способ получения растительного белкового продукта

Формула изобретения

1. Способ получения обогащенного нутриентами растительного белкового продукта из плодов ягодных, фруктовых, овощных культур или их смеси, характеризующийся тем, что включает измельчение плодов, отжим жидкой фракции с сохранением аддуктов и выделение из жидкой фракции белка, причем измельчение плодов и отжим жидкой фракции производят при температуре не выше 35°C с последующим выделением белка путем осаждения аддуктов ионами двухвалентных металлов 2-й группы при перемешивании жидкой фракции с водорастворимой солью двухвалентного металла, выбранного из группы кальций, магний, цинк, взятой в количестве от 0,01 до 1,00% от массы фракции, после чего полученный состав термостатируют в течение от 0,5 мин до 10 ч при температуре от 0 до 70°С, затем охлажденный осадок отделяют и сушат.

2. Способ получения растительного белкового продукта по п.1, отличающийся тем, что соль двухвалентного металла вводят в жидкую фракцию в сухом виде.

3. Способ получения растительного белкового продукта по п.1, отличающийся тем, что соль двухвалентного металла вводят в жидкую фракцию в виде ее водного раствора.

4. Способ получения растительного белкового продукта по п.1, отличающийся тем, что в процессе сушки продукт получают в виде порошка.

5. Способ получения растительного белкового продукта по п.1, отличающийся тем, что в процессе сушки продукт получают в виде пористой массы, пористых изделий или пористых частиц различного размера.

6. Способ получения растительного белкового продукта по п.1, отличающийся тем, что содержание влаги в полученном продукте составляет от 0,5 до 15,0% по массе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к выделению растительного белка, обогащенного органическими кислотами, витаминами, минералами в их естественном сочетании, а также для получения клетчатки и углеводов (сахаров) из плодов фруктов, овощей, ягод.

Изобретение предназначено для диетического питания или для «здорового» питания.

Известно, что ягодные, фруктовые и овощные культуры содержат в разных соотношениях клетчатку, жиры, белки, углеводы, органические кислоты, соли металлов (микроэлементы), флавоноиды, витамины и другие нутриенты, необходимые для обеспечения жизнедеятельности человека.

Морковь, капуста, свекла, сладкий перец, сельдерей, укроп, петрушка, брюква, репа, редис, яблоки, груши и другие плоды и ягоды содержат подавляющее большинство нутриентов, необходимых для правильного сбалансированного питания.

Основными источниками энергии в растительной пище являются сахариды. В современном обществе суточные энергетические затраты человека резко сократились. На их уменьшение повлиял образ жизни человека. Известно, что эволюционно человек дошел до потребления организмом (восполнения затрат энергии) 6000 ккал и более, но в настоящее время потребность человека в энергии уменьшилась в несколько раз.

Однако потребность в других нутриентах, необходимых для правильного сбалансированного питания, у человека сохранилась на прежнем, достигнутом в результате эволюции, уровне.

Витамины входят в число нутриентов, присутствующих в плодах. Витамины - важный элемент для всех жизненных функций, они действуют непосредственно или косвенно на организм. Они регулируют метаболизм и участвуют в биохимических процессах организма. Витамины действуют в комплексе с микроэлементами (цинк, кальций, магний, железо, фосфор, калий).

Микроэлементы действуют как коэнзимы, они необходимы для регулирования состава жидкостей организма, формирования костей и образования элементов крови, поддержания нормального функционирования нервной системы.

У современного человека возникает проблема, а именно невозможно получить из природных источников все необходимые нутриенты без избыточного с энергетической точки зрения потребления продуктов питания. Кроме того, проблема усугубляется тем, что в процессе хранения и переработки растительного сырья значительная доля витаминов и других полезных веществ инактивируется и разлагается, а сахариды (основной источник энергии) сохраняются.

Известно, что растения в разных районах произрастания содержат разные количества полезных продуктов (белков, витаминов и иных нутриентов). В результате возникает проблема дозирования этих компонентов в питании.

Рацион человека также требует оптимального уровня содержания белка в пище. Существует сбалансированная шкала аминокислот, необходимых для полноценного питания, для чего в 1957 году была утверждена аминокислотная шкала ФАО, т.е. утверждены физиологические нормы питания.

Однако не все белки растительного происхождения (в отличие от белков животного происхождения) хорошо усваиваются. Причинами неполного усвоения белков из пищи являются как особенности их третичной структуры, так и трудности, возникающие при переваривании ферментами пищеварительного тракта.

Усвояемость ряда белков растительного происхождения зависит от растительной клетчатки, присутствующей в овощах, фруктах и в ягодах. При оценке полезности растительной пищи необходимо учитывать аминокислотный состав ее белков и весь комплекс свойств таких продуктов (Вопросы питания. Под ред. О.П.Молчановой, в.2, с.5, Москва, 1950 //Вестник АМН СССР, № 10, с.3, 1966).

Необходимым является устранение описанного выше противоречия. Известно большое количество методов выделения из растительного сырья различных компонентов. Методы можно разделить на методы отгонки различными способами (с водяным паром, под вакуумом и т.д.), экстракции растворителям, адсорбции, термической коагуляции, высаливания, вымораживания, препаративной хроматографии и т.д. Методы обработки выбирают в зависимости от того, что из растительного сырья требуется выделить максимально.

Известен способ переработки органического сырья (например, отрубей злаковых культур) (заявка РФ 2003128880, 26.09.2003, международная заявка WO 02/067698, 06.09.2002), в котором для извлечения ценных в плане питания компонентов исходное сырье вначале подвергается измельчению и энзиматической обработке (например, ксиланазами и/или бета-глюканами. Затем центрифугированием или ультрафильтрацией масса делится на две фракции. Одна - нерастворимая фракция (остаточный компонент из клеточных стенок) и другая фракция - богатая белком, растворимой гемицеллюлозой и олигосахаридами.

Недостатком этого способа является то, что при обработке энзимами нарушается структура белков, что понижает их пищевую ценность. Полученный белковый продукт оказывается загрязненным энзимами и сахаридами, а также растворимыми низкомолекулярными органическими и неорганическими компонентами агрохимического и техногенного происхождения.

Известен патент РФ № 2275050, где представлен способ получения белкового продукта из отходов зернопереработки. Белок выделяют в результате последовательных операций: щелочная экстракция, отделение экстракта от шрота, выделение из экстракта крахмально-белковой фракции и белкового продукта. Но этот метод из-за жестких условий обработки разрушает витамины и другие нутриенты, необходимые для жизнедеятельности человека.

Известен патент РФ № 2340203, где представлен способ получения пищевого белкового изолята из подсолнечного шрота. Целевой продукт с высоким содержанием белка получают из экстракта водного раствора хлористого натрия после подкисления его 3-5% водным раствором янтарной кислоты и перемешивания при 45-55°С в течение 20-30 минут, центрифугирования, промывки и сушки твердого остатка. В результате такой обработки получают, главным образом, чистый белок с незначительным количеством фенольных соединений. Таким образом, при этой обработке белок не содержит сопутствующих нутриентов.

Известен способ выделения белков растительного происхождения (Биоорганическая химия, т.17, № 3, 1991, стр.421-3). По этому способу кислый экстракт проросших соевых бобов подвергали аффинной хроматографии на сефарозе, после чего из снятого с колонки материала дробным высаливанием сульфатом аммония получали гомогенный белок. Способ имеет значение для препаративной химии, для лабораторного изучения растительного белка, но не для производственного процесса, не для получения продуктов в пищевой промышленности.

Известен наиболее близкий к предлагаемому метод выделения каротина из моркови, при котором морковь измельчается, затем из нее отжимается морковный сок, который затем подвергают термической коагуляции при температуре 60-70°С. Образовавшийся при этом осадок отделяют и обрабатывают едким натром. Полученную смесь многократно смешивают с четыреххлористым углеродом для экстракции каротинов. Полученную органическую фракцию отделяют от водной фракции и выпаривают под вакуумом. Образовавшуюся таким образом маслянистую смесь промывают водой и обрабатывают порошкообразным кизельгуром. Полученный абсорбат промывают петролейным эфиром при 50-60°С под избыточным давлением углекислого газа или азота. Затем абсорбат кипятят в метаноле. Очищенные таким образом каротины смывают с кизельгура хлороформом. Полученный раствор концентрируют выпариванием и смешивают с метанолом. Выпавшие при этом кристаллы каротина могут быть хроматографически разделены на альфа-, бета- и гамма-каротин («Кристаллический каротин из моркови» на сайте «Практическая химия». Адрес страницы http://premier-pdc.narod.ru/chemfiles/nature/karotin.html.).

Этим путем выделяют индивидуальное вещество - каротин, но не продукт для пищи как таковой. Кроме того, в описанном процессе теряется большинство полезных веществ: пищевых волокон, белков, органических кислот и других нутриентов.

Таким образом, известные методы позволяют выделить отдельные компоненты растительного сырья, но они не предназначены для сохранения максимальной пищевой ценности получаемого продукта.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является получение продукта, обладающего повышенной пищевой ценностью.

Целью заявляемого способа является выделение белковой фракции при разделении в процессе переработки ягодных, фруктовых, овощных культур и их смесей на три фракции: не растворимую в воде (пищевые волокна, клетчатка), белковую с содержанием в ней в неизменном виде полезных нутриентов и сахаридную, которую используют как патоку, подсластитель.

Главным является получение растительного белкового продукта с нутриентами, который необходим для полноценного питания человека. Так как количество белкового продукта с нутриентами можно определить по массе или по весу, то появляется возможность дозировать его при потреблении.

Поставленная цель достигается использованием того обстоятельства, что большинство полезных с пищевой точки зрения веществ содержат гетероатомы и функциональные группы, склонные к внешнесферному комплексообразованию и диполь-дипольному взаимодействию. В результате они образуют друг с другом относительно непрочные аддукты, т.е. своеобразные комплексы, агрегаты. В известных методах обработки растительного сырья эти аддукты разрушаются для выделения одного или нескольких компонентов. Предлагаемое решение, наоборот, направлено на то, чтобы осадить эти аддукты в том химическом составе, в котором они существуют в свежем растительном сырье.

В предлагаемом решении в среду (коллоидный раствор) этих аддуктов добавляются ионы двухвалентных металлов второй группы (кальция, или магния, или цинка), которые вызывают уплотнение и оседание аддуктов без нарушения их исходного химического состава.

Добавляемые ионы играют также положительную роль в биохимических процессах жизнедеятельности, т.к. необходимы как микроэлементы, а вводимые количества не превышают известные нормы.

Важным является проведение всех обработок при температуре не выше 35°С. Таким образом температурный режим позволяет избежать инактивирования витаминов и других биологически значимых ингредиентов - нет жестких условий. При обработке углеводной фракции (сахара, крахмал) применяют вакуумный испаритель, что также (благодаря низкому давлению и низким температурам обработки без введения дополнительных инородных растворителей) не позволяет разрушиться исходным природным соединениям, имеющимся в плодах.

В производстве используют достаточно дешевое оборудование, поэтому продукт получается недорогим.

Заявляемый способ представляет собой комплексную переработку ягодных, фруктовых и овощных культур и их смесей, включающую стадии: измельчение сырья, разделение его на жидкую и не растворимую в воде фракции, переработка этих фракций.

Измельчение проводится таким образом, чтобы максимально разрушить клеточную структуру ягодных, фруктовых, овощных культур и их смесей, не позволяя при этом температуре измельчаемого материала подняться выше 35°С.

Отжим проводится в центрифуге или путем прессования измельченных фруктовых, ягодных, овощных культур и их смесей при температуре не выше 35°С с таким расчетом, чтобы влажность отжатого продукта не превышала 50 мас.%.

Возможна дополнительная экстракция растворимых компонентов водой при температуре не выше 35°С, т.е. измельченное сырье не менее одного раза промывают водой.

Отжатый продукт сушат и используют как источник пищевых волокон. Полученный продукт используется для обогащения рациона питания как в виде самостоятельных форм (порошков, таблеток, сиропов и т.д.), так и в виде добавок в составе известных пищевых продуктов и концентратов.

Жидкую фракцию, полученную после первого отжима, смешивают с твердой химической солью или водным раствором соли, содержащим ионы двухвалентного металла. Соли все водорастворимы и содержат один из элементов 2-й группы (из группы кальций, магний, цинк). После смешивания раствор термостатируется до заданной температуры (0-70°С) и выдерживается при ней от 0,5 минут до 10 часов. Время зависит от температуры: чем она выше, тем меньше время термостатирования.

Количество соли, используемой для введения в жидкую фракцию 2-валентных катионов 2-й группы, составляет от 0,01 до 1,00% от массы жидкой фазы.

Получившийся при этом осадок отделяют и сушат с использованием одного из известных методов: лиофильная сушка, распылительная сушка, низкотемпературная сушка с использованием вакуума, в токе инертного газа и т.д. Полученный белковый продукт представляет собой белковый концентрат, обогащенный органическими кислотами, витаминами, минеральными веществами и другими нутриентами в их естественном сочетании, причем содержание влаги в нем от 0,5 до 15% по массе.

Преимущество нового продукта перед известными формами заключается в том, что он, с одной стороны, позволяет снабжать организм всеми необходимыми нутриентами в их натуральной форме и сочетании, а с другой, практически не содержит сахаридов - источника избыточной энергетической составляющей пищи. Кроме того, предлагаемый способ позволяет очистить фракцию полезных веществ от растворимых техногенных и агрохимических примесей (нитритов, нитратов, солей тяжелых металлов и т.д.). Поставленная цель достигается тем, что все растворимые соли остаются во фракции сахаридов.

Полученный белковый продукт используется для обогащения рациона питания как в виде самостоятельных форм (порошков, таблеток, сиропов и т.д.), так и в виде добавок в составе известных пищевых продуктов и концентратов.

После отделения осадка в растворе остаются, в основном, моно-, ди- и полисахариды (глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмалы). При необходимости после очистки их от нежелательных ионов химическими методами сахара концентрируют и высушивают любым известным способом. Полученный продукт может быть использован в качестве подсластителя, источника энергии или как сырье для дальнейшего выделения входящих в него компонентов: глюкозы, фруктозы, сахарозы, крахмала.

Выделение растительного белкового продукта с нутриентами осуществляли из репы, брюквы, яблок, груш, редиса, лука и т.д.

При сушке любой из 3-х фракций: жом, сахара, белковый продукт - можно на конечной стадии сушки получить их в виде пористых продуктов, этого добиваются путем вспенивания высушиваемого конечного продукта при его влажности от 5% до 30% по массе.

По приведенному способу были получены белковые растительные продукты, которые на производстве прошли проверки и на основании их составлены Технические Условия «Концентраты овощей».

Пример 1.

10 кг сырой моркови измельчают на молотковой мельнице при температуре 25°С и отжимают на фильтр-прессе до содержания влаги 50 мас.%.

Получают 2,4 кг жома и 7,6 кг жидкой фракции.

Жом диспергируют в 10 литрах воды при температуре 60°С и отжимают до содержания влаги 50 мас.%. Промытый жом сушат при 80°С в токе сухого воздуха до содержания влаги 6 мас.%. Получают 0,12 кг плотного мелковолокнистого продукта состоящего, в основном, из нерастворимых пищевых волокон.

7,6 кг жидкой фракции нагревают до температуры 60°С и добавляют в нее раствор 3,4 грамма безводного хлористого кальция, т.е. 0,042% от массы жидкой фракции, в сорока граммах воды, перемешивают и термостатируют 10 минут при 60°С. В ходе описанного процесса образуются рыхлые хлопья осадка, состоящего из аддуктов белков и нутриентов. Раствор охлаждают до 20°С и отделяют хлопья образовавшегося осадка от раствора. Полученный таким образом осадок промывают водой при температуре 20°С и сушат в вакуумной сушилке при давлении 1,5 мм ртутного столба и температуре 60°С до постоянной массы. Получают 220 граммов сухого порошка морковного цвета, содержащего морковные белки и связанные с ними нутриенты. Содержание влаги в продукте 6,0% по массе.

Раствор, оставшийся после отделения белкового осадка, концентрируют на мембранной установке и выпаривают в вакуум-выпарном аппарате при температуре 90°С до содержания влаги 30 мас.%. Получают сироп, содержащий, в основном, глюкозу, фруктозу и сахарозу.

Пример 2.

Процесс проводят по примеру 1, но вместо моркови берут капусту белокочанную и перед измельчением капусту охлаждают до -10°С.

Полученный жом смешивают с водой до состояния однородной пульпы и подают в распылительную сушилку. Получают 84 грамма белого порошка влажностью 5 мас.%, состоящий, в основном, из нерастворимых пищевых волокон.

Для выделения белкового продукта в качестве водорастворимой соли вместо безводного хлористого кальция используют лактат магния. При этом лактат магния берут в количестве 23 граммов и растворяют в 500 мл воды, а все стадии процесса, кроме сушки, проводят при 0°С. Сушку проводят при 40°С в токе сухого азота. Время термостатирования составляет 3 часа. Получают 340 граммов сухого порошка зеленого цвета, содержащего белки и связанные с ними нутриенты. Содержание влаги по массе составляет 2%.

Пример 3.

Процесс проводят по примеру 1, но вместо моркови берут свеклу, а вместо хлористого кальция - 10 граммов уксуснокислого цинка. Время термостатирования - 2,5 часа при температуре 15°С.

Белковый осадок после промывки отжимают и диспергируют в 1 литре воды. Полученную суспензию подают в распылительную сушилку. Получают 210 граммов сухого порошка темно-фиолетового цвета, содержащего белки и связанные с ними нутриенты. Влажность порошка 15% по массе.

Промытый и отжатый жом загружают в пищевой экструдер, где он нагревается под давлением до температуры 140°С. На выходе экструдера в зависимости от режима экструдирования получают мелкоштучные пористые изделия, непрерывную пористую ленту или порошок.

Пример 4.

Процесс проводят по примеру 1, но отжим проводят при температуре 35°С.

Вместо моркови используют сельдерей и жидкую фракцию, полученную после отжима, нагревают до температуры 70°С и вместо безводного хлористого кальция используют 35 граммов глюконата кальция. Время термостатирования - 0,5 мин при 70°С. Отделенный белковый осадок отжимают на фильтр-прессе и из полученной массы формуют изделия заданной формы. Затем их подвергают лиофильной сушке при давлении 0,1 мм рт.ст. Получают пористые изделия заданной геометрической формы. Общий вес полученного белкового продукта составляет 310 граммов. Содержание влаги в продукте 0,5% по массе.

Пример 4а.

Процесс проводят по примеру 4, но полученные пористые изделия дробят на частицы заданной гранулометрии.

Пример 5.

Процесс проводят по примеру 1, но вместо моркови используют листья салата. Белковый продукт (осадок) отжимают до содержания влаги 20 мас.% и изготавливают из него пластины заданной формы толщиной 2-5 мм. Эти пластины нагревают до 45°С и помещают в вакуумную камеру, в которой поддерживается температура 20°С и давление 1 мм рт.ст. Через 30 минут получают пористые вспененные изделия, по форме повторяющие пластины, в количестве 290 граммов, темно-зеленого цвета, содержащие белки и связанные с ними нутриенты. Содержание в продукте влаги 5% по массе.

Пример 6.

Процесс проводят по примеру 1, но при температуре 20°С и вместо моркови используют сладкий перец. Получают 170 граммов сухого порошка темного цвета, содержащего белки и связанные с ними нутриенты. Содержание влаги в порошке 2% по массе.

Пример 7.

Процесс проводят по примеру 1, но при 10°С и вместо моркови используют яблоки.

После добавления водного раствора хлористого кальция отжатый сок концентрируют с использованием мембранной технологии.

Получают 340 граммов сухого порошка, содержащего белки, пектины и связанные с ними нутриенты. Влажность продукта 3,0% по массе.

Пример 8.

Процесс проводят по примеру 1, но вместо 10 кг сырой моркови берут смесь тыквы, репы, редиса, кабачков и патиссонов в количестве по 2 кг каждой культуры.

Получают 0,12 кг сухого жома и 210 г порошка темного цвета, содержащего белки и связанные с ними нутриенты. Содержание влаги в белковом продукте 1,8% по массе.

Пример 9.

Процесс проводят по примеру 7. Но вместо 10 кг моркови берут смесь груш, абрикосов, сливы, вишни, черешни, земляники, черники, черной и красной смородины и облепихи в количестве по одному килограмму каждой культуры. Получают 290 граммов сухого порошка темно-зеленого цвета, содержащего белки и связанные с ними нутриенты. Содержание влаги в нем 2,5% по массе.

Пример 10.

Опыт проводят по примеру 2, но вместо белокочанной капусты используют смесь капусты брокколи, капусты кольраби, брюссельской и цветной капусты и болгарского сладкого перца в количестве по 2 кг каждой культуры, а термостатирование проводят в течение 10 часов при температуре 5°С.

Получают 102 грамма белого порошка, влажностью 5 мас.%, состоящего, в основном, из нерастворимых пищевых волокон, и 310 граммов порошка светло-зеленого цвета влажностью 6 мас.%, состоящего из белков и связанных с ними нутриентов.

Пример 11.

Опыт проводят по примеру 1, но вместо моркови берут смесь укропа, фасоли, чеснока, хрена, шпината и щавеля в количестве по 2 кг каждой культуры.

Полученный по изобретению продукт можно использовать самостоятельно в качестве БАДа либо добавки в кондитерских изделиях или иных пищевых продуктах.

В настоящее время подготовлены технические условия на выпуск таких белков растительного происхождения, так как опытные партии продукции уже получены и испытаны. Также получен сертификат соответствия на выпуск продукции по изобретению.