способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья

Формула изобретения

1. Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья, предусматривающий приготовление суспензии исходного сырья путем смешивания его с водой, разжижение суспензии в процессе нагревания и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье, отличающийся тем, что воду перед приготовлением суспензии подвергают активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 5-15 мин и приготовление суспензии, ее разжижение и ферментативный гидролиз крахмала проводят в этом же аппарате, при этом процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°С, а гидролиз крахмала проводят при температуре 55-67°С до заданного углеводного состава с получением готового продукта.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что при использовании зерна пшеницы ферментативный гидролиз крахмала проводят амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 5 г на 30 кг зерна и затем глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 5,5 г на 30 кг зерна при температуре 55-57°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании пшеничной муки ферментативный гидролиз крахмала проводят амилллосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 6,5 г на 30 кг муки и затем глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 1,5 на 30 кг муки при температуре 55-57°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании пшеничных отрубей смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:2,7 и гидролиз крахмала проводят при температуре 55-57°С мультиэнзимной композицией, содержащей амилосубтилин активностью ЕА=1000 ед., глюкаваморин активностью ЕА=3000 ед., целловиридин активностью ЕА=2000 ед., при этом количество композиции составляет 3,5 г на 15 кг отрубей.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании зерна ржи смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:4 и гидролиз крахмала проводят амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 3,5 г на 15 кг сырья и глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 4,0 г на 15 кг сырья при температуре 64-67°С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании ржаной муки смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:3 и гидролиз крахмала проводят амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 5,0 г на 20 кг сырья и глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 8,0 г на 20 кг сырья при температуре 64-67°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании ржаных отрубей смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:4 и гидролиз крахмала при температуре 65-67°С проводят мультиэнзимной композицией, содержащей амилосубтилин активностью ЕА=1000 ед., глюкаваморин активностью ЕА=2000 ед., цилловиридин активностью ЕА=2000 ед., при этом количество композиции составляет 4,2 г на 10 кг сырья.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке зернового сырья, касается получения сахаросодержащих продуктов и может быть использовано для получения кормовых добавок.

Известен способ получения сахаристого продукта из зернового сырья, предусматривающий смешивание полученной из зерен ржи обойной муки с водой при соотношении компонентов 1:3 с образованием суспензии, разжижение последней амилолитическими ферментами муки при температуре 56-65°С в течение 10-30 минут, гидролиз разжиженной суспензии ферментом глюкоамилазой в течение 5,0-22,0 ч при температуре 5б-65°С до заданного содержания редуцирующих веществ и инактивацию фермента (RU 2013443, С 13 К 1/06, 30.05.1994).

Недостатком этого способа является неполная клейстеризация крахмальных зерен ржаной муки из-за невысокой температуры на стадии клейстеризации, высокая вязкость гидролизуемых растворов и вследствие этого низкая скорость ферментативного гидролиза, что приводит к повышенному расходу глюкоамилазы.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья, в частности ржи, предусматривающий приготовление суспензии ржаной муки путем смешивания ее с водой в соотношении 1:3, разжижение мучной суспензии при нагревании до 80°С амилолитическими и цитолитическими ферментами муки, термообработку продукта при температуре 120-125°С в течение 2-3 минут, ферментативный гидролиз крахмала ферментным препаратом, содержащим цитазу с высокой ксиланазной активностью в количестве 0,5-0,7 ед. цитолитической активности на 1 г муки, грибную альфа-амилазу в количестве 2-2,5 ед. амилолитической активности и/или глюкоамилазу в количестве 0,5-1,5 ед. глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке, причем процесс проводят при рН 5,3-5,5 и температуре 55-57°С в течение 16-20 часов, после чего гидролизат нагревают до 80°С для инактивации ферментов (RU 2085590 С1, С 13 К 1/06, 27.07.1997).

Недостатком известного способа является его сложность и длительность. Так весь процесс ферментативного гидролиза длится в течение 22-28 часов, что приводит к большим энергозатратам.

Технический результат изобретения заключается в упрощении и ускорении процесса, снижении расхода ферментных препаратов.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения сахаристых продуктов из зернового сырья, предусматривающем приготовление суспензии исходного сырья путем смешивания его с водой, разжижение суспензии в процессе нагревания и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье, воду перед приготовлением суспензии подвергают активации в роторно-пульсационном аппарате в течение 5-15 минут и приготовление суспензии, ее разжижение и ферментативный гидролиз крахмала проводят в этом же аппарате. Процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°С, а гидролиз крахмала - при температуре 55-67°С до заданного углеводного состава с получением готового продукта.

При использовании зерна пшеницы или пшеничной муки ферментативный гидролиз проводят при температуре 55-57°С амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. и глюкаваморином активностью 300 ед., при этом количество амилосубтилина в первом случае составляет 5 г на 30 кг зерна, во втором случае - 6,5 г на 30 кг зерна, количество глюкаваморина соответственно 5,5 г на 30 кг зерна и 1,5 г на 30 кг зерна.

При использовании пшеничных или ржаных отрубей смешивание их с водой осуществляют соответственно в соотношении 1:2,7 и 1:4, ферментативный гидролиз содержащегося в них крахмала проводят соответственно при температуре 55-57°С и 65-67°С мультиэнзимной композицией, включающей амилосубтилин активностью ЕА=1000 ед., глюкаваморин активностью ЕА=3000 ед., целловиридин активностью ЕА=2000 ед., при этом количество композиций составляет 3,5 г на 15 кг пшеничных отрубей и 4,2 г на 10 кг ржаных отрубей.

При использовании зерна ржи смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:4, гидролиз крахмала проводят при температуре 64-67°С амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 3,5 г на 15 кг сырья и глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 4,0 г на 15 кг сырья.

При использовании ржаной муки смешивание сырья с водой осуществляют в соотношении 1:3, гидролиз проводят при температуре 64-67°С амилосубтилином активностью ЕА=1000 ед. в количестве 5,0 на 20 кг сырья и глюкаваморином активностью ЕА=3000 ед. в количестве 8,0 г на 20 кг сырья.

Способ осуществляют следующим образом.

Воду для приготовления суспензии используемого сырья подают в роторно-пульсационный аппарат (РПА) известной конструкции (см. М.А.Балабудкин. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. М.: Медицина, 1983 г., с.160. В.П.Мухина, Н.А.Игламова и др. Механоакустические технологии в синтезе циклодекстринов. Ожижение нативного крахмала. Ж. Хранение и переработка сельхозсырья, №3, 2002 г., с.38-41). Воду подвергают активации в течение 5-15 минут. Затем в аппарат подают исходное зерновое сырье для смешивания с водой и образования суспензии. В качестве исходного сырья используют зерно пшеницы, пшеничную муку, пшеничные или ржаные отруби, зерно ржи, ржаную муку. Соотношение зерна пшеницы и воды составляет 1:1,7, пшеничной муки и воды - 1:2,25, зерна ржи и воды - 1:4, пшеничных отрубей и воды - 1:2,7, ржаной муки и воды 1:3 и ржаных отрубей и воды 1:4. В роторно-пульсационном аппарате проводят приготовление суспензии, разжижение ее и ферментативный гидролиз крахмала, содержащегося в сырье.

Процесс разжижения осуществляют при температуре 50-75°С, а гидролиз крахмала при температуре 55-67°С до заданного углеводного состава с получением готового продукта, который выгружается из аппарата.

Для гидролиза исходного сырья используют ферменты в количестве, которое приведено выше.

Перечисленные процессы в роторно-пульсационном аппарате протекают при воздействии на сырье механоакустических колебаний высокой интенсивности, что обеспечивает клейстеризацию крахмальных зерен различных размеров, эффективное перемешивание компонентов смеси и ее разогревание, гидролиз крахмала, инактивацию ферментов.

Удельный расход ферментных препаратов приведен в таблице.

№ опыта	Вид сырья	Расход фермента Ед. активности на 1 г крахмала		Суммарное время осахаривания, час
1	2	3	4	5
1	Зерно пшеницы	0,32	1,07	10,0
2	Мука пшеничная 2 сорта	0,29	1,0	10,0
3	Отруби пшеничные	0,33	2,0	6,0
4	Рожь - зерно	0,38	1,33	5,0
5	Мука ржаная	0,33	1,6	5,0
6	Отруби ржаные	0,5	2,0	5,0
7	Мука пшеничная - прототип	1,0-1,4	4-7	10,0

Предложенный способ поясняется примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

В РПА емкостью 90 л вносят 50 л водопроводной воды, водородный показатель которой доводят до рН 4,0. Проводят активирование воды в течение 5,0 мин. Добавляют порциями (по 2-3 кг) зерно пшеницы, предварительно выдержанное в течение 5,0 часов в водопроводной воде при комнатной температуре 20°С. Общее количество загружаемого зерна составляет 30 кг (естественной влажности). Продолжительность загрузки всей партии зерна 10,0 мин. По окончании загрузки зерна смесь выдерживают при перемешивании в РПА в течение 1 часа. Во время этой операции одновременно осуществляется измельчение зерна и нагревание. Доводят температуру массы до 65°С и добавляют 5 г амилосубтилина (ЕА=1000 ед.) для разжижения массы. Снижают температуру до 55,0°С посредством пропускания холодной водопроводной воды через рубашку охлаждения РПА. По достижении этой температуры добавляют в гидролизат 5,5 г глюкаваморина (ЕА=3000 ед.). Выдерживают при 55,0°С и постоянном перемешивании 10 часов. Получают кормовую углеводную добавку, имеющую влажность - 57,63%, сумму сахаров - 32,08%, содержание клетчатки - 0,72%, протеина - 4,04%, жира - 0,91%. Кормовые единицы составляют 0,61.

Пример 2.

Гидролиз проводят аналогично процессу, приведенному в примере 1, но вместо зерна используют пшеничную муку 2 сорта. Загрузка: 65 л воды водопроводной, 30 кг муки пшеничной, 6,5 г амилосубтилина (ЕА=1000 ед.), 1,5 г глюкаваморина (ЕА=3000 ед.), рН 5,0. Получают кормовую добавку следующего состава: сумма сахаров - 27,91%, клетчатки - 0,01%, протеина - 4,12%, жира - 0,51%, кормовых единиц - 0,57. Влажность добавки составляет 61,71%.

Пример 3.

В реактор РПА загружают 40 л водопроводной воды с рН 4,0; 21,5°С. Активируют воду в течение 10 мин, затем добавляют порциями отруби в количестве 15 кг в течение 10,0 мин. Нагревают массу в РПА, доводят температуру массы до 50°С и вносят мультиэнзимную композицию следующего состава: амилосубтилин / глюкаваморин / целловиридин в соотношении 0,5 г / 1,0 г / 2,0 г. Выдерживают смесь при Т 55,0°С в течение 6 часов. Получают кормовую добавку с влажностью - 67,5%, следующего состава: сумма сахаров - 8,9%, крахмала - 4,65%, клетчатки - 1,15%, протеина - 4,26%, жира - 0,1%, кормовых единиц - 0,31.

Пример 4.

В реактор загружают водопроводную воду в количестве 60 л и активируют в течение 10,0 мин рН=4,0, Т 22°С. После этого добавляют порциями в течение 10 мин крупнодробленое зерно ржи в количестве 15 кг. Смесь перемешивают в течение 1 часа, при этом одновременно происходит разогрев массы до 75°С. Выдерживают при этой температуре 40 мин, охлаждают до 60°С и вносят амилосубтилин в количестве 3,5 г (ЕА=1000 ед.). Выдерживают 30 мин, за которые происходит разжижение массы. После этого вносят 4,0 г глюкаваморина (ЕА=3000 ед.) и выдерживают в течение 5 часов при т 67°С. Получают кормовую добавку с влажностью - 78,1%, следующего состава: сумма сахаров - 16,42%, крахмала - 0,91%, клетчатки - 1,22%, протеина - 2,69%, жира - 0,39%, кормовых единиц - 0,34.

Пример 5.

В реактор загружают водопроводную воду в количестве 60 л, ее рН 4,0, Т 20°С. Активируют воду в РПА в течение 15 мин и порциями по 2 кг в течение 15 мин добавляют 20 кг ржаной муки, смесь перемешивают и нагревают в течение 1 часа. Доводят температуру массы до 75°С и выдерживают при этой температуре 40 мин. Далее массу охлаждают до 60°С и вносят амилосубтилин в количестве 5,0 г (ЕА=1000 ед.). Выдерживают 30 мин и после этого добавляют 8,0 г глюкаваморина (ЕР=3000 ед.) и выдерживают 5 часов при температуре 67°С. Получают кормовую добавку следующего состава: сумма сахаров - 22,76%, клетчатки - 0,242%, протеина - 2,86%, жира - 0,47%, кормовых единиц - 0,42. Влажность добавки составляет 72,0%.

Пример 6.

В реактор загружают 40 л подготовленной водопроводной воды рН 4,0, Т 22°С, активируют ее в РПА в течение 15 мин. После этого добавляют порциями отруби в количестве 10 кг. Смесь перемешивают в течение 1 часа, при этом температура массы достигает 75°С. Выдерживают при этой температуре смесь в течение 40 мин. Затем охлаждают массы до 65°С и вносят мультиэнзимную композицию, содержащую амилосубтилин активностью ЕА=1000 ед., глюкаваморин активностью ЕА=2000 ед., целловиридин активностью ЕА=2000 ед., при этом количество композиции составляет 4,2 г на 10 кг сырья.

Осуществляют гидролиз путем выдерживания в роторно-пульсационном аппарате при температуре 65°С в течение 5 часов. Получают кормовую добавку с влажностью 82,1% следующего состава: сумма сахаров - 5,96%, крахмала - 6,02%, клетчатки - 1,42%, протеина - 1,49%, жира - 0,12%, кормовые единицы - 0,24.

Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения сахаристых продуктов из зернового сырья, а также уменьшение расхода ферментных препаратов и энергозатраты на процесс.