Способ получения белковой добавки из гороха

Способ получения белковой добавки из гороха

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям приготовления корма из растительных продуктов.

Растительные белки являются важным резервом для решения белковой проблемы в птицеводстве, где уровень белка в кормах высок. Высокое его содержание может быть достигнуто получением белковых концентратов и изолятов с высоким содержанием белка в продукте.

Известен способ получения липопротеинового экстракта из зерна сои для использования для кормления молодняка сельскохозяйственных животных. Способ включает замачивание сои в воде при рН 7-8 в течение 6-8 часов. Экстракцию проводят в течение 18-22 минут при 49-51°С. Экстракт пастеризуют при 92°С в течение 30-40 минут (авт. свид. СССР №1340716, кл. А 23 К1/00, 1987, бюл. №36).

Однако данный способ невозможно использовать для экстракции белковых веществ из белковосодержащего сырья, каковым является, например, шрот или жмых из подсолнечника, так как он сырье многокомпонентно по составу. Большие затраты времени при реализации данного способа затрудняют внедрение его в практику. Кроме того, полученный экстракт имеет влажность 60%. что затрудняет его длительное хранение без потери качества концентрата.

Известен способ выделения белка из протеинсодержащего сырья, к которому относится подсолнечниковый шрот, путем экстрагирования белка в щелочном растворе, пропуская экстракт через ультрафильтрующие мембраны, и осаждения белка кислотой, все операции проводили в атмосфере инертных газов (Источники пищевого белка/ Под. ред. В.Н.Сайфоры. М.: Колос, 1979. С.108).

Однако данный способ невозможно использовать при промышленном получении белковых веществ, так как для его реализации требуется дорогостоящее оборудование (блок для ультрафильтрации, устройство для обеспечения пропускания инертного газа), все это значительно удорожает технологию и конечный продукт. Кроме того, вызывает сомнения, что при этих условиях возможно получение белка с высоким выходом. Все это исключает возможность использования этой технологии для получения белкового концентрата, используемого в кормопроизводстве.

Известен способ получения белка из шрота подсолнечника, включающий экстракцию белка из шрота подсолнечника раствором, содержащим хлористый натрий, затем раствором, содержащим гидрооксид натрия, отделение нерастворимого осадка, осаждение раствором соляной кислоты, высушивание на распылительной сушилке воздухом, а нерастворимый осадок шрота высушивают и используют на корм животным (Технология пищевых производств / Под ред. Ковальской. Л.П. М.: Колос, 1997. С.462, 463).

Однако в известном способе белок из шрота экстрагируется в несколько стадий: сначала водным раствором хлористого натрия, а затем гидрооксидом натрия, что дает большие потери в процессе использования нескольких экстрагентов в связи с многоступенчатостью процесса и требует большого количества технологических растворов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ изготовления белкового концентрата из подсолнечного шрота, включающий экстракцию белка из шрота, причем экстракцию белка проводят в течение 50-70 мин раствором, содержащим хлористый натрий и гидрооксид натрия, в соотношении, мас.%:

хлористый натрий - 5,8-6,2

гидрооксид натрия - 0,3-0,5

вода - остальное,

из расчета 1 весовая часть шрота к 7-8 весовым частям экстрагента, обработку экстракта раствором соляной кислоты до рН 3-4, отделение экстракта, обработку экстракта раствором соляной кислоты до осаждения белка, отделение нерастворимого белкового осадка, его высушивание на распылительной сушилке воздухом (патент РФ №2218811, кл. А 23 К 1/14, бюл. №35 от 20.12.2003 - прототип).

Однако в известном способе используется в качестве белоксодержащего сырья подсолнечниковый шрот, при переработки которого происходит образование хлорогенновой кислоты, которая накапливается в конечном продукте и является токсичной для животных и придает серо-зеленоватый цвет получаемому продукту. Кроме того, концентрат получаемый по прототипу, низкого качества, так как содержит в своем составе хлористый натрий, осаждающийся вместе с белком, а он лимитирует ввод полученного концентрата в корм птице. Время экстракции белка достаточно длительно, что снижает эффективность и производительность процесса получения концентрата. Кроме того, с экологической точки зрения, большой объем водных растворов экстрагента затрудняет использование этой технологии на практике в связи с проблемой их утилизации или регенерации, а также значительно удорожает белковый концентрат и не дает возможность, с экономической точки зрения, использования его в производстве.

Известные способы не позволяют эффективно получать белковую добавку высокого качества с минимальными затратами реагентов и низким экологическим ущербом для окружающей среды.

Техническим решением задачи является уменьшением количества используемых химических реагентов в процессе производства, снижение времени экстракции, повышение качества добавки и сокращение количества агрессивных отходов производства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения белковой добавки из гороха, включающем экстракцию белка из белоксодержащего сырья, отделение экстракта, обработку экстракта кислым раствором до рН 3-4 для осаждения белка, отделение нерастворимого белкового осадка, его высушивание на распылительной сушилке воздухом, в качестве белковосодержащего сырья используют горох, а экстракцию белка проводят 2-4 раза раствором католита с рН 11-12 в течение 10-12 мин, причем горох и раствор католита взяты из расчета 1 весовая часть гороха к 5-7 весовым частям экстрагента, а растворы белка в католите, полученные после каждой экстракции, объединяют и одновременно осаждают. В качестве кислого раствора используют анолит или раствор соляной кислоты.

Заявленный способ получения белковой добавки из гороха отличается составом сырья и рабочими параметрами раствора для экстракции, уменьшением времени экстракции белка.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Способ получения белковой добавки из гороха реализуется следующим образом.

Пример 1. Способ получения белковой добавки из гороха осуществлялся в проблемной лаборатории кафедры биотехнологии, биохимии и биофизики Кубанского государственного аграрного университета. В раствор католита, полученного на электрохимическом активаторе ЭЛХА-008, объемом 600 мл с рН 11,5 добавили предварительно измельченный на лабораторной мельнице "Пируэт" горох массой 100 г. С помощью магнитной мешалки проводили перемешивания раствора в течение 11 минут. Экстракт белка гороха, растворенный в католите, отделяли через фильтр с использованием вакуумного водоструйного насоса. В качестве фильтра используют несколько слоев хлопчатобумажной ткани, а оставшийся нерастворимый осадок заливали новой порцией католита такого же объема и аналогичной рН. Операцию повторяли три раза и получаемый экстракт объединяли. В получаемые объединенные экстракты объемом 2,5 литра добавляли однонормальный раствор соляной кислоты до рН 3,5. При этом белки гороха достигают изоэлектрического состояния, теряют свою растворимость и выпадают в осадок. Осадок белка отделяют фильтрованием, сушат в сушильном шкафу и измельчают на лабораторной мельнице. Выход белковой добавки составляет 18,2%.

Пример 2. Способ получения белкового концентрата осуществлялся в ФГУ "Краснодарский биоцентр". Католит и аналит получали на электрохимическом активаторе ЭЛХА-038. В емкость, содержащую 50 литров католита, вносят горох массой 6 кг. Полученную композицию периодически перемешивают в течение 10 минут с помощью пропеллерной мешалки. Экстракт белка гороха, растворенный в католите, отделяют через фильтр с использованием промышленного вакуума. В качестве фильтра используют один слой хлопчатобумажной ткани типа "мешковина". Операцию повторяют три раза. Полученный экстракт белка в католите объемом 138 литров объединяют в емкости из нержавеющей стали. В связи с тем, что в процессе получения католита образуется анолит (водный раствор с рН 2,0), то его использовали для осаждения белков из раствора католита. В результате осаждения белка анолитом получили раствор объемом 270 литров. При этом белки достигают изоэлектрического состояния, теряют свою растворимость и выпадают в осадок. Осадок белка отделяют фильтрованием, сушат в распылительной сушилке на линии по сушке яичного порошка. Сухой белковый концентрат упаковывают в водонепроницаемую тару. Выход белкового концентрата составляет 17,7%.

Полученная по примеру 1 и 2 белковая добавка из гороха не содержала в своем составе хлористого натрия, что в отличие от прототипа не требует лимитирования ее ввода в кормосмеси для птицы.

Содержание протеина и величина энергозатрат в предлагаемой добавке представлены в таблице.

ТаблицаСодержание протеина и величина энергозатрат в предлагаемой добавке
Показатель	Предлагаемая добавка
по примеру 1	по примеру 2
Протеин, %	71,6	69,5
Энергоемкость (кВт)
по белку	4450	4520
по гороху	564	570

Как видно из таблицы, в предлагаемой добавке уровень белка высокий, а затраты энергии незначительны. Кроме того, в рабочих растворах при использовании предлагаемого способа получения не употребляется хлористый натрий, который в концентрациях 5,8-6,2% может вызывать засоления при сливе отработанных рабочих растворов в окружающую среду, а вторично данные растворы использоваться не могут. Кроме того, при переработке гороха не образуются токсичные соединения (хлорогеновая кислота и др.), поэтому качество получаемой добавке выше, чем в прототипе.

В предлагаемом способе получения неорганические соли и агрессивные реагенты (щелочи) не используются, что обеспечивает нанесение минимального вреда окружающей среде. Кроме того, в заявляемом способе рабочие растворы можно использовать вторично, пропуская отработанный раствор католита после закисления и удаления белка через активатор для его регенерации.

Для получения белкового концентрата из гороха экстракцию белка католитом проводят в течение 10-12 мин. Если экстракция будет проводиться менее 10 минут, то белок, находящийся в горохе, не весь растворится в растворе, а значит потери при производстве увеличатся. Если экстракция будет проводиться более 12 минут, то концентрация белка в экстрагенте не увеличится, а затраты времени неоправданно возрастут. Для того чтобы процесс экстракции проходил достаточно эффективно, оптимальное время экстракции должно составлять 11 минут. Экстракцию проводят 2-4 раз. Если экстракция будет проводиться менее 2 раз, то белок, находящийся в горохе, не весь экстрагируется раствором. Если экстракция будет проводиться более 4 раз, то концентрация белка в экстрагенте не увеличится, а затраты времени неоправданно возрастут. Для того чтобы процесс экстракции проходил достаточно эффективно, оптимальное количество операций экстракции должно составлять 3 раза. Для растворения белка рН католита должно составлять 11-12. Если значение рН будет менее 11, то белок, находящийся в горохе, не растворится в католите. Если значение рН будет более 12, то часть белков останется в растворе и выход конечного белка будет занижен, так как для большинства белков из гороха величина рН для растворения находится ниже. Оптимальным значением рН раствора для растворения белка из гороха является 11,5. Соотношение гороха и раствора при экстракции должно составлять: 1 весовая часть гороха к 5-7 весовым частям экстракта. Если одну весовую часть гороха экстрагировать менее чем в 5 весовых частях раствора, то этой массы раствора будет недостаточно для максимального перехода белка в растворенное состояние и выход белка будет занижен, а технологический процесс значительно усложнен за счет густоты рабочей смеси. Если одну весовую часть гороха экстрагировать более чем в 7 весовых частях раствора католита, то объемы сточных вод резко возрастут, а расход реагентов будет неоправданно завышен. Оптимальным соотношением гороха и раствора при экстракции будет составлять: 1 весовая часть гороха к 6 весовым частям экстракта. Из растворителя белок осаждают кислым раствором до конечного рН 3-4. Если значение рН будет менее 3, то расходы реагента неоправданно возрастут, а количество конечного продукта увеличится крайне незначительно в связи с профилем растворимости протеиновой фракции. Если значение рН будет более 4, то часть белков останется в растворе и выход конечного белка будет занижен, так как изоэлектрическая точка для большинства белков из гороха будет ниже. Оптимальным значением рН раствора для осаждения белка является 3,5.

1. Способ получения белковой добавки, включающий экстракцию белка из белоксодержащего сырья, отделение экстракта, обработку экстракта кислым раствором до рН 3-4 для осаждения белка, отделение нерастворимого белкового осадка, его высушивание на распылительной сушилке воздухом, отличающийся тем, что в качестве белоксодержащего сырья используют горох, а экстракцию белка проводят 2-4 раза раствором католита с рН 11-12 в течение 10-12 мин, причем горох и раствор католита взяты из расчета 1 вес. ч. гороха к 5-7 вес. ч. католита, а растворы белка в католите, полученные после каждой экстракции, объединяют и одновременно осаждают.

2. Способ получения белковой добавки по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого раствора используют анолит или раствор соляной кислоты.