способ получения пищевого белка из растительного сырья

Формула изобретения

1. Способ получения пищевого белка из растительного сырья, включающий его очистку и помол с отделением отрубей, получение фугата и шрота центрифугированием, коагуляцию белка как сырца изолята из фугата, а также экстракцию липидов с помощью жидкой двуокиси углерода под давлением выше атмосферного, отличающийся тем, что вслед за помолом растительного сырья проводят его растворение и суспензирование в воде с последующим выделением сырца белкового изолята и шрота, а экстракцию липидов производят на последней стадии процесса непосредственно из полученного сырца изолята и шрота.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение и суспензирование растительного сырья проводят в питьевой воде, имеющей pH 6 ... 7.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют соевые бобы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что помол соевых бобов производят при температуре не выше 40^oC с получением зерен, размерами менее 45 - 65 мкм.

5. Способ по п.1 и 3, отличающийся тем, что экстракцию липидов производят проточно-прерывисто, пропуская жидкую двуокись углерода сквозь массу изолята.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что экстракцию липидов производят при давлении 5,6 - 6,5 Мпа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве пищевых продуктов в кондитерской, пищеконцентратной, консервной, химической промышленности, а также при производстве лекарств и в кормопроизводстве.

Известны различные способы получения пищевого белка из растительного сырья. Например, широко распространен способ, применяемый компанией "Central Coye" (Буряков Ю.П. Производство и переработкa сои за рубежом.- М., 1974, с. 18-21). Этот известный способ принципиально состоит из следующих основных последовательных операций: очистка, сушка, нагревание до 105^oС в течение 4 ч и охлаждение сои; измельчение на дробилках валкового типа и отделение семенной оболочки с последующим ее помолом; плющение и получение "лепестка" (хлопьев); экстрагирование гексаном и получение сырого соевого масла; рафинация соевого масла - гидратация, удаление восков, щелочная нейтрализация, отбелка, дезодорация и выделение фосфатидов; переработка соевого шрота карбогидрированием в пищевую дезодорированную муку, содержащую 70% протеина, освобожденную от водорастворимых сахаров, в кормовые шроты, имеющие 49% протеина. Особенностями применяемой технологии переработки являются гидрирование лецитина и фосфатидов, обработка масла фосфорной кислотой с целью освобождения его от фосфорсодержащих веществ, что имеет большое значение при его дальнейшей гидрогенизации, щелочная нейтрализация в растворе гексана с одновременным удалением восков, дезодорация на малогабаритных установках. Получаемые после экстракции обезжиренные соевые хлопья (лепестки) увлажняют до 20-30% и подвергают в течение 30-40 мин тепловой обработке до 103^oС. Их прогревание необходимо для разрушения сапонина, ингибитора трипсина и соина, которые неблагоприятно влияют на пищеварение, угнетающе действуют на обмен веществ. В результате этого известного способа получают высокобелковые продукты - кормовую обезжиренную соевую муку с содержанием протеина 49%, соевый концентрат, имеющий 70% белка и 90% изолированных белков. Последние два вида продуктов используют главным образом на пищевые цели. Обогащенный соевый шрот, обезжиренную соевую муку применяют на различные кормовые цели. Все отходы и побочные продукты утилизируют и используют в пищевой и комбикормовой промышленности. В процессе переработки сои на маслозаводах остается плодовая оболочка, которая составляет 1-1,5% от массы зерна. В маслобойно-жировой промышленности оболочку утилизируют, перемалывают и направляют для приготовления комбикормов для бройлеров.

Но известный описанный выше способ получения пищевого белка из растительного сырья имеет ряд недостатков, основным из которых является применение в способе гексана, являющегося экологически негативным веществом, засоряющим не только целевой и побочные продукты, но и окружающую среду. Кроме того, применение гексана делает производство пищевого белка взрыво- и пожароопасным, а также увеличивает себестоимость продукта за счет необходимости применения дорогого очистного оборудования.

Названный недостаток ликвидирован в других способах получения пищевого белка из растительного сырья (авт. свид. СССР 2054265, кл. А 23 J 1/14, 28.02.94 "Способ получения изолята белка и крахмала из гороха"). Этот известный способ предусматривает шелушение, измельчение семян гороха, экстракцию белка, отделение нерастворимого остатка от раствора белка, осаждение белка из раствора, отделение и нейтрализацию белкового осадка с получением изолята белка, фракционирование нерастворимого остатка с отделением мезги от крахмала, промывку, нейтрализацию и сушку крахмала с получением готового продукта. Согласно этому способу экстракцию проводят технологическим рассолом, имеющим ионную силу 0,0015 - 0,15 при рН 6,5-9,0. Осаждение белка проводят при рН 4,3 - 5,6, а технологический рассол с ионной силой 0,0015 - 0,15 для экстракции получают объединением супернатантов, образующихся при разделении, промывке и нейтрализации крахмала и мезги с добавлением или без добавления солей. Вместе с тем и измельчение гороха осуществляют в технологическом рассоле с ионной силой 0,0015 - 0,15. Кроме того, отделение крахмала от мезги и остаточного белка осуществляют путем фракционирования нерастворимого остатка суспензии на гидроцилиндрах с одновременной противоточной водной промывкой. Но известный описанный способ имеет низкую производительность и значительные трудозатраты на его производство, объясняющиеся тем, что при известном способе приходится вести обработку значительных масс сырья, расходуя значительное количество реагентов и используя сложные технологические параметры. Кроме этого, белок, получаемый известным способом, низкокачественен из-за высокого содержания в нем жирорастворимых соединений.

Последний недостаток известного способа по авт.св. СССР 2054265 частично ликвидирован в способе получения пищевого белка из растительного сырья (патент РФ 2007927, кл. А 23 J 1/14, 09.10.92, "Способ получения пищевого белка из растительного сырья"). Этот способ получения белка является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению (прототипом). В названном способе получения пищевого белка из растительного сырья, предусматривающем измельчение сырья, его экстрагирование в щелочной среде, отделение щелочного экстракта, изоэлектрическое осаждение белка из экстракта, его промывку и удаление алкалоидов, согласно изобретению удаление алкалоидов осуществляют непосредственно после измельчения сырья путем его экстрагирования жидкой двуокисью углерода при давлении выше атмосферного и отделения СО₂-экстракта без сброса давления, который проводят в процессе щелочного экстрагирования до отделения щелочного экстракта. Это позволяет повысить выход белка за счет облегчения диффузии щелочного экстрагента при повышенном давлении и облегчения его отделения за счет нарушения сплошности клеточных оболочек сырья при сбросе давления в процессе щелочной экстракции, что повышает производительность способа, а также за счет физических свойств жидкой двуокиси углерода позволяет удалить не только алкалоиды, но и жирорастворимые вещества типа хлорофилла. В предпочтительном варианте экстрагирование жидкой двуокисью углерода осуществляют путем по меньшей мере однократной пропитки сырья жидкой двуокисью, ее сплава, сброса давления до атмосферного и повторной пропитки при возврате слитой двуокиси углерода. Это позволяет доизмельчить сырье, чтобы увеличить поверхность контакта фаз и скорость массообмена при экстрагировании жидкой двуокисью углерода и щелочным экстрагентом, что дополнительно увеличивает производительность процесса за счет сокращения времени. Способ реализуется следующим образом. Растительное сырье измельчают и экстрагируют жидкой двуокисью углерода алкалоиды и жирорастворимые вещества, возможно с промежуточным сливом жидкой двуокиси углерода, сбросом давления и возвратом жидкой двуокиси углерода при давлении выше атмосферного, после чего СО₂-экстракт удаляют, а сырье экстрагируют щелочным экстрагентом для извлечения белка. В процессе щелочной экстракции на время пропитки сырья сохраняют давление выше атмосферного для ускорения диффузии экстрагента в сырье, а затем давление сбрасывают до атмосферного, что облегчает выход щелочного экстракта за счет вскрытия растительных клеток. Щелочной экстракт отделяют и обрабатывают кислотой для снижения рН и осаждения белка в изоэлектрической точке. Осажденный белок сепарируют и промывают от остатков щелочи и кислоты.

Однако способ-прототип имеет низкую производительность и значительные трудозатраты на его производство, объясняющиеся тем, что в этом известном способе приходится вести обработку значительных масс сырья, "разбухшего" в щелочной среде, расходуя значительное количество реагентов и используя сложные технологические параметры.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе получения пищевого белка из растительного сырья, включающем его очистку и помол с отделением отрубей, получение фугата и шрота центрифугированием, коагуляцию белка как сырца изолята из фугата, а также экстракцию липидов с помощью жидкой двуокиси углерода под давлением выше атмосферного, согласно изобретению, вслед за помолом растительного сырья проводят его растворение и суспензирование в воде с последующим выделением сырца белкового изолята и шрота, а экстракцию липидов производят на последней стадии процесса непосредственно из полученного сырца изолята и шрота. При оптимальном варианте в качестве растительного сырья используют соевые бобы. Кроме этого, экстракцию липидов производят проточно-прерывисто, пропуская жидкую двуокись углерода сквозь массу изолята. Вместе c тем экстракцию липидов производят при давлении 5,6 - 6,5 МПа, а помол соевых бобов производят при температуре не выше 40^oС с получением зерен размерами менее 45-65 мкм. В предпочтительном варианте растворение и суспензирование растительного сырья проводят в питьевой воде, имеющей рН 6-7.

Задача изобретения - создание такого способа, который позволил бы повысить производительность получения пищевого белка и снизить трудозатраты на его производство, а также повысить качество белка за счет уменьшения в нем липидов, снижения влажности, отсутствия бактериальной зараженности и повышения растворимости.

Техническим результатом, достигнутым в процессе решения задачи, является сокращение времени экстракции липидов в общем технологическом процессе получения пищевого белка из растительного сырья.

Это достигается за счет механизма выдавливания липидов из центра зерен муки растительного сырья на их периферию еще во время операций центрифугирования при разделении фугата и шрота, а также незначительным (4-7%) содержанием липидов в изоляте-сырце по сравнению с исходным сырьем (17% и выше). Другими словами, сокращение времени экстракции липидов из готового изолята достигается "облегчением" их выделения из зерен муки растительного сырья, так как это было сделано на операциях центрифугирования. Т. е. на операциях центрифугирования помимо основной функции разделения фугата и шрота, а затем влажного сырца изолята и вторичного фугата было обеспечено "выдавливание" липидов из центра зерен растительного сырья на их периферию. Это отсутствует и в способе-прототипе, и в способах-аналогах, так как в этих способах операцию экстрагирования липидов производят перед центрифгированием. Кроме этого, применение нового способа получения белка позволяет благодаря проведению операции экстракции липидов после операции центрифугирования резко снизить количество расходных материалов, в частности жидкой двуокиси углерода, необходимой для осуществления способа получения белка из растительного сырья, холодной и горячей воды и электроэнергии. Объясняется это тем, что в заявляемом способе при экстракции липидов обрабатывается меньший объем сырья, так как на предшествующей операции водной экстракции удаляется свыше 25% водорастворимых веществ: 12-15% протеина, а также моно- и олегосахаров, органических кислот, минеральных солей и т.п. Снижение количества объема перерабатываемого сырья также ведет к сокращению времени экстрагирования. Вместе с тем использование эстракции липидов жидкой углекислотой на последнем этапе способа повышает качество белка, так как приводит к дополнительному досушиванию продукта и его бактериальному обеззараживанию. Повышение качества белка, проявляющееся в его высокой растворимости, было достигнуто подбором оптимальных температурных параметров помола, экстракции белка и липидов и высушивания, которые позволили не перейти порог, ухудшающий растворимость белка.

Доказательства возможности осуществления заявляемого способа получения белка из растительного сырья с реализацией указанного назначения приводятся ниже на примере получения белка из бобов сои. Первоначально проводят очистку бобов сои, так как от этого зависит качество целевого продукта. Эту операцию осуществляют любыми известными способами. Загнившие, заплесневевшие, пораженные вредителями, засоренные посторонними примесями: песком, пылью, частями стеблей и стручков, семенами других растений и т.п. бобы сои к дальнейшей операции не допускают. Затем производят сортовой помол очищенных бобов на мельничном комплексе производительностью 1000 кг/ч при температуре в зоне помола не более 40^oС. При этом получают соевую муку размером частиц менее 45 - 65 мкм. Сразу после помола производят отделение отрубей, т.е. оболочек бобов и их зародышей. Полученные отруби фасуют и отправляют по назначению.

Следующая операция - это суспензирование в воде соевой муки, отделенной от отрубей, с растворением водорастворимых белков. Растворение и суспензирование соевой муки проводят не в щелочном растворе воды, как в способе-прототипе, а именно в питьевой воде, имеющей рН 6 - 7. Этим самым в заявляемом способе исключают в 1,5 - 2 раза "разбухание" объема массы соевой муки, происходящее при щелочных рН, что сокращает трудозатраты процесса. Кроме того, некоторое уменьшение выхода изолята при водной экстракции с нейтральными значениями рН позволяет резко повысить качество получаемого концентрата (второго конечного продукта). Растворение и суспензирование проводят в соотношении мука-вода 1:10 в баках объемом 8,5 м³, с устройствами для механического перемешивания в течение 30-60 мин. В процессе этой операции получают суспензию нерастворимых частей соевых бобов в растворе белков в воде. Жизнеспособность суспензии не более 3,5 ч. Далее водную суспензию центрифугируют с циклом 15 мин, получая шрот влажностью 60 - 70% и водный раствор белка (фугат). Далее в распылительной сушилке при входной температуре 170 - 180^oС проводят сушку влажного шрота, получая шрот при выходной температуре 75 - 85^oС влажностью 8-10%, который затем отправляют на дальнейшие операции. А водный раствор белка (фугат) коагулируют в течение 10-15 мин соляной кислотой концентрацией 35-37% в баках из пищевой нержавеющей кислотостойкой стали емкостью 1,5 м³. Закисление проводят до рН 4,5 - 5,5. Далее закисленный фугат подвергают центрифугированию в течение 10 мин, получая белок, влажностью около 60% (пастообразный влажный сырец изолята). Этот пастообразный влажный сырец изолята сушат в распылительной сушилке при входной температуре 120 - 140^oС и выходной - 85 - 90^oС, получая при этом сырец изолята влажностью 5-7%.

Следующая операция по получению пищевого белка - это экстракция из сырца изолята липидов. Эту операцию производят проточно-прерывисто, пропуская жидкую двуокись углерода сквозь массу сырца изолята, загруженного в баки из пищевой нержавеющей стали, при рабочем давлении 5,6 - 6,5 МПа и температуре 20 - 25^oС. В результате получают пищевой белок с содержанием липидов менее 3%, который затем фасуют и отправляют по назначению. Полученный таким образом изолят имеет содержание пищевого белка свыше 90%.

Параллельно операциям по получению пищевого белка в виде изолята проводят операции по обработке шрота влажностью 8-10%, который был получен после операции сушки. Этот процесс состоит в экстракции липидов и идет аналогично операции экстракции липидов из сырца изолята на аналогичном оборудовании. При этом получают пищевой белок в виде концентрата с содержанием липидов менее 3% и содержанием белка 60 - 70%.

Таким образом, заявляемый способ получения пищевого белка позволяет повысить производительность получения пищевого белка, снизить трудозатраты на его производство, повысив при этом его качество за счет малого содержания в нем липидов, низкой влажности, отсутствия бактериальной зараженности и высокой степени растворимости белка. Вместе с тем заявляемый способ получения пищевого белка позволяет произвести вымывание водой, денатурацию и распад биологически активных веществ, вызывающих торможение и угнетение перевариваемости и обмена, таких как сапонин, ингибиторы трипсина и соин. Операции заявляемого способа, связанные с закислением раствора, а также сушки сырца изолята и шрота, полностью денатурируют токсические вещества белковой природы.