижают с последующей термообработкой по примеру 1.

Разваренную массу охлаждают до 55 57^oC, pH корректируют внесением раствора соляной кислоты до 5,3 5,5, вносят в виде водного раствора 0,43 г препарата целловиридин Г20Х и 2,5 единицы глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке, процесс ведут при вышеуказанной температуре в течение 20 ч, затем гидролизат подогревают до 80^oC и направляют на фильтрование.

Готовый сироп характеризуется следующим углеводным составом:
Содержание редуцирующих веществ в пересчете на глюкозу, по СВ 76,5
Глюкоза 67,0
Мальтоза 12,3
Ксилоза + арабиноза 0,8
Три- и тетрасахара 6,9
Декстрины 13,9
Во избежание кристаллизации глюкозы в процессе хранения сиропа фильтрованный гидролизат уваривают до концентрации не более 70%
Жмых имеет влажность на уровне 45%
Пример 3. 1000 г измельченного до муки зерна ржи смешивают с водой в соотношении 1 3, разжижают с применением только собственной ферментной системы зерна по примеру 1. Гидролизат, содержащий 30 35% редуцирующих веществ, высушивают на вальцовой сушилке до 93 95%-ного содержания сухих веществ. Полученный порошок можно использовать в качестве углеродной сахаристой пищевой добавки при производстве различных пищевых изделий.

Таким образом, данное изобретение обеспечивает:
экономию ферментных препаратов примерно на 15 -20% за счет надлежащей подготовки субстрата в процессе разжижения к действию осахаривающих ферментных препаратов;
увеличение выхода сахаросодержащего сиропа в связи с обеспечением полноты клейстеризации крахмала, а также биоконверсии не только крахмала, но и некрахмалистых полисахаридов;
снижение вязкости гидролизата более, чем в 3 раза, благодаря созданию условий для расщепления слизей ржаного зерна. В результате гидролизат можно отделить от взвесей фильтрованием и варить до концентрации сухих веществ 70
78%
экономию кислоты на 20 30% для корректировки показателя pH гидролизата.

Сахаристые продукты из ржи разного углеводного состава, полученные по данному изобретению, хорошо хранятся, их можно транспортировать и применять на различных предприятиях пищевой промышленности вместо свекловичного сахара. Более того, применение их увеличивает питательную ценность готовой продукции и придает особые физиологические и функциональные свойства.

Источники информации
1. Европейский патент N 0231729, кл. C 13 K 1/06, 19/14, 1987.

2. Патент Российской Федерации N 2013449, кл. C 13 K 1/06, 19/14, 1992.

3. Салманова Л.С. Цитолитические ферменты в пищевой промышленности, М. Легкая и пищевая промышленность, 1982 с. 13.

Использование: в пищевой промышленности при получении сахаросодержащих продуктов. Сущность изобретения: смешивают измельченное до муки зерно ржи с водой до образования суспензии, суспензию разжижают амилолитическими и цитолитическими ферментами муки при ее подогреве до 80^oC со скоростью 1^oC в минуту с 30-минутными паузами при 40^oC, 60^oC и 70^oC, затем проводят термообработку при 120 - 125^oC в течение 2 - 3 минут. Проводят гидролиз композицией ферментных препаратов, содержащей цитазу с высокой ксилаказной активностью в количестве 0,5 - 0,7 единиц цитолитической активности на 1 г безводной муки, грибную альфа-амилазу в количестве 2 - 2,5 единиц амилолитической активности и/или глюкоамилазу в количестве 0,5 - 1,5 единиц глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке. Процесс проводят при 55 - 57^oC в течение 16 - 20 часов. Гидролизат нагревают до 80^oC, разделяют и концентрируют под вакуумом. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения сахаристых продуктов из ржи, предусматривающий смешивание измельченного до муки зерна с водой в соотношении 1 3 до образования суспензии, разжижение последней амилолитическими ферментами муки, гидролиз крахмала глюкоамилазой до заданного углеводного состава, инактивацию фермента, отличающийся тем, что для разжижения мучной суспензии используют амилолитические и цитолитические ферменты муки при подогреве суспензии до 80^oС со скоростью 1^oС мин с 30-минутными паузами при 40, 60 и 70^oС с последующей термообработкой продукта при 120 125^oС в течение 2 3 мин, для гидролиза используют композицию ферментных препаратов, содержащую цитазу с высокой ксиланазной активностью в количестве 0,5 0,7 единиц цитолитической активности на 1 г безводной муки, грибную альфа-амилазу в количестве 2 2,5 единиц амилолитической активности и/или глюкоамилазу в количестве 0,5 1,5 единиц глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке, причем процесс проводят при рН 5,3 5,5 при 55 57^oС в течение 16 20 ч, после чего гидролизат нагревают до 80^oС, разделяют и концентрируют под вакуумом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролиз проводят с применением композиции из цитазы и ячменного зеленого солода в количестве 10% к массе муки при 58 60^oС и рН 5,3 5,5 в течение 4 ч. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролизат разделяют фильтрованием. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование отфильтрованного гидролиза осуществляют до концентрации не менее 70%
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидролизат, содержащий 30 35% редуцирующих веществ, высушивают на вальцевой сушилке без разделения взвеси.