Способ производства и модификации крахмала при переработке зерновых и зернобобовых культур

Изобретение касается производства крахмала при переработке зерновых и зернобобовых культур.

Известен способ производства крахмала из зерна пшеницы, по которому зерно замачивают в растворе сернистого ангидрида концентрацией 0,4-0,45% SO₂ в течение 22-26 часов при температуре замочной воды 38-42°С. Замоченное зерно измельчают, выделяют из него мезгу, от которой отмывают свободный крахмал; полученную крахмало-белковую суспензию разделяют на крахмал и крахмало-белковый концентрат и сушат полученные продукты (Андреев Н.Р., Филиппова Н.И. и др. "Сравнительная оценка новых видов крахмалсодержащего сырья для производства крахмала и крахмалопродуктов". Серия 19. Крахмалопаточная промышленность. Обзорная информация. Вып. 4. АгроНИИТЭИПП, М. 1992 г. С. 10).

Проблемой является создание технологии производства и модификации крахмала при переработке зернового сырья (за исключением кукурузы) с максимальным использованием всех компонентов зерна, имеющих потребительскую ценность.

В настоящее время только кукурузный зародыш производят как отдельный продукт при переработке зернового сырья на крахмал. При переработке пшеницы, ячменя, гороха, тритикале и других зерновых культур зародыш подвергается измельчению в процессе помола зерна, вследствие чего происходит потеря жира и загрязнение им крахмала.

Высокая концентрация сернистого ангидрида в замочном растворе создает вредные условия труда для обслуживающего персонала и приводит к повышенной коррозии строительных конструкций и оборудования.

Проблема решается следующим образом. Зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле 1,0:1,0-1,0:10,0 при температуре 10-30°С. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. Пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток. Росток промывают от крахмала и высушивают. Дробленую зерновую массу подвергают измельчению, из измельченной зерновой пульпы выделяют ситованием мезгу, мезгу промывают и используют в качестве компонента кормопродукта. Экстракт, полученный при замачивании зерна сгущают до 38-40% СВ и высушивают вместе с мезгой для производства кормопродукта. Отделенную от мезги крахмало-белковую суспензию направляют для разделения крахмала и белка, белок концентрируют и высушивают. Крахмальную суспензию промывают и высушивают.

В результате активизации зародыша в зерне зерновых и зернобобовых культур достаточным количеством влаги, кислорода при оптимальной температуре в зерне происходит активация ферментов, существенно влияющих на прочность белково-крахмальной матрицы зернового эндосперма, что способствует извлечению крахмала при переработке и модификации извлеченного крахмала, которая находится в зависимости от продолжительности проращивания зерна.

Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов зерна ячменя, ржи, тритикале, овса и пшеницы в процессе проращивания имеет огромное практическое значение, т.к. при этом гидролизе стенки клеток эндосперма растворяются и высвобождают крахмал.

Кроме того, например, при переработке бобовых культур, в частности гороха, в продуктах переработки зерна содержатся ингибиторы ферментов, которые при попадании в организм человека могут оказывать неблагоприятное воздействие на ЖКТ, но когда семя прорастает, ингибиторы ферментов разрушаются, а потому пищеварительная система принимает их без проблем.

Вырабатываемый новый продукт - сушенный росток зерновых или зернобобовых культур представляет высокую потребительскую ценность, так как способен снижать уровень холестерина в крови, что в свою очередь улучшает проводимость сосудов и уменьшает вероятность развития тромбозов, атеросклероза и, как следствие, инфаркта, инсульта и других острых сердечных состояний; обеспечивает регуляцию работы пищеварительной системы, оказывает благотворный эффект на желудочно-кишечный тракт, предотвращая пищевые расстройства; ускоряет обмен веществ и т.д.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Зерно замачивают в воде в течение 5-20 ч при гидромодуле (соотношении зерно : вода) 1,0:1,0-1,0:10,0 при температуре 10-30°С. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 10-25°С в течение 18-240 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. Пророщенное зерно подвергают дроблению, отделяют росток. Росток промывают от крахмала и высушивают. Дробленую зерновую массу подвергают измельчению, из измельченной зерновой пульпы выделяют ситованием мезгу, мезгу промывают и используют в качестве компонента кормопродукта. Экстракт, полученный при замачивании зерна, сгущают, например, в выпарных аппаратах, до 38-40% СВ и высушивают вместе с мезгой для производства кормопродукта. Отделенную от мезги крахмало-белковую суспензию направляют для разделения крахмала и белка, например, на центробежных сепараторах или центрифугах, белок концентрируют и высушивают. Крахмальную суспензию промывают, например, на центробежном оборудовании или гироциклонах и высушивают.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена технологическая схема производства крахмала по предлагаемому способу.

Пример 1. Зерно гороха 3 сортов «Темп», «Спартак» и «Софья» массой 600 г каждого образца замачивали в воде температурой 19-20°С в течение 16 ч при соотношении зерно : вода 1,0:3,75. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 19-20°С в течение 176 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. От пророщенного зерна отбирают пробы для переработки массой 75±0,5 г СВ. Пророщенное зерно подвергают дроблению раздавливанием на стекле, отделяют росток выборкой из зерновой массы пинцетом. Зерновую массу измельчают на блендере Braun в течение 5 мин.

Измельченную зерновую массу помещают на сито капроновое с ячейками диаметром 99±11 мкм с целью промывки мезги от свободного крахмала в 7 ступеней водой температурой 45°С.

После каждого ситования мезгу смешивают с новой порцией воды в ёмкости, и смесь переводят на сито.

Промытую мезгу высушивают в сушильном шкафу при температуре 50°С, взвешивают, определяют массовую долю влаги и крахмала, рассчитывают её выход в % к сухим веществам зерна.

Полученную крахмало-белковую суспензию температурой 35°С, pH 4,6 и концентрацией сухих веществ 18,5% центрифугируют на центрифуге при частоте вращения 3000 об./мин в течение 10 мин. Полученные сырой крахмал и белок высушивают при 50°С в сушильном шкафу, взвешивают, определяют в крахмале массовую долю влаги и белка, в белке - массовую долю влаги и протеина, рассчитывают их выход в % к сухим веществам зерна.

Таблица 1. Изменение выхода крахмала при переработке зерна гороха в процессе проращивания

Таблица 2. Изменение связанного крахмала при переработке зерна гороха в процессе проращивания

Выход крахмала при переработке, несмотря на уменьшение массовой доли крахмала в зерне, сохраняет высокие показатели (табл. 1) вследствие высвобождения крахмала из эндосперма зерна (табл. 2).

Таблица 3. Изменение массовой доли амилозы в процессе прорастания зерна гороха сортов «Темп», «Софья» и «Спартак»

В процессе проращивания зерна наблюдается увеличение массовой доли амилозы в крахмале, т.е. происходит модификация крахмала.

Пример 2. Зерно нута 2 сортов: «Вектор», «Аватар» и голозерного ячменя «Омский 1» массой 600 г каждого образца замачивают в воде температурой 19-20°С в течение 16 ч при соотношении зерно : вода 1,0:3,75. От замоченного зерна отделяют замочный раствор (экстракт), после чего зерно оставляют на воздухе при температуре 19-20°С в течение 128 ч, увлажняя фильтровальные полотна, на которых проращивается зерно, каждые 4-5 ч и относительной влажности воздуха 60-80%. От пророщенного зерна отбирают пробы для переработки массой 75±0,5 г СВ. Пророщенное зерно подвергают дроблению раздавливанием на стекле, отделяют росток выборкой из зерновой массы пинцетом. Зерновую массу измельчают на блендере Braun в течение 5 мин.

Измельченную зерновую массу помещают на сито капроновое с ячейками диаметром 99±11 мкм с целью промывки мезги от свободного крахмала в 7 ступеней водой температурой 45°С.

После каждого ситования мезгу смешивают с новой порцией воды в ёмкости и смесь переводят на сито.

Промытую мезгу высушивают в сушильном шкафу при температуре 50°С, взвешивают, определяют массовую долю влаги и крахмала, рассчитывают ее выход в % к сухим веществам зерна.

Полученную крахмало-белковую суспензию температурой 35°С, pH 4,6 и концентрацией сухих веществ 18,5% центрифугируют на центрифуге при частоте вращения 3000 об./мин в течение 10 мин. Полученные сырой крахмал и белок высушивают при 50°С в сушильном шкафу, взвешивают; определяют в крахмале массовую долю влаги и белка, в белке - массовую долю влаги и протеина, рассчитывают их выход в % к сухим веществам зерна.

Продолжительность проращивания 6 сут.

Таблица 4. Изменение выхода крахмала при переработке зерна нута и голозерного ячменя в процессе проращивания

Таблица 5. Изменение связанного крахмала при переработке зерна нута и голозерного ячменя в процессе проращивания

По результатам таблиц 4 и 5 следует: активность амилолитических ферментов, влияющих на выход крахмала для сортов нута «Вектор» и «Аватар», практически не влияет на выход крахмала при его переработке. При переработке голозерного ячменя выход крахмала после 48 ч проращивания зерна уменьшается на 4,4%. Амилолитические ферменты голозерного ячменя гидролизуют крахмал и выход крахмала через 144 ч проращивания уменьшается на 9,2%.

Таблица 6. Изменение массовой доли амилозы в крахмале при проращивании голозерного ячменя сорта «Омский 1» и нута сортов «Вектор» и «Аватар»

Интенсивное увеличение массовой доли амилозы в крахмале при проращивании нута сортов «Вектор» и «Аватар» наблюдается после 2 сут, для голозерного ячменя сорта «Омский 1» - через 6 сут.

Выход крахмала и его модификация в предлагаемом способе переработки зерновых и зернобобовых культур зависит от вида и сорта перерабатываемого сырья.

В результате выбора сырья для последующей переработки заявленным способом можно производить крахмал требуемой модификации и в качестве побочного продукта - росток, являющийся ценным компонентом пищевых продуктов.