способ получения белково-витаминного продукта

Формула изобретения

1. Способ получения белково-витаминного продукта, включающий очистку зерна, его измельчение, приготовление замеса, разваривание крахмалистой массы, осахаривание, сбраживание сусла дрожжами, брагоректификацию и выделение продукта, отличающийся тем, что для получения замеса берут зерно и воду в соотношении 1: 2,5-3,5, осахаривание производят смесью по меньшей мере одного ферментного препарата и солода при соотношении 0,2-0,8:1 в количестве 5-12 мас. %, приходящихся на условный крахмал, а для сбраживания сусла используют дрожжи в количестве 8-26 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт подвергают обезвоживанию до достижения влажности 7-15%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве осахаривающего материала используют солод из зерна пленчатых культур или его смесь с солодом из голозерных культур.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве пленчатых культур используют овес, и/или просо, и/или ячмень, а в качестве голозерных культур - пшеницу и/или рожь.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве ферментного препарата используют бактериальную альфа-амилазу и/или грибную глюкоамилазу.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что для сбраживания используют XII или термотолерантную У-1986 расы дрожжей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способам получения белково-витаминных продуктов, и может быть использовано при производстве спирта из зернового сырья.

Известна типовая технологическая схема производства спирта, включающая очистку зерна, его измельчение, приготовление замеса, разваривание крахмалистой массы, осахаривание, сбраживание сусла дрожжами и брагоректификацию /Фукс А.А. Технология спиртового производства. - М.: Пищепромиздат, 1951, с. 548 - 553/. В качестве отхода спиртового производства получается зерновая барда - сложная полидисперсная система, сухие вещества которой находятся в виде взвесей или в растворенном состоянии.

Показатели, характеризующие зерновую барду, приведены в книге "Технология спирта" [В. А. Маринченко, В.А. Смирнов, Б.А. Устинников и др. Под ред. В. А. Смирнова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 387-389. В частности, сухие вещества составляют от 6,0 до 8,0% всей барды. В свою очередь сухие вещества содержат, %:

Сырой протеин - 26,5 - 27,5

Безазотистые экстрактивные вещества - 40,0 - 50,0

Жир - 6,0 - 7,5

Клетчатку - 12,8 - 13,4

Золу - 7,6 - 8,7

Кормовая ценность сухой барды составляет 0,7 кормовой единицы.

Помимо протеина в барде содержатся макро- и микроэлементы, витамины, органические кислоты и другие соединения. Значительное количество протеина и множество витаминов позволяет отнести зерновую барду к белково-витаминным продуктам, назначение которых значительно шире, нежели высокопитательная кормовая добавка для животных.

Известен способ контроля качества отхода - зерновой барды при производстве спирта, результатом которого является получение зависимости между потерями спирта и составом зерновой барды, сухие вещества которой составляют 6 - 12 мас.%, при этом рН 4,0 - 6,0, содержание спирта в барде не превышает 0,010 - 0,012 об.%, а сухие вещества содержат следующие компоненты в % от всей барды:

Зола - 0,8 - 0,5

Азотистые вещества - 1,7 - 2,0

Жир - 0,4 - 0,9

Клетчатка - 0,7 - 0,9

Безазотистые экстрактивные вещества - 4,4 - 4,7

[Описание изобретения к патенту РФ 2120964, МПК⁶ С 12 F 3/10, опубл. 27.10.1998 года, Бюл. 30].

Следует отметить, что данная технология получения спирта и, соответственно, контроля качества отхода его производства являются трудноосуществимыми. Не вызывает сомнения возможность проведения экспресс-анализа состояния кислотности, содержания спирта и, в какой-то степени, сухих веществ в барде. Однако проконтролировать химический состав барды в течение одного часа силами производителя спирта в настоящее время не представляется возможным, или, по крайней мере, этот процесс сопряжен со значительными материальными издержками.

Известен способ производства спирта и кормопродукта, предусматривающий приготовление замеса из измельченных зерен, например, пшеницы, разваривание крахмалистой массы, осахаривание, сбраживание сусла, брагоректификацию, получение спирта и барды и выращивание на ее основе кормовых дрожжей, содержащих протеин, витамины и другие соединения [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1500671, МПК⁴ С 12 Р 7/06, опубл. 15.08.1989 года. Бюл. 30].

На стадии выделения спирта в качестве отхода получают барду, содержащую, очевидно, недостаточное количество полезных веществ, поскольку появляется потребность использовать ее в качестве основы питательной среды для выращивания кормовых дрожжей Candida tropicalis CK-4, дополнительно добавляя в нее сульфат аммония. Полученный кормопродукт (также известный как белково-витаминный концентрат) используют в качестве ценной добавки в корма всех сельскохозяйственных животных. Учитывая, что в результате переработки барды получают кормопродукт с содержанием протеина 18,7% к сухому веществу, его производство можно считать нерентабельным, поскольку зерновая барда, полученная известными способами (например, см. патент РФ 2120964), имеет в своем составе до 33,33% протеина в пересчете на сухое вещество, что также считается недостаточно большим количеством.

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении технологических возможностей существующих способов получения белково-витаминных продуктов.

В результате решения поставленной задачи можно получить белково-витаминный продукт с улучшенными потребительскими свойствами и расширенной областью применения.

Для этого в известном способе получения белково-витаминного продукта, включающем очистку зерна, его измельчение, приготовление замеса, разваривание крахмалистой массы, осахаривание, сбраживание сусла дрожжами, брагоректификацию и выделение продукта, для получения замеса берут зерно и воду в соотношении 1: 2,5-3,5, осахаривание производят смесью по меньшей мере одного ферментного препарата и солода при соотношении 0,2-0,8:1 в количестве 5-12 мас. %, приходящихся на условный крахмал, а для сбраживания сусла используют дрожжи в количестве 8-26 об.%.

Кроме этого:

- продукт подвергают обезвоживанию до достижения влажности 7 - 15%;

- в качестве осахаривающего материала используют солод из зерна пленчатых культур или его смесь с солодом из голозерных культур;

- в качестве пленчатых культур используют овес, и/или просо, и/или ячмень, а в качестве голозерных культур используют пшеницу и/или рожь;

- в качестве ферментного препарата используют бактериальную альфа-амилазу и/или грибную глюкоамилазу;

- для сбраживания используют XII или термотолерантную У-1986 расы дрожжей.

Способ получения белково-витаминного продукта осуществляют следующим образом.

Поступившее на переработку зерновое сырье необходимо очистить от металлических и сорных примесей. К сорным примесям относят в основном минеральный сор. Крахмалсодержащие примеси к сорным не относятся. Очищенное зерно поступает на дезинтегратор для измельчения и далее в смеситель для приготовления замеса. Соотношение зерна и воды в смесителе берут в соотношении 1:2,5-3,5, что определяется в зависимости от крахмалистости сырья и с учетом получения концентрации сусла в осахаривателе в пределах от 13 до 18% по сахаромеру. Крахмалистую массу из смесителя подают в варочные колонны и далее в выдерживатель, где обыкновенный крахмал окончательно превращается в растворимый. Охлажденная масса непрерывно поступает в осахариватель, куда также непрерывно поступает осахаривающий материал - смесь по меньшей мере одного ферментного препарата и солода при соотношении 0,2-0,8:1 в количестве 5 - 12 мас.%. Сусло из осахаривателя подается в бродильный чан. Одновременно туда подаются дрожжи, расход которых составляет от 8 до 25% по объему сбраживаемого сусла. Нормативные показатели зрелой бражки, являющейся основой для получения белково-витаминного продукта, аналогичны показателям, предусмотренным для прогнозирования выхода спирта. Например, кислотность бражки должна быть в пределах 0,15 - 0,40 град., содержание несброженных углеводов от 0,170 г/100 см³ до 0,550 г/100 см³, содержание спирта от 7 до 9 об.% и т.д.

В результате брагоректификации, помимо спиртосодержащей жидкости и диоксида углерода, получают жидкий, с содержанием сухих веществ в пределах от 6,0 до 11,0%, белково-витаминный продукт, который, в зависимости от целей, может использоваться либо в жидком или упаренном виде, либо в сухом, для чего продукт обезвоживают до достижения влажности 7 - l5%.

Для получения белково-витаминного продукта с улучшенными потребительскими свойствами необходимо учитывать следующие особенности технологического процесса: осахаривание крахмалистой массы производят смесью по меньшей мере одного ферментного препарата и солода. Ферментные препараты известны значительной, по сравнению с солодом, ферментативной активностью. Солод известен как источник комплекса биологически активных веществ, одна часть которых также обладает ферментативной активностью, а другая часть в виде витаминов, аминокислот, макро- и микроэлементов и некоторых других улучшает потребительские качества готового продукта. Сочетание ферментного препарата (или препаратов) с солодом позволяет упростить технологию производства белково-витаминного продукта за счет уменьшения присущих им объемов и масс как самих веществ, так и составляющих их компонентов, подвергающихся по мере использования в технологическом процессе хранению и перемещениям.

В процессе получения белково-витаминного продукта возникает потребность его обезвоживания, которое производят механически, путем отделения излишков влаги. Дисперсность продукта влияет на трудоемкость и аппаратное оснащение технологии обезвоживания. В случае с белково-витаминным продуктом шелуха пленчатых культур увеличивает дисперсность жидкого продукта, что положительно влияет на последующее влагоотделение. Если учесть, что для производства продукта может быть использовано зерно голозерных культур или обрушенное зерно пленчатых культур, единственным источником шелухи остается зерно, идущее на приготовление солода, при этом необходимо отметить, что в зерновой шелухе также содержатся вещества, улучшающие потребительские качества конечного продукта. В качестве пленчатых культур можно использовать, например, овес, и/или просо, и/или ячмень и др. В зависимости от ферментативной активности солода последний может быть представлен в виде смеси с солодом из голозерных культур, таких как пшеница и/или рожь и др.

В качестве ферментных препаратов можно использовать бактериальную альфа-амилазу и/или грибную глюкоамилазу. Все зависит от амилолитической или декстринолитической способности, которой должен обладать осахаривающий препарат. В настоящее время наибольшее распространение получили препараты глубинного культивирования бактерий Вас. subtilis - Амилосубтилин Г3х и Гх и плесневого гриба Asp. Аwamori - Глюкаваморин Г3х и Гх.

Для сбраживания сусла используют XII или термотолерантную У-1986 расы дрожжей Saccharomices cerevisiae. Их функция - переработка сахаров сусла в спирт. Дрожжи, которые по какой-либо причине не участвовали в процессе спиртообразования (излишки), полностью переносят свои питательные вещества в белково-витаминный продукт, улучшая тем самым его потребительские свойства.

В окончательном виде белково-витаминный продукт, сухие вещества которого составляют 5 - 15% от его общего веса, представляет собой коричневую сыпучую хлопьевидную массу (которую при необходимости можно подвергнуть грануляции), обладающую приятным запахом и умеренно-кислым вкусом, и в котором полностью отсутствуют сахара. В составе сухих веществ продукта содержатся следующие компоненты, %:

Сырой протеин - 30,0 - 55,0

Сырой жир - 3,0 - 7,5

Сырая зола - 1,5 - 5,5

Сырая клетчатка - 9,5 - 12,0

Безазотистые экстрактивные вещества - 31,0 - 45,0

Содержание сухих веществ в полученном после брагоректификации бражки продукте зависит от многих факторов. Если в качестве исходного сырья использовалась голозерная культура, например пшеница с высокой крахмалистостью, для осахаривания применяли смесь с преимущественным использованием ферментных препаратов, а для сбраживания использовали минимально достаточное количество дрожжей, то содержание сухих веществ в продукте будет минимальным. И наоборот, если в качестве исходного сырья использовалась пленчатая культура, например овес, для осахаривания применяли смесь с преимущественным использованием просяного и ячменного солода, а для сбраживания использовали заведомо большее чем необходимо количество дрожжей, то в этом случае содержание сухих веществ в продукте будет максимальным. Это необходимо учитывать при прогнозировании требуемых потребительских свойств к окончательному продукту, например излишек дрожжей влечет за собой увеличение витаминов группы В и т.д.

Такой же подход сохраняется к обоснованию количественных границ компонентов продукта, например максимальное количество жира в продукте возможно в случае, если для переработки будет использована зерновая культура с большим содержанием жира, например овес, а рис, несмотря на большую крахмалистость, обеспечит минимальное содержание жира и т.д.

Изобретение можно проиллюстрировать на примере переработки 1 тонны пшеницы с крахмалистостью 55%.

Для приготовления замеса измельченную пшеницу смешивают с 3,1 м³ воды. Осахаривание производят путем добавления в разваренную острым паром массу 27,5 кг ячменного солода и 13,0 кг глюкаваморина Гх-466. По завершении процесса осахаривания сусло смешивают с дрожжами расы У-1986 в количестве 10% от объема сусла, что примерно составляет 400 кг.

В результате брожения и брагоректификации можно получить 4680 кг жидкого белково-витаминного продукта, 36 дал спиртосодержащей жидкости и 235 кг диоксида углерода. Белково-витаминный продукт в жидком виде практически не хранится, поэтому из него рекомендуется удалить излишки влаги до их содержания в продукте от 7 до 15%. В таком виде продукт можно хранить достаточно долго.

Химический, витаминный и аминокислотный состав белково-витаминного продукта из зерна пшеницы и ячменного солода приведен в таблице.

Продукт, полученный указанным способом, является многоцелевым. Его можно использовать как источник белка, витаминов, макро- и микроэлементов и разнообразных аминокислот в продуктах питания, например, для больных диабетом (т. к. в продукте отсутствует сахар), при лечении некоторых форм туберкулеза (большое количество протеина), при восстановлении сил истощенных длительным недоеданием людей, в качестве высококалорийной добавки к продуктам питания для людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, например спортсменов и т. д. Отмечено, что белково-витаминный продукт позволяет выводить из организма радионуклиды.

Возможно использование продукта в качестве косметического средства, например, для ухода за стареющей и увядающей кожей, которая получает необходимые макро- и микроэлементы, аминокислоты и витамины путем насыщения ими дермального слоя. Наличие витаминов группы В придает продукту дополнительные качества, позволяющие использовать его для лечения некоторых кожных заболеваний, в том числе облысений, как мужского, так и женского типа.

Наиболее распространенная форма использования белково-витаминного продукта - это кормовая добавка в пищу сельскохозяйственным и другим животным. В результате применения продукта повышается плодовитость животных и их продуктивность. Например, при регулярном скармливании белково-витаминного продукта пушным зверям качество товарного меха остается практически постоянным в течение всего года.

Очевидно, существуют и другие варианты использования белково-витаминного продукта, в котором, в зависимости от исходного сырья, можно прогнозировать преимущественное проявление необходимых потребительских свойств.