Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения амарантовой муки из амарантового жмыха

Изобретение относится к мукомольной промышленности, в частности к производству продуктов размола из семян амаранта. Оно предназначено для использования преимущественно в мукомольной промышленности.

Семена амаранта представляют собой зерна округлой формы, содержащие ядро, зародыш подковообразной формы и оболочку, причем семя амаранта содержит пищевой лекарственный компонент сквален, который отсутствует в семенах других растений.

Для получения из зерен различных видов готовой продукции зерна разделяют на их анатомические части по одной или нескольким границам разделения с большей или меньшей четкостью для дальнейшего их целевого использования.

Из зарубежной патентной документации известен способ использования сверхкритического углекислого газа для получения масла из семян амаранта. Для этого муку из семян амаранта помещают в котел, непрерывно вводят углекислый газ в котел при одновременном контроле температуры и давления в котле, спустя 100-250 минут, от 80 до 95 процентов масла из муки семян амаранта экстрагируется и одновременно растворяется в сверхкритическом углекислом газе, в результате чего масло отделяется. При осуществлении процесса экстракции и отделения масла температура поддерживается в переделах от 30 до 40°С, а давление в пределах от 30 до 40 МПа (CN 101659900 А, 03.03.2010).

Известен способ получения масла из амаранта, который включает прямое экстрагирование сырья низкокипящим углеводородным растворителем, разделение твердой фазы и экстрагента фильтрацией или центрифугированием, а также отделение масла от растворителя испарением последнего. Сырье предварительно высушивают до содержания влаги 8,0-10,0 масс. %, а перед операцией экстрагирования его поверхностный слой подвергают кратковременному нагреву на протяжении 2-4 минут до температуры 140-160°С. При этом в качестве низкокипящего растворителя используют н-гексан (UA 15120 U, 15.06.2006).

Известны способ и устройство для извлечения масла из зерновых материалов и продуктов питания на основе зерна, в частности для получения масла из зерновых материалов, таких как рисовые отруби, молотая пшеница, рапс, амарант и подобные зерна. Устройство для извлечения масла включает горизонтально расширяющийся герметичный контейнер, имеющий входной конец и выходной конец, горизонтально расширяющуюся пористую бесконечную ленту, расположенную в указанном контейнере и имеющую верхнюю и нижнюю трассы, привод ленты для непрерывного перемещения верхней трассы от ближней части входного конца к ближней части выходного конца, парогенератор для экстракции масла, конденсатор для сбора отработанного пара, выходное отверстие из контейнера для удаления остатков зерновых материалов, использованных для получения масла, и выходное отверстия для масла (US 5620728 А, 15.04.1997).

Известен способ получения масла из зерновых материалов, таких как рисовые отруби, пшеница, рапс, амарант и подобных зерен, включающий в себя процессы стабилизации масла, содержащегося в зерне (при необходимости), увеличение пористости зерна, получение масла из зернового материала при контакте с растворителем в виде пара и разделения полученной композиции масла и растворителя на фракции, содержащие различные количества насыщенных и ненасыщенных масел. Способ, который относится к добыче масла из зернового материала при контакте с растворителем в виде пара, может быть использован для удаления масла из ранее обработанных семян, которые были обработаны при помощи менее эффективных методов получения масла, или из пищевых продуктов на основе зерна, таких как чипсы, крекеры и лапша (WO 9400541 А1, 06.01.1994).

Известен способ переработки зерен амаранта для получения из них крахмала, предусматривающий замачивание зерен амаранта, их помол, выделение оболочек зерен из измельченной массы, получение суспензии крахмала и его очистку от белков путем обработки растворами хлористого натрия и едкого натра с последующим центрифугированием суспензии крахмала. В этом способе замачивание проводят до содержания воды в зерне 15-20% от его веса с выдержкой в течение 4,0-6,0 часов. Далее осуществляют сушку замоченного зерна до влажности 10-12%, при этом выделение оболочек из измельченной массы зерна осуществляют путем отбора фракции с размером частиц 10-100 мкм, приготовления водной суспензии из этих частиц с выдержкой ее по крайней мере в течение одного часа и последующего центрифугирования (RU 2175658 С1, 10.11.2001).

Из технической литературы известно выделение из семян амаранта фракций, состоящих из оболочек и зародыша, причем выделение осуществляют путем измельчения семян амаранта и последующего разделения измельченной массы на эндоспермовую и обогащенную маслом фракции (В.В. Ключкин. Основные направления переработки и использования пищевых продуктов из люпина и амаранта, журнал «Хранение и переработка сельхозсырья», 1997, №9, с. 31). В этой статье указывается, что разделение люпина и амаранта происходит на типовом мельничном оборудовании с просеиванием. После экстракции масла полученный шрот может быть переработан в обезжиренную амарантовую муку, используемую как источник протеина и крахмала.

Известен способ выработки пшеничного зародыша при помоле зерна, включающий подготовку зерна к помолу, драной процесс с поэтапным сортированием продуктов дробления на ситовеечных системах, шлифование крупок на шлифовочных системах, размольный процесс на размольных системах, измельчение сходов с ситовеечных систем. Способ предусматривает использование первой и второй шлифовочных систем, первых трех размольных систем на вальцевом станке, четвертой размольной системы с пневмотранспортированием полученного продукта в циклон-осадитель, сортировку продукта на ситах и выделение зародыша и зародышсодержащей муки, формирование сортов муки. В этом способе на четвертой размольной системе, на его вальцевом станке устанавливают нагрузку 130-140 кг/см в сутки, пневмотранспортирование продукта проводят при скорости воздуха 18,0-22,0 м/с, далее продукт направляют на сортировку непосредственно из циклона-осадителя, а при сортировке зародышей и зародышсодержащей муки, предназначенной для специальных хлебобулочных изделий, выделяют соответственно сходом с сита 0,95 и его проходом 43к в количествах, соответственно, 7-11 и 0,55-0,59% от общего количества муки (RU 2059434 С1, 10.05.1996).

Известен способ помола зерна, имеющего оболочку и ядро, в котором на очищенное от примесей и кондиционированное зерно воздействуют силой сжатия и сдвига с помощью первой пары вальцов таким образом, что внутренняя структура ядра изменяется, а оболочка не повреждается или повреждается незначительно. Далее продукт направляют на вторую пару вальцов, которые имеют рифленую наружную поверхность, мелят ими полученный продукт. После этого производят дальнейший помол продукта следующими парами вальцов и просеивание продукта помола таким образом, что в качестве конечного продукта получают в основном муку. При этом после второй пары вальцов или одной из следующих пар вальцов зерно подают на пару вальцов, в которой наружная поверхность обоих вальцов выполнена гладкой или приблизительно гладкой, так что еще остающиеся на оболочке частицы эндосперма при прохождении через эту пару вальцов, по меньшей мере, частично отделяются от оболочки (RU 2181308 С2, 20.04.2002). По этому способу зерно перед кондиционированием или после него подвергают специальной обработке, например, в шелушильной, обоечной или в шлифовальной машине, или в машине для отделения зародыша от зерна.

В этом способе предусмотрено устройство для его осуществления, содержащее первые вальцы, имеющие приблизительно равные или разные скорости вращения, причем один валец имеет гладкую или приблизительно гладкую наружную поверхность, а другой валец - рифленую наружную поверхность. Расположенная за ней пара вальцов выполнена рифленой и имеет разные скорости вращения вальцов. После одной из систем вальцов, следующих за этой парой вальцов, имеется устройство для обработки продукта на одной режущей мельнице. На предпоследней вальцовой системе вальцы имеют рифления со срезанными вершинами, а на последней вальцы выполнены с гладкой, или приблизительно с гладкой, наружной поверхностью и имеют разные скорости вращения.

Недостатками вышеописанных способов помола зерна является то, что при большой протяженности технологического процесса в качестве готового продукта получают только муку, при этом зародыш выделяют до операций измельчения на отдельном вспомогательном оборудовании. Такая технология не обеспечивает четкого разделения зерен на их анатомические части, поскольку не разделяются оболочки с зародышем и при этом происходит ослабление механических свойств ядра зерна. В результате этого становится невозможным получение хлопьев из цельного ядра зерна.

В вышеупомянутом способе получения масла из семян амаранта по патенту RU 2131913 С1 представлен пример способа, в котором семена амаранта 2000 кг после лепесткования экстрагируют в одну ступень 1300 кг рафинолем, затем отжимают полученное масло с параметрами: сквален - 6,96 - 8,01%, олеиновой кислоты - 24%, линолевой - 50%, кислотное число - 5 мг КОН/г не более, влажность - 0,15% не более. Способ предусматривает подбор и взаимосвязь вида экстрагента и условия экстракции.

Известен способ переработки семян амаранта с извлечением масла, получением белковой и крахмальной фракций, включающий очистку и измельчение семян амаранта и разделение на фракции, отличающийся тем, что измельчение семян проводят на дробилке молоткового типа с формирующими каналами, полученную измельченную смесь рассеивают с получением крахмальной фракции и смеси зародышей и оболочек семян амаранта, сушку смеси ведут при температуре не выше 35°С и далее осуществляют холодное проходное прессование смеси зародышей и оболочек семян амаранта при температуре не выше 40°С, полученное масло отстаивают и подают на фильтрацию, жмых холодного проходного прессования смешивают с масляным отстоем и подвергают второму прессованию с выделением масла и жмыха в виде зародышевых хлопьев в качестве белковой фракции, затем последнюю измельчают (RU 2209233 С1, 27.07.2003).

Известен способ переработки семян амаранта, включающий их очистку, измельчение, разделение полученной смеси частиц на фракции, извлечение масла из фракции зародышей, отличающийся тем, что разделение смеси частиц измельченных семян на фракции производят двумя последовательными этапами: вначале решетом с диаметром отверстий 0,8 мм выделяют из смеси и отводят в сборник крахмальную фракцию, имеющую частицы размером более 0,8 мм, затем оставшуюся часть смеси решетом с диаметром отверстий 0,5 мм разделяют на фракцию оболочек, имеющую частицы размером более 0,5 мм, и на фракцию зародышей, имеющую частицы размером менее 0,5 мм, после чего из фракции зародышей прессованием или экстракцией извлекают масло. Решета при разделении частиц измельченных семян на фракции поддувают снизу потоком газа, парусный напор которого устанавливают не превышающим силу гравитации падающих через отверстия решет зародышей семян. Масло очищают от декантата (остатков крахмальной фракции и фракции оболочек), нагретым не выше 80° Цельсия коагулянтом, который вводят в нагретое не выше 80° Цельсия масло в количестве, равном количеству ожидаемого декантата, перемешивают смесь до выпадения декантата в осадок (например, в течение 3-5 мин), и выпавший в осадок декантат отводят в сборник. В качестве коагулянта используют 0,2-0,4%-ный водный раствор хлористого натрия, или хлористого кальция, или магния серно-кислого, или сахара, или их смесей в требуемой, например, равной пропорции. Фракцию зародышей при прессовании нагревают до температуры не выше 80° Цельсия обдувом горячим газом. Нагретые при прессовании и/или очистке масло, жмых, декантат охлаждают до температуры не выше 20°С обдувом холодного газа. В декантат, шрот, крахмальную и оболочковую фракции, измельченную массу семян (в их смесь или отдельно в каждую фракцию) вводят вкусовые и привлекающие ингредиенты, например сахар, сироп, соль, ароматизирующие вещества, красители, и изготавливают из них хлебобулочные, макаронные, кондитерские изделия. В декантат, шрот, крахмальную и оболочковую фракции, измельченную массу семян (в их смесь или отдельно в каждую фракцию) вводят питательные и/или лечебные ингредиенты, например биологически активные вещества, витамины, микроэлементы, антибиотики, вещества с лечебным, профилактическим, биостимулирующим действием, и изготавливают из них общеукрепляющие и/или лечебные препараты (RU 2007113894 А, 20.10.2008).

Известен способ переработки семян амаранта с извлечением масла, получением белкового и крахмального продуктов, включающий накопление и промежуточное хранение зародышей, их подготовку, сушку, холодное проходное прессование (первое прессование), очистку масла, введение масляного отстоя от очистки в жмых первого прессования, второе прессование, расфасовку масла, измельчение и расфасовку жмыха (зародышевых хлопьев), отличающийся тем, что используют зародыши семян амаранта, полученные на дробилке молоткового типа с формирующими каналами, сушку зародышей амаранта производят в щадящем режиме (температура до 35°С), прессование проводят при температуре не выше 40°С (RU 2002119680, 27.03.2004).

Известен способ, включающий очистку и измельчение семян, разделение полученной смеси частиц на фракции, извлечение масла из фракции зародышей. Разделение смеси частиц измельченных семян на фракции производят двумя последовательными этапами: вначале первым решетом с диаметром отверстий 0,8 мм выделяют из смеси и отводят в сборник крахмальную фракцию, имеющую частицы размером более 0,8 мм; оставшуюся часть смеси вторым решетом с диаметром отверстий 0,5 мм разделяют на фракцию оболочек, имеющую частицы размером более 0,5 мм, и на фракцию зародышей, имеющую частицы размером менее 0,5 мм, и отводят разделенные фракции в отдельные сборники. Полученную крахмальную фракцию и фракцию оболочек направляют из сборников в заводские хранилища или расфасовывают в тару для продажи потребителям, а из фракции зародышей отделяют масло путем прессования или экстракцией. Изобретение позволяет увеличить выход масла, повысить качество масла и создать новые виды полезных пищевых продуктов и фармацевтических препаратов из естественного природного сырья (RU 2363724 С2, 10.08.2009).

Известен способ получения масла из семян амаранта, в котором семена измельчают и экстрагируют рафинированным дезодорированным растительным маслом при температуре 50-60°С в течение 36-72 ч при соотношении сырья к маслу 0,6-1,0, а затем отжимают масло из проэкстрагированного материала. Это масло амаранта обладает противоопухолевой активностью и ранозаживляющим действием (RU 2131913 С1, 20.06.1999).

Известен способ получения масла из семян амаранта, включающий прямую экстракцию гексаном с последующим отгоном растворителя в вакууме, отличающийся тем, что экстракцию масла ведут в среде углекислого газа с отгонкой растворителя в вакууме при 0,8 0,9 kgf/см² при температуре не выше 40°С и барботировании мисцеллы углекислым газом, а остатки растворителя удаляют азеотропной отгонкой с этанолом в прежнем режиме (RU 94044961 А1, 20.07.1996).

В другом известном способе получения масла из семян амаранта, включающем прямую экстракцию гексаном с последующей отгонкой в вакууме, экстракцию ведут в среде углекислого газа, а отгонку - при температуре не выше 40°С, давлении 9, 81 - 19, 62 кПа и барботировании мисцеллы углекислым газом, а остатки растворителя удаляют азеотропной отгонкой с этанолом в режиме отгонки растворителя в вакууме (RU 2080360 С1, 27.05.1997).

Близким техническим решением к представленному в данном описании решению является способ переработки помолом семян амаранта, в котором проводят очистку семян, их увлажнение и отволаживание, пропускание семян между гладкими вальцами для обеспечения плющения ядра, разрыва оболочек семян и зародыша с нарушением связей между ними и между зародышем и ядром. Во время указанного процесса частично выкрашивают зародыши.

Последовательно пропускают полученный продукт между вращающимися с различными скоростями шероховатыми вальцами, которые установлены последовательно и образуют собой вальцовые системы для обеспечения на каждой из них одновременного плющения ядра, шелушения оболочек и размола зародыша с отделением его от ядра, а также сортировку на установленных после каждой вальцевой системы ситах, входящих в системы. На всех этапах сортировки выделяют крупку зародышевую, смесь зародышевой и отрубянистой мучки, а на последнем этапе выделяют хлопья эндосперма, из которых путем размола получают муку. Далее смесь зародышевой и отрубянистой мучки разделяют на ситах с получением готовых продуктов - мучки зародышевой и мучки отрубянистой (RU 2251455 С2, 10.05.2005). В этом способе не решена задача более четкого и качественного разделения зерновки семян амаранта на анатомические части и получение в одном технологическом процессе готовых продуктов расширенного ассортимента: крупки зародышевой, хлопьев эндоспермовых, отрубей, муки эндоспермовой и муки белковой нативной. Для получения этих продуктов требуется выполнение других операций, что связано с повышением трудоемкости переработки семян.

Способ по патенту RU 2251455 С2 осуществлен технологической линией, содержащей бункер для отволаживания в нем очищенных и увлажненных семян амаранта, бункер сообщен с магнитным аппаратом, который сообщен с вальцовым станком, под вальцами станка расположены сита для выделения из помола крупки зародышевой, ее смеси и отрубянистой мучки, при этом станок и сита образуют собой систему помола, последовательно которой установлена аналогичная вторая система помола, а также третья система помола. Эта линия принята в качестве прототипа линии, представленной данном описании.

Существует способ переработки семян амаранта и технологическая линия для осуществления способа, в частности способ содержит очистку семян амаранта от примесей, сушку семян до W_отн=12%, отделение масла амарантового, получение прессования амарантового жмыха, измельчение жмыха и заливку полученного измельченного материала растительным рафинированным дезодорированным маслом в соотношении амарантовый жмых: масло 1:0,6-1:1, в способе осуществляют экстракцию амарантового масла в два этапа: проводят предварительную экстракцию при температуре 323-328 K, затем осуществляют окончательную экстракцию путем отстоя смеси амарантового жмыха и растительного дезодорированного масла в течение 48 часов (RU 2426773 С1, 20.08.2011). Технологическая линия безотходной переработки семян амаранта по патенту RU 2426773 С1 включает накопительный бункер для временного хранения влажных засоренных семян амаранта, очистительную установку для очистки, сушилку, буферную емкость для хранения высушенных семян амаранта, шнековый пресс, буферную емкость для хранения амарантового масла, измельчитель амарантового жмыха, экстрактор, емкости для выстойки смеси измельченного амарантового жмыха и растительного масла.

Недостатком известного способа и линии является то, что способ является трудоемким в случае применения более глубокой переработки семян. Имеется в виду та часть способа, в результате осуществления которого могут быть получены несколько продуктов переработки (мука, масло, отруби, хлопья эндосперма, отрубянистая мучка), причем в случае получения указанных продуктов технологической линией, представленной в патенте для реализации способа, требуется использование ручного труда, что связано со снижением качества получаемых продуктов.

Известен способ получения продуктов размола семян амаранта, включающий очистку, увлажнение и отволаживание семян, их разделение размолом на компоненты путем плющения ядер семян, шелушения их оболочек, отделения зародышей семян от их ядер, сортировку полученного размола ситами с выделением на всех этапах сортировки крупки зародышевой и отрубянистой мучки, на последнем этапе сортировки размола получают хлопья эндосперма, отличающийся тем, что перед увлажнением семян их выдерживают при температуре 18-20°С до содержания в них влаги 14-15 мас. %, после размола полученные компоненты повторно мелят и получают из них муку, полученную крупку зародышевой мучки разделяют на масло и шрот, а шрот мелят и получают обезжиренную муку, а после сортировки полученных продуктов размола из хлопьев эндосперма дополнительно извлекают зародыши. Недостатком данного способа является то, что авторы используют только семена амаранта и не используют амарантовый жмых, который образуется после экстракции амарантового масла из семян амаранта механическим способом на прессе.

В процессе анализа массива патентной и научно-технической литературы не выявлен источник информации, который мог бы быть использован в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая посредством реализации разработанного технического решения, состоит в расширении сырьевой базы для хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в разработке эффективной технологии переработки амарантового жмыха в амарантовую муку.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения амарантовой муки, позволяющий получить амарантовую муку с высоким содержанием белка и сквалена. Согласно разработанному способу предварительно измельчают амарантовый жмых на молотковой дробилке с окружной скоростью 60,0 м/с, что измельчают амарантовый жмых на вальцовых станках со скоростью вращения быстрого вальца 6,0 м/с, с соотношением окружных скоростей быстро- и медленновращающихся вальцов 2,5, с плотностью нарезки вальцов от 11 штук на 1 см, с уклоном рифлей 9%, с расположением рифлей для измельчения амарантового жмыха острие по острию (ос/ос), с последующим сортированием продукта размола амарантового жмыха на полиамидном сите №29 ПА-120 с номинальным размером отверстия 224 микрометра (мкм) и диаметром моносити 120 микрометра (мкм)

Основное измельчение осуществляют на машинах ударного действия (молотковые дробилки) с однократным пропуском. Технологическая схема получения амарантовой муки из амарантового жмыха с высоким содержанием белка и сквалена состоит из 4-х систем - дробильной и 3-х размольных. Полученные из амарантового жмыха амарантовая мука и амарантовые отруби различаются по химическому составу и могут быть использованы для различных целей в хлебопекарном и кондитерском производстве.

Пример. Производство амарантовой муки из амарантового жмыха с высоким содержанием белка и сквалена предусматривает следующую последовательность операций. Исходный амарантовый жмых поступает на молотковую дробилку для предварительного измельчения. Верхний сход промежуточных продуктов размола идет на первую размольную систему, а проход на контроль амарантовой муки с высоким содержанием белка и сквалена. Всего 3 размольные системы. Сход с 3-ей размольной системы направляется в бункер для амарантовых отрубей, а проход сита поступает на контроль амарантовой муки. Извлечение амарантовой муки из амарантового жмыха составляет: на дробильной системе - 22-24%, на 1-ой размольной системе - 64-66%, на 2-ой размольной системе - 54-56% и на 3-ой размольной системе - 49-51%.

Итого получается: амарантовой муки с высоким содержанием белка и сквалена - 92,9%, амарантовых отрубей 7,1%.

Химический состав исходного амарантового жмыха, полученной амарантовой муки и амарантовых отрубей муки с высоким содержанием белка и сквалена, полученные по заявляемому способу, представлены в таблице 1.