способ получения гидролизата из шелухи риса и других злаков

Формула изобретения

Способ получения гидролизата из растительного сырья, включающий гидролиз растительного сырья кислотой с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия, очистку и сушку полученного гидролизата, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют шелуху риса, а в качестве кислоты - соляную кислоту, после нейтрализации гидроксидом натрия проводят гомогенизацию сырья, затем проводят гидролиз гидроксидом натрия концентрацией 2-10% при температуре 100-120°С в течение 2-6 ч и нейтрализацию соляной кислотой при объемных соотношениях сырья к химическим реагентам 1:4-1:6.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано в производстве сухих сахаристых и белковых пищевых и кормовых добавок.

Известен способ получения белкового гидролизата, включающий гидролиз сырья соляной кислотой с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия, очистку и сушку полученного гидролизата. Дополнительно перед гидролизом соляной кислотой проводят гидролиз сырья гидроксидом натрия при температуре 120-130°С в течение 1-2 часов, причем гидроксид натрия используют концентрацией 5-15%, а массовое соотношение сырья к соляной кислоте составляет 1:3. Кроме того, после предварительного гидролиза сырья гидроксидом натрия продукт измельчают (патент Россия 2206231 от 17 июля 2001 г. - аналог).

Недостатком данного способа является возможность использования предложенной технологии лишь для гидролиза белка, а для сахаросодержащих продуктов предложенный способ не позволяет достигнуть необходимой степени гидролиза продукта, причем сам продукт приобретает темно-коричневый цвет.

Известен гидролиз хлопковой шелухи 75% серной кислотой. Исследовано влияние температуры и времени гидролиза на выход моносахаридов после инверсии как с применением низкочастотной вибрации, так и без нее (А.П.Попов и др. Гидролиз хлопковой шелухи 75% серной кислотой с применением низкочастотной вибрации. Труды Академии наук Казахской ССР, том 27, 1970, с.43-45).

Недостатками данного способа являются нежелательное использование в производстве концентрированной серной кислоты и невозможность непосредственного использования получаемого продукта в пищевой и кормовой индустрии.

В качестве прототипа выбран способ, описанный в статье М.И.Горяева и др. «Гидролиз хлопковой шелухи концентрированной серной кислотой в органических растворителях с применением низкочастотной вибрации». Труды Академии наук Казахской ССР, том 27, 1970, с.37-42.

Способ заключается в том, что гидролиз хлопковой шелухи осуществляется серной кислотой в органических растворителях. Затем проводят нейтрализацию гидроксидом натрия, разделение смеси дистиллята, очистку и сушку.

Недостатком данного способа является использование экологически опасных органических растворителей и серной кислоты.

Задачей, решаемой данным изобретением, является получение водорастворимой фракции сахаро- и протеинсодержащего гидролизата и фракции, используемой для кормовых целей из рисовой шелухи.

Рисовая шелуха состоит в основном из целлюлозы и гемицеллюлозы. При этом целлюлоза гидролизуется кислотами, а гемицеллюлоза - щелочами. В состав рисовой шелухи входят также белки, макро- и микроэлементы, органические кислоты и полифенольные соединения, играющие роль природных консервантов и антиоксидантов.

Задача решается за счет того, что в способе получения гидролизата из растительного сырья, включающем гидролиз растительного сырья кислотой с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия, очистку и сушку полученного гидролизата, где в качестве растительного сырья используют шелуху риса, а в качестве кислоты - соляную кислоту, после нейтрализации проводят гомогенизацию сырья, затем дополнительно гидролизуют щелочью и нейтрализуют соляной кислотой. Гидролиз гидроксидом натрия проводят при температуре 100-120°С в течение 2-6 часов, концентрацией 2-10%, а объемное соотношение сырья к реагенту составляет 1:4-1:6. Нейтрализация соляной кислотой проводится при температуре 100-140°С в течение 4-6 часов, причем соляная кислота используется концентрацией 5-10%, а объемное отношение сырья к химическому реагенту составляет 1:4-1:6.

Для полного использования гидролизата (жидкой фракции и фракции, применяемой на кормовые нужды) необходимо выполнить двойной гидролиз соляной кислотой и щелочью.

Неожиданным эффектом является бактерицидное и бактериостатическое действие растворимой фракции гидролизованной рисовой шелухи к грамотрицательным культурам бактерий, а также повышение коэффициента перевариваемости сырого протеина во фракции гидролизата рисовой шелухи, применяемой на кормовые нужды.

Очистка необходима потому, что неочищенный продукт забивает форсунки при подаче в сушильный аппарат, что нарушает непрерывность процесса сушки.

Сушка производится для получения сухого порошкообразного продукта, который не подвергается порче при длительном хранении и транспортировке.

В качестве сырья используется шелуха растений, в частности риса.

Последовательный кислотный и щелочной гидролиз диктуется составом рисовой шелухи, основными компонентами которой являются гемицеллюлоза, целлюлоза и белки. Целлюлоза и белки гидролизуются под воздействием кислот, а гемицеллюлоза - под воздействием щелочей.

Выбор температуры и времени кислотного гидролиза связан с тем, что при температуре ниже 100°С и времени менее 4 ч не происходит размягчения шелухи, а степень гидролиза целлюлозы мала, а при температуре выше 140°С и времени более 6 ч резко возрастает потемнение продукта, возрастают капитальные вложения и энергетические затраты на производство гидролизата.

Выбор температуры и времени щелочного гидролиза связан с тем, что при температуре ниже 100°С и времени меньше 2 часов не достигается заданная степень гидролиза, а при температуре выше 100°С и времени больше 6 часов наблюдается резкое потемнение продукта и возрастают энергетические затраты.

Соотношения рисовой шелухи и растворов химических реагентов в пределах 1:4-1:6 по объему выбрано, исходя из того, чтобы, с одной стороны, было покрыто все сырье, а, с другой стороны, раствора должно быть достаточно для высокой скорости протекания гидролитического расщепления целлюлозы.

Измельчение сырья перед щелочным гидролизом до тонкодисперсной, однородной массы позволяет достичь равномерного распределения сырья и гидролизующего агента, что необходимо для увеличения глубины гидролиза и сокращения его продолжительности.

Примеры осуществления способа получения гидролизата из шелухи риса.

Пример 1. В качестве сырья берут сухую рисовую шелуху с содержанием воды 6% и насыпной плотностью 120 кг/м³. Общая продолжительность гидролиза 12 часов. Гидролиз соляной кислотой проводят в течение 6 часов при концентрации соляной кислоты 5%. Реактор вместимостью 8 м³, коэффициент заполнения реактора 0,78. Перед загрузкой сырья в реактор в нем готовят раствор соляной кислоты, для этого вносят 4350 л воды и 680 кг 37% промышленной соляной кислоты. Сырье массой 150 кг (учитывая содержание влаги в сырье) загружают посредством шнека в реактор, включая через определенные промежутки времени мешалку, что способствует равномерному распределению сырья по емкости реактора. Объемное соотношение сырья к раствору 1:4. Гидролиз соляной кислотой проводят в течение 6 часов при температуре 120°С и концентрации соляной кислоты 5%. После этого осуществляется нейтрализация гидроксидом натрия до рН 7±0,5, для этого вносят 275 кг гидроксида натрия и проводят гомогенизацию. Измельченную массу перекачивают в следующий реактор и вносят 95 кг твердого гидроксида натрия. Полагаем, что на стадии кислотного гидролиза не происходит потерь воды. Гидролиз проводят при температуре 100°С при концентрации гидроксида натрия 2% в течение 6 ч. Далее гидролизат охлаждают, нейтрализуют соляной кислотой до рН 7±0,5, для этого вносят 234 кг 37% соляной кислоты. Жидкий гидролизат сушат в сушильном агрегате со встречно закрученными потоками инертного носителя. При таком режиме обработки степень гидролиза составляет 35-40%. Оставшаяся фракция сушится и используется на кормовые нужды.

Пример 2. В качестве сырья берут сухую рисовую шелуху с содержанием воды 6% и насыпной плотностью 120 кг/м³. Общая продолжительность гидролиза 8 часов. Гидролиз соляной кислотой проводят в течение 6 часов при концентрации соляной кислоты 5%. Реактор вместимостью 8 м³, коэффициент заполнения реактора 0,78. Перед загрузкой сырья в реактор в нем готовят раствор соляной кислоты, для этого вносят 4350 л воды и 680 кг 37% промышленной соляной кислоты. Сырье массой 150 кг (учитывая содержание влаги в сырье) загружают посредством шнека в реактор, включая через определенные промежутки времени мешалку, что способствует равномерному распределению сырья по емкости реактора. Объемное соотношение сырья к раствору 1:4. Гидролиз соляной кислотой проводят в течение 5 часов при температуре 130°С и концентрации соляной кислоты 5%. После этого осуществляется нейтрализация гидроксидом натрия до рН 7±0,5, для этого вносят 275 кг гидроксида натрия и проводят гомогенизацию. Измельченную массу перекачивают в следующий реактор и вносят 237,5 кг твердого гидроксида натрия. Полагаем, что на стадии кислотного гидролиза не происходит потерь воды. Гидролиз проводят при температуре 120°С при концентрации гидроксида натрия 5% в течение 3 ч. Далее гидролизат охлаждают, нейтрализуют соляной кислотой до рН 7±0,5, для этого вносят 585 кг 37% соляной кислоты. Жидкий гидролизат сушат в сушильном агрегате со встречно закрученными потоками инертного носителя. При таком режиме обработки степень гидролиза составляет 50-60%. Оставшаяся фракция сушится и используется на кормовые нужды.

Предлагаемая технология позволяет осуществить гидролиз рисовой шелухи, приводящий к получению пищевых и кормовых сухих гидролизатов. Кроме того, в состав гидролизата рисовой шелухи входят бензойная, сорбиновая кислоты, полифенольные соединения, а также макро- и микроэлементы. Это позволяет использовать гидролизат в качестве природного консерванта. Из рассмотренных примеров видно, что увеличение степени гидролиза связано с увеличением концентрации химических реагентов и ростом температуры гидролиза. При этом несколько уменьшается время гидролиза. Однако при более жестких режимах гидролиза (увеличение концентрации реагентов, повышение температуры процесса) готовый продукт ухудшает свои физические свойства (становится темнее), что осложняет возможность использования продукта на пищевые нужды с одной стороны, но повышает возможность извлечения макро- и микроэлементов из гидролизата с другой.

Способ получения гидролизата позволяет получить пищевой продукт, обладающий консервирующими свойствами, кормовой продукт, обладающий высокой энергетической ценностью по сравнению с исходным продуктом.