Результат интеллектуальной деятельности: Способ уменьшения алкалоидов в зерне люпина

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к продукции мукомольно-крупяного производства, производству таких полуфабрикатов для продуктов питания как мука и крупа, в том числе функционального назначения, а также к комбикормовой промышленности в качестве заменителей соевых белоксодержащих компонентов комбикормов (замена соевого шрота, жмыха).

Известно техническое решение (Патент РФ №2435437, Кормовой продукт, 13.07.2010), по которому предлагают семена зерновых или зернобобовых подвернуть двухступенчатой тепловой обработке, причем в первой зоне нагрева происходит сухой нагрев сырья через поверхность межтрубного пространства корпуса, который имеет термоизоляцию. В трубах течет теплоноситель, который может обеспечивать нужную температуру нагрева сырья и не агрессивный к материалу трубы и безопасный для сырья. После этого происходит перемещение обработанного сырья из первой зоны нагрева (посредством нории или шнекового транспортера) во вторую зону, где происходит повторный нагрев, как в первой зоне. Время между первой ступенью нагрева (транспортировка из первой зоны нагрева во вторую) и второй не рекомендуется превышать удвоенной продолжительности нагрева продукта. Температура нагрева составляет 105÷125°С. Затем семена охлаждают, дробят бобы на 2-4 части, увлажняют, повторно охлаждают и измельчают до размеров частиц 1-2 мм.

Недостатком данного способа является снижение качественных параметров конечного продукта за счет того, что присутствует возможность превышения допустимого времени обработки семян в зонах нагрева, температуры нагрева в первой зоне и параметров увлажнения после двойного сухого нагрева. Кроме того, реализация предложенного способа затруднена в кормлении животных и в питании людей за счет избытка «антипитательных» веществ до и после обработки на каждой стадии.

Известен также способ получения кормового продукта из люпиновых семян (Патент РФ №2288590, Способ получения кормового продукта из люпиновых семян, 08.09.2005), характеризующийся двукратным замачиванием в воде семян люпина с последующей, по меньшей мере, одностадийной ферментативной обработкой, причем при ферментативной обработке используют ферментные препараты с целлюлазной, гемицеллюлазной, ксиланазной, пектиназной, α-галактозидазной, фитазной, протеазной активностью, а также мультиферментные препараты, обладающие вышеперечисленными активностями, причем после ферментативной обработки проводят дополнительное замачивание семян люпина. При этом перед ферментативной обработкой с семян люпина удаляют оболочку.

Недостатком данного способа обработки семян является то, что трудно определить время обработки семян в зонах замачивания, от которого зависит эффективность данного способа обработки, качественные параметры конечного продукта, которые влияют, в свою очередь, на конечную стоимость готового продукта, а применяемые ферментные препараты не всегда приводят к результатам преобразования люпина пригодным для питания человека по каждой в отдельности стадии, что затрудняет, в свою очередь, возможность использования конечного продукта.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки сои [Красильников В.Н., Мехтиев B.C., Севастьянова Ю.Д., Родионова Т.И. Переработка сои перспективными методами для пищевых целей. // Материалы научной конференции с международным участием в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого, 14-19 ноября 2016. - с. 71-74.], в котором зерно сои сперва подвергается сухому нагреву (жарка), с последующей обработкой в барокамере острым паром при давлении 10 атм, при температуре 150÷160°С. в течение 40 секунд с целью уменьшения ингибиторов протеаз и уреазы, которые являются ограничительными факторами при использовании сои в пищевых целях и в кормлении животных.

Недостатком данного способа является то, что используемые параметры технологической обработки справедливы только для сои, на обработку которой указаны конкретные параметры, обеспечивающие максимальное уменьшение ингибиторов протеаз и уреазы. При этом не указываются качественные характеристики конечного продукта после обработки (вид продукта, размеры частиц, влажность конечного продукта). Данных об обработке других культур и технологических параметрах обработки, в том числе люпина, отсутствуют. Кроме того, нет данных о возможности использования обработанных семян в пищевых целях.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в максимальном уменьшении количества алкалоидов, входящих в состав семян люпина, до уровня, приемлемого для использования в питании людей при сохранении приемлемых органолептических свойств (вкус, цвет, запах), и в одновременном увеличении эффективности готового продукта в сравнении с традиционно применяемыми ингредиентами, например соей.

Технический результат достигается за счет того, что в заявленном способе уменьшения алкалоидов в зерне люпина, включающем механическую и двух стадийную тепловую обработку зерна люпина, вторую стадию тепловой обработки проводят при температуре 140÷180°С в присутствии острого водяного пара при избыточном давлении 5÷15 атм с продолжительностью обработки в барокамере 20÷180 сек, с последующим удалением влаги до 3-14%, измельчают, с последующим охлаждением и сортировкой крупы по размеру частиц до размера 1,5÷4,0 мм.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Вторую стадию тепловой обработки проводят при температуре 140÷180°С в присутствии острого водяного пара при избыточном давлении 5÷15 атм с продолжительностью обработки в барокамере 20÷180 сек за счет того, что острый водяной пар при выше приведенных условиях наилучшим образом экстрагирует (извлекает) алкалоиды из люпина, тем самым снижая их содержание до приемлемого уровня, позволяющее использовать полученные продукты в питании людей. В экспериментах снижение алкалоидов по стадиям технологического процесса составило:

- после первой стадии тепловой обработки снижение составило с исходного содержания алкалоидов 0,082% до 0,042%;

- после второй стадии тепловой обработки снижение составило с 0,042% до 0,032÷0,025%.

Таким образом, абсолютное снижение алкалоидов после двух стадий тепловой обработки составило с 0,082% до 0,025% т.е. в 2,6÷3,3 раза, что позволяет использовать обработанные предложенным способом, семена люпина в пищевых целях, поскольку содержание алкалоидов стало ниже 0,04%, что соответствует норме в РФ, по которой содержание алкалоидов в зерне люпина и в продуктов его переработки не должно превышать 0,04% (согласно ТУ-9716-004-00668502-2008. Люпин продовольственный).

Удаление излишней влаги, измельчение и охлаждение при температуре окружающей среды позволяет снижать влажность обработанного люпина после второй стадии тепловой обработки (влажность до 20%) до значений необходимых для обеспечения хранения готового продукта в течение срока годности (не более 14%) за счет того, что после второй стадии тепловой обработки происходит «выброс» люпина из зоны барокамеры посредством выпускного клапана, при этом, за счет разности давлений, испаряется часть влаги (при этом часть алкалоидов уходит с паром при испарении). Остальная часть влаги удаляется в циклоне-осадителе, где происходит удаление излишней влаги посредством вытяжных вентиляторов.

Сортировка частиц по размеру в диапазоне 1,5÷4,0 мм позволяет сформировать рекомендуемый гранулометрический состав (характеристика дисперсности частиц) пищевой крупы, что позволяет обеспечить одинаковую степень готовности при дальнейшей технологической обработке, при котором будут обеспечены хорошие органолептические свойства всего объема готового продукта.

При этом если продукт после обработки в барокамере и удаления излишней влаги, охладить в специальном охладителе с регулируемым градиентом температуры и далее измельчить до порошка с размерами частиц менее 330 мкм (порошок), то он приобретает дополнительно новые свойства позволяющие использовать его в функциональном питании.

Примеры реализации предлагаемого способа.

Пример 1. По ТУ 9136-213-11163857-2004 производятся безглютеновые кексовые изделия с использованием соевого изолята белка, соевой муки. Вся соевая мука по ТУ 9136-213-11163857-2004 были заменены на люпиновую муку полученную предлагаемым способом. Муку люпиновую, предварительно, равномерно смешиваем с крахмалосодержащие продуктами (мука рисовая, крахмалы), для обеспечения равномерного процесса жиросвязывания в тесте, и как следствие образования равномерного процесса образования пористости. Использование люпиновой муки позволяет получать кексовые изделия с более выраженной цветностью мякиша (цвет мякиша становится ярко-желтым), более равномерной и мелкой пористостью, более интенсивными вкусовыми характеристиками (ореховый привкус) по сравнению с контрольными образцами. Биологическая ценность безглютеновых кексов с использованием люпиновой муки, произведенной предлагаемым способом не уступает таковой на соевой муке, поскольку количество белка в люпине и его аминокислотный состав незаменимых аминокислот находится на таком же уровне что у соевой муки. При этом себестоимость готовой продукции снижается за счет того, что люпиновая мука, произведенная предлагаемым способом, дешевле соевой муки в среднем 1,5 раза.

Пример 2. При изготовлении рассыпчатой каши из гречневой крупы по сборнику рецептур блюд и кулинарных изделий для предприятий общественного питания, предлагается заменить часть гречневой крупы на люпиновую, полученную предлагаемым способом, в процентом соотношении до 50%. Технология изготовления не меняется за исключением рецептуры и закладки круп. При этом в готовых кашах увеличивается биологическая ценность суммарных белков, поскольку белки люпина богаты лизином, которого мало в гречке, а белки гречки богаты метионин+цистином, которого мало в люпине, что дает взаимообогащение незаменимыми аминокислотами. А учитывая, что белка в люпине, в среднем, в 3 раза больше чем в гречке, то в готовых кашах с использованием 50% люпиновой крупы и 50% гречки увеличение белка в готовы кашах составляет 2 раза. Таким образом, в кашах с использованием 50% люпиновой крупы и 50% гречневой крупы происходит увеличение содержание белка в 2 раза, а также взаимообогащение незаменимыми аминокислотами, что делает суммарные белки гречки и люпина практически «идеальным» белком по незаменимым аминокислотам, количества которых близки к рекомендуемым ФАО/ВОЗ. Себестоимость люпиновой крупы дешевле гречневой на 15%, Поэтому крупяная смесь для каши, изготовленные с использованием 50% люпиновой крупы будут на 7,5% дешевле, чем каша только на гречневой крупе. Учитывая, что гречка и люпин не содержат глютена, то гречнево-люпиновую кашу можно использовать при безглютеновой деите.

Пример 3. При изготовлении рассыпчатой каши из рисовой крупы по сборнику рецептур блюд и кулинарных изделий для предприятий общественного питания, предлагается заменить часть рисвой крупы на люпиновую, полученную предлагаемым способом, в процентом соотношении до 50%. Эффект аналогичный как в «Примере 2», только белка в люпиновой крупе в 5 раз больше чем в рисовой, и в готовой люпиново-рисовой каше (в соотношении 50:50) содержание белка увеличивается в 3 раза по сравнению с кашей изготовленной только на рисовой крупе. Себестоимость люпиновой крупы дешевле рисовой на 15÷20%. Люпиново-рисовую кашу также можно использовать в функциональном специализированного назначения, имея ввиду безглютеновую диету, поскольку в рис и люпин не содержат глютена.

Пример 4. При изготовлении кексовых изделий по традиционной технологии на пшеничной муке (рецептура №82). Предлагается заменить часть пшеничной муки по рецептуре №82 на люпиновую муку (до 20% люпиновой муки), полученную предлагаемым способом. При этом белки пшеничной муки (бедные лизином) обогащаются лизином, которого в белках люпина содержится на уровне рекомендуемом ФАО/ВОЗ, т.е. происходит увеличение содержания незаменимых аминокислот в общей мучной смеси, соответственно увеличивается биологическая ценность белка и связанная с этим усвояемость белка. Учитывая, что белка в люпиновой муке в 3,5 раза больше чем в пшеничной, то, помимо увеличения биологической ценности за счет незаменимых аминокислот, происходит еще количественное увеличение белка в готовых кексах с 6,0% до 7,9% (при закладке 20% люпиновой муки и 80% пшеничной), то есть увеличение белка составляет 32% по сравнению с контролем на пшеничной муке. Закладка люпиновой муки в рецептуру кексов, дополнительно позволяет уменьшить закладку меланжа на 20% за счет хороших жироэмульгирующих свойств муки люпина. Мякиш кексов получается более равномерной и мелкой за счет хороших жироэмульгирующих свойств муки люпина.

Эффективность заявляемого способа подтверждается тем, что изготовленные вышеприведенные блюда и изделия отмечались хорошими органолептическими свойствами, например вкусом без горечи, а, следовательно, существенным снижением (отсутствием) алкалоидов. При этом происходит увеличение биологической ценности готовых изделий за счет увеличения содержания белка и увеличение сбалансированности незаменимых аминокислот суммарных белков в готовых изделиях и блюдах.

Таким образом, за счет описанной в способе последовательности действий и указанных численных диапазонов параметров обеспечивается достижение технического результата.