Способ получения белкового продукта из пшеничных отрубей

Способ получения белкового продукта из пшеничных отрубей

Реферат

 

Использование: в мукомольной, микробиологической и пищевой промышленности для получения белковых добавок к продуктам питания. Сущность изобретения: проводят щелочное экстрагирование сырья в присутствии тиосульфата натрия, взятого в количестве 0,05 -1 % от массы сырья при pH 10 - 11 и температуре 50 - 60^oC, отделяют шрот, выделяют из экстракта крахмало-белковую фракцию и целевой продукт при pH 4,0 - 4,5. 5 табл.

Изобретение относится к получению белковых продуктов и может быть использовано в мукомольном производстве, микробиологической и пищевой промышленности для получения белковых добавок к продуктам питания, а также при изготовлении гидролизатов белка для питательных сред и получения добавок с улучшенными функциональными свойствами.

Известен способ получения белкового продукта из пшеничных отрубей, включающий щелочное экстрагирование сырья, отделение экстракта и выделение из него белка (М. С. Дудкин и др. Выделение и характеристика белкового концентрата из пшеничных отрубей. Известия вузов. Пищевая технология. 1978, N 4, с. 29 31).

Недостатком данного способа является использование жестких условий выделения белка (время экстракции 4 ч, концентрация водного раствора NaOH 0,2 (pH 12,0), приводящих к получению белкового продукта с очень низкой биологической ценностью, о чем свидетельствует отсутствие в его составе таких незаменимых аминокислот, как метионин и изолейцин.

Известен также способ получения белка из пшеничных отрубей, предусматривающий щелочное экстрагирование сырья, отделение экстракта от шрота отрубей и выделение из него белка, отличающийся тем, что экстракцию белка осуществляют при pH 9,0, однако осаждение белка проводят при pH 5,0 (кислотное осаждение) или при pH 6,0 (тепловое осаждение 85^oC).

Недостатком данного способа является также невысокая биологическая ценность продукта (скор лизина и треонина составляет 76 и 91 соответственно) и его низкий выход (7 9) (см. Saunders etal, J. of Food Sci. 1977. 42. N 4, с. 974 975).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения белка из пшеничных отрубей, предусматривающий экстрагирование сырья, отделение экстракта от шрота отруба и последовательное выделение из экстракта полиуглеводно-белковой фракции (авт. св. СССР N 1177966, кл. A 23 C 1/12, 1986).

В данном способе также предусмотрено щелочное экстрагирование сырья, отделение экстракта от шрота отрубей и последовательное выделение из экстракта крахмало-белковой фракции и целевого продукта, однако щелочное экстрагирование проводят при высоком значении pH (12 12,5), а выделение крахмало-белковой фракции осуществляют в два этапа: доведением pH раствора кислотой до 8,5 9,5 и последующего центрифугирования.

Осажденный при втором значении pH (4,8 5,2) целевой продукт имеет достаточно высокие значения скора для таких аминокислот как лизин (116), треонин (105), лейцин (116), тирозин + фенилаланин (126), однако белок недостаточно биологически ценен в отношении других незаменимых аминокислот, таких как метионин, изолейцин и валин. Аминокислотный скор для них соответственно равен 40, 63 и 75 Важно отметить, что в описании изобретения к авторскому свидетельству N 1177966 допущена арифметическая ошибка при расчете скора аминокислоты лизина. Эта ошибка заключается в том, что при делении цифры 6,4 (количество аминокислоты в к на 100 г белка) на 5,5 (шкала ФАО/ВОЗ) получается значение скора 116, а не 128, как указано в таблице.

Известный метод достаточно трудоемкий, так как перед выделением основной части белка предусмотрено выделение в осадок дополнительного его количества. Этот белок содержит полиуглеводы и выпадает в осадок при доведении pH раствора кислотой до 8,5 9,5 и последующем его центрифугировании. При таком способе выделения белкового продукта выход белка понижается на 15 25 и составляет всего 8 9 В последние годы в связи с широким применением интенсивных технологий выращивания зерна, а также ухудшением экологического состояния окружающей среды в большинстве промышленных регионах страны, в побочных продуктах переработки зерна пшеницы иногда содержание тяжелых металлов превышает ПДК (Микроэлемент и тяжелые металлы в зерне пшеницы, ржи и продуктах их переработки. М. ЦНИИТЭИ хлебопродуктов. 1991, (обз. инф-я). В связи с этим при выделении белков из пшеничных отрубей (в них возможна концентрация минеральных веществ, в т. ч. меди, свинца и др.). Известные методы выделения белка из отрубей пшеницы не предусматривают приемы, направленные на снижение тяжелых металлов в белковых продуктах до уровня, регламентируемого нормами Минздрава.

Задача изобретения создание нового способа получения белкового продукта из пшеничных отрубей, позволяющего повысить биологическую ценность последнего за счет увеличения содержания незаменимых аминокислот, и провести его детоксикацию за счет снижения содержания "тяжелых" металлов.

Для решения поставленной задачи в способе получения белкового продукта из пшеничных отрубей, предусматривающем щелочное экстрагирование сырья, отделение экстракта от шрота отрубей и последовательное выделение из экстракта крахмало-белковой реакции и целевого продукта, согласно изобретению экстрагирование сырья проводят в присутствии тиосульфата натрия, взятого в количестве 0,05 1,0 от массы сырья, при pH 10 11 и температуре 50 - 60^oC, а выделение целевого продукта при pH 4,2 4,5.

При жесткой щелочной (pH 12 12,5) обработке растительного сырья в процессе выделения белковых продуктов определенные аминокислотные остатки белковых молекул могут подвергаться структурным изменениям. Так аргинин превращается в орнитин, цитрулин, мочевину и аммиак. Цистеин в щелочной среде отщепляет сероводород с образованием дегидроаланина, обладающего высокой реакционной способностью. Далее с дегидроаланиновыми фрагментами в реакцию конденсации могут вступать треонин, серин, тирозин, гистидин, аргинин и лизин, в результате чего содержание указанных аминокислот в белковом продукте снижается, а нежелательных соединений, таких как лизиноаланина, увеличивается.

Механизм образования, например, лизиноаланина, следующий: Питательная ценность белков, содержащих также соединения, понижается (см. Розанцев Э. Г. Молекулярные аспекты пищевой химии. Сб. материалов Всесоюзной конференции по пищевой химии. 1991, с. 8).

Полученные экспериментальные данные показывают, что повышение значения pH в щелочной среде также приводит к снижению дефицита незаменимых аминокислот в белковых продуктах, выделенных из пшеничных отрубей. Так, количество лизина, валина, треонина и изолейцина в продукте, полученном при pH из отрубей хлебопекарного помола, снизилось по сравнению с белковым продуктом, выделенном при pH 8,5 на 29, 11, 20 и 10 а содержание серина, аргинина и тирозина на 42,4 и12 соответственно (см. табл. 1).

Для белковых продуктов, полученных из отрубей макаронного помола, уменьшение количества ценных аминокислот при повышении значения pH еще более значительны (см. табл. 2). Это относится к лизину, треонину, метионину и тирозину. Снижение количества аминокислот составило, соответственно, 40, 27, 43 и 16 В способе-прототипе низкие значения аминокислотного скора для валина (63 ), изолейцина (75), а также пониженное количество метионина (0,83 г/100 г) можно объяснить очень жесткой щелочной обработкой белков сырья при экстракции раствором NaOH (pH 12 12,5).

Экспериментальные данные показывают, что наибольшей биологической ценностью белки из отрубей пшеницы обладают в случае от выделения их при pH 8 9. Однако существенным недостатком данного способа является резкое понижение выхода продукта, в связи с чем используют, например, операцию обработки белковой суспензии теплом (85^oC) на стадии осаждения. Однако повышение температуры свыше 70^oC также снижает биологическую ценность продукта и вызывает денатурацию белков.

В предлагаемом способе экстракцию белков проводят с использованием раствора NaOH, но при pH 10 11, температуре 50 60^oC с добавлением тиосульфата натрия в концентрации 0,05 1,0 Присутствие тиосульфата натрия, обладающего восстанавливающими свойствами, блокирует стадию распада некоторых аминокислот и стабилизирует их количество в белке (см. табл. 3). Так, в присутствии тиосульфата натрия увеличивается количество лизина, валина, а также метионина и изолейцина. Максимальное количество этих кислот в белке наблюдается при дозировке 1,0 тиосульфата, а минимальное при 0,05 Повышение величины срока лизина в белке под влиянием добавки на 2 9 и количества аргинина на 24 53 свидетельствует о замедлении реакций образования лизиноаланина и орнитиноаланина, обладающих отрицательным действием на здоровье людей (появление диареи, панкреатической гиперплазии, облысения).

Тиосульфат натрия, замедляя реакцию распада аминокислоты цистеин, тем самым сдерживает образование реакционно-способного дегидроаланина, который легко вступает в реакцию с дефицитной аминокислотой лизин и понижает ее концентрацию.

Увеличение содержания аргинина в белке указывает на сдерживание распада данной аминокислоты в щелочной среде по сравнению с прототипом, а следовательно и на меньшую возможность образования из нее орнитина, который также легко вступает в реакцию с дегидроаланином и может приводить к нежелательным побочным явлениям в организме.

Присутствие тиосульфата натрия в щелочной среде (pH 10 11) обеспечивает наряду с повышением биологической ценности продукта его детоксикацию. Это происходит за счет снижения содержания тяжелых металлов в белках, таких как цинк, медь и свинец. Тиосульфат натрия переводит тяжелые металлы в растворимые неядовитые сульфиты и сульфиды, которые растворяются в воде и легко выводятся с жидкой частью процесса.

В табл. 4 приведены данные по содержанию тяжелых металлов в белковых продуктах, выделенных с добавлением тиосульфата натрия в дозировках 0,05 3 Видно, что применение тиосульфата натрия на стадии экстрагирования белков в дозировках 0,05 1 приводит к снижению массовой доли цинка в продукте в 1,1 2 раза, свинца в 1,4 2,2, а меди в 1,2 2,0 раза. Использование дозировки тиосульфата свыше 1,0 снижает количество цинка и меди по сравнению с прототипом, но увеличивает количество кадмия свыше норм, регламентируемых Минздравом (ПДК 0,1 мг/кг).

Обладая способностью вступать в окислительно-восстановительные реакции, тиосульфат натрия обеспечивает также красящие вещества белкового продукта, попадающие из отрубей пшеницы, тем самым повышается степень его белизны.

Способ осуществляется следующим образом.

Пшеничные отруби экстрагируют при перемешивании раствором гидроксида натрия в присутствии 0,05 1,0 тиосульфата натрия при pH 10 11 в течение 1 ч и температуре 50 60^oC. Экстракт отделяют от шрота отрубей с центрифугированием в течение 15 20 мин при 5000 6000 об/мин. Затем экстракт сепарируют для отделения крахмало-белкового продукта и подкисляют 10-ным HCl до pH 4,0 4,5. Суспензию белка выдерживают 30 40 мин для формирования осадка и подвергают центрифугированию 15 мин при 5000 об/мин. Выпавший осадок нейтрализуют 5-ным NaOH до H 6,2 6,8 и промывают водой.

Пример 1. Отруби из расчета 2 кг на 30 л раствора NaOH (pH 10,0), содержащего 0,05 тиосульфата натрия экстрагируют при перемешивании в течение 1 ч и температуре 60^oC. Экстракт отделяют от шрота отрубей центрифугированием в течение 20 мин при 5000 об/мин. Затем экстракт сепарируют для отделения крахмало-белкового продукта и подкисляют 10-ным HCl до pH 4,0. Суспензию белка выдерживают 30 мин для формирования осадка и подвергают центрифугированию 15 мин при 5000 об/мин. Выпавший осадок нейтрализуют 5-ным NaOH до 6,2 и промывают водой.

Пример 2. Отруби из расчета 2 кг на 25 л раствора NaOH (pH 10,5), содержащего 0,5 тиосульфата натрия экстрагируют при перемешивании в течение 1 ч и температуре 55^oC. Экстракт отделяют от шрота отрубей центрифугированием в течение 15 мин при 6000 об/мин. Затем экстракт сепарируют для отделения крахмало-белкового продукта и подкисления 10-ным HCl до pH 4,2. Суспензию белка выдерживают 35 мин для формирования осадка и подвергают центрифугированию в течение 15 мин при 5000 об/мин. Выпавший осадок нейтрализуют 5-ным раствором NaOH до pH 6,5 и промывают водой.

Пример 3. Отруби из расчета 2 кг на 20 л раствора NaOH (pH 11,0), содержащего 1,0 тиосульфата натрия, экстрагируют при перемешивании в течение 1 ч и температуре 50^oC. Экстракт отделяют от шрота отрубей центрифугированием в течение 17 мин при 5500 об/мин. Затем экстракт сепарируют для отделения крахмало-белкового продукта и подкисляют 10-ным HCl до pH 4,5. Суспензию белка выдерживают 40 мин для формирования осадка и подвергают центрифугированию 15 мин при 5000 об/мин. Выпавший осадок нейтрализуют 5-ным NaOH до pH 6,8 и промывают водой.

В табл. 5 приведена характеристика белковых продуктов из пшеничных отрубей, полученных по известному и предлагаемому способам. Видно, что биологическая ценность белковых продуктов, выделенных по предлагаемому способу, выше, чем биологическая ценность белковых продуктов, полученных по прототипу. Использование более низких значений pH в щелочной среде при одновременном присутствии тиосульфата натрия в дозировке 0,05 1,0 приводит к увеличению скора лизина, валина, изолейцина и фенилаланина + тирозина на 2 - 9, 4 8, 10 15 и 7 15 соответственно, а также повышению содержания метионина в 2 раза. Одновременно в белковом продукте понижается содержание цинка, меди, свинца в 1,1 2,0, 1,2 2,0 и 1,4 2,2 соответственно.

Применение раствора NaOH для экстракции белков при значениях pH меньше 10, так же как и температуры ниже 50^oC, приводит к снижению выхода белкового продукта. Последний становится равным не более 9 против 10 12 (от общей массы отрубей). Значения pH раствора NaOH больше 11, как и значения температуры свыше 60^oC, вызывают значительные изменения в структуре аминокислот (лизина, треонина, метионина и т. д.), что снижает биологическую ценность белкового продукта. Использование тиосульфата натрия при дозировках меньше 0,05 так же как и больше 1,0 не приводит к повышению биологической ценности продукта и не снижает количество тяжелых металлов (цинка, меди, свинца). При дозировках свыше 1 происходит накопление кадмия в белковом продукте в количествах, превышающих установленные нормы.

Выделение целевого продукта при pH меньше 4,0 и больше 4,5 способствует уменьшению выхода белкового продукта. Использование же интервала значений pH от 4,0 до 4,5, который представляет собой изоэлектрическую точку белка, повышает выход продукта из отрубей в предлагаемом способе на 15,9 21,6 по сравнению с известным способом.

Выделение крахмало-белкового продукта сепарированием экстракта непосредственно после отделения его от шрота отрубей упрощает процесс выделения целевого продукта по сравнению с известным способом, в котором используется дополнительная стадия осаждения белков и последующее центрифугирование для выделения белка и полиуглеводов.

По сравнению с прототипом использование изобретения позволит повысить биологическую ценность белкового продукта из отрубей пшеницы за счет увеличения содержания незаменимых аминокислот, таких как лизин, валин, изолейцин, метионин и фенилаланин с тирозином, а также осуществить детоксикацию за счет уменьшения содержания цинка, меди и свинца. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Формула изобретения

Способ получения белкового продукта из пшеничных отрубей, включающий щелочное экстрагирование сырья, отделение экстракта от шрота отрубей и последовательное выделение из экстракта крахмало-белковой фракции и целевого продукта, отличающийся тем, что экстрагирование сырья проводят в присутствии тиосульфата натрия, взятого в количестве 0,05-1% от массы сырья, при рН 10-11 и температуре 50-60^oС, а выделение целевого продукта при рН 4,0-4,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5