способ получения сахаросодержащего продукта из зерна ржи

Формула изобретения

Способ получения сахаросодержащего продукта из зерна ржи, предусматривающий смешивание измельченного зерна ржи с водой до влажности 17-18%, экструзию массы при температуре 120-140°С и давлении 9-10 МПа, смешивание полученного экструдата с подкисленной водой при рН 4,0-5,5 и соотношении 1:6, клейстеризацию и разжижение экструдата при температуре 50-70°С в течение 40-90 мин путем введения ксиланазного ферментного препарата Шеарзим 500 Л в количестве 30-60 ед. ксиланазной активности на 1 г экструдата, центрифугирование разжиженной массы для отделения от твердого остатка раствора, содержащего белок, его осаждение при рН 6,5-7,0 и отделение от раствора, при этом раствор смешивают с твердым остатком, отделенным в процессе центрифугирования, в смесь вводят для декстринизации ферментный препарат Термамил 120 Л в количестве 0,06-0,16 ед. на 1 г крахмала при температуре 80-95°С в течение 1,5-2,5 ч, затем массу охлаждают до 55-65°С и осахаривают ферментным препаратом Глюкозим Л 400 С в количестве 4-6 ед. на 1 г крахмала при рН 4,3-4,6 в течение 2,5-3,0 ч, причем полученный гидролизат фильтруют и уваривают до содержания сухих веществ 70-75%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается биохимического получения сахаросодержащих продуктов из крахмалосодержащего сырья.

Известен способ получения сахаросодержащего продукта из ржаной муки, предусматривающий получение водно-мучной суспензии при соотношении 3:1, разжижение суспензии собственными амилолитическими ферментами при температуре 56-65°С и рН 4,5-5,0 в течение 10-30 мин и гидролиз разжиженной суспензии глюкоамилазой в количестве 4,0-7,0 единиц на г крахмала в течение 5-22 ч при 56-65°С [RU 2013449 С1, С13К 1/06, 30.05.1994].

Недостатком данного способа является его длительность и недостаточно высокое содержание редуцирующих сахаров (глюкоза, мальтоза) в сиропе (49,38%) из-за присутствия в сахаросодержащем продукте клетчатки, гемицеллюлоз и белков.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ получения сахаросодержащего продукта, включающий смешивание измельченного зерна и воды, содержащей ионы Са ²⁺, с получением суспензии, приготовленной при соотношении компонентов 1:2, клейстеризацию и разжижение ее амилолитическими и ксиланазным ферментами [ЕР 0231729 B1, C12P 19/14, 04.08.93]. При этом процесс разжижения и декстринизацией альфа-амилазой проводят при нагревании водно-мучной смеси при температуре 80-95°С, рН 5,0-7,0 и дозировке ферментного препарата Термамил 120 L 0,2-2,0 кг/т крахмала и перемешивании в течение 1-3 ч. Дальнейшее осахаривание разжиженной суспензии ведут добавлением мультиэнзимной композиции при температуре 55-60°С и рН 4,5 в течение 8-15 ч, и из полученного сахаросодержащего сиропа центрифугированием выделяют взвеси, содержащие белковые фракции.

Длительность известного процесса составляет 10-17 часов, сироп при этом получают следующего состава: 72% глюкозы и 24% мальтозы, цвет его желтый с коричневатым оттенком.

Недостатком известного способа является длительность и темный цвет сахаросодержащего продукта из-за протекания реакции меланоидинообразования (реакция Майяра) между сахарами и белками, ухудшающей качество сиропа.

Технический результат изобретения заключается в ускорении процесса и улучшении качества готового продукта.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения сахаросодержащего продукта из зерна ржи, предусматривающем смешивание измельченного зерна с водой до влажности 17-18%, экструзию массы при температуре 120-140°С и давлении 9-10 МПа, смешивание полученного экструдата с подкисленной водой при рН 4,0-5,5 и соотношении 1:6, клейстеризацию и разжижение при температуре 50-70°С в течение 40-90 мин путем введения ксиланазного ферментного препарата Шеарзим 500 Л в количестве 30-60 ед. ксиланазной активности на 1 г экструдата. Разжиженную массу центрифугируют для отделения от твердого остатка раствора, содержащего белок, его осаждение при рН 6,5-7,0 и отделение от раствора. При этом раствор смешивают с твердым остатком, отделенным в процессе центрифугирования, в смесь вводят для декстринизации ферментный препарат Термамил 120 Л в количестве 0,06-0,16 ед. на 1 г крахмала при температуре 80-95°С в течение 1,5-2,5 часов. Затем массу охлаждают до 55-65°С и осахаривают ферментным препаратом Глюкозим Л 400 С в количестве 4-6 ед. на 1 г крахмала при рН 4,3-4,6 в течение 2,5-3,0 ч. Полученный гидролизат фильтруют и уваривают до содержания сухих веществ 70-75%.

Способ осуществляют следующим образом.

Измельченное зерно ржи с размером частиц 1,8-2,2 мм смешивают с водой до влажности 17-18%, выдерживают в течение 20-30 мин и экструдируют при 120-140°С и давлении 9-10 МПа.

Стадия экструдирования зерна ржи выбрана для ускорения процесса, так как в экструдированном зерне крахмал наиболее эффективно освобождается от амилопектиновых оболочек, хорошо разрыхляется и подвергается деструкции с образованием декстринов еще до обработки ферментами. Количество декстринов в зерне при этом увеличивается в 40 раз, глюкозы и мальтозы - в 1,5-3 раза, тогда как количество крахмала уменьшается на 58%. Содержание клетчатки и гемицеллюлоз также уменьшается в 1,5-3 раза, и дополнительно образуются глюкоза, арабиноза, ксилоза.

Влажность зерновой массы в диапазоне 17-18% обеспечивает оптимальную степень клейстеризации крахмала и наибольшую скорость гидролиза полисахаридов под действием ферментов. Использование влажности ниже 17% и времени отволаживания меньше, чем 20 мин не приводит к достаточной клейстеризации и гидролизу крахмала на начальной стадии экструзии, а применение влажности больше, чем 18% и времени отволаживания больше, чем 30 мин обеспечивает излишнее набухание крахмала, клетчатки, недостаточную хрупкость и разрыхленность экструдированной массы.

Температура экструзии не выше 140°С и давление не больше 10 МПа оптимальны для предотвращения потемнения сиропа из-за реакции меланоидинообразования между сахарами и белками, а температура обработки зерновой массы не ниже 120°С и давление не меньше 9 МПа обеспечивают повышенную вязкость и деструкцию крахмала, клетчатки и гемицеллюлоз, облегчающие последующий гидролиз их ферментами.

Затем экструдат смешивают с подкисленной водой при рН 4,0-5,5 и соотношении 1:6 и вносят ферментный препарат Шеарзим 500Л в количестве 30-60 единиц ксиланазной активности на 1 г продукта. Разжижение и клейстеризацию осуществляют при 50-70°С в течение 40-90 мин при перемешивании. При этом клейстеризуется крахмал, масса разжижается в результате гидролиза гемицеллюлоз и экстрагируются белки для предотвращения реакции меланоидинообразования.

Кислая среда с рН 4,0-5,5 для неэкструдированной и экструдированной зерновой массы без ферментного препарата обеспечивает переход белка в раствор только в количестве 45-47% и 64-66% соответственно, а для экструдированной, но с добавлением ферментного препарата Шеарзим 500Л - в количестве 95-97%. Соотношение зерновая масса:экстрагент меньше, чем 1:6 обеспечивает переход белка в раствор не больше, чем на 40-45%, а соотношение больше, чем 1:6 является экономически не выгодным.

При температуре суспензии меньше, чем 50°С и времени обработки меньше, чем 40 мин скорость реакции гидролиза арабиноксилановой фракции, окружающей коллоидно-декстриновый комплекс, находящейся во взаимодействии с белками, под действием ферментного препарата Шеарзим 500 Л замедляются, в результате интенсивность клейстеризации, качество продукта и скорость процесса снижаются.

При температуре больше, чем 70°С и времени гидролиза арабиноксилана больше, чем 90 мин реакция замедляется из-за денатурации белковой части фермента и ингибирования его активного центра продуктами гидролиза субстрата. Использование больше 60 ед. ксиланазной активности ферментного препарата Шеарзим 500 Л и меньше, чем 30 ед. на 1 г экструдата также снижает скорость процесса выделения белка и разжижения зерновой массы.

Из полученной суспензии центрифугированием выделяют раствор и твердый остаток, при этом из раствора осаждают белок с получением раствора с рН 6,5-7,0, который с ферментным препаратом Термамил 120 Л в концентрации 0,06-0,16 единиц на 1 г крахмала добавляют к твердому остатку. Обработку массы осуществляют при 80-95°С в течение 1,5-2,5 ч с получением декстринов и олигосахаридов.

Дозировки меньше, чем 0,06 единиц на 1 г крахмала и времени меньше, чем 1,5 ч не обеспечивают надлежащей глубины гидролиза крахмала до декстринов и олигосахаридов, а при дозировках больше, чем 0,16 единиц на 1 г крахмала содержание продуктов его гидролиза не повышается и остается на постоянном уровне. Удлинение времени гидролиза крахмала свыше 2,5 ч не обеспечивает прироста продуктов гидролиза из-за ингибирования ими действия фермента и вызывает перерасход тепла.

Температура ниже 80°С не создает условий для формирования активного центра Термамила 120 L, а температура выше 95°С денатурирует белковую основу и прекращает его действие. Образующаяся гелеобразная масса затрудняет взаимодействие фермента и крахмала и дополнительно создает условия для реакции меланоидинобразования, вызывающей потемнение и снижение качества готового продукта.

Далее полученную массу охлаждают до 55-65°С, вносят осахаривающий ферментный препарат Глюкозим Л-400 С в количестве 4-6 ед. на 1 г крахмала и выдерживают в течение 2,5-3,0 ч при рН 4,3-4,6. Из полученного гидролизата выделяют сахаросодержащий продукт, который нагревают до температуры 95°С для инактивации ферментов а, при необходимости, после фильтрации уваривают до содержания сухих веществ 70-78%.

Температура меньше, чем 55°С, увеличивает время гидролиза олигосахаридов и низкомолекулярных декстринов ферментным препаратом Глюкозимом Л-400 С, а выше 60° - инактивирует его действие.

Времени обработки твердого остатка меньше, чем 2,5 ч не достаточно для полного гидролиза углеводов, а свыше 3,0 ч не повышает степень гидролиза и снижает рентабельность процесса. Сдвиг значений рН в большую или меньшую сторону от 4,3-4,6 замедляет процесс гидролиза олигосахаридов и увеличивает время получения продукта. Применение концентрации Глюкозима Л-400 С ниже 4-6 ед. на г крахмала снижает выход продукта, замедляет процесс, а более высокие значения обеспечивают перерасход препарата.

Пример 1.

1000 г измельченного зерна с размером частиц 1,8 мм смешивают с водой до влажности 17%, выдерживают 30 мин и экструдируют при 120°С и давлении 9,0 МПа. Экструдат заливают подкисленной водопроводной водой при рН 4,7, соотношении 1:6 и добавляют ферментный препарат Шеарзим 500 Л при концентрации 30 единиц активности на 1 г сырья. Разжижение и клейстеризацию осуществляют при 60°С в течение 90 мин при перемешивании. Из суспензии центрифугированием выделяют раствор и твердый остаток. Из раствора осаждают белок с получением раствора с рН 6,5, который добавляют к твердому остатку для декстринизации с ферментным препаратом Термамил 120 Л в количестве 0,06 единиц на 1 г крахмала. Обработку осуществляют при 80°С в течение 2,5 ч. Полученную массу охлаждают до 55°С, рН смеси доводят до 4,3, вносят ферментный препарат Глюкозим Л-400 С в количестве 6 единиц на 1 г крахмала сырья и выдерживают в течение 2,5 ч. Из полученного гидролизата центрифугированием выделяют сироп, который нагревают до температуры 95°С для инактивации ферментов. При необходимости сироп фильтруют и уваривают до содержания сухих веществ 70%.

Полученный сироп имеет светло-желтый цвет и следующий состав: 82% глюкозы, 13% мальтозы, 2% мальтотриозы и мальтотетрозы на сухое вещество.

Пример 2.

1000 г измельченного зерна с размером частиц 2,2 мм смешивают с водой до влажности 19%, выдерживают 20 мин и экструдируют при 140°С и давлении 10,0 МПа. Экструдат заливают подкисленной водопроводной водой при рН 5,5, соотношении 1:6 и добавляют ферментный препарат Шеарзим 500 Л при концентрации 60 единиц активности на 1 г сырья. Разжижение и клейстеризацию осуществляют при 70°С в течение 40 мин при перемешивании. Из суспензии центрифугированием выделяют раствор и твердый остаток. Из раствора осаждают белок с получением раствора с рН 7,0, который добавляют к твердому остатку для декстринизации с ферментным препаратом Термамил 120 Л в количестве 0,16 единиц на 1 г крахмала. Обработку осуществляют при 90°С в течение 1,5 ч. Полученную массу охлаждают до 65°С, рН смеси доводят до 4,6, вносят ферментный препарат Глюкозим Л-400 С в количестве 4 единиц на 1 г крахмала сырья и выдерживают в течение 3,0 ч. Из полученного гидролизата центрифугированием выделяют сироп, который нагревают до температуры 95°С для инактивации ферментов. При необходимости сироп фильтруют и уваривают до содержания сухих веществ 72%.

Полученный сироп имеет светло-желтый цвет и следующий состав: 78% глюкозы, 16% мальтозы, 4% мальтотриозы и мальтотетрозы на сухое вещество.

Пример 3.

1000 г измельченного зерна с размером частиц 2,0 мм смешивают с водой до влажности 18%, выдерживают 25 мин и экструдируют при 130°С и давлении 9,5 МПа. Экструдат заливают подкисленной водопроводной водой при рН 5,1, соотношении 1:6 и добавляют ферментный препарат Шеарзим 500 Л при концентрации 45 единиц активности на 1 г сырья. Разжижение и клейстеризацию осуществляют при 50°С в течение 70 мин при перемешивании. Из суспензии центрифугированием выделяют раствор и твердый остаток. Из раствора осаждают белок с получением раствора с рН 6,7, который добавляют к твердому остатку для декстринизации с ферментным препаратом Термамил 120 Л в количестве 0,16 единиц на 1 г крахмала. Обработку осуществляют при 95°С в течение 2,0 ч. Полученную массу охлаждают до 60°С, рН смеси доводят до 4,5, вносят ферментный препарат Глюкозим Л-400 С в количестве 5 единиц на 1 г крахмала сырья и выдерживают в течение 2,7 ч. Из полученного гидролизата центрифугированием выделяют сироп, который нагревают до температуры 95°С для инактивации ферментов. При необходимости сироп фильтруют и уваривают до содержания сухих веществ 75%.

Полученный сироп имеет светло-желтый цвет и следующий состав: 80% глюкозы, 12% мальтозы, 4% мальтотриозы и мальтотетрозы на сухое вещество.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает ускорение процесса получения сахаросодержащего продукта с 10-17 до 6,2-7,0 ч и улучшение качества путем снижения цветности и повышения массовой доли глюкозы с 72 до 78-82% на сухое вещество.