Способ переработки подсолнечного сырья Российский патент 2025 года по МПК A23J1/14 A23J3/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам переработки подсолнечного сырья для получения модифицированного концентрата и/или изолята подсолнечного белка. Более конкретно, изобретение обеспечивает способы переработки подсолнечного сырья, в качестве которого могут быть взяты ядро семени подсолнечника, белковая мука или жмых, для получения пищевых белковых продуктов с низким содержанием полифенольных кислот и улучшенными органолептическими и функционально-технологическими характеристиками.

Уровень техники

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций (FAO. 2023. World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023. Rome. Р. 16) в 2021 году мировое производство мяса достигло 357 миллионов тонн, увеличившись на 53 процента, или на 124 миллиона тонн, по сравнению с 2000 годом. Рост производства в период с 2020 по 2021 год достиг 4 процентов, что является самым быстрым показателем за период с 2000 по 2021 год. Куриное мясо стало самым производимым видом мяса в 2021 году: рост в абсолютном и относительном выражении с 2000 года составил 107 процентов или 63 миллиона тонн, то есть 34 процента мирового производства в 2021 году.

В Российской Федерации (по данным Росстата) реализация свиней и птицы (в живом весе) хозяйствами всех категорий с 2008 по 2023 г. увеличилась на 4,05 и 4,15 миллиона тонн, таким образом прирост составил соответственно 220 и 155 процентов. Как следствие, при ограниченности кормовой базы животноводства в настоящее время возрастает внимание к разработке технологий производства альтернативных источников белка, способных полностью или частично заменить традиционный животный белок в рационе человека. Белок из растительного сырья как безопасный источник протеина представляется наиболее перспективным продуктом, особенно для людей, вынужденных отказаться от мяса по медицинским показаниям или отказавшимся от него по этическим соображениям.

Самым первым и распространенным на сегодняшний день растительным источником белка является соя. Однако в связи с присутствием в её составе антипитательных веществ, а также проблемами контроля генетической модификации заинтересованность в иных источниках растительного белка растет с каждым годом.

Такие масличные и зернобобовые культуры, как подсолнечник, лён, люпин, горох также являются ценными источниками белка и могут составить конкуренцию сое по производству белковых продуктов.

Подсолнечник – основная масличная культура России, которая содержит в своем составе ценные растительные масла и белки. При этом побочные продукты масложировой промышленности - подсолнечный жмых и шрот, богатые белком, как правило, применяют в сельскохозяйственных и кормовых целях и не рассматривают как дополнительный источник ценных веществ.

Широкое применение подсолнечника в пищевой промышленности ограничивается, в частности, наличием в его семенах полифенольных соединений (хлорогеновой кислоты и ее изомеров), окисляющихся с образованием интенсивно окрашенных в зеленый цвет соединений хиноидного строения, таких как производные 10-гидрокси-бензакридидин-6,9-диона, которые ухудшают органолептические свойства производимых продуктов и изделий из них [Wildermuth S.R., Young E.E., Were L.M. Chlorogenic Acid Oxidation and Its Reaction with Sunflower Proteins to Form Green-Colored Complexes // Comp. Rev. Food Sci. and Food Saf. Vol. 15 (2016). Р. 829-843]. Кроме того, известно, что фенольные соединения ковалентно связываются с белковыми молекулами и тем самым снижают растворимость и усвояемость белка.

В настоящий момент существует большое количество исследований по удалению полифенольных соединений из подсолнечного сырья, однако большая часть технологий не может применяться в пищевой промышленности в связи с использованием агрессивных органических растворителей (ацетон, метанол), а также с высокими экономическими затратами, связанными с большим количеством промывок сырья.

Из уровня техники известны различные способы получения концентрата подсолнечного белка. Документ RU 2379941 (опубл. 27.01.2010) раскрывает способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника, включающий измельчение очищенных семян, обезжиривание при температуре +4 °С, сушку до полного удаления растворителя, повторное измельчение до получения белковой муки, экстрагирование фенольных соединений раствором янтарной кислоты до содержания в муке хлорогеновой и кофейной кислот не более 0,02 % каждой, разделение центрифугированием твердой и жидкой фаз, промывку твердого остатка водой и обезвоживание сушкой до остаточной влажности 5 %, отличающийся тем, что перед измельчением очищенных семян предварительно проращивают семена подсолнечника в течение 3 ч при влажности семян 60±2 % и температуре 25±1 °С и сушат при температуре 40-50 °С до влажности 5±0,5 %. Способ позволяет получить целевой продукт без использования токсичных или трудно отделяемых реагентов, содержащий минимум фенольных соединений и имеющий светлый цвет. Однако данный способ является трудоемким и требует большого числа промывок, что предполагает необходимость очистки значительных объёмов стоков.

В описании изобретения к патенту RU 2538147 (опубл. 10.01.2015) раскрыт способ переработки подсолнечного или рапсового шрота, характеризующийся выделением белка и углеводов из шрота путем введения в суспензию, приготовленную из смеси шрота с водой в соотношении 1:5-10, водного раствора щелочи 5-20 % концентрации до установления показателя кислотности суспензии в интервале 8,5-9,5 pH с последующей выдержкой суспензии в течение 45-60 мин при температуре 45-55 °C; предварительной очисткой экстракта, где суспензия подается на декантер с получением экстракта и твердой фазы (кек, низкобелковых волокон (НБВ)) для последующих сушки и гранулирования; окончательной очисткой экстракта в высокоскоростном сепараторе с получением очищенного экстракта и твердой фазы (шлам) для последующих сушки и гранулирования; предварительным извлечением белка ультрафильтрацией очищенного экстракта и окончательной концентрацией белка путем выпаривания из него влаги при низких температурах с последующей подачей белка на сушку с получением концентрата подсолнечного или рапсового белка (КПБ/КРБ); предварительным извлечением прошедших через УФ мембранную установку углеводов на обратноосмотической фильтрационной установке с образованием сахаридного раствора и окончательной концентрацией углеводов путем выпаривания влаги с получением сахаридного сиропа (СС).

В документе RU 2761654 (опубл. 13.12.2021) предложен способ переработки шрота из высокобелкового масличного сырья, включающий следующие стадии: а) шрот с остаточной масличностью не более 1 % смешивают с водой, водно-щелочным или водно-солевым раствором, имеющим рН 6,5-10, при массовом соотношении воды или водно-щелочного или водно-солевого раствора и шрота от 4:1 до 25:1 с получением суспензии, b) затем полученную суспензию выдерживают в емкости в течение 5-90 минут при температуре 30-60 °С, при этом во время выдержки в емкости суспензию перемешивают с помощью мешалки и осуществляют рециркуляцию суспензии, выходящей через клапан, размещенный в дне емкости, с помощью насоса под давлением обратно в емкость, c) затем суспензию разделяют на белковый экстракт и нерастворимый остаток, далее полученный белковый экстракт направляют на дальнейшую переработку, которая заключается в том, что либо из белкового экстракта удаляют влагу с получением белковой пасты, либо в белковый экстракт добавляют раствор для осаждения белка и затем указанный белковый экстракт разделяют на белковую пасту и сыворотку; полученную сыворотку разделяют на остаточный белок, воду и концентрированную сыворотку, затем полученный остаточный белок добавляют к белковой пасте.

Задачей данного способа является максимальное извлечение белка, при этом возможность получения продукта, очищенного от полифенольных соединений, не рассматривается. Как известно, при использовании подсолнечного шрота образуются фенольные соединения: хлорогеновая и хинная кислоты, кофейная кислота и т.д., вызывающие потемнение продукта при тепловой обработке. Отрицательное действие высокого содержания хлорогеновой кислоты проявляется в ингибировании трипсина и липазы. Высокое содержание фенольных соединений в семенах подсолнечника (1-4 %) ограничивает использования его белка в пищевых целях, поскольку происходит образование ковалентных связей между фенольными веществами и некоторыми аминокислотами (например, цистеин и лизин) во время щелочной обработки. Такая реакция приводит к образованию специфического цвета от серого до темно-зеленого, что ухудшает органолептические свойства продукта.

В международной опубликованной заявке WO 2014/102176 (опубл. 03.07.2014) предложен способ получения белков из природных смесей веществ, который включает следующие стадии: - Стадия А: предоставление природной смеси веществ из семян, имеющих жесткую способную к измельчению шелуху, в частности из цельных семян подсолнечника, в виде смеси веществ из цельных семян или из уже (частично) обезжиренных семян, в частности в виде фильтр-прессного осадка, который остается в виде остатка после экстракции масла при прессовании масла, в частности, с использованием пресса, так называемая «предварительная стадия» и/или также «исходный продукт»; - Стадия Б: если смесь веществ со стадии А еще не измельчена: измельчение смеси веществ, при котором, в каждом случае, дезинтегрируют шелуху; - Стадия В: диспергирование измельченной смеси веществ со стадии А) или Б) с водой, где на одну часть измельченной смеси веществ добавляют предпочтительно вплоть до максимум 8, особенно предпочтительно вплоть до максимум 4-5 или 6 частей воды, и где воду и измельченную смесь веществ перемешивают таким образом, что получают свободно текучую массу и/или дисперсию; - Стадия Г): доведение рН массы (I), полученной на стадии В), до щелочного уровня рН более 9,5; - Стадия Д): добавление к массе, полученной на стадии Г), водорастворимого органического растворителя, представляющего собой спирт, после доведения рН массы на стадии Г); таким образом, что достигают концентрации спирта менее 45 об. %, для отделения шелухи от эндосперма семян/плодов; - Стадия Е): отделение твердой фазы, которая имеет преобладающую фракцию шелухи, предпочтительно на центрифуге в поле центробежных сил; - Стадия Ж): доведение рН массы, полученной на стадии Е), и освобожденной от шелухи, до уровня рН от 4,5 до 7,2; и - Стадия З): разделение массы, не содержащей шелухи, рН которой был сдвинут на стадии Ж) до кислого диапазона, предпочтительно на центрифуге, в частности в по меньшей мере одном декантаторе или сепараторе, на множество фаз, где одна из данных фаз представляет собой фазу белкового концентрата (белковый творожистый осадок). Водорастворимый органический растворитель представляет собой линейный алифатический спирт, предпочтительно - этанол, и содержание водорастворимого органического растворителя в массе (I) после добавления водорастворимого спиртового растворителя на стадии ii составляет менее 30 об. %. Техническим результатом является, в частности, получение продукта светлого тона слоновой кости (RAL 1013 - RAL 1015), не имеющего зелёного оттенка.

Во всех указанных публикациях, определяющих уровень техники, внимание акцентировано на получении белковых препаратов светлого цвета с определенным содержанием белка, однако не описываются их функционально-технологические свойства, зачастую существенно уступающие изолятам и концентратам соевого белка, а также органолептические характеристики полученных белковых препаратов.

Анализируя известный уровень техники в области получения белковых изолятов и концентратов можно заключить, что существует потребность в разработке эффективной технологии, позволяющей решить несколько проблем, в частности:

- эффективной очистки белкового сырья от полифенольных соединений с целью получения светлых изолятов и концентратов белка, не дающих последующего зеленого окрашивания при различных режимах технологической переработки;

- модификации полученных белковых препаратов, позволяющей достичь функционально-технологических свойств, не уступающих соевым концентратам/изолятам белка;

- получения белковых продуктов с нейтральным запахом и вкусом, не дающих посторонних запахов/послевкусия при внесении в продукты питания.

Раскрытие сущности изобретения

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложен способ получения модифицированного концентрата подсолнечного белка, при осуществлении которого:

(1) получают чистое ядро подсолнечного семени;

(2) из чистого ядра подсолнечного семени получают нативное подсолнечное масло и отделяют жмых (сырьё «Ж»);

(3) отделённое сырьё «Ж» подвергают измельчению и сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) CO₂ с получением обезжиренной подсолнечной белковой муки (сырьё «БМ»);

(4) подсолнечное сырьё «БМ» или подсолнечное сырьё «Ж» предварительно обогащают промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-80 °С в течение 20-40 минут с последующим разделением твёрдой и жидкой фаз и получением предварительно обогащенной твёрдой фазы;

(5) предварительно обогащенную твёрдую фазу далее обогащают n-кратной (n = 1, 2, 3) промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-50 °С в течение 20-40 минут и разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n;

(6) твёрдую фазу после конечной n-кратной промывки нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(7) нейтрализованную твёрдую фазу в виде пасты передают на стадию (8) или предварительно сушат с получением концентрата подсолнечного белка;

(8) концентрат подсолнечного белка модифицируют альгинатом натрия в водном нейтральном растворе с МВ, равным 8-12, при 50-70 °С, предпочтительно при 70 °С;

(9) осаждают и отделяют модифицированный белковый концентрат при значении рН, равном 4,5 и температуре 50-60 °С;

(10) модифицированный белковый концентрат нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия и;

(11) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат сушат с получением модифицированного концентрата подсолнечного белка.

В предпочтительном варианте осуществления первого объекта изобретения:

(1) чистое ядро подсолнечного семени получают обрушиванием семян с последующим удалением масличной пыли вибросепарацией и отделением недоруша и лузги аэросепарацией;

(2) чистое ядро подсолнечного семени увлажняют при температуре окружающей среды, распыляя воду в количестве 3 масс. %, кондиционируют при температуре 60 °C, нативное подсолнечное масло отжимают при температуре 50-70 °C, очищают фильтрованием на фильтр-прессе, отделяют сырьё «Ж», которое измельчают;

(3) СКФЭ CO₂ сырья «Ж» проводят при параметрах Р = 30 МПа, Тэ = 60 °C, Т1 = 70 °C, Т2 = 25 °C с получением сырья «БМ»;

(5) разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n проводят центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(7) нейтрализованную твёрдую фазу подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,02 МПа и

(11) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат в виде пасты, содержащей 6-7 масс. % твёрдой фазы, подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,02 МПа.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения предложен способ получения модифицированного изолята подсолнечного белка, при осуществлении которого:

(1) получают чистое ядро подсолнечного семени;

(2) из чистого ядра подсолнечного семени получают нативное подсолнечное масло и отделяют жмых (сырьё «Ж»);

(3) отделённое сырьё «Ж» подвергают измельчению и сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) CO₂ с получением обезжиренной подсолнечной белковой муки (сырьё «БМ»),

(4) подсолнечное сырьё «БМ» или подсолнечное сырьё «Ж» предварительно обогащают промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-80 °С в течение 20-40 минут с последующим разделением твёрдой и жидкой фаз и получением предварительно обогащенной твёрдой фазы;

(5) предварительно обогащенную твёрдую фазу далее обогащают n-кратной (n = 1, 2, 3) промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-50 °С в течение 20-40 минут и разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n;

(6) проводят щелочную экстракцию конечной твёрдой фазы n с добавлением пероксида водорода до достижения его концентрации 0,2 масс. %, считая на МВ, при рН 10,5-11,5 и температуре 55-65 °C в условиях интенсифицированного массообмена, выбранного из (а) механического перемешивания в течение 50-60 минут или (б) двукратного воздействия ультразвуком с частотой 25-30 кГц в течение 2 мин с промежуточным отделением жидкой фазы и добавлением пероксида водорода до достижения его концентрации 0,2 масс. %, считая на МВ, перед вторым воздействием;

(7) разделяют твёрдую и жидкую фазы с получением жидкого экстракта и отделением осадка,

(8) проводят кислотное осаждение белковой фракции из жидкого экстракта при значении рН, близком к изоэлектрической точке подсолнечного белка, и температуре 50-60 °C в течение 20-40 минут с получением пасты белковой фракции после отделения жидкой фазы,

(9) белковую пасту нейтрализуют до рН 6,0-6,5 добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(10) изолят подсолнечного белка сушат;

(11) изолят подсолнечного белка модифицируют альгинатом натрия в водном нейтральном растворе с МВ, равным 8-12, при 50-70 °С, предпочтительно при 70 °С,

(12) осаждают и отделяют модифицированный белковый изолят при значении рН, равном 4,5 и температуре 50-60 °С;

(13) модифицированный белковый изолят нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия и;

(14) нейтрализованный модифицированный белковый изолят сушат с получением модифицированного изолята подсолнечного белка.

В предпочтительном варианте второго объекта изобретения:

(1) чистое ядро подсолнечного семени получают обрушиванием семян с последующим удалением масличной пыли вибросепарацией и отделением недоруша и лузги аэросепарацией;

(2) чистое ядро подсолнечного семени увлажняют при температуре окружающей среды, распыляя воду в количестве 3 масс. %, кондиционируют при температуре 60 °C, нативное подсолнечное масло отжимают при температуре 50-70 ℃, очищают фильтрованием на фильтр-прессе, отделяют сырьё «Ж», которое измельчают;

(3) СКФЭ CO₂ сырья «Ж» проводят при параметрах Р = 30 МПа, Тэ = 60 °C, Т1 = 70 °C, Т2 = 25 °C с получением сырья «БМ»;

(5) разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n проводят центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(7) жидкий экстракт получают центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(8) значение рН, близкое к изоэлектрической точке подсолнечного белка, находится в интервале 4,0-4,5;

(9) изолят подсолнечного белка отделяют центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(10) нейтрализованную твёрдую фазу подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 80-100 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,02 МПа и

(14) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат в виде пасты, содержащей 6-7 масс. % твёрдой фазы, подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,02 МПа.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности очистки подсолнечного белкового сырья от полифенольных соединений для получения светлых концентрата или изолята белка, не приобретающих зеленого окрашивания при дальнейшей технологической переработке.

Другой технический результат изобретения состоит в получении белковых препаратов, обладающих нейтральным запахом и вкусом.

Следующим техническим результатом изобретения является получение белковых препаратов с высокими функционально-технологическими свойствами, не уступающими изолятам или концентратам соевого белка.

Осуществление изобретения

При осуществлении изобретения проводят раскрытые далее технологические этапы.

Этап А. Получение чистого ядра подсолнечного семени.

Обрушивание семян подсолнечника проводят в семенорушке СИФ-1000 с регулировкой подачи семян и частоты вращения ротора, осуществляемой частотным преобразователем: частоту на вариаторе питателя задают равной 18 Гц, частоту на вариаторе ротора равной 25 Гц.

Для отделения масличной пыли на вибросепаратор VPM-0,4х2 устанавливают одно сито с диаметром отверстий 3 мм. Эксцентрики на вибромоторе устанавливают в максимально разведенное положение, задавая тем самым минимальную амплитуду колебаний. При работе вибросепаратора от рушанки подсолнечника отделяют масличную пыль. Очищенную рушанку передают на аэросепаратор САД-4 для отделения лузги. Регулировку лотков аэросепаратора, подачи и потока воздуха проводят визуально для получения трёх фракций: недоруш, ядро и лузга.

Контрольную очистку ядра от частиц недоруша и лузги проводят на фотосепараторе MiniSort, который настраивают по фотозахвату образцов чистого ядра и лузги.

Усреднённый состав ядра (в масс. %):

Влага и летучие вещества 4,0-5,0 Сырой протеин в сухом веществе (с.в.) 20,0-22,0 Сырой жир в с.в. 58,0-62,0 Лузжистость 0,5-1,0.

Этап Б. Получение нативного масла и жмыха.

Увлажнение ядра проводят в электрической жаровне MS-50 при постоянном перемешивании в течение 15 минут при отключенном подогреве (температура окружающей среды) и открытой крышке, распыляя воду пульверизатором в количестве 3 масс. %.

Кондиционирование увлажнённого ядра проводят в электрической жаровне MS-50 при постоянном перемешивании при температуре 60 °C в течение 60 минут при закрытой крышке.

Отжим масла проводят на полупромышленном прессе Florapower, предварительно разогретом до температуры 50°C. Разогрев проводят сырьем повышенной жесткости: необрушенные семена подсолнечника, жмых подсолнечный, смесь подсолнечного ядра и лузги. В рабочем режиме частоту на вариаторе питателя, подающего мезгу, устанавливают в интервале от 4 до 12 Гц, для прессового шнека задают частоту на вариаторе равной 20 Гц, момент на главном двигателе устанавливают равным 65 %, температуру в прессовой камере поддерживают не выше 70 °C.

Полученное масло подвергают двухступенчатой фильтрации: от частиц ядра - через сито с диаметром отверстий 1 мм и далее - на фильтр-прессе AF8 через картонный фильтр.

Отделённый жмых, содержащий, в среднем, 52,0 масс. % белка, 7,7 масс. % влаги и летучих веществ и 7,0 масс. % сырого жира (на с.в.), передают на экстракцию для получения нативной белковой муки.

Кроме того, жмых может быть самостоятельным сырьём, далее именуемым сырьём «Ж», для получения белкового концентрата или белкового изолята.

Этап В. Получение нативной белковой муки.

Измельчение жмыха проводят на измельчителе кормов GR 300 без сортировочной сетки. Степень измельчения устанавливают такой, чтобы через сито с диаметром отверстий 3 мм проходило не более 10 % продукта.

Измельчённый жмых подвергают сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) CO₂ на лабораторной установке НТ500 с объёмом экстрактора 15 л при полной объёмной загрузке и параметрах Р = 30 МПа, Тэ = 60°C, Т1 = 70°C, Т2 = 25°C.

Получают обезжиренную подсолнечную белковую муку, далее именуемую сырьём «БМ», имеющую усреднённый состав (в масс. %):

Влага и летучие вещества 7,0 Белок в сухом веществе (с.в.) 58,0 Жир в с.в. до 0,5.

Этап Г1. Получение концентрата подсолнечного белка.

Общий способ.

Термин «модуль ванны» (МВ) имеет общепринятое в химической технологии значение и в контексте настоящего изобретения определяет отношение массы технологического раствора к массе сырья или промежуточного продукта. Например, значение МВ для первой промывки БМ, равное 8, требует, чтобы на 3 кг БМ было взято 24 кг (или 34,3 л при плотности 698,6 г/л) 85 об. % водного изопропилового спирта.

Технологические стадии

Стадия 1. Промывка подсолнечного сырья

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в соответствии с заданным значением модуля ванны (МВ) загружают требуемый объём раствора, содержащего С_n (об. %) изопропилового спирта в умягченной воде. При перемешивании нагревают раствор до температуры t_n (°C). Добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты устанавливают значение рН_n раствора с точностью ±0,05.

При перемешивании в раствор в соответствии с заданным значением МВ при перемешивании загружают подсолнечное сырьё «БМ» или «Ж» и добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты корректируют значение рН суспензии сырья до величины pH_n±0,05.

Стадию n промывки (n = 1, 2, 3, 4) осуществляют при перемешивании при температуре t_n (°C) в течение времени промывки τ_n (мин). Значение МВ на каждом этапе n = 2, 3, 4 устанавливают по массе исходного подсолнечного сырья (n = 1). После каждой стадии n промывки проводят стадию 2 отделения твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья от жидкой фазы.

Стадия 2. Отделение твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья.

Проводят стадию n центрифугирования (n = 1, 2, 3, 4) суспензии промытого подсолнечного сырья на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). По окончании завершающей стадии 2 твёрдую фазу передают на нейтрализацию.

Стадия 3. Нейтрализация промытой твёрдой фазы подсолнечного сырья.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, загружают пасту промытой твёрдой фазы с завершающей стадии 2 и при перемешивании небольшими порциями добавляют твёрдый гидрокарбонат натрия или 10 масс. % водный раствор гидроксида натрия до значения рН пасты, соответствующего, по существу нейтральной среде. Перемешивание прекращают, нейтрализованную пасту гомогенизируют при давлении 50 МПа (гомогенизатор Hommak, модель L-HM2) и передают на сушку.

Стадия 4. Сушка нейтрализованной пасты.

Распылительную сушку нейтрализованной пасты осуществляют при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 80-100 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,035 МПа.

В таблице 1 приведены технологические параметры промывки на стадиях n для вариантов осуществления изобретения в соответствии с примерами 1К, 3К, 5К, 7К, 9К-12К, 15К-17К и сравнительными примерами 13К и 14К, а также достигаемые значения содержания белка в сухом продукте (w, масс. %) и его относительного увеличения (Δw, %) при переработке сырья. Отрицательное значение Δw свидетельствует о том, что обогащения сырья не достигают вследствие перехода белка в раствор.

Таблица 1

Стадия n Параметры Пример 1К 3К 5К 9К 10К 7К 11К 12К 17К 8К 13К 14К 15К 16К Сырьё БМ БМ БМ Ж Ж Ж Ж Ж БМ Ж БМ БМ БМ БМ 1 МВ 8 8 8 12 12 8 10 8 8 8 8 8 8 8 t₁, ºС 35 35 35 50 50 35 40 40 35 50 35 35 35 35 C₁, об. % 85 80 75 85 85 85 85 85 85 85 >99 95 90 86 pH₁ 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Н Н Н Н τ₁, мин 30 30 30 30 45 30 30 30 30 30 30 30 30 30 2 МВ 8 8 8 12 12 8 10 8 8 8 8 8 8 8 t₂, °C 35 35 35 50 50 35 40 40 35 50 35 35 35 35 C₂, об. % 85 80 75 85 85 85 85 85 85 85 >99 95 90 86 pH₂ 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Н Н Н Н τ₂, мин 30 30 30 30 45 30 30 30 30 30 30 30 30 30 3 МВ X X X X X 8 10 8 8 8 8 8 8 8 t₃, °C X X X X X 35 40 40 35 50 35 35 35 35 C₃, об. % X X X X X 85 85 85 85 85 >99 95 90 86 pH₃ X X X X X 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Н Н Н Н τ₃, мин X X X X X 30 30 30 30 30 30 30 30 30 4 МВ X X X X X X X X X 8 X X X X t₄, °C С X X X X X X X X X 50 X X X X C₄, об. % X X X X X X X X X 85 X X X X pH₃ X X X X X X X X X 4,5 X X X X τ₄, мин X X X X X X X X X 30 X X X X w, масс. % 70,7 72,2 68,9 70,0 68,1 68,9 71,3 73,0 66,7 70,9 58,4 55,9 68,6 70,8 Δw, % 11,6 13,1 9,8 10,9 9,0 9,8 12,2 13,9 7,6 11,8 -0,7 -3,2 9,5 11,7

X - стадию не осуществляют; Н - нативное значение рН сырья (6,5-6,8).

Из полученных результатов следует, что применение для промывки сырья чистого или технического изопропанола, по существу не содержащего воды, не позволяет достичь технического результата изобретения. Снижение рН до значения 4,5 и увеличение ГМ до 12 позволяет достигать такой же эффективности обогащения, что и при нативном рН, за меньшее число этапов промывки (n = 2) вне зависимости от типа сырья («БМ» или «Ж»). Повышение температуры промывки сырья и проведение дополнительного этапа промывки (n = 4) не сказывается на эффективности обогащения, но улучшает органолептические характеристики продукта и может быть полезно в случае исходно повышенного содержания полифенольных кислот в сырье.

В результате анализа таблицы 1 определены перспективные технологии для двух различных видов сырья.

При использовании в качестве сырья белковой муки подсолнечника («БМ») первая технология (1К) обеспечивает получение светлого концентрата подсолнечного белка с содержанием белка 70,7 масс. %. Данная технология имеет ряд преимуществ:

- самое высокое процентное содержание спирта в промывочной жидкости способствует сокращению потребления воды в технологическом процессе;

- высокую эффективность извлечения белка в целевой продукт, равную 98,4 %;

- отрицательную качественную реакцию на хлорогеновую кислоту.

При использовании в качестве сырья жмыха подсолнечного («Ж») вторая технология (9К) обеспечивает получение светлого концентрата подсолнечного белка с содержанием белка 70,0 масс. %. Преимуществами данной технологии являются:

- эффективность извлечения белка в целевой продукт, равная 96,6 %;

- при промывке жмыха подсолнечника до получения концентрата исключается экстракция остаточного жира на гексановой или СО₂-экстракции, тем самым уменьшается время и дополнительные затраты на получение концентрата подсолнечного белка (КПБ).

Ранее в технологиях получения КПБ с применением водных промывок получали продукт, обладающий специфическим вкусом и запахом, свойственным подсолнечному сырью, усиливающимся при растворении в воде и добавлении в различные продукты питания. Поэтому улучшенные органолептические характеристики КПБ, получаемого по технологии 1К, а именно – нейтральный запах и вкус как в сухом виде, так и виде водного 5 %-ного раствора, являются преимуществом заявляемого изобретения.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование органического растворителя, в данном случае изопропилового спирта, позволяет производить дезодорацию белковых препаратов и существенно улучшать их органолептические характеристики путем удаления одорирующих веществ во время предварительной промывки.

При получении изолята подсолнечного белка предварительно осуществляют этап А (получение чистого ядра подсолнечного семени), этап Б (получение нативного масла и жмыха) и этап В (получение нативной белковой муки) как раскрыто в описании ранее.

Этап Г2(1). Получение изолята подсолнечного белка (Вариант 1).

Общий способ

Термин «модуль ванны» (МВ) имеет общепринятое в химической технологии значение и в контексте настоящего изобретения определяет отношение массы технологического раствора к массе сырья или промежуточного продукта. Например, значение МВ для щелочной экстракции промытой БМ, равное 8, требует, чтобы на 2 кг влажной промытой БМ было взято 16 кг (или 16 л при плотности 1000 г/л) дистиллированной воды.

Технологические стадии:

Стадия 1(1). Промывка подсолнечного сырья.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в соответствии с заданным значением модуля ванны (МВ) загружают требуемый объём раствора, содержащего С_n (об. %) изопропилового спирта в умягченной воде. При перемешивании нагревают раствор до температуры t_n (°C). Добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты устанавливают значение рН_n раствора с точностью ±0,05.

При перемешивании в раствор в соответствии с заданным значением МВ при перемешивании загружают подсолнечное сырьё «БМ» или «Ж» и добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты корректируют значение рН суспензии сырья до величины pH_n±0,05.

Стадию n промывки (n = 1, 2, 3, 4) осуществляют при перемешивании при температуре t_n (°C) в течение времени промывки τ_n (мин). Значение МВ на каждой стадии n = 2, 3, 4 устанавливают по массе исходного подсолнечного сырья (n = 1). После каждой стадии n промывки проводят стадию 2 отделения твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья от жидкой фазы.

Стадия 2(1). Отделение твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья

Проводят стадию n центрифугирования (n = 1, 2, 3, 4) суспензии промытого подсолнечного сырья на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). По окончании завершающей стадии 2 промытую твёрдую фазу подсолнечного сырья передают на щелочную экстракцию.

Стадия 3(1). Щелочная экстракция промытой твёрдой фазы подсолнечного сырья

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в соответствии с заданным значением модуля ванны (МВ) загружают требуемый объём дистиллированной воды. При перемешивании нагревают раствор до 35 °C. Добавлением 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия устанавливают значение рН_Э экстрагента с точностью ±0,05.

В реактор при перемешивании вносят промытую твёрдую фазу подсолнечного сырья и добавлением 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия корректируют значение рН суспензии сырья до величины pH_Э±0,05.

При перемешивании к суспензии прибавляют 3 масс. % водный раствор пероксида водорода в объёме, необходимом для достижения концентрации С_П (масс. %), считая на МВ, и осуществляют нагрев смеси до температуры t_Э (°C). Время экстракции с момента корректировки рН составляет τ_Э (мин).

Стадия 4(1). Отделение жидкой фазы белкового экстракта

Проводят центрифугирование суспензии экстрагированного подсолнечного сырья на декантирующей центрифуге при факторе разделения 4300-4500×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). Отделяемую жидкую фазу передают на кислотное осаждение белка.

Стадия 5(1). Кислотное осаждение белка

Белковый экстракт загружают в емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ.

При перемешивании экстракт нагревают до температуры t_О (°C). Добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты устанавливают значение рН_О смеси с точностью ±0,05. Прекращают перемешивание и выдерживают смесь в течение времени осаждения τ_О (мин).

Стадия 6(1). Отделение твёрдой фазы белкового изолята.

Проводят центрифугирование суспензии белкового изолята на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1).

Стадия 7(1). Нейтрализация.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, загружают пасту с предыдущего этапа и при перемешивании небольшими порциями добавляют 10 масс. % водный раствор гидроксида натрия. Перемешивание прекращают, нейтрализованную пасту гомогенизируют при давлении 50 МПа (гомогенизатор Hommak, модель L-HM2) и передают на сушку.

Стадия 8(1). Сушка белкового изолята.

Распылительную сушку пасты белкового изолята осуществляют при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 80-100 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,035 МПа.

В таблице 2 приведены технологические параметры технологических этапов для вариантов осуществления изобретения в соответствии с примерами 1И, 2И, 7И и сравнительными примерами 3И и 4И, а также достигаемые значения содержания белка в сухом продукте (w, масс. %).

Таблица 2

Стадия Параметры Пример 1И 2И 7И 8И 9И 3И 4И Промывка n Сырьё БМ БМ БМ Ж Ж БМ БМ 1 МВ 8 8 8 10 10 8 8 t₁, °C 35 35 35 70 80 35 35 C₁, об. % 85 85 85 85 85 85 85 pH₁ 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 τ₁, мин 30 30 30 30 30 30 30 2 МВ X 8 8 10 10 X 8 t₂, °C X 35 35 70 80 X 35 C₂, об. % X 85 85 85 85 X 85 pH₂ X 4,5 4,5 4,5 4,5 X 4,5 τ₂, мин X 30 30 30 30 X 30 3 МВ X X 8 10 X X X t₃, °C X X 35 70 X X X C₃, об. % X X 85 85 X X X pH₃ X X 4,5 4,5 X X X τ₃, мин X X 30 30 X X X Щелочная экстракция МВ 10 10 10 10 10 10 10 t_Э, °C 60 60 60 60 60 60 60 C_П, масс. % 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0 0 pH_Э 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0 τ_Э, мин 60 60 60 60 60 60 60 Кислотное осаждение t_О, °C 56 56 56 56 56 56 56 pH_О 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 τ_О, мин 30 30 30 30 30 30 30 w, масс. % 98,7 99,5 96,0 99,0 95,9 99,9 99,8

X - этап не осуществляют; 0 - пероксид водорода не добавляют.

Этап Г2(2). Получение изолята подсолнечного белка (Вариант 2).

Стадия 1(2). Промывка подсолнечного сырья.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в соответствии со значением модуля ванны МВ, равным 8, загружают требуемый объём раствора, содержащего 85 об. % изопропилового спирта в умягченной воде. При перемешивании нагревают раствор до температуры 35 °C. Добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты с точностью ±0,05 устанавливают значение рН_n раствора, равное 4,5.

При перемешивании в раствор в соответствии с заданным значением МВ при перемешивании загружают подсолнечное сырьё “БМ” и добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты корректируют значение рН суспензии сырья до величины 4,5±0,05.

При указанных условиях осуществляют две стадии промывки в течение 30 мин с отделением твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья от жидкой фазы на стадии 2(2).

Стадия 2(2). Отделение твёрдой фазы промытого подсолнечного сырья.

Проводят центрифугирование суспензии промытого подсолнечного сырья на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). По окончании завершающей промывки твёрдую фазу подсолнечного сырья передают на щелочную экстракцию.

Стадия 3(2). Щелочная экстракция промытой твёрдой фазы подсолнечного сырья.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в соответствии со значением модуля ванны МВ, равным 10, загружают требуемый объём дистиллированной воды. При перемешивании при температуре окружающей среды добавлением 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия с точностью ±0,05 устанавливают значение рН экстрагента, равное 11,0.

В реактор при перемешивании вносят промытую твёрдую фазу подсолнечного сырья “БМ” и добавлением 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия корректируют значение рН суспензии сырья до величины 11,0±0,05.

Перемешивание прекращают, в реактор помещают волновод ультразвукового погружного лабораторного диспергатора “Спецмашсоник” и в течение 2 мин осуществляют облучение суспензии ультразвуковыми волнами (частота 25-30 кГц, амплитуда 100 мкм) такой мощности (приблизительно 350-400 Вт), чтобы смесь не нагревалась выше 65 °C.

Стадия 4(2). Отделение жидкой фазы белкового экстракта.

Проводят центрифугирование суспензии экстрагированного подсолнечного сырья на декантирующей центрифуге при факторе разделения 4300-4500×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). Первую отделяемую жидкую фазу удаляют. Повторно осуществляют стадию 3(2), предварительно прибавив к суспензии при перемешивании 3 масс. % водный раствор пероксида водорода в объёме, необходимом для достижения концентрации 0,2 (масс. %.), считая на МВ. Затем повторно проводят стадию 4(2) и вторую отделяемую жидкую фазу передают на кислотное осаждение белка.

Стадия 5(1). Кислотное осаждение белка.

Белковый экстракт загружают в емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ.

При перемешивании экстракт нагревают до температуры 56 °C. Добавлением 10 масс. % хлористоводородной кислоты с точностью ±0,05 устанавливают значение рН_О, равное 4,5. Прекращают перемешивание и выдерживают смесь в течение 30 мин.

Стадия 6(1). Отделение твёрдой фазы белкового изолята.

Проводят центрифугирование суспензии белкового изолята на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1).

Стадия 7(1). Нейтрализация.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, загружают пасту с предыдущего этапа и при перемешивании небольшими порциями добавляют 10 масс. % раствор гидроксида натрия. Перемешивание прекращают, нейтрализованную пасту гомогенизируют при давлении 50 МПа (гомогенизатор Hommak, модель L-HM2) и передают на сушку.

Стадия 8(1). Сушка белкового изолята.

Распылительную сушку пасты белкового изолята осуществляют при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 80-100 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,035 МПа.

Применение ультразвука на этапе экстракции позволяет сократить время экстракции в 15 раз (с 60 мин до 4 мин), эффективность экстракции белка при этом составляет 89,9 %.

В результате анализа таблицы 2 определены перспективные технологии получения изолята подсолнечного белка (ИПБ).

При использовании БМ в качестве сырья технология 1И обеспечивает получение светлого ИПБ с содержанием белка 98,7 масс. %. Использование в качестве сырья жмыха («Ж») позволяет получать светлый ИПБ с содержанием белка 99,0 масс. % и 95,9 масс. % в технологиях 2И и 8И соответственно.

Технологии 8И и 9И позволяют также получать светлый ИПБ минуя стадию обезжиривания жмыха подсолнечного путём гексановой или CO₂-экстракции, что существенно упрощает и удешевляет производство конечного продукта.

Ранее, в технологиях получения ИПБ с применением водных промывок получали продукты (ИПБ, клетчатка), обладающие специфическим вкусом и запахом, свойственным подсолнечному сырью, усиливающимся при растворении в воде и добавлении в различные продукты питания. Поэтому органолептические характеристики ИПБ, полученного по технологии 1И и 8И, 9И и его побочных продуктов (клетчатки), а именно - нейтральный запах и вкус как в сухом виде, так и виде водного 5 % раствора, являются преимуществом заявляемого изобретения.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование органического растворителя, в данном случае изопропилового спирта, позволяет производить дезодорацию белковых препаратов и существенно улучшать их органолептические характеристики путем удаления одорирующих веществ во время предварительной промывки.

Оценка остаточного содержания полифенольных кислот в полученных белковых препаратах.

А) Качественная реакция на хлорогеновые кислоты и их белковые комплексы.

Хлорогеновая кислота и изомерные ей продукты этерификации хинной кислоты кофейной кислотой, а также их белковые комплексы (продукты ковалентного присоединения белков и/или их фрагментов) при воздействии кислорода воздуха в умеренно-щелочной среде способны образовывать окрашенные в темно-зеленый цвет соединения.

Для проведения качественной реакции образец концентрата или изолята белка, полученного в соответствии с изобретением, помещают в чашки Петри и прибавляют фосфатный буферный раствор (рН 8,5) до полного покрытия поверхности образца.

Пробу выдерживают при контактировании с атмосферным воздухом в течение 15-16 часов после чего три независимых наблюдателя визуально оценивают окраску пробы на наличие оттенков зелёного цвета. При получении двух и/или трёх отрицательных оценок пробу признают выдержавшей качественное испытание.

Соответствующий образец передают для количественного определения хлорогеновых кислот.

Все образцы продуктов, полученных в соответствии с изобретением, выдержали качественное испытание и показали отсутствие в них хлорогеновых кислот в концентрациях, ухудшающих органолептические свойства.

Образцы белковых изолятов, полученные в соответствии со сравнительными примерами 3И и 4И не выдержали качественное испытание, поскольку приобретали зеленое окрашивание.

Б) Количественное определение хлорогеновых кислот.

Количественное определение хлорогеновых кислот проводят обращённо-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографией. Общие указания к проведению таких определений можно найти, например, в публикации Gil M., Wianowska D. Chlorogenic acids - their properties, occurrence and analysis // Ann. Univ. Mariae Curie Sklodowska. Lublin-Polonia. Sec. AA. Vol. LXXII. No.1 (2017). P. 61-104. В пределах своей компетенции средний специалист в области хроматографии способен выбрать условия определения, исходя из имеющегося в его распоряжении оборудования и реактивов.

Результаты определений хлорогеновых кислот, усреднённые по партиям полученных белковых концентратов, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Объект Полифенольные кислоты Содержание, масс. % БМ Хлорогеновая кислота 3,030±0,360 Изохлорогеновая кислота 0,400±0,048 Неохлорогеновая кислота 0,064±0,008 Криптохлорогеновая кислота 0,088±0,011 Хинная кислота 0,056±0,007 Кофейная кислота 0,011±0,001 Всего полифенольных кислот 3,649±0,435 Концентрат
подсолнечного белка Хлорогеновая кислота 0,725±0,087 Изохлорогеновая кислота 0,040±0,005 Неохлорогеновая кислота 0,024±0,003 Криптохлорогеновая кислота 0,069±0,008 Хинная кислота 0,051±0,006 Кофейная кислота 0,001* Всего полифенольных кислот 0,911±0,018 Изолят
подсолнечного белка Хлорогеновая кислота 0,001* Изохлорогеновая кислота 0,001* Неохлорогеновая кислота ** Криптохлорогеновая кислота ** Хинная кислота 0,11±0,013 Кофейная кислота 0,001* Всего полифенольных кислот 0,113±0,013

* сопоставимо с пределом определения;

** сопоставимо с пределом обнаружения.

Таким образом, обработка подсолнечного белкового сырья в соответствии с настоящим изобретением позволяет значительно (в 4-30 раз) снизить содержание полифенольных кислот в получаемых продуктах, предназначенных для пищевого применения, до уровня, обеспечивающего приемлемые органолептические характеристики.

Этап Д. Получение модифицированного концентрата или изолята подсолнечного белка.

Стадия 1. Приготовление раствора альгината натрия.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, загружают воду, очищенную осмосом, при перемешивании нагревают её до 50 °С и в течение 4 часов растворяют навеску альгината натрия, требуемую для приготовления 2 масс. % раствора. Раствор выдерживают без перемешивания при 4-8 °С в течение 15 ч.

Стадия 2. Приготовление раствора концентрата или изолята подсолнечного белка.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, загружают воду, очищенную осмосом, при перемешивании нагревают её до 70 °С и вносят навеску концентрата (или белковой пасты изолята, требуемую для приготовления раствора белка с концентрацией 4 масс. %. Добавляют 10 масс. % водный раствор гидроксида натрия для достижения и поддержания рН смеси равным 7,0±0,05.

Стадия 3. Модифицирование концентрата или изолята подсолнечного белка.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в котором содержится приготовленный раствор концентрата или изолята, при 70 °С и постоянном перемешивании приливают двукратный объём 2 масс. % раствора альгината натрия и смесь выдерживают в этих условиях в течение 2 часов.

Стадия 4. Кислотное осаждение модифицированного белкового концентрата или изолята.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, погружным нагревательным элементом и комбинированным стеклянным электродом ЭCК-10603/7, работающим с микропроцессорным рН-метром рН-150МИ, в котором содержится раствор модифицированного концентрата или изолята, охлаждённый до 56 °С, при указанной температуре приливают 10 масс. % хлористоводородную кислоту до значения рН смесь 4,5±0,05. Прекращают перемешивание и выдерживают смесь в течение 30 мин.

Стадия 5. Отделение твёрдой фазы модифицированного белкового концентрата или изолята.

Проводят центрифугирование суспензии белкового изолята на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g (Suzhou Hemho Centrifuge Co., Ltd., модель HY80; 80 мм, ~10 k мин^–1). Твёрдую фазу передают на нейтрализацию.

Стадия 6. Нейтрализация модифицированного белкового концентрата или изолята.

В емкостной реактор, снабжённый рамной мешалкой, загружают пасту модифицированного белкового концентрата или изолята и при перемешивании небольшими порциями добавляют 10 масс. % водный раствор гидроксида натрия. Перемешивание прекращают, нейтрализованную пасту гомогенизируют при давлении 50 МПа (гомогенизатор Hommak, модель L-HM2) и передают на сушку.

Стадия 7. Сушка модифицированного белкового концентрата или изолята

Распылительную сушку пасты нейтрализованного белкового концентрата или изолята, содержащей 6-7 масс. % твёрдой фазы, осуществляют при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С и остаточном давлении 0,02 МПа.

В описании далее использованы термины и их сокращения, имеющие следующие определения.

«Изолят белка» - белковый препарат, содержащий не менее 90 масс. % белка в с.в.

«Концентрат белка» - белковый препарат, содержащий не менее 70 масс. % белка в с.в.

«Нативный белок» - белковый препарат в его натуральной, природной форме, в которой он находится в исходном сырье.

«Модифицированный белок» - белковый препарат с искусственно измененными ФТС относительно нативного белка.

«Функционально-технологические свойства (ФТС)» - свойства белковых препаратов, обуславливающие возможность их технологического применения в пищевой промышленности.

«Влагосвязывающая способность (ВСС)» - свойство белковых продуктов (препаратов) абсорбировать и удерживать воду за счет присутствия в них гидрофильных групп.

«Жироэмульгирующая способность (ЖЭС)» - свойство белковых продуктов (препаратов) эффективно эмульгировать жиры или жирорастворимые вещества, образуя стабильные эмульсии в системе, содержащей воду и жир (выражают в виде массового отношения).

«Жиросвязывающая способность (ЖСС)» - свойство белковых продуктов (препаратов) абсорбировать и удерживать жир или жирорастворимых вещества за счет присутствия в них гидрофобных групп.

«Пенообразующая способность (ПОС)» - свойство белковых продуктов (препаратов) образовывать устойчивую пену при воздействии механических или химических факторов, таких как взбивание, аэрация или добавление пенообразующих агентов.

«Устойчивость пены (УП)» - способность образованной пены оставаться стабильной и сохранять свою структуру на протяжении определенного времени.

«Гелеобразующая способность (ГОС)» - способность белковых продуктов (препаратов) образовывать гели при воздействии различных факторов, таких как температура, pH, наличие и концентрация других компонентов.

«Растворимость» - способность белковых продуктов (препаратов) диссоциировать в растворе или смешиваться с растворителем, образуя однородную смесь или раствор.

ФТС белковых изолята и концентрата, полученных в соответствии с изобретением, приведены в таблице 4.

Таблица 4

Продукт Белок в с.в., масс. % ФТС Значение Изолят 94,3 ВСС, % 700 ЖЭС 1:8:8 ЖСС, % 109,56 ПО, % 78,13 УП, % 83,33 ГО, % 550 Растворимость, % 26,51 Концентрат 90,97 ВСС, % 725 ЖЭС 1:11:11 ЖСС, % 142,78 ПО, % 57,29 УП, % 84,17 ГО, % 600 Растворимость, % 17,99

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ переработки подсолнечного сырья, при осуществлении которого проводят предварительное обогащение подсолнечного сырья, включающее промывку подсолнечного сырья спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-50 °С и дальнейшее обогащение предварительно обогащенной твёрдой фазы с получением белкового концентрата, или щелочную экстракцию твёрдой фазы с добавлением 0,2 масс. % пероксида водорода при рН 10,5-11,5 и температуре 55-60 °С с получением жидкого экстракта, из которого кислотным осаждением при значении рН, близком к изоэлектрической точке подсолнечного белка, с последующим разделением фаз и нейтрализацией получают белковый изолят. Белковый концентрат или изолят модифицируют альгинатом натрия в нейтральном водном растворе. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки подсолнечного белкового сырья от полифенольных соединений, получить белковые препаратов, обладающих нейтральным запахом и вкусом и получение белковых препараты с высокими функционально-технологическими свойствами, не уступающими изолятам или концентратам соевого белка. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ переработки подсолнечного сырья, при осуществлении которого:

(1) получают чистое ядро подсолнечного семени;

(2) из чистого ядра подсолнечного семени получают нативное подсолнечное масло и отделяют жмых (сырьё «Ж»);

(3) отделённое сырьё «Ж» подвергают измельчению и сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) CO₂ с получением обезжиренной подсолнечной белковой муки (сырьё «БМ»),

(4) подсолнечное сырьё «БМ» или подсолнечное сырьё «Ж» предварительно обогащают промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-80 °С в течение 20-40 минут с последующим разделением твёрдой и жидкой фаз и получением предварительно обогащенной твёрдой фазы;

(5) предварительно обогащенную твёрдую фазу далее обогащают n-кратной (n = 1, 2, 3) промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-50 °С в течение 20-40 минут и разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n;

(6) твёрдую фазу после конечной n-кратной промывки нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(7) нейтрализованную твёрдую фазу в виде пасты передают на стадию (8) или предварительно сушат с получением концентрата подсолнечного белка;

(8) концентрат подсолнечного белка модифицируют альгинатом натрия в водном нейтральном растворе с МВ, равным 8-12, при 50-70 °С, предпочтительно при 70 °С,

(9) осаждают и отделяют модифицированный белковый концентрат при значении рН, равном 4,5, и температуре 50-60 °С;

(10) модифицированный белковый концентрат нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(11) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат сушат с получением модифицированного концентрата подсолнечного белка.

2. Способ переработки подсолнечного сырья по п. 1, отличающийся тем, что:

(1) чистое ядро подсолнечного семени получают обрушиванием семян с последующим удалением масличной пыли вибросепарацией и отделением недоруша и лузги аэросепарацией;

(2) чистое ядро подсолнечного семени увлажняют при температуре окружающей среды, распыляя воду в количестве 3 масс. %, кондиционируют при температуре 60 °С, нативное подсолнечное масло отжимают при температуре 50-70 °С, очищают фильтрованием на фильтр-прессе, отделяют сырьё «Ж», которое измельчают;

(3) СКФЭ CO₂ сырья «Ж» проводят при параметрах Р = 30 МПа, Тэ = 60 °С, Т1 = 70 °С, Т2 = 25 °С с получением сырья «БМ»;

(5) разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n проводят центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5) k×g;

(7) нейтрализованную твёрдую фазу подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С, и остаточном давлении 0,02 МПа и

(11) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат в виде пасты, содержащей 6-7 масс. % твёрдой фазы, подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С, и остаточном давлении 0,02 МПа.

3. Способ переработки подсолнечного сырья, при осуществлении которого:

(1) получают чистое ядро подсолнечного семени;

(2) из чистого ядра подсолнечного семени получают нативное подсолнечное масло и отделяют жмых (сырьё «Ж»);

(3) отделённое сырьё «Ж» подвергают измельчению и сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) CO₂ с получением обезжиренной подсолнечной белковой муки (сырьё «БМ»);

(4) подсолнечное сырьё «БМ» или подсолнечное сырьё «Ж» предварительно обогащают промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-80 °С в течение 20-40 минут с последующим разделением твёрдой и жидкой фаз и получением предварительно обогащенной твёрдой фазы;

(5) предварительно обогащенную твёрдую фазу далее обогащают n-кратной (n = 1, 2, 3) промывкой спиртовым раствором, содержащим 75-90 об. % изопропанола в подготовленной воде, при модуле ванны (МВ) от 8 до 12, рН 4,5-6,5 и температуре 30-50 °С в течение 20-40 минут и разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n;

(6) проводят щелочную экстракцию конечной твёрдой фазы n с добавлением пероксида водорода до достижения его концентрации 0,2 масс. %, считая на МВ, при рН 10,5-11,5 и температуре 55-65 °С в условиях интенсифицированного массообмена, выбранного из (а) механического перемешивания в течение 50-60 минут или (б) двукратного воздействия ультразвуком с частотой 25-30 кГц в течение 2 мин с промежуточным отделением жидкой фазы и добавлением пероксида водорода до достижения его концентрации 0,2 масс. %, считая на МВ, перед вторым воздействием;

(7) разделяют твёрдую и жидкую фазы с получением жидкого экстракта и отделением осадка;

(8) проводят кислотное осаждение белковой фракции из жидкого экстракта при значении рН, близком к изоэлектрической точке подсолнечного белка, и температуре 50-60 °С в течение 20-40 минут с получением пасты белковой фракции после отделения жидкой фазы;

(9) белковую пасту нейтрализуют до рН 6,0-6,5 добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(10) изолят подсолнечного белка сушат;

(11) изолят подсолнечного белка модифицируют альгинатом натрия в водном нейтральном растворе с МВ, равным 8-12, при 50-70 °С, предпочтительно при 70 °С,

(12) осаждают и отделяют модифицированный белковый изолят при значении рН, равном 4,5, и температуре 50-60 °С;

(13) модифицированный белковый изолят нейтрализуют добавлением твёрдого гидрокарбоната натрия или 10 масс. % водного раствора гидроксида натрия;

(14) нейтрализованный модифицированный белковый изолят сушат с получением модифицированного изолята подсолнечного белка.

4. Способ переработки подсолнечного сырья по п. 3, отличающийся тем, что:

(1) чистое ядро подсолнечного семени получают обрушиванием семян с последующим удалением масличной пыли вибросепарацией и отделением недоруша и лузги аэросепарацией;

(2) чистое ядро подсолнечного семени увлажняют при температуре окружающей среды, распыляя воду в количестве 3 масс. %, кондиционируют при температуре 60 °С, нативное подсолнечное масло отжимают при температуре 50-70 °С, очищают фильтрованием на фильтр-прессе, отделяют сырьё «Ж», которое измельчают;

(3) СКФЭ CO₂ сырья «Ж» проводят при параметрах Р = 30 МПа, Тэ = 60 °С, Т1 = 70 °С, Т2 = 25 °С с получением сырья «БМ»;

(5) разделение твёрдой и жидкой фаз с получением твёрдой фазы n проводят центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(7) жидкий экстракт получают центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(8) значение рН, близкое к изоэлектрической точке подсолнечного белка, находится в интервале 4,0-4,5;

(9) изолят подсолнечного белка отделяют центрифугированием на декантирующей центрифуге при факторе разделения (4,3-4,5)k×g;

(10) нейтрализованную твёрдую фазу подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 80-100 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С, и остаточном давлении 0,02 МПа и

(14) нейтрализованный модифицированный белковый концентрат в виде пасты, содержащей 6-7 масс. % твёрдой фазы, подвергают распылительной сушке при давлении на входе, равном 0,2 МПа, температуре на входе, равной 180 °С, температуре на выходе, равной 70-95 °С, и остаточном давлении 0,02 МПа.