Биологически активная мука из пивной дробины и способ ее получения

Биологически активная мука из пивной дробины и способ ее получения

Реферат

Изобретение относится к технологии получения биологически активных веществ, а именно к переработке пивной дробины для пищевых и кормовых целей.

В последнее время особое внимание уделяется получению биологически активных добавок к пище и кормам из нетрадиционного сырья, производству функциональных продуктов на его основе.

Например, пользуются популярностью разработки, связанные с переработкой такого вида нетрадиционного сырья, как топинамбур, на пищевые и кормовые цели с профилактическим назначением. Так, во Франции разработан способ получения сока из клубней топинамбура для производства диетических и диабетических продуктов питания (см. Голубев В.Н., Волкова И.В., Кушлаков Х.М. Топинамбур: состав, свойства, способы переработки, области применения. М., 1995, с.44-45). Побочный продукт - жом из топинамбура, богатый растительными волокнами и углеводами, предназначен в корм животным.

В США (см. там же с.70-71) запатентован процесс получения муки из клубней топинамбура и других инулинсодержащих растений путем их мацерации до перекачиваемого гомогенного состояния, предпочтительно в среде пара при 150°С в течение 15 с - 10 мин, а затем распылительной сушки в струе горячего газа и улавливания муки, состоящей из смеси моносахаридов. Полученная мука может быть использована для изготовления хлебобулочных изделий, например, пиццы, лапши, пасты, макарон, хлеба или диетических продуктов.

Таким образом, клубни топинамбура используются в основном для получения низкокалорийной муки (1,24 кал/г) с пониженным содержанием жира (менее 1%), а также витамина F и Е. Содержание такой муки из топинамбура в хлебных и кондитерских (кексы) изделиях может достигать до 10%. При этом необходимо строго соблюдать соотношение и содержание влаги, сахара и дрожжей в муке. Наполнитель из топинамбура можно добавлять в напитки, крупяные завтраки и закуски для придания дополнительного вкуса. Все изделия, содержащие муку из топинамбура с высоким содержанием фруктоолигосахаридов, пригодны для диетического питания.

Однако биологически активная мука из клубней топинамбура и способ ее производства предназначен для использования только в пищевой промышленности, т.е. способ не является универсальным в плане использования его, например, при получении биологически активных добавок для кормов, поскольку это экономически не выгодно, а, кроме того, такая мука обладает узкой профилактической направленностью.

Одним из перспективных компонентов для использования в пищевой промышленности для производства биологически активных добавок к пище и функциональных композиций в хлебопекарной, кондитерской, мясоперерабатывающей и других областях промышленности, а также в кормопроизводстве является солодовая пивная дробина.

Солодовая пивная дробина (ОСТ 18-341-79 "Дробина пивная сырая") образуется в процессе затирания и фильтрации затора как остаток после отделения жидкой фазы - пивного сусла. Дробина состоит из жидкой (45%) и твердой (55%) фаз. Твердая фаза дробины содержит оболочку и нерастворимую часть зерна. Состав дробины зависит от качества солода, количества несоложеного сырья, а также сорта изготовляемого пива.

Сырая пивная дробина обладает густой консистенцией грубо размолотого зернового продукта светло-коричневого цвета, обладающего сладковатым вкусом и запахом пивоваренного солода.

На пивоваренных заводах и в цехах ежегодно скапливается как отход производства порядка 1,2 млн.т дробины влажностью 70-80%, из которой можно получить до 200 тыс.т сухой муки. При этом сухая дробина стойка при хранении и транспортабельна.

В связи с этим, поскольку в настоящее время очень перспективны безотходные и малоотходные технологии переработки растительного сырья, а также ведется активный поиск новых источников, в том числе нетрадиционных, биологически активных веществ, то несомненно, целесообразным является использование и переработка пивной дробины как ценного биологически активного сырья в пищевых целях при производстве биологически активных добавок к пище и различных функциональных продуктов питания, а также в кормовых целях при производстве биологически активных кормовых добавок и кормов.

Из уровня техники известны различные решения, направленные на реализацию вышеизложенной задачи в разных областях. Так, в патенте RU 2075298 С1, кл. А 23 К 1/16, 20.03.1997, раскрыт способ приготовления обогащенного корма для сельскохозяйственных животных на основе пивной дробины. Способ относится к кормлению крупного рогатого скота и свиней и может быть осуществлен на предприятиях комбикормовой промышленности или непосредственно в хозяйствах. Корм готовят следующим образом. Пивная дробина, обезвоженная пульполовушкой или поданная с варочного цеха пивзавода пневматическим транспортом, поступает в бункер-накопитель обезвоженной дробины, откуда шнековым транспортером подается в питатель-дозатор влажных компонентов. В лоток питателя автотранспортом доставляется сплав с солодовенного цеха и другие влажные компоненты (пивные дрожжи, белковый отстой, дробина хмелевая). Свободный конец лотка при помощи двух гидроцилиндров поднимается вверх и масса под собственным весом направляется на конвейер. Движущееся с заданной скоростью полотно конвейера подтягивает массу к отбойному битеру, который делает слой равномерным. Оставшийся слой массы скребковым транспортером подается в сушильный барабан агрегата по приготовлению травяной муки фирмы "Нерис". Передвигаясь в потоке теплоносителя и перемешиваясь с ним, масса постепенно высыхает. В сушильном барабане обеспечивается избирательный принцип сушки, т.е. частицы, имеющие большую поверхность теплообмена и малый вес, высыхают быстрее и уносятся из барабана, а более тяжелые частицы и целые зерна находятся в барабане до полного высыхания. Влажность конечного продукта составляет 10-12% (потери каротина составляют не более 20%). Сухие частицы потоком теплоносителя выносятся в большой циклон, где отделяются от теплоносителя и через шлюзовой затвор и пневматический делитель поступают на молотковые дробилки.

Сухие компоненты (солодовые ростки, зерноотходы, аспирационные и полировочные отходы, автолизат пивных дрожжей) подаются в цех как пневмотранспортером, непосредственно в бункер-дозатор, так и автомобильным транспортом через приемный бункер сухих компонентов и систему транспортеров. В отдельный бункер подаются минеральные добавки (соль и мел). Размещенные под бункерами дозаторы дают возможность подавать сухие компоненты в требуемых пропорциях непосредственно на пневматический делитель, где, смешиваясь с высушенной массой из большого циклона, объединенная смесь измельчается в молотковых дробилках.

Измельченная сухая масса (размер частиц 0,5-3 мм) просеивается через решета и потоком воздуха подается в малый циклон, где отделывается от воздуха. Пройдя шлюзовые затворы, масса попадает в шнек мешкователя, который распределяет ее в мешки или падает на гранулирование. Гранулирование осуществляется прессом ОГН-1,5, состоящим из бункера-накопителя, самого пресса и охладительной колонки, в который происходит отделение нестандартных гранул и муки от готовой продукции. Она через весовое устройство поступает в бункер-накопитель, откуда происходит отгрузка корма в автомобильный транспорт.

Полученный таким образом корм имеет следующий состав (на 1 кг воздушно-сухого вещества) по жирным кислотам, в мг: олеиновая - 965, стеариновая - 425, пальмитиновая - 310, линолевая - 194, линоленовая - 9,0, маргариновая - 7,4, бегеновая - 2,2, капроновая - 1,8, миристиновая - 1,5, эйкозотриеновая - 1,1, каприловая - 1,0, арахидоновая - 1,0, гептиловая, изокаприловая, капроновая, ундециловая, лауриновая, тридециловая, миристолеиновая, пентадециловая, пентадецилолеиновая, пальмитолеиновая, эйкозотетраеновая менее 1 мг; по витаминам, в мг: каротин - 1,1, Е - 26, В₁ - 2,1, B₂ - 0,7, В₃ - 1,2, В₄ - 1500, В₅ - 42, B₆ - 1,8, B₁₂ - 2,5 мкг. При этом загрязнители, вредные и токсичные элементы в продукте составляют, в мг: ртуть - 0,015, кадмий - 0,35, свинец - 0,75, фтор - 3,3, хром - 9,5, никель - 2,0, нитраты - 25.

Однако несмотря на относительно сбалансированный состав корма технология его производства является сложной и энергоемкой и требует введения дополнительных компонентов. Кроме того, безусловно, такую технологию переработки пивной дробины невозможно использовать для пищевых целей.

В патенте RU 2191513 C1, кл. A 21 D 13/08, 27.10.2002 раскрыт способ получения муки из пивной дробины как технологического компонента для производства мучных кондитерских изделий, который предусматривает следующие операции. Дробина поступает с пивоваренного завода в нержавеющей емкости или в пластиковых пищевых бочках. Далее на центрифуге, например ОГШ-321К5, дробина с исходной влажностью 70-75% отжимается до влажности 40-45%. Из центрифуги элеватором скребкового или шнекового типа дробина направляется в шнековую сушилку (газовую или трехсекционную паровую с давлением пара 0,35-0,40 МПа в рубашке и вале шнека). В ней сушка дробины проводится при температуре 70-90°С. Продолжительность сушки в газовой сушилке составляет 20-22 мин, в трехсекционной паровой - 35-40 мин. Затем высушенная дробина элеватором (скребковым или шнековым) подается на измельчение в микромельницу молотковую. Размер прямоугольной сетки измельчителя составляет 0,63×0,63. Измельченный до величины 60-68 мкм готовый продукт поступает в контейнер. Готовый продукт - мука из пивной дробины расфасовывается и упаковывается.

Такая технология обеспечивает удаление нежелательного привкуса, дезинсекцию и обезвреживание пивной дробины от токсических и вредных веществ, но в конечном продукте сохраняются лишь белки и микроэлементы. Поэтому обработанную таким образом муку можно использовать только для производства мучных диетических изделий.

В результате исследования существующего уровня техники встала задача создания универсальной технологии получения биологически активной муки из пивной дробины, которая бы позволила максимально сохранить все ценные биологически активные компоненты исходной пивной дробины, а кроме того, обеспечивала бы конечному продукту широкие функциональные оздоровительные свойства, позволяющие использовать ее как в питании человека, так и животного. Однако не в одном из приведенных аналогов, несмотря на некую схожесть ряда существенных признаков, подобное универсальное назначение не реализуется и поэтому они не могут быть выбраны в качестве ближайшего аналога.

Эта задача решается тем, что способ получения биологически активной муки из пивной дробины предусматривает подачу сырой пивной дробины влажностью 70-80%, содержащую более 20% сухих веществ, скребковым транспортером или подвесной тележкой или насосом на прессование с дальнейшим выделением твердой отпрессованной фракции и отводом жидкой фракции, затем твердую фракцию направляют в горизонтальный вакуумный низкотемпературный котел, а жидкую, содержащую 2,5-3% белка, направляют самотеком или центробежным насосом в отстойную центрифугу, где при числе оборотов ротора, равном 3500-3900 в минуту, проводят вторичное разделение на твердую часть, которая транспортным средством возвращается в горизонтальный вакуумный низкотемпературный котел, и жидкую, которую удаляют из дальнейшего процесса, а в горизонтальном вакуумном низкотемпературном котле проводят одновременную стерилизацию и сушку твердой фракции пивной дробины при давлении пара 0,3-0,4 МПа и вращении ротора вакуумного котла со скоростью 5-15 оборотов/мин, причем сушку пивной дробины ведут при температуре внутри котла, равной 40-60°С, и разряжением в котле 50-150 мм рт.ст. с одновременным частичным измельчением ее путем подачи острого пара в рубашку котла, далее высушенную пивную дробину из разгрузочного люка в нижней части котла направляют в молотковую дробилку с сеткой диаметром отверстий 1 мм, а оттуда измельченная пивная дробина через циклон поступает в промежуточную емкость, откуда транспортным средством подается на сито с диаметром отверстий 0,2 мм с получением целевого продукта - тонкоизмельченной муки со степенью дисперсности 60 мкм.

Вторым объектом изобретения является биологически активная мука из пивной дробины, которая получена в соответствии с указанным способом и помимо ценных белков и аминокислот, клетчатки, макро- и микроэлементов содержит жирные кислоты в следующем составе:

миристиновая - до 0,85%

пентадекановая - до 0,6%

пальмитиновая - до 40,0%

пальмитолеиновая - до 8,93%

гептадекановая - до 0,97%

гептадециновая - до 0,35%

стеариновая - до 6,6%

олеиновая - до 11,2%

линолевая - до 32,14%

линоленовая - до 2,35%,

а также содержит витамин Е в количестве 2 мг на 100 г муки.

Схема производства биологически активной муки из пивной дробины изображена на чертеже. Способ осуществляется следующим образом. Исходная сырая пивная дробина влажностью 70-80%, содержащая более 20% сухих веществ, любым транспортным средством (скребковым транспортером, или подвесной тележкой ТП-250, или насосом НИ-1 подается на прессование (1). Прессование представляет собой механическую обработку пивной дробины давлением, связанную с односторонним или объемным ее сжатием. Сущность прессования - создание напряженного состояния дробины под действием внешнего давления с помощью пресса. Прессование применяют, когда влажность исходного продукта выше 55%. В результате прессования получают две фракции - твердую фракцию - отпрессованную дробину, которая направляется на дальнейшее обезвоживание - сушку, и жидкую (текучую) фракцию дробины. Согласно проведенным исследованиям жидкая фракция дробины, содержащая 2,5-3% белка, направляется самотеком или центробежным насосом в отстойную горизонтальную центрифугу ОГШ-321-01 (2), при числе оборотов ротора, равном 3500-3900 в минуту, для вторичного разделения на жидкую и твердую части. Затем твердая часть любым транспортным средством подается (возвращается) в основной аппарат линии горизонтальный вакуумный низкотемпературный котел (4). А вторичная жидкая часть отводится из технологического процесса.

Вакуумные котлы применяют для стерилизации и низкотемпературного обезвоживания - сушки белкового сырья - пивной дробины. Вакуумный котел состоит из рамы с приводом, корпуса с ротором и опорными узлами ротора, загрузочной горловины и разгрузочного люка. Ротор включает полый вал, на котором приварены лопасти. Корпус котла горизонтальный, цилиндрический сварной сосуд с эллиптическим днищем и двойными стенками, между которыми подается пар под давлением 0,3-0,4 МПа. При вращении ротора вакуумного котла со скоростью 5-15 оборотов/мин и подаче острого пара в рубашку котла происходит частичное измельчение и сушка пивной дробины при температуре внутри котла, равной 40-60°С, и разрежении в котле 50-150 мм рт.ст. Образовавшиеся при сушке дробины пары через конденсор (5), оснащенный оборотным снабжением холодной водой (13), отсасывается вакуумным насосом (7) с целью создания разрежения в закрытых котлах. Образующийся в конденсоре конденсат через емкость (6) для его сбора насосом отводится в котельную.

Высушенная пивная дробина из нижней части котла через разгрузочный люк поступает в молотковую дробилку (8), главным рабочим органом которой являются молотки и сито. В молотковой дробилке используется сетка с диаметром отверстий 1 мм. Оттуда измельченная пивная дробина через циклон (9) поступает в емкость (10), откуда любым транспортным средством подается на сито (11) с диаметром отверстий 0,2 мм. Полученная таким образом биологически активная мука из пивной дробины - сухой тонкодисперсный продукт со степенью дисперсности 60 мкм - поступает на упаковку или непосредственно в пищевое производство или на производство кормов.

Производительность установки по сухому тонко измельченному продукту - муке - 100 кг/час. Для производства кормов в дальнейшем возможна операция гранулирования.

Температура 40-60°С, при которой ведется сушка пивной дробины под вакуумом (разрежением в котле 50-150 мм рт.ст.) и заявленные режимы переработки являются щадящими, при них не происходит пересушивания и перегрева в массе пивной дробины, что обеспечивает максимальную сохранность ценных биологически активных веществ. Именно указанное технологическое оборудование в совокупности со специальными режимами и параметрами обеспечивают универсальность способа производства биологически активной муки из пивной дробины для пищевых и кормовых целей.

В полученной муке не обнаружены БГКП (количество положительных проб) сульфитредуцирующие клостридии и плесень, а КМАФАнМ, КОЕ/г, составляет 3×10².

Проведенные исследования показали, что мука из пивной дробины не токсична и имела следующий химический состав (в %): влага - 10,8; протеин - 24,82; жир - 6,43; зола - 3,48; клетчатка - 12,7; БЭВ (безазотистые экстрактивные вещества) - 41,77. Содержание основных микроэлементов, %: кальций - 0,18; фосфор - 0,48; мг/кг: марганец - 405; цинк - 45,0; железо - 1350; медь - 5,2. Всего аминокислот - 22,71%, в том числе незаменимых, определяющих питательную ценность белка - 9,81%. Исследованиями также установлено, что белковый компонент пивной дробины достаточно легко переваривается ферментными препаратами -панкреатином крупного рогатого скота.

Кроме того, впервые получены данные по жирно-кислотному составу тонкодисперсной муки из сухой пивной дробины, которая получена именно по заявляемому способу. В частности, в ней сохранен практически весь состав ценных жирных кислот:

миристиновая - до 0,85%

пентадекановая - до 0,6%

пальмитиновая - до 40,0%

пальмитоолеиновая - до 8,93%

гептадекановая - до 0,97%

гептадециновая - до 0,35%

стеариновая - до 6,6%

олеиновая - до 11,2%

линолевая - до 32,14%

линоленовая - до 2,35%.

Жирные кислоты - алифатические карбоновые кислоты, многие из которых (в данном случае практически все) входят в состав животных и растительных жиров, являются обязательным компонентом пищи. В организме животных и в растениях свободные жирные кислоты и жирные кислоты, входящие в состав липидов, выполняют чрезвычайно важные функции - энергетическую и структурно-пластическую. Насыщенные жирные кислоты - пальмитиновая, стеариновая, миристиновая и другие - используются в основном как энергетический материал. Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются на мононенасыщенные, например олеиновая кислота, и полиненасыщенные (ПНЖК).

В питании имеет значение не только количество, но и химический состав липидов, особенно содержание полиненасыщенных жирных кислот.

Поэтому из всех выделенных в дробине жирных кислот наибольший интерес представляют эссенциальные жирные кислоты: линолевая, линоленовая и арахидоновая. Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека. Арахидоновая синтезируется в организме из линолевой кислоты при участии витамина B₆. Линолевая кислота дает другие ПНЖК. Поэтому они получили название "незаменимых" или "эссенциальных" кислот. Биологическая активность этих кислот неодинакова. Наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота, высокой - линолевая, активность линоленовой кислоты значительно (в 8-10 раз) ниже линолевой.

Они содержатся в животных тканях, растениях и микроорганизмах и поступают в организм только с пищей. Их основная биологическая роль - структурно-функциональная организация клеточных мембран, биосинтез экозаноидов - медиаторов реакций метаболизма. Роль их и активность настолько высока, что ПНЖК в последние годы стали относить к витаминам и назвали витамином F.

Из других функций ПНЖК можно отметить их способность нормализовать холестериновый обмен и таким образом снижать риск развития атеросклероза и сопутствующих ему сердечно-сосудистых заболеваний.

В настоящее время считают, что оптимальная суточная потребность в линолевой кислоте должна составлять 10 г, минимальная - 2-6 г. Следовательно, состав жирных кислот липидов в пищевых продуктах должен быть сбалансированным: 10% полиненасыщенных, 60% мононенасыщенных и 30% насыщенных.

Кроме того, установлено, что мука из пивной дробины содержит витамин Е в количестве 2 мг на 100 г муки, который является функциональным ингредиентом и играет важную роль в позитивном питании. Растительные жиры - это единственный источник витамина Е и β-каротина. Витамин Е является антиоксидантом, который нарушает процесс образования свободных радикалов в организме и предотвращает их повреждающее действие. Свободные радикалы - это атомы или группы атомов, которые вызывают повреждение клетки, нарушают функции иммунной системы, что приводит к инфекционным и различным дегенеративным заболеваниям, включая рак и сердечно-сосудистые болезни. Ученые считают, что повреждение, вызываемое свободными радикалами, является основой для процессов старения.

Известны следующие группы свободных радикалов, образующихся в организме: перекиси, гидроксильные радикалы, перекись водорода, различные липидные перекисные соединения, гипохлоритные радикалы и др. Они образуются под воздействием радиации, токсических химических соединений, слишком длительного действия солнечных лучей, а также различных метаболических процессов, таких как расщепление жиров для образования энергии.

Хотя многие антиоксиданты можно получать из пищевых продуктов, таких как свежие овощи и фрукты, этого количества недостаточно, чтобы справиться с тем количеством свободных радикалов, которое постоянно образуется в нашем организме под действием загрязненной окружающей среды и в результате неправильного питания.

Для того чтобы свести к минимуму повреждения, вызываемые свободными радикалами, следует вводить в рацион питания человека и животного биологически активные вещества, например в виде добавок или продуктов (кормов) на основе муки из пивной дробины, содержащие антиоксиданты.

Таким образом, технический результат, осуществляемый заявленным изобретением, заключается в универсальности технологии, позволяющей получать на одном оборудовании и из одного и того же сырья биологически активную муку из пивной дробины и которая позволяет максимально сохранить все ценные биологически активные компоненты исходной пивной дробины, а кроме того, обеспечивает конечному продукту широкие функциональные оздоровительные свойства, позволяющие использовать ее как в питании человека, так и животного.

Функциональные свойства витамина Е и ненасыщенных жирных кислот обеспечивают муке из пивной дробины дополнительные биологически активные и профилактические свойства. Употребление биологически активных добавок к пище и функциональных продуктов питания на основе биологически активной муки из пивной дробины стимулирует систему иммунологической защиты организма, благотворно влияет на внешний вид кожных покровов, способствует более быстрому протеканию воспалительных заболеваний желудка, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, способствует оздоровлению и улучшению функции капилляров, эффективно для профилактики сахарного диабета и бронхиальной астмы. Введение биологически активной кормовой добавки и кормов на основе муки из пивной дробины в рацион сельскохозяйственных животных и птиц, а также домашних животных дополнительно обеспечивает хорошую перевариваемость и усвояемость муки, что способствует нормализации обменных процессов, росту и откорму, а у крупного рогатого скота - также повышению молокогонности.

1. Способ получения биологически активной муки из пивной дробины, предусматривающий подачу сырой пивной дробины влажностью 70-80%, содержащую более 20% сухих веществ, скребковым транспортером или подвесной тележкой или насосом на прессование с дальнейшим выделением твердой отпрессованной фракции и отводом жидкой фракции, затем твердую фракцию направляют в горизонтальный вакуумный низкотемпературный котел, а жидкую, содержащую 2,5-3% белка, направляют самотеком или центробежным насосом в отстойную центрифугу, где при числе оборотов ротора равным 3500-3900 в минуту проводят вторичное разделение на твердую часть, которая транспортным средством возвращается в горизонтальный вакуумный низкотемпературный котел, и жидкую, которую удаляют из дальнейшего процесса, а в горизонтальном вакуумном низкотемпературном котле проводят одновременную стерилизацию и сушку твердой фракции пивной дробины при давлении пара 0,3-0,4 МПа и вращении ротора вакуумного котла со скоростью 5-15 оборотов/мин, причем сушку пивной дробины ведут при температуре внутри котла, равной 40-60°С, и разряжением в котле 50-150 мм рт.ст. с одновременным частичным измельчением ее путем подачи острого пара в рубашку котла, далее высушенную пивную дробину из разгрузочного люка в нижней части котла направляют в молотковую дробилку с сеткой диаметром отверстий 1 мм, а оттуда измельченная пивная дробина через циклон поступает в промежуточную емкость, откуда транспортным средством подается на сито с диаметром отверстий 0,2 мм с получением целевого продукта - тонко измельченной муки со степенью дисперсности 60 мкм.

2. Биологически активная мука из пивной дробины, характеризующаяся тем, что получена в соответствии со способом по п.1, и содержит жирные кислоты в следующем составе:

миристиновая до 0,85%

пентадекановая до 0,6%

пальмитиновая до 40,0%

пальмитолеиновая до 8,93%

гептадекановая до 0,97%

гептадециновая до 0,35%

стеариновая до 6,6%

олеиновая до 11,2%

линолевая до 32,14%

линоленовая до 2,35%,

а также витамин Е в количестве 2 мг на 100 г муки.