Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВО-ВИТАМИННОГО КОМПЛЕКСА ИЗ КЕДРОВОГО ЖМЫХА

Изобретение относится к технологии комплексной переработки дикорастущего сырья с получением биологически активных веществ (БАВ) для использования в пищевой и фармацевтической промышленности.

Семена сосны кедровой сибирской Pinus sibirica du tour (кедровый орех) представляют собой ценный источник биологически активных комплексов. Ядра кедрового ореха богаты витаминами группы В, Е, K, РР, А, С, а также железом, фосфором, цинком, магнием, медью и особенно марганцем. В них высоко содержание жира, белка, лизина, метионина и триптофана - наиболее дефицитных аминокислот. В составе кедрового ореха обнаружены ненасыщенные жирные кислоты: пальмитолеиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, гадолеиновая, эйкозадиеновая, эйкозатриеновая и насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, арахиновая и бегеновая.

Большое внимание кедровые семена привлекают как масличное сырье. Кедровое масло по своим вкусовым качествам не уступает оливковому и превосходит льняное, конопляное, подсолнечное. Оно находит применение в различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, плодовоовощной, хлебобулочной, может использоваться как столовое масло. Кедровое масло получают из ядра кедрового ореха методом холодного или термического отжима.

Кедровые жмых, полученный при извлечении масла из кедровых орехов, относится к вторичным сырьевым ресурсам, однако имеет большое значение как дополнительный источник полноценного белка, легкоусвояемых углеводов, витаминов и минеральных веществ. В состав кедрового жмыха входит, г/100 г сухих веществ: белка - 35,2; липидов - 24,5; углеводов - 35,0. Витаминный состав кедрового жмыха, мг/100 г: витамин Е - 11,2; витамин В3-3,25; витамин В2 - 1,83; витамин В1 - 0,6.

Основным направлением использования кедрового жмыха является производство функциональных продуктов питания (халва, мороженое, конфеты и пирожные, джемы, творожные продукты) и биологически активных добавок к пище. В то же время целесообразно извлечение из жмыха ядра кедрового ореха БАВ с высокой добавленной стоимостью и широким потенциалом использования: белковых, витаминных, углеводных и минеральных комплексов.

Из уровня техники известен ряд технических решений, направленных на получение пищевого растительного белка для его дальнейшего использования в производстве комбинированных биологически полноценных продуктов и белковых композиций.

Так, известен способ получения белка из растительного сырья, преимущественно из чечевицы (а.с. 1741730, опубл. 23.06.92), предусматривающий измельчение сырья, экстракцию белка раствором гидроокиси натрия с массовой долей 0,05-0,07% при жидкостном коэффициенте 1:10 в течение 20-30 мин при температуре 28-30°C, осаждение уксусной кислотой до достижения рН 4,7-5,2, двойную промывку водой до рН 6-7 и удаление влаги методом сушки.

В качестве недостатков известного изобретения следует признать длительность и высокие температуры экстракции белков из измельченного растительного сырья, в частности чечевичной муки, что способствует переходу в экстракт ряда биологически активных антипитательных веществ: ингибиторов трипсина, гемоглютелинов, гайтрогенов, экстрогенов, аллергенов, а также олигосахаров, снижающих степень чистоты целевого продукта и ухудшающих его функционально-технологические свойства.

Предлагается способ получения белка из растительного сырья (патент РФ №2138172, опубл. 27.09.1999), согласно которому измельченное до размера частиц 100 мкм сырье, преимущественно чечевицу, отделяют от оболочек. Проводят ступенчато экстракцию, внося сначала раствор сульфата аммония с массовой долей 0,48-0,50%. Через 12-15 мин жидкую фракцию отделяют и повторяют обработку осадка раствором сульфата аммония с массовой долей 2,48-2,50%. Операцию аналогично повторяют, используя раствор с массовой долей сульфата аммония 5,0-5,2% при соотношении мука:экстрагент 0,9-1,1:4,9-5,1; при температуре 0-5°C на каждой стадии экстракции. Осаждение белков осуществляют в общем экстракте до достижения рН 3,0-3,2.

Основным недостатком данного способа является низкая степень очистки готового продукта.

Известен способ получения концентрата белков из растительного сырья (патент РФ №2174757, опубл. 20.10.2001), заключающийся в следующем. Измельчают сырье, смешивают с водой, подкисляют среду до рН 4,5-4,6. Проводят экстракцию балластных веществ, разделение жидкой и твердой фракций центрифугированием. Промывают твердый осадок белков и обезвоживают сушкой. Измельченное до размера частиц 100 мкм и отделенное от оболочек сырье смешивают с водой в соотношении 0,9-1,1 : 3,9 -4,1. В процессе экстракции балластных веществ ведут обработку смесью ферментных препаратов амилосубтилин ГЗх в количестве 0,5-0,6% к массе сырья и глюкаваморин ГЗх в количестве 1,6-2,0% к массе сырья при 50-55°C в течение 5,0-5,5 ч. Выделение белка из жидкой фракции осуществляют методом изоэлектрического осаждения с последующим отделением твердого осадка белков центрифугированием.

Предлагаемый способ характеризуется недостатками: высокий расход ферментных препаратов и высокая продолжительность процесса экстракции, что приводит к повышению себестоимости готового продукта.

Предложен способ получения концентрированного белкового материала из растительного сырья (заявка на выдачу патента РФ №2006103760, опубл. 20.10.2001), включающий получение однородной массы из растительного сырья и жидкости, освобождение от крахмальной составляющей и получение белкового материала, отличающийся тем, что для удаления крахмальной составляющей и концентрирования белкового материала используют центрифугирование.

Недостатком известного способа является невысокая биологическая ценность получаемого белкового материала.

В ходе проведения патентного поиска не выявлено техническое решение, которое может быть признано ближайшим аналогом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение белково-витаминного комплекса из кедрового жмыха с высокой биологической ценностью (содержание белка, незаменимых аминокислот, витаминов) и высокой степенью очистки.

Для достижения указанного технического результата кедровый жмых обезжиривают гексаном в течение 30 минут, промывают и высушивают на воздухе. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу препаратом Диазим Х4, или препаратом Амилосубтилин, или препаратом ЦеллоЛюкс-F в течение 60 минут с целью расщепления полисахаридов кедрового жмыха до моносахаридов и максимального извлечения белковой фракции при последующей экстракции с дальнейшей инактивацией ферментов. Затем проводят щелочную экстракцию ферментативного гидролизата кедрового жмыха в течение 60 минут, двухстадийную (ультрафильтрация и хроматография) очистку и распылительную сушку.

Разработанный способ реализуют следующим образом.

Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Диазим Х4, или ферментным препаратом Амилосубтилин, или ферментным препаратом ЦеллоЛюкс-F в течение 60 минут. Проводят инактивацию ферментов путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут. Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку (ультрафильтрация и обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография) полученных белковых комплексов, распылительную сушку (температура 65°C, скорость подачи раствора в сушильную камеру 5 мл/мин, скорость воздушного потока 20 м³/час, продолжительность 20 секунд) и контроль показателей качества (массовая доля белка, содержание аминокислот и витаминов).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами (сравнение полученного белково-витаминного комплекса для обоснования достижения указанного технического результата будет проведено с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172).

Пример 1

Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Диазим Х4 (рН 4,2, температура 45°C, фермент-субстратное соотношение 1:100) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.

Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку. На первой стадии проводят ультрафильтрацию экстракта на установке МФУ-Р-45-300 (Россия) с использованием мембран с диаметром пор 50 кДа при рН 7,0. Вторая стадия включает очистку полученного фильтрата с помощью нескольких последовательных циклов обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на хроматографе LC-20, элюируя белково-витаминный комплекс в градиенте концентраций хлористого натрия. Полученный после проведения ОФ ВЭЖХ продукт высушивают на распылительной сушилке Mini Spray Dryer В-290 (Buchi, Швейцария) в течение 20 с при следующих параметрах: температура 65°C, скорость подачи раствора в сушильную камеру 5 мл/мин, скорость воздушного потока 20 м /час. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.

Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.

Пример 2

Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом Амилосубтилин (рН 6,3; температура 50°C, фермент-субстратное соотношение 1:150) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.

Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку с распылительную сушку аналогично примеру 1. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.

Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.

Пример 3

Кедровый жмых, полученный после извлечения из ядра кедрового ореха масла методом холодного прессования, измельчают до размера частиц 0,1 см, заливают гексаном (соотношение кедровый жмых : гексан 1:5), выдерживают смесь в течение 30 минут при температуре 25°C, фильтруют полученную суспензию с использованием воронки Бюхнера, промывают осадок гексаном и высушивают на воздухе в течение 60 минут до содержания влаги 10%. Далее обезжиренный кедровый жмых подвергают ферментативному гидролизу в биореакторе ферментным препаратом ЦеллоЛюкс-F (рН 4,5, температура 35°C, фермент-субстратное соотношение 1:200) в течение 60 минут. Проводят инактивацию фермента путем нагревания ферментируемой смеси до 70°C в течение 15 минут.

Далее доводят рН смеси до 10,5 с использованием 0,1 М раствора гидроксида натрия и ведут щелочную экстракцию данным раствором при температуре 35°C, гидромодуле 1:15 и продолжительности процесса 60 минут в условиях перемешивания 150 об/мин. По завершению щелочной экстракции полученную суспензию центрифугируют при 4000×g в течение 10 минут, и супернатант направляют двухстадийную очистку с распылительную сушку аналогично примеру 1. Степень очистки белково-витаминного комплекса составляет 95%.

Результаты определения массовой доли белка, содержания аминокислот и витаминов в полученном продукте в сравнении с белком из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что в белково-витаминном комплексе, полученном из кедрового жмыха с использованием разработанного способа (98,0-98,5%), массовая доля белка сопоставима с массовой долей белка в продукте из растительного сырья согласно патенту RU 2138172 (98,0-98,6%). Анализ таблицы 1 также свидетельствует о том, что белково-витаминный комплекс, полученный с использованием разработанного способа, характеризуется повышенной биологической ценностью, в частности содержанием незаменимых аминокислот, по сравнению с продуктом, выбранным для сравнения. Так, содержание треонина в белково-витаминном комплексе из кедрового жмыха превышает данное значение в продукте -аналоге на 26,3%, содержание метионина - на 50,0%, содержание триптофана - на 46,1%, содержание лейцина - на 11,9%, содержание изолейцина - на 88,5%, содержание фенилаланина - на 15,6%, содержание лизина - на 20,5%, содержание валина - на 42,5%.

Кроме того, белково-витаминный комплекс, извлеченный из кедрового жмыха, характеризуется высоким содержанием витаминов группы В (512,3 мг/100 г продукта) и витамина Е (36,9 мг/100 г продукта).

Таким образом, разработанный способ позволяет получить белково-витаминный комплекс из кедрового жмыха, со степенью очистки 95% и высокой биологической ценностью, который может быть использован в производстве продуктов функционального питания и биологически активных добавок к пище. Разработанный способ характеризуется низким расходом экстрагента (гидроксид натрия) и дорогостоящих ферментных препаратов (Диазим Х4, Амилосубтилин, ЦеллоЛюкс-F).