Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА ИЗ СКОРЛУПЫ КЕДРОВОГО ОРЕХА В ВИДЕ ЭКСТРАКТА, СОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

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

В последние годы возрастает интерес к семенам сосны кедровой сибирской Pinus sibirica du tour (кедровому ореху) как к сырью для производства пищевой продукции. Это обусловлено их высокой питательностью и биологической ценностью. 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 и насыщенные жирные кислоты.

Скорлупа кедрового ореха - это уникальный источник углеводно-минерального комплекса и различных органических веществ. Основную часть скорлупы кедрового ореха составляют углеводы, главным образом, клетчатка. В состав скорлупы кедрового ореха входят: углеводы (92%), белки (1-2%), смолы и жиры (до 4%), минеральные вещества и витамины, эфирные масла, красящие и дубильные вещества, зола. Скорлупа имеет своеобразный аминокислотный и макро-микроэлементный состав.

Скорлупу кедрового ореха используют для производства пищевых красителей, настоек, бальзамов, биологически активных добавок, косметических масок, туалетного мыла, зубных паст, активных углей для медицины, очистки сточных вод и сельского хозяйства, кормовых добавок, биоактивных ветеринарных препаратов, опорно-массажных подушек, антикоррозионных наполнителей для лакокрасочных покрытий, клеевых композиций и др. В то же время целесообразно извлечение из скорлупы кедрового ореха БАВ с высокой добавленной стоимостью и широким потенциалом использования, например, углеводных комплексов.

Из уровня техники известен ряд технических решений, направленных на получение углеводов (пищевых волокон) из растительного сырья для их дальнейшего использования в производстве биологически активных добавок и функциональных продуктов питания.

Так известен способ получения пищевых волокон, заключающийся в предварительном увлажнении растительного сырья водой и обработке его жидкой двуокисью углерода. Обработку сырья проводят традиционным способом (патент РФ №2330430, опубл. 10.08.2008).

Недостатком данного способа является нецелесообразное применение при обработке сырья жидкой двуокиси углерода с целью увеличения удельной поверхности сырья, так как отходы представляют собой мелкие частицы. Кроме того, использование жидкой двуокиси углерода в технологическом процессе требует оснащения дорогостоящим и сложным оборудованием, что приводит к увеличению себестоимости конечного продукта.

Известен способ получения пищевого волокна из свекловичного жома (патент РФ №2340678, опубл. 10.12.2008), предусматривающий прессование свекловичного жома, его измельчение до размера частиц 0,5-3,0 мм, обработку насыщенным паром с температурой 105-115°С в течение 5-10 мин. Обработанную растительную массу экстрагируют сульфитированной водой при температуре 45-50°С и рН=5,6-6,5. Затем волокна прессуют, сушат до влажности 5,5-6,5% и измельчают до порошкообразного состояния.

В качестве недостатков известного изобретения следует признать деструкцию компонентов растительного сырья под действием сульфитированной воды и, как следствие, снижение функционально-технологических свойств конечного продукта.

Известен способ изготовления порошковой целлюлозы из различного вида лигноцеллюлозных материалов, получаемых из древесных полуфабрикатов в процессе их переработки на целлюлозно-бумажных предприятиях, соломы травянистых растений, макулатурного сырья (патент РФ №2478664, опубл. 10.04.2013), включающий деструкцию упомянутых материалов путем воздействия на них растворов кислот Льюиса низкой концентрации и органического растворителя при перемешивании с последующей отмывкой и сушкой целевого продукта.

Получение целлюлозы известным способом в промышленном масштабе связано с использованием значительных объемов органического растворителя, требующего определенных мер безопасности при работе с ним и утилизации отходов.

Известен способ получения целлюлозы из соломы риса (патент РФ №2418122, опубл. 10.05.2011), включающий две стадии варки, первую из которых ведут в щелочной среде с последующим отделением целлюлозосодержащего продукта, а вторую в кислой среде смесью перуксусной кислоты, уксусной кислоты и пероксида водорода в присутствии стабилизатора, в качестве которого используют смеси органофосфонатов, при этом вторую стадию варки проводят в присутствии озона с расходом 2-4 г/ч.

Недостатком известного способа является сложность и затратность технологии, обусловленные необходимостью проведения процесса в присутствии озона, а также использования подверженного быстрому разложению пероксида водорода и органических стабилизаторов.

Известен способ получения целлюлозы из недревесного растительного сырья с содержанием нативной целлюлозы не более 50% (патент РФ №2448118, опубл. 20.04.2012). Согласно способу, сырье промывают водой при 40-70°С и атмосферном давлении в течение 0,5-4 ч и осуществляют обработку водным раствором азотной кислоты с концентрацией 2-8% при температуре 90-95°С в течение 4-20 ч с последующим отделением твердой фазы, которую обрабатывают водным раствором едкого натра с концентрацией 1-4% при температуре 60-95°С в течение 1-6 ч.

Недостатком известного способа является значительная продолжительность технологического процесса.

Предложен способ получения пищевых волокон из водорослевого сырья (патент РФ №2445780, опубл. 27.03.2012), предусматривающий использование в качестве сырья красных водорослей или водорослевых остатков после получения агара. Сырье обрабатывают 1-7%-ным раствором щелочи в течение 30-60 мин при гидромодуле 1:2-1:4, фильтруют, подвергают кипячению в воде в течение 30-60 мин при гидромодуле 1:2-1:4 или обрабатывают в растворе кислоты при pH 4,0-6,9 и гидромодуле 1:2-1:4 в течение 15-30 мин. Полученные волокна одновременно центрифугируют и промывают горячей водой с последующей сушкой до остаточного содержания влаги 8-10% в готовом продукте.

В качестве недостатка известного изобретения следует признать использование больших объемов щелочей и минеральных кислот, что требует соблюдения мер безопасности.

Описан способ получения растительных пищевых волокон (патент РФ №2336731, опубл. 27.10.2008), включающий гидролиз сырья при температуре 50-70°С в течение 2 ч с последующей инактивацией в течение 15 мин. Гидролиз проводят пектинтрансэлиминазой Bacillus subtilis с активностью 32380,0 ед/мл или α-амилазой Bacillus licheniformisc активностью 633,3 ед/мл. Полученные пищевые волокна отделяют и подвергают обесцвечиванию раствором перекиси водорода.

Основным недостатком данного изобретения является использование дорогостоящих ферментов.

Известен способ получения целлюлозы из бурых морских водорослей (патент РФ №2556115, опубл. 10.07.2015), предусматривающий делигнификацию измельченного сырья путем кипячения в 4-6% растворе серной кислоты при гидромодуле 1:45-55 в течение 5-10 мин, выделение и промывание твердого остатка с последующим кипячением в 2,5-5,0% растворе гидроксида калия КОН при гидромодуле 1:50-60 в течение 5-10 мин, промывание и сушку на воздухе выделенного целевого продукта.

Данный способ характеризуется недостатком - низким содержанием витаминов и микроэлементов в полученном продукте.

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

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в утилизации ценного растительного сырья - скорлупы кедрового ореха.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в получении из скорлупы кедрового ореха углеводно-минерального комплекса с высокими значениями биологической ценности (содержание углеводов, витаминов, минеральных веществ), функционально-технологических свойств (водоудерживающая способность, жироудерживающая способность, степень набухаемости) и степени очистки.

Для достижения указанного технического результата скорлупу кедрового ореха измельчают, заливают водным раствором глицерина и ведут экстракцию при нагревании в течение 2 ч. Затем полученный экстракт подвергают ультрафильтрации и распылительной сушке.

Разработанный способ реализуют следующим образом.

Скорлупу кедрового ореха измельчают на валковой дробилке до размера частиц 0,5-0,7 мм, заливают 5,0%-ным водным раствором глицерина и ведут экстракцию при температуре 80°С, рН=8,5 в течение 2 ч. при гидромодуле (отношение массы скорлупы кедрового ореха к объему раствора глицерина), равном 1:5 или 1:15, или 1:25.

По окончании экстракции осуществляют фильтрацию полученного экстракта на ультрафильтрационной установке с использованием мембран с диаметром пор 0,01 мкм при температуре 60°С и давлении 0,5 МПа. Полученный после проведения ультрафильтрации продукт высушивают на распылительной сушилке в течение 20 с при следующих параметрах: температура 100°С, скорость подачи раствора 8 мл/мин, скорость воздушного потока 15 м³/ч. Завершающая стадия процесса - контроль показателей качества полученного углеводно-минерального комплекса (содержание углеводов, витаминов, минеральных веществ, функционально-технологические свойства).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами (сравнение полученного углеводно-минерального комплекса для обоснования достижения указанного технического результата будет проведено с пищевыми волокнами из водорослевого сырья согласно патенту RU 2445780).

Пример 1

Скорлупу кедрового ореха измельчают на валковой дробилке до размера частиц 0,5-0,7 мм, заливают 5,0%-ным водным раствором глицерина (гидромодуль 1:5) и ведут экстракцию при температуре 80°С, рН=8,5 в течение 2 ч. По окончании экстракции осуществляют фильтрацию полученного экстракта на ультрафильтрационной установке с использованием мембран с диаметром пор 0,01 мкм при температуре 60°С и давлении 0,5 МПа. Полученный после проведения ультрафильтрации продукт высушивают на распылительной сушилке в течение 20 с при следующих параметрах: температура 100°С, скорость подачи раствора 8 мл/мин, скорость воздушного потока 15 м³/ч. Завершающая стадия процесса - контроль показателей качества полученного углеводно-минерального комплекса (содержание углеводов, витаминов, минеральных веществ, функционально-технологические свойства). Степень очистки углеводно-минерального комплекса составляет 95%.

Пример 2

Скорлупу кедрового ореха измельчают на валковой дробилке до размера частиц 0,5-0,7 мм, заливают 5,0%-ным водным раствором глицерина (гидромодуль 1:15) и ведут экстракцию при температуре 80°С, рН=8,5 в течение 2 ч. Далее аналогично примеру 1. Степень очистки углеводно-минерального комплекса составляет 95%.

Пример 3

Скорлупу кедрового ореха измельчают на валковой дробилке до размера частиц 0,5-0,7 мм, заливают 5,0%-ным водным раствором глицерина (гидромодуль 1:25) и ведут экстракцию при температуре 80°С, pH 8,5 в течение 2 ч. Далее аналогично примеру 1. Степень очистки углеводно-минерального комплекса составляет 95%.

Результаты изучения химического состава и функционально-технологических свойств полученного продукта в сравнении с пищевыми волокнами из водорослевого сырья согласно патенту RU 2445780 представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что в углеводно-минеральном комплексе, полученном из скорлупы кедрового ореха с использованием разработанного способа, массовая доля углеводов (95,7-96,2%) превышает данный показатель для продукта, полученного согласно патенту RU 2445780 (83,5-91,0%). Анализ таблицы 1 также свидетельствует о том, что углеводно-минеральный комплекс, полученный с использованием разработанного способа, характеризуется минимальным содержанием белка (0,42-0,75%), влаги (3,8-4,5%) и золы (0,4-0,6%). Для пищевых волокон, полученных из водорослевого сырья согласно патенту RU 2445780, значения данных показателей составляют, соответственно, 4,3-14,0%, 8,0-10,0% и 2,0-5,0%. Кроме того, углеводно-минеральный комплекс, извлеченный из скорлупы кедрового ореха, характеризуется высоким содержанием витамина С (35,8-37,0 мг/100 г) и минеральных веществ (3,5-4,0%).

По функционально-технологическим свойствам (водоудерживающая и жироудерживающая способности, степень набухаемости) углеводно-минеральный комплекс, полученный из скорлупы кедрового ореха в соответствии с предложенным способом, превосходит пищевые волокна из водорослевого сырья, полученные согласно патенту RU 2445780. Так, водоудерживающая способность углеводно-минерального комплекса на 40% выше данного показателя для продукта согласно патенту RU 2445780, жироудерживающая способность - на 133%, степень набухаемости - на 14%.

Таким образом, разработанный способ позволяет получить углеводно-минеральный комплекс из скорлупы кедрового ореха со степенью очистки 95%, высокой биологической ценностью и высокими функционально-технологическими свойствами, который может быть использован в производстве продуктов функционального (спортивного) питания и биологически активных добавок к пище.