Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства пектиносодержащего продукта из шелушеных семян подсолнечника

Изобретение относится к пищевой промышленности и дает возможность произвести пектинсодержащий продукт (полуфабрикат), который может быть использован как сам по себе, так и для получения пищевого пектина.

Известен способ получения пектина, предусматривающий дезактивацию пектинэстеразы, при этом растительный материал, содержащий пектин, приводят в контакт с подкисленной водой при t≤70°С и значении рН от 3,2 до 3,9. Такая обработка приводит к увеличению молекулярной массы получаемого пектина до 50%. Чувствительность к ионам кальция при этом уменьшается. Соотношение между чувствительностью к кальцию пектина, экстрагированного из подобного, но необработанного исходного растительного материала, содержащего пектин, находится в пределах 0,90-1,40. Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу, степень этерификации и обладает низкой чувствительностью к кальцию [1].

Недостатком известного способа является использование больших объемов воды, которая должна иметь достаточно низкое значение рН (3,2-3,9), применение концентрированных HNO₃ и H₂SO₄, проводится длительная сушка при 70°С в течение 15 часов, кроме того, обработка пектинсодержащего материала при рН 3,2-3,9 проводится в течение длительного времени несколько раз по 10-20 мин. Пектин патента-прототипа плохо связывает ионы тяжелых металлов, так как чувствительность к ионам кальция у пектина уменьшилась [1].

Задачей изобретения является совершенствование технологической схемы переработки пектинсодержащего материала, ускорение технологического процесса (сокращение длительности), снижение затрат воды, тепла и энергии; улучшение качества пектина и повышение его способности связывать и выводить из организма человека ионы тяжелых металлов (биологическая ценность пектина).

Поставленная задача достигается тем, что пектинсодержащее увлажненное сырье (шелушеные семена подсолнечника) обрабатывают ИК-лучами с целью дезактивации пектинэстеразы и полигалактуроназы. ИК-обработку семян проводят при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 75-95 секунд с достижением семенами температуры 150-160°С. При этом влажность семян до обработки составляет 15-17%, а после обработки 6-7% (подсолнечник). Такая обработка приводит к увеличению молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего сырья до 57%. Чувствительность к кальцию при этом увеличивается по сравнению с прототипом. Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу и степень этерификации, обладает высокой по сравнению с прототипом чувствительностью к кальцию.

Технический результат состоит в получении пектинсодержащего продукта, обладающего высокой пищевой и биологической ценностью; при этом сокращается длительность технологического процесса по сравнению с прототипом, продукт имеет улучшенное качество (увеличенную степень этерификации и молекулярную массу пектина) и обладает способностью выводить из организма человека ионы тяжелых металлов.

Увлажнение семян до 15-17% осуществляется путем разбрызгивания воды t=18-20°С в зерновой массе с последующим отволаживанием семян в течение 6-8 часов при комнатной температуре (18-20°С). Увлажнение и отволаживание необходимо для проникновения воды внутрь семян, что способствует инактивации ферментов при ИК-обработке и предотвращает подгорание семян.

Выбор температуры воды (18-20°С), длительности отволаживания 6-8 часов и температуры отволаживания (18-20°С) обусловлен хорошим впитыванием воды семенами при данной длительности и температуре. При температуре менее 18°С и длительности отволаживания менее 6 ч вода медленно и неравномерно проникает внутрь семян. При температуре более 20°С требуются дополнительные затраты на подогрев воды, а при длительности отволаживания более 8 ч значительно удлиняется технологический процесс.

Влажность семян перед обработкой ИК-лучами 15-17% необходима для получения того количества водяного пара, которое необходимо для инактивации ферментов при самой ИК-обработке. Значение влажности менее 15% может привести к подгоранию семян, а более 17% способствует развитию микрофлоры на поверхности семян.

Использование для тепловой обработки семян коротковолнового диапазона ИК-излучения 0,9-1,1 мкм соответствует максимальному поглощению энергии молекулами воды и гидроксильной группой ОН, а использование плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² позволяет прогреть семена одновременно по всему объему. Вследствие этого интенсивно прогревается находящаяся в семенах влага, что приводит к увеличению внутреннего давления паровоздушной среды в семенах (значительное количество воды в семенах переходит в пар), семена внутри при этом нагреваются и происходит инактивация ферментов. Кроме того, под действием пара происходит высвобождение ионов кальция и дополнительно появляются свободные СООН-группы в пектине [2, 3].

При ИК-излучении с длиной волны менее 0,9 мкм и плотности лучистого потока менее 22 кВт/м² происходят процессы структурного изменения в семенах, что снижает количество пектина. При использовании лучистого потока с длиной волны более 1,1 мкм и плотности лучистого потока более 24 кВт/м² большая часть лучистого потока поглощается поверхностными слоями семян, что приводит к значительному перегреву и, как следствие, к обугливанию.

Нагрев зерна до температуры 150-160°С необходим для превращения в пар части связанной влаги внутри семян и вызывает инактивацию ферментов (пектинэстераза до 70-75% к исходному, полигалактуроназа до 60-65%) [3, 4].

При обработке семян до температуры менее 150°С происходит незначительная инактивация ферментов в семенах. При обработке ИК-лучами семян до температуры более 160°С происходит обгорание семян.

Время обработки 75-95 секунд обусловлено необходимостью нагрева семян до заданной температуры (150-160°С). При обработке семян в течение менее 75 секунд не происходит необходимых биохимических изменений в семенах. При обработке более 95 секунд происходит обгорание семян [2].

Конечная влажность семян после ИК-обработки 6-7% (подсолнечник) необходима для хорошей сохранности готового пектинсодержащего продукта. При конечной влажности готового продукта менее 6% он очень хрупкий и легко разрушается. При конечной влажности более 7% готовый пектинсодержащий продукт плохо хранится.

Способ осуществляется следующим образом.

Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 15-17% при температуре 18-20°С и длительности отволаживания 6-8 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 22-24 кВт/м² в течение 75-95 с. При этом температура внутри семян достигает 150-160°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 6-7%. Получен пектинсодержащий продукт (полуфабрикат).

Пример 1. Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 15% при температуре 18°С и длительности отволаживания 6 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,9 мкм и плотности лучистого потока 22 кВт/м² в течение 75 с. Температура внутри семян достигает 150°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 7%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 70% к исходному, полигалактуроназа - 60% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 54%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 31%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 5%.

Пример 2. Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 16% при температуре 19°С и длительности отволаживания 7 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,0 мкм и плотности лучистого потока 23 кВт/м² в течение 85 с. Температура внутри семян достигает 155°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 6,5%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 73% к исходному, полигалактуроназа - 62% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 55%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 33%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 6%.

Пример 3. Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 17% при температуре 20°С и длительности отволаживания 8 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,1 мкм и плотности лучистого потока 24 кВт/м² в течение 95 с. Температура внутри семян достигает 160°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 7%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 75% к исходному, полигалактуроназа - 65% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 57%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 35%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 7%.

Пример 4. Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 14% при температуре 17°С и длительности отволаживания 5 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,8 мкм и плотности лучистого потока 21 кВт/м² в течение 65 с. Температура внутри семян достигает 140°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 8%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 64% к исходному, полигалактуроназа - 51% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 48%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 26%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 4%.

Пример 5. Пектинсодержащее сырье (шелушеные семена подсолнечника) увлажняют до 18% при температуре 21°С и длительности отволаживания 9 ч, обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,2 мкм и плотности лучистого потока 25 кВт/м² в течение 105 с. Температура внутри семян достигает 170°С. Влажность семян после ИК-обработки составляет 5%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 77% к исходному, полигалактуроназа - 68% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 59%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 36%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 8%.

Таким образом, при использовании режимных параметров по примеру 4 снижается степень инактивации ферментов, в меньшей степени увеличивается молекулярная масса пектина и уменьшаются чувствительность к ионам кальция и степень этерификации.

В то же время реализация способа по примеру 5 позволяет увеличить инактивацию ферментов, молекулярную массу пектина в составе пектинсодержащего продукта, чувствительность к ионам кальция и степень этерификации, однако при этом происходит обгорание семян.

Следовательно, использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет увеличить инактивацию ферментов (пектинэстеразы и полигалактуроназы), увеличить молекулярную массу пектина в составе пектинсодержащего продукта до 5,2% (до 57% к исходному необработанному пектину), чувствительность к кальцию до 35% и степень этерификации до 7%.

Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу, увеличивается его степень этерификации по сравнению с прототипом, следовательно, улучшается его качество. ИК-обработка способствует высвобождению ионов кальция из кальциевого комплекса клеточных стенок растений. Пектин в составе пектинсодержащего продукта обладает большей способностью связывать ионы тяжелых металлов, так как увеличилось количество свободных СООН-групп. В результате полученный пектинсодержащий продукт становится биологически более полноценным.

Кроме того, изобретение сокращает длительность технологического процесса, снижает затраты воды, тепла и энергии, а также исключает использование концентрированных кислот (HNO₃ и H₂SO₄).

Источники информации

1. Кристенсен Я.О.С. Улучшенный способ обработки растительного материала, содержащего пектин. Патент №2336280, 20.10.2008. Бюл. №29.

2. Гунькин В.А., Суслянок Г.М. Способ производства вспученного продукта из семян льна. Патент №2511758, 10.04.2014, бюл. №10.

3. Гунькин В.А., Суслянок Г.М. Способ производства вспученного продукта из шелушеных семян подсолнечника. Патент №2512144, 10.04.2014, бюл. №10.

4. Гунькин В.А., Суслянок Г.М. Способ производства хлопьев из зерна сои. Патент №2508693, 10.03.2014, бюл. №7.