Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения крахмала из растительного сырья

Изобретение относится к крахмалопаточной отрасли пищевой промышленности, химико-фармацевтической и медицинской промышленности, а именно к способу получения биологически активных веществ из лекарственного растительного сырья.

Известен способ получения крахмала из крахмалосодержащего сырья путем диспергирования в воде, обработки в гидроимпульсном режиме при частоте импульсов 0,5-2,5 Гц и последующего центрифугирования суспензии [RU №2238280, кл. С08В 30/00, С08В 30/04, опубл. 20.10.2004].

Недостатком данного способа является длительность процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения крахмала [RU №2054265, кл. A23J 1/14, опубл. 28.02.1994] из гороха, включающий измельчение растительного сырья, смешивание крахмалосодержащего сырья с водой при перемешивании реакционной среды, отделение белковых фракций раствором 0,5 н. едкого натра при рН 8,5, фракционирование и промывку водой суспензии, отделение крахмала от супернатанта центрифугированием и его сушку.

Процесс извлечения крахмала длительный и требует последовательного получения различных белковых фракций, что существенно усложняет процесс и делает его дороже. Это является основными недостатками известного способа.

Технической проблемой изобретения является получение крахмала из бобовых культур с высокой степенью чистоты получаемого крахмала.

Техническим результатом изобретения является получение крахмала с низким содержанием белковых примесей, длительные сроки хранения готового продукта, упрощение и сокращение времени технологического процесса получения крахмала.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что способ получения крахмала включает измельчение растительного сырья, смешивание крахмалосодержащего сырья с водой при перемешивании реакционной среды, экстракцию белка раствором 0,5 н. едкого натра при рН 8,5, фракционирование и промывку водой суспензии, а также отделение крахмала от супернатанта центрифугированием и его сушку. Согласно изобретению экстракцию белка проводят при дополнительном воздействии низкочастотных ультразвуковых волн с интенсивностью 460±5 Вт/см² в течение 25±1 мин, после отделения крахмала осуществляют его лиофильную сушку.

Проведение экстракции белка при дополнительном воздействии низкочастотных ультразвуковых волн позволяет увеличить скорость обтекания жидкости и, следовательно, ускорить пропитку твердого тела жидкостью. Под действием ультразвуковых волн происходит более быстрое и активное разрушение внутриклеточных тканей растительного сырья, что приводит к интенсификации процесса экстракции и дает возможность увеличить содержание биологически активных соединений в растворе. Кроме того, использование ультразвука обеспечивает получение крахмала с низким содержанием белковых примесей (т.е. более высокоочищенного крахмала) и увеличивает выход белковых компонентов, которые также можно использовать в пищевой промышленности.

Интенсивность ультразвуковой обработки 455-465 Вт/см² наиболее оптимальна, так как интенсивность выше указанной приведет к деструкции выделяемых белков и крахмала, а интенсивность ниже оптимального диапазона не обеспечивает полноту извлечения целевых компонентов из растительного сырья.

Оптимальное время экстракции крахмала составляет 25±0,5 мин, за это время обеспечивается максимальная степень извлечения крахмала. Сокращение времени процесса не позволит получить максимальный выход крахмала, а увеличение продолжительности процесса нецелесообразно, так как после 25±0,5 мин не происходит увеличение выхода крахмала.

Лиофильная сушка крахмала позволяет сохранить нативную структуру крахмала и при увлажнении полностью восстанавливает свои первоначальные свойства, а также обеспечивает малую массу высушенного крахмала из-за высокой степени дегидратирования и длительные сроки хранения готового продукта.

Способ экстракции крахмала осуществляли следующим образом.

Пример 1

Навеску измельченного растительного сырья (зеленая чечевица или белая фасоль) (10 г) насыпают в химический стаканчик и заливают 50 мл дистиллированной воды, добавляют 1 мл 0,5 н. раствора едкого натра (при использовании в качестве растительного сырья зеленой чечевицы) для экстракции белка (рН=8,5), после чего насадку ультразвукового генератора погружают в этот стаканчик и проводят обработку ультразвуковую обработку с интенсивностью 460 Вт/см² с продолжительностью обработки 25 мин.

Во время ультразвуковой обработки среда нагревается до 32-37°С (в зависимости от мощности ультразвука и продолжительности воздействия), что не приводит к инактивации крахмала.

Нерастворимый остаток диспергируют в 40 мл дистиллированной воды. Полученную суспензию фракционируют и одновременно промывают 40 мл дистиллированной воды на сите с диаметром пор 50 мкм для отделения мезги от суспензии крахмала. Крахмал отделяют от супернатанта центрифугированием (3500 об/мин, 15 мин), затем добавляют 20 мл дистиллированной воды, нейтрализуют до рН=6,0 добавлением 1 н. HCl, отделяют от супернатанта центрифугированием (3500 об/мин, 15 мин).

Далее осуществляли лиофильную сушку всех полученных образцов крахмала в лиофильной сушилке Freezone до постоянного веса и влажности.

На первом этапе образцы быстро замораживали до твердого состояния и закрепляли в лиофильной сушилке в рабочей камере, которая соединяется с конденсором. Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем меньшие по размеру кристаллы льда образуются в продукте и они могут быстро испариться на следующих этапах обработки.

На втором этапе сушки происходило непосредственное удаление льда из замороженного раствора крахмала в условиях высокого вакуума. Удаление влаги из объектов сушки происходило при отрицательных температурах, а их досушивание осуществляли также при щадящем температурном режиме, что позволило обеспечить бережное высушивание термочувствительных и склонных к разрушению при нагреве материала.

Дальнейшее увеличение времени вызывает больший нагрев обрабатываемой среды, что может привести к денатурации БАВ. Кроме того, увеличение продолжительности ультразвуковой обработки требует дополнительных затрат электроэнергии, что в свою очередь повысит затраты на техническую реализацию ультразвуковой экстракции.

Выход крахмала составил 96% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 0,4%).

Выход крахмала составил 94% (для белой фасоли) (содержание белка 0,3%).

Пример 2

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили при интенсивности ультразвука 322 Вт/см².

При этом выход крахмала составил 56% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 0,9%).

Выход крахмала составил 44% (для белой фасоли) (содержание белка 0,9%).

Пример 3

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили при интенсивности ультразвука 276 Вт/см².

При этом выход крахмала составил 20% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 4,9%).

Выход крахмала составил 24% (для белой фасоли) (содержание белка 4,9%).

Пример 4

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили при интенсивности ультразвука 476 Вт/см².

При этом выход крахмала составил 32% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 3,5%).

Выход крахмала составил 34% (для белой фасоли) (содержание белка 3,5%).

Пример 5

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили в течение 20 минут.

При этом выход крахмала составил 32% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 1,5%).

Выход крахмала составил 34% (для белой фасоли) (содержание белка 1,5%).

Пример 6

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили в течение 15 минут.

При этом выход крахмала составил 21,6% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 3,5%).

Выход крахмала составил 21% (для белой фасоли) (содержание белка 3,5%).

Пример 7

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили в течение 30 минут.

При этом выход крахмала составил 88% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 1,2%).

Выход крахмала составил 84% (для белой фасоли) (содержание белка 1,5%).

Пример 8

Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что процесс проводили в течение 35 минут.

При этом выход крахмала составил 76% (для зеленой чечевицы) (содержание белка 1,2%).

Выход крахмала составил 71% (для белой фасоли) (содержание белка 1,3%).

Приведенные примеры показывают, что экстракцию крахмала наиболее оптимально проводить при интенсивности ультразвука 460±5 Вт/см² в течение 25±1 мин, так как в этом диапазоне интенсивности и времени происходит максимальное извлечение целевого продукта. Увеличение или уменьшение интенсивности ультразвукового воздействия (примеры 2-4) ведут к снижению выхода крахмала и увеличению содержания белковых примесей; уменьшение времени (примеры 5, 6) экстракции значительно сокращает выход крахмала, а увеличение (примеры 7, 8) не способствует повышению выхода полисахаридов.

Использование изобретения обеспечивает увеличение выхода крахмала на 5-7% (в зависимости от используемого сырья) при одновременном увеличении степени чистоты получаемого крахмала (содержание белка менее 0,3%).

Разработка находится на стадии лабораторных испытаний.