Способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника

Способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника

Реферат

Изобретение относится к получению белковых концентратов из растительного сырья и может быть использовано в пищевой промышленности.

Высокая концентрация хлорогеновой кислоты в белковой фракции семян подсолнечника во многих случаях является барьером при использовании белков в пищевой промышленности. Обезжиренная белковая мука, полученная при низких температурах из подсолнечного шрота, - продукт светлого цвета. Однако при введении его в пищевые продукты в нейтральной и щелочной средах образуются комплексы белков с хлорогеновой кислотой и ее производными, от кремового до темно-зеленого и темно-коричневого цвета.

В промышленности процесс экстракции белков из шрота ведут водными растворами гидроксида натрия при рН 9 в аппаратах периодического действия.

Основной причиной потемнения подсолнечного белка является окисление хлорогеновой кислоты и ее производных уже на стадии извлечения белка из обезжиренных семян растворами щелочей. Известны исследования, показывающие, что окисление хлорогеновой кислоты происходит двумя путями: ферментативным - под действием полифенолоксидазы и неферментативным - при экстракции белка в щелочной среде.

При получении белка из семян подсолнечника обязательной операцией является обезжиривание. В процессе подготовки подсолнечных семян к обезжириванию их измельчают и подвергают влаготепловой обработке, увлажняя до 9,5-10,0% и нагревая до 100-105°С. Несмотря на то, что полифенолоксидаза в этих условиях полностью инактивируется, продукты окисления хлорогеновой кислоты - хиноны - успевают образоваться на начальной стадии нагревания увлажненных и измельченных семян и затем связываются с белком, придавая ему темную окраску.

В кислой среде (при рН 4,5) происходит частичное разворачивание белковых глобул, в результате чего увеличивается количество доступных для янтарной кислоты молекул хлорогеновой кислоты. При взаимодействии янтарной и хлорогеновой кислот образуются хорошо растворимые в воде более полярные комплексы, которые легко удаляются с водой на стадии промывания твердого остатка.

Все известные методы очистки белков от фенольных веществ, в частности от хлорогеновой кислоты, в основном сводятся к промывке растворителями и использованию мембранной технологии. Для получения светлых белковых продуктов предлагаются различные растворители спиртового, солевого, кислотного или щелочного типа, а также комбинированного типа. Однако в большинстве случаев при их применении происходит либо денатурация белка, либо недостаточное удаление фенольных соединений, либо снижение пищевой и биологической ценности получаемого продукта, а иногда из-за токсичности применяемого растворителя и невозможности полного его удаления из белкового продукта такой белок опасен для здоровья человека.

Известен способ получения белкового изолята методом экстракции 7%-ным раствором NaCl при рН 3 (регулировали с помощью 0,5 н. раствора HCl) и температуре 60°С в течение 1 ч с последующем осаждением белка в изоэлектрической точке (рН 4,5) с помощью 10%-ной HCl (Рубина Л.В., Горшкова Л.М., Раковский П.П., Чайка З.С. Содержание фенольных соединений в белковом изоляте//Масложировая промышленностью - 1977. - №3. - С.17-19). Недостатком этого способа является то, что в результате такой обработки в сухом белке остается много хлорогеновой кислоты. Промывка полученной белковой пасты водой позволила получить продукт с конечным содержанием хлорогеновой кислоты 0,907% и кофейной - 0,08%, что существенно отразилось на его цвете.

Известен способ получения белкового изолята (заявка №2003135222, RU), характеризующийся следующими стадиями: экстракция муки из семян масличных культур при температуре 5°C с целью получить водный белковый раствор с содержанием белка от 5 до 30 г/л и рН от 5 до 6,8; отделение водного белкового раствора от остаточной муки из семян масличных культур; повышение концентрации белка в указанном водном белковом растворе до 200 г/л; разбавление указанного концентрированного белкового раствора охлажденной водой с температурой ниже 15°C с целью вызвать образование белковых мицелл; отстаивание белковых мицелл с образованием аморфной, клейкой, студенистой, похожей на клейковину мицеллярной массы; отделение белковой мицеллярной массы с содержанием белка в сухом веществе по меньшей мере 100 мас.% при определении его по азоту по Кьельдалю (N×6,25) от надосадочной фазы.

Недостатком данного способа получения белкового изолята является сложность аппаратно-технического оснащения и малая производительность.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения белкового концентрата из семян подсолнечника методом водной экстракции (Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. - М.: Колос, 2002. - С.393-394). Авторы использовали 0,01 и 0,001 н. растворы HCl в диапазоне температуры 20-80°С. В результате обработки неповрежденных (целых) семян подсолнечника 0,001 н. раствором HCl наибольшее количество хлорогеновой кислоты извлекалось в течение 1 ч (1,5% на 100 г) при 80°С. После 6 ч экстракции обнаруживались только ее следы. Температура оказалась главным фактором, влияющим на диффузию. После стока жидкости экстрагированные ядра высушивали при температуре 40-50°С и затем экстрагировали гексаном масло. Процесс основан на том, что вещества с низкой молекулярной массой, такие как полифенолокислоты, моносахариды, минеральные кислоты, пассивно диффундируют через полупроницаемые мембраны в клетках растений, а высокомолекулярные - ТАГ, белки, крахмал и клетчатка остаются в клетках ядра. Обезжиренная мука содержала 70% белков. По утверждению авторов, она была свободна от хлорогеновой кислоты, однако дальнейшие исследования не были продолжены.

Недостатками этого способа являются ухудшение качества вследствие окисления извлекаемого в дальнейшем растительного масла, длительность экстракции (6 ч) из целых семян через клеточные мембраны, неполная экстракция связанных форм хлорогеновой и кофейной кислот, получение белкового продукта, темнеющего при термической обработке.

Задачей изобретения является разработка способа с необходимым и достаточным числом технологических операций для получения пищевого подсолнечного белка, не темнеющего при термической обработке, который можно рекомендовать для внесения в пищевые продукты светлого цвета.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение пищевого концентрата подсолнечного белка, свободного от хлорогеновой кислоты и содержащего минимальное количество кофейной кислоты, благодаря чему цвет белковых концентратов, полученных по данному способу, выгодно отличается от белковых концентратов, полученных по методикам других авторов.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника проводят предварительное измельчение очищенных семян, обезжиривание при температуре +4°С, сушку до полного удаления растворителя, повторное измельчение до получения белковой муки, экстрагирование 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%.

При этом экстрагирование фенольных соединений осуществляют в трех-пятикратной повторности 2-9% водным раствором янтарной кислоты при рН 4,5, температуре 50-70°С в течение 17-30 мин при гидромодуле 1:10-1:15 и интенсивном встряхивании.

Белковые концентраты представляют собой обезжиренную муку, из которой почти полностью удалены углеводы. Содержание белка в концентратах 50-80%, липидов - не более 2%. Вводимые в пищевые продукты белковые концентраты увеличивают их биологическую ценность и усвояемость организмом человека.

Очистку от лузги и измельчение семян подсолнечника проводят для интенсификации процессов обезжиривания и экстракции. Обезжиривание на холоду проводят при +4°С во избежание денатурации белков. В результате предварительного исследования различных экстрагентов кислотного типа предпочтение отдано водному раствору янтарной кислоты концентрацией 2-9%. Экстрагирование фенольных соединений проводят до остаточного содержания хлорогеновой и кофейной кислот не более 0,02% каждой вследствие того, что при данной концентрации возможно получение белкового концентрата светло-серого цвета. Промывку водой проводят для удаления янтарной кислоты из получаемого белкового концентрата. Трех-пятикратная обработка раствором янтарной кислоты выбрана в результате анализа экспериментальных данных. При рН 4,5 происходит максимальное извлечение хлорогеновой и кофейной кислот. Температурный режим 50-70°С обеспечивает наиболее эффективное экстрагирование хлорогеновой и кофейной кислот, так как ниже 50°С количество экстрагируемых веществ находится на сравнительно низком уровне, а выше 70°С происходит существенная денатурация белков в растворе. Интервал времени 17-30 мин и гидромодуль 1:10-1:15 выбраны в результате анализа экспериментальных данных. Интенсивное встряхивание обеспечивает увеличение интенсивности протекаемых процессов. Совокупность приведенных операций обеспечивает наиболее полное удаление фенольных соединений и получение белковых концентратов светлого цвета.

Заявляемый способ поясняется примерами конкретного выполнения.

Пример 1. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Лакомка. После измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 2% водным раствором янтарной кислоты при температуре 70°С, гидромодуле 1:10 в течение 30 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием при 2000 об/мин осадок подвергали трехкратной повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. Полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты и сушили при 40°С до влажности 5%.

Пример 2. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Круиз. После измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 9% водным раствором янтарной кислоты при температуре 50°С, гидромодуле 1:15 в течение 17 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием осадок подвергали повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. После пятикратного повторения данной операции полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты. Сушку полученного белкового концентрата вели при 50°С до влажности 5%.

Пример 3. В качестве сырья выбраны семена подсолнечника сорта Круиз. После измельчения, обезжиривания, высушивания и повторного измельчения полученную белковую муку обрабатывали 5% водным раствором янтарной кислоты при температуре 60°С, гидромодуле 1:13 в течение 25 мин при интенсивном перемешивании. После отделения твердой фазы от жидкой центрифугированием осадок подвергали повторной обработке раствором янтарной кислоты в тех же режимах. После четырехкратного повторения данной операции полученную белковую пасту трижды промывали водой до полного удаления янтарной кислоты. Сушку полученного белкового концентрата проводили при 50°С до влажности 5%.

Биохимические показатели продуктов, полученных по предлагаемому способу и по способу прототипа, представлены в таблице.

Количественное определение хлорогеновой и кофейной кислот проводили методом тонкослойной хроматографии (таблица).

Таблица.
Биохимические показатели белкового концентрата в зависимости от условий обработки
Белковый продукт, полученный	Количество хлорогеновой кислоты, %	Количество кофейной кислоты, %	Массовая доля белков, %	Длительность экстракции	Цвет продукта
По способу прототипа	0,24	0,07	54,0	6 ч	Светло-коричневый
Заявленным способом	Пример1	0,00	0,02	63,0	2 ч	Светло-серый
Пример2	0,20	0,01	62,5	1 ч 50 мин	Светло-серый
Пример3	0,01	0,01	63,2	1 ч 50 мин	Светло-серый

Как показали испытания, обработка белковой муки раствором янтарной кислоты при оптимальных режимах (примеры 1, 2 и 3) способствует наиболее полному удалению фенольных веществ и получению светлых белковых концентратов.

Предложенный способ позволяет получить целевой продукт без использования токсичных или трудно отделяемых реагентов, содержащий минимум фенольных соединений и имеющий светлый цвет.

1. Способ получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника, включающий предварительное измельчение очищенных семян, обезжиривание при температуре +4°С, сушку до полного удаления растворителя, повторное измельчение до получения белковой муки, экстрагирование 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%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстрагирование фенольных соединений осуществляют в трех-пятикратной повторности 2-9% водным раствором янтарной кислоты при рН 4,5, температуре 50-70°С в течение 17-30 мин при гидромодуле 1:10-1:15 в интенсивном встряхивании.