Способ стабилизации ферментативной активности пшеничных зародышей

Способ стабилизации ферментативной активности пшеничных зародышей

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к стабилизации пшеничных зародышей (ПЗ) при подготовке для пищевых целей, а также с целью стабилизации их при хранении.

Известен способ стабилизации пшеничных зародышей (тезисы доклада Колкуновой Г.К., Талаева А.С., Уразова М.Ю., Игорянова Н.А., Судакова Г.Н. "Технология производства пшеничных диетических отрубей и зародышевых хлопьев пищевого назначения" в материалах всесоюзной научной конференции "Пути повышения качества зерна и зерно продуктов, улучшение ассортимента муки, крупы и хлеба", Москва, 1989, С.132-133), предусматривающий очистку от металломагнитных примесей, дополнительное обогащение с целью повышения концентрации продукта до 85-90% за счет удаления мелких частиц отрубей и муки, термическую обработку продукта при температуре агента сушки 130°С в течение 5 мин с целью инактивации ферментов и снижения микробиологической обсемененности с доведением его влажности до значения 5%, охлаждение и упаковку.

Недостатком данного способа стабилизации продукта являются высокие температуры при термической обработке, следствием которой является частичное или полное разрушение таких составляющих продукта, как белки, витамины и др., входящие в состав в значительном количестве.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому эффекту является «Способ производства продукта на основе пшеничных зародышевых хлопьев» Прокопенко А.Ф., Жеребцова Н.А., Шенцовой Е.С., Зябловой Т.В. (патент РФ №2138960, БИ №28, 1999), предусматривающий очистку пшеничных зародышей от металломагнитных примесей, дополнительное обогащение, стабилизацию способом химического консервирования при смешивании с фумаровой кислотой, которую вводят в количестве 10-15% по отношению к массе продукта.

Известный способ не предусматривает нагревание ПЗ перед смешиванием и охлаждение смеси, что не позволяет обеспечить существенного снижения расхода химического консерванта - фумаровой кислоты для достижения минимальной активности ферментов.

Технической задачей изобретения является снижение расхода фумаровой кислоты при минимальной активности ферментов ПЗ (липазы и липоксигеназы), расширение возможности применения его в промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе стабилизации ферментативной активности ПЗ, включающем их очистку от металломагнитных примесей, стабилизацию фумаровой кислотой и охлаждение, новым является то, что стабилизацию предварительно подогретых до температуры 48-52°С ПЗ осуществляют путем смешивания с фумаровой кислотой, взятой в количестве 5-7% к общей массе зародышей с последующим охлаждением до температуры 5-10°С, причем нагревание и охлаждение зародышей осуществляют в потоке воздуха с образованием замкнутого цикла с возможностью подпитки и сброса излишней его части.

На чертеже представлена схема предлагаемого способа стабилизации ПЗ. Она содержит рассев четвертой размольной системы 1, магнитную защиту 2, оперативный бункер 3, камеру нагрева ПЗ 4, вентилятор 5, смеситель 6, камеру охлаждения ПЗ 7, компрессор 8, конденсатор теплонасосной установки (ТНУ) 9, испаритель ТНУ 10, терморегулирующий вентиль 11, теплообменник-рекуператор 12, сепаратор для отделения пара, сконденсированного из воздуха 13. Материальные потоки: ПЗ - пшеничные зародыши, В - воздух, ХА - хладагент, ФК - фумаровая кислота.

Способ стабилизации ПЗ осуществляется следующим образом. Первоначально продукт, идущий верхним сходом с рассева четвертой размольной системы 1 на мукомольных предприятиях, оснащенных комплектным высокопроизводительным оборудованием, проходит очистку от металломагнитных примесей на магнитном сепараторе 2 и поступает в оперативный бункер 3 (температура ПЗ 18-20°С).

Стабилизацию продукта, приводящую к снижению активности ферментов (активизирующих окисление ненасыщенных жирных кислот с образованием гидроперекисей, придающих ПЗ горький вкус) и снижающую микробиологическую обсемененность, осуществляют последовательным нагревом, химической стабилизацией фумаровой кислотой (смешивают в соотношении 5-7% к общей массе продукта) и последующим охлаждением.

На первой стадии стабилизации в камере нагрева 4 доводят температуру ПЗ до 48-52°С путем их обработки теплым воздухом, поступающим из конденсатора ТНУ 9. При этом достигается снижение активности липоксигеназы, что позволяет снизить расход фумаровой кислоты.

Затем осуществляют химическое консервирование фумаровой кислотой. Фумаровая (транс-этилен-1,2-дикарбоновая) кислота представляет собой белый или со слегка желтоватым оттенком мелкокристаллический порошок без запаха, лимоннокислого вкуса. Она обладает широким спектром действия, участвуя в реакциях энергетического, структурного и энзематического обеспечения организма. Фумаровая кислота проявляет ростостимулирующее действие, улучшая вкусовые качества корма и его усвояемость, способствует повышению продуктивности животных.

Сдозированный ПЗ и фумаровую кислоту подают в смеситель 6, где происходит равномерное смешивание компонентов смеси. Подачу фумаровой кислоты на смешивание осуществляют в зависимости от расхода ПЗ и первоначальной активности ферментов (липазы и липоксигеназы), при этом их активность снижается.

На последней стадии стабилизации в камере охлаждения 7 происходит обработка ПЗ холодным воздухом, поступающим из испарителя ТНУ 10, до температуры продукта 5-10°С. При этом активность липазы падает до 0, а активность липоксигеназы резко снижается.

Для подготовки воздуха для нагрева ПЗ и охлаждения смеси с фумаровой кислотой используют ТНУ.

При этом рабочее тело (хладагент) всасывается компрессором 8, сжимается до давления конденсации и направляется в конденсатор 9. Конденсируясь, хладагент отдает теплоту воздуху, который с температурой 80°С подают в камеру нагрева ПЗ 4. Сконденсированный хладагент направляется затем в регулирующий вентиль 11, где дросселируется до давления, с которым поступает в испаритель 10 и испаряется за счет теплоты воздуха, который подают в испаритель с теплообменника-рекуператора 12. Здесь воздух охлаждают ниже точки росы до температуры (-7)-(-5)°С. Выделившуюся влагу отделяют на сепараторе 13, после которого воздух попадает в камеру охлаждения 7 ПЗ. Здесь происходит охлаждение ПЗ и предварительный нагрев воздуха до температуры 15-20°С. Последующий нагрев воздуха осуществляют в теплообменнике-рекурператоре 12 до температуры 30-40°С, что в значительной мере позволяет снизить нагрузку на конденсатор ТНУ. Затем воздух направляют в конденсатор 9, где нагревают до температуры 80°С, с которой вентилятором 5 подают в камеру нагрева 4 ПЗ.

При нагревании ПЗ часть тепла воздуха затрачивается на испарение из ПЗ влаги, которая отводится с воздухом после тепловой обработки ПЗ в испаритель 10. В испарителе происходит конденсация влаги из воздуха, которая отделяется от воздуха в сепараторе 13. При возможном увеличении влагосодержания воздуха на выходе из камеры нагрева ПЗ 4, связанного с технологическими сбоями в работе оборудования, производят сброс влаги с воздухом из его контура рециркуляции и осуществляют подпитку свежим воздухом, забираемым из окружающей среды, тем самым поддерживая заданное количество воздуха в системе. Тепловая обработка ПЗ осушенным воздухом (с низким влагосодержанием, например 0,005-0,007 кг/кг) исключает возможную гидратацию ПЗ в камере нагрева 4.

Использование воздуха с низко- и высокотемпературным потенциалом благодаря ТНУ позволяет обеспечить необходимые температурные режимы обработки ПЗ как с технологической точки зрения, так и с позиции повышения энергетической эффективности процесса стабилизации.

Способ позволяет стабилизировать активность ферментов (липазы и липоксигеназы) при минимальных материальных (фумаровая кислота) и энергетических затратах.

В качестве конкретного примера по реализации способа производится процесс стабилизации ПЗ, отобранных ОАО "Бутурлиновский мелькомбинат" г. Бутурлиновка Воронежской области.

ПЗ, идущие верхним сходом с четвертой размольной системы, имеют значение температуры 20°С. Активность липазы и липоксигеназы имеют значения соответственно 3,9465 мкмоль/мин и 4,1949 ммоль/кг.

Продукт проходит очистку от металломагнитных примесей на магнитном сепараторе и поступает в оперативный бункер 3. Затем ПЗ поступают в камеру нагрева, где их температуру доводят до 50°С путем их обработки теплым воздухом с температурой 80°С, поступающим из конденсатора ТНУ 9. При этом достигается снижение активности липоксигеназы до значения 2,6323 ммоль/кг.

Затем осуществляют стабилизацию ПЗ способом химического консервирования фумаровой кислотой. Сдозированный ПЗ (температура 47°С) и фумаровую кислоту в количестве 6% от общей массы продукта подают в смеситель 6, где происходит равномерное смешивание компонентов смеси. После смешивания продукт имеет температуру 38°С и значения активности липазы и липоксигеназы соответственно 3,6183 мкмоль/мин и 2,4445 ммоль/кг.

На последней стадии стабилизации в камере охлаждения 7 происходит обработка ПЗ холодным воздухом с температурой (-5°С), поступающим из испарителя ТНУ 10, до температуры продукта 7°С. При этом снова наблюдается снижение активности липазы и липоксигеназы соответственно до значений 0 и 0,3132 ммоль/кг.

Результаты экспериментов сведены в таблицы.

Таблица 1
Процесс	Активность липоксигеназы, мкмоль/мин
Начальная активность	4,1949
Активность липоксигеназы	45	3,9913
после нагрева до	48	3,1462
температуры, °С	50	2,6323
	52	2,4540
	55	1,7173

Из таблицы 1 видно, что нагревание ПЗ до температуры 45°С не дает нужного эффекта - активность липоксигеназы снижается незначительно, тогда как уже температура 48°С приводит к нужному эффекту. При температуре 55°С активность липоксигеназы также значительно снижается, но при этой температуре уже наблюдается денатурация белка. Поэтому требуемый диапазон температур на первой стадии стабилизации - нагреве определили как 48-52°С.

Таблица 2
Процесс	Активность липазы, мкмоль/мин	Активность липоксигеназы, мкмоль/мин
Активность ферментов перед вводом фумаровой кислоты	3,9465	2,7762
После ввода	4	3,9012	2,7513
фумаровой	5	3,7244	2,6398
кислоты, %	6	3,6183	2,5781
	7	3,4451	2,4541
	8	3,2719	2,3301

Процент ввода фумаровой кислоты обуславливали следующим образом (таблица 2). При вводе 4% фумаровой кислоты в состав ПЗ не наблюдалось значительного снижения активности липазы и липоксигеназы, при вводе же 8% фумаровой кислоты также происходит снижение активности ферментов, но дальнейшая инактивация идет за счет понижения температуры, поэтому происходит перерасход электроэнергии. Поэтому процент ввода фумаровой кислоты определили как 5-7%.

Таблица 3
Процесс	Активность липазы, мкмоль/мин	Активность липоксигеназы, мкмоль/мин
Активность ферментов перед охлаждением	3,5922	2,5507
После охлаждения	4	0	0
до температуры, °С	5	0	0
	7	0	0,3268
	9	0	0,6091
	10	0	0,7502
	12	0	0,9669

Из таблицы 3 видно, что активность липазы стала равна 0 мкмоль/мин уже при температуре 12°С, поэтому диапазон температур охлаждения определяли по активности липоксигеназы. Ее значение стало равно 0 мкмоль/мин при температуре продукта 5°С, а при 12°С - 0,9669 мкмоль/мин. Таким образом определили, что требуемый диапазон температур составляет 5-12°С.

Таким образом, использование термической обработки и применение в качестве стабилизатора фумаровой кислоты позволяет стабилизировать активность липазы и липоксигеназы при минимальных материальных (расходе фумаровой кислоты) и энергетических затратах.

Способ стабилизации ферментативной активности пшеничных зародышей, предусматривающий очистку от металломагнитных примесей, обработку фумаровой кислотой и охлаждение, отличающийся тем, что обработку фумаровой кислотой производят путем смешивания предварительно подогретых до температуры 48-52°С пшеничных зародышей с фумаровой кислотой, взятой в количестве 5-7% к общей массе зародышей с последующим охлаждением до температуры 5-10°С, причем нагревание и охлаждение зародышей осуществляют в потоке воздуха с образованием замкнутого цикла с возможностью подпитки и сброса излишней его части.