CC BY
36
КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 664.2:636.087:608.1
DOI 10.24411/0235-2486-2020-10054
Перспективные патенты крахмалопаточной промышленности
А.А. Михайленко, канд. техн. наук; Н.П. Абакумова; Н.С. Лукина*; Т.Н. Шугаева
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Московская обл., пос. Красково
Дата поступления в редакцию 13.04.2020 Дата принятия в печать 15.05.2020
© Михайленко А.А., Абакумова Н.П., Лукина Н.С., Шугаева Т.Н., 2020
Реферат
Анализ патентной документации за последние годы характеризует современный научно-технологический уровень промышленности. В статье представлена обзорная информация разработок последних лет сотрудников ВНИИ крахмалопродуктов и других ученых по самым различным направлениям исследований. Так, для усовершенствования способа получения крахмала из бобовых культур растительное сырье в процессе отделения белковых фракций обрабатывают с помощью ультразвукового воздействия. Волновой способ получения карбоксиметилированного крахмала путем турбулизации пыле-воздушной реакционной смеси является более перспективным с точки зрения производительности и экологии. Получение частично гидролизованного крахмала путем его неполной кислотной модификации в экструдере позволяет эффективно использовать его как в пищевой, так и в строительной промышленности. Новый способ получения декстрина при 150...170 °С с добавкой в крахмал алюминиево-калиевых квасцов и адипиновой кислоты позволяет ускорить процесс, снизить себестоимость и повысить качество декстрина. Полученные из отрубей злакового зерна пентозы и олигосахариды в дальнейшем можно использовать в качестве ингредиентов пищевых и косметических продуктов, дрожжевого вещества и кормов. Способы производства функционального продукта предусматривают ферментативный гидролиз крахмала и смешивание полученного мальтодекстрина с молочной сывороткой или с гидрогенизированным растительным маслом с применением ультразвуковой кавитации. Этот продукт может быть использован в производстве кормов для животных, сухих смесей для детского питания, при изготовлении мороженого. Способ получения затравочной суспензии для кристаллизации глюкозы предусматривает использование затравочных кристаллов размером 1-10-30 мкм после смешивания их с алифатическим спиртом. Мелкие кристаллы применяют для выкристаллизовывания ангидридной глюкозы в вакуум-аппарате, крупные -для кристаллизаторов. Затравочные суспензии легко и равномерно распределяются в глюкозном сиропе и имеют длительные сроки хранения. Питательным субстратом для культивирования микроорганизмов при получении высокобелковых пищевых и кормовых продуктов могут служить вторичные ресурсы переработки зерновых культур, использование которых в полном объеме может пятикратно перекрыть дефицит (1 млн т) полноценного белка в стране.
Ключевые слова
крахмал, растительное сырье, ферментативный гидролиз, экструзионная обработка, декстрин, кристаллизация глюкозы, пищевые и кормовые продукты, вторичные ресурсы
Для цитирования
Михайленко А.А., Абакумова Н.П., Лукина Н.С., Шугаева Т.Н. (2020). Перспективные патенты крахмалопаточной промышленности // Пищевая промышленность. 2020. № 5. С. 44-49.
The analysis of patent documentation for recent years characterizes the modern scientific and technological level of industry. The article provides an overview of recent years developments of VNIIK employees and other scientists in various fields of research. Thus, to improve the method of producing starch from leguminous crops, plant raw materials are treated with ultrasound during separation of protein fractions. The wave method of producing carboxymethylated starch by turbulization the dust-air reaction mixture is more promising in view of productivity and ecology. The production of partially hydrolyzed starch by its incomplete acid modification in the extruder makes it possible to effectively use it both in the food and construction industries. The new method of producing dextrin at 150...170 °C with aluminum-potassium alum and adipic acid added to starch allows to speed up the process, reduce prime cost and improve dextrin quality. Obtained from bran cereal pentose and oligosaccharides can be used as ingredients of food and cosmetic products, yeast substance and fodders. Methods of producing a functional product involve enzymatic hydrolysis of starch and mixing the obtained maltodextrin with milk whey or hydrogenated vegetable oil using ultrasonic cavitation. This product can be used in production of animal fodders, dry mixtures for baby food, in production of ice cream. The method of preparing seed suspension for glucose crystallization involves using seed crystals of 1-10-30 mcm after mixing them with aliphatic alcohol. Fine crystals are used for crystallization of anhydride glucose in vacuum apparatus, large crystals are used for crystallizers. Seed suspensions are easily and evenly distributed in glucose syrup and have long shelf life. The feed substrate for the cultivation of microorganisms in the production of high protein food and feed products can be secondary resources of cereals processing, the full use of which can close the deficit (1 million tons) of proper protein in the country five times.
Key words
starch, plant raw material, enzymatic hydrolysis, extrusion treatment, dextrin, glucose crystallization, food and feed products, secondary resources
For citation
Mikhaylenko A.A., Abakumova N.P., Lukina N.S., Shugaeva T.N. (2020). Prospective Starch Industry Patents // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2020. No. 5. P. 44-49.
Prospective Starch Industry Patents
A.A. Mikhaylenko, Candidate of Technical Sciences; N.P. Abakumova; N.S. Lukina*; T.N. Shugaeva
The All-Russian Scientific Research Institute for Starch Products - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow region, Kraskovo village
Received: April 13, 2020 Accepted: May 15, 2020
© Mikhaylenko A.A., Abakumova N.P., Lukina N.S., Shugaeva T.N., 2020
Abstract
Введение. Широкое распространение крахмала в различных отраслях промышленности обусловлено его многофункциональностью при производстве экологически чистой продукции пищевого и технического назначения, многообразием исходных сельскохозяйственных культур для его получения и, в отличие от полимеров из нефтегазового сырья, ежегодным воспроизводством этих культур: кукурузы, картофеля, пшеницы, ржи, ячменя, тритикале, риса, гороха, гречихи, овса, тапиоки, сорго и т. д. Получено большое число модифицированных крахмалов пищевого, технического, сельскохозяйственного, медицинского, фармацевтического и др. назначения. Анализ представленной в статье патентной документации характеризует современный научно-технический уровень крахмалопаточной промышленности, выявляет актуальные направления и необходимость развития прогрессивных технологий, создания импортозамещающих предприятий для выпуска новой или пока еще дефицитной в стране продукции. Представлены результаты исследований в области технологии производства крахмалопро-дуктов и переработки вторичных ресурсов, запатентованные отечественными и зарубежными учеными за последние годы.
1. Способ получения крахмала из бобовых культур имеет свои особенности и включает измельчение растительного сырья, смешивание этого крахмалсодер-жащего сырья с водой при перемешивании реакционной среды, отделение белковых фракций раствором 0,5 н. едкого натра при рН 8,5, фракционирование и промывку водой суспензии, отделение крахмала от супернатанта центрифугированием и его сушку [1]. Процесс извлечения крахмала, например, из гороха усложнен получением различных белковых фракций. Авторы предлагают проводить отделение этих фракций при дополнительном воздействии низкочастотных ультразвуковых волн с интенсивностью 460±5 Вт/см2 в течение 25±1 мин. После отделения крахмала осуществляют его лиофильную сушку. По мнению авторов, изобретение позволяет на 5-7 % увеличить выход крахмала и повысить степень его чистоты. Техническим результатом предложенного изобретения является сокращение времени технологического процесса и получение крахмала из бобовых культур с высокой степенью чистоты -с низким содержанием белковых примесей, гарантирующим длительные сроки хранения готового продукта. Проведенные опыты по экстракции крахмала из измельченного сырья при запатентованных оптимальных параметрах показали следующие результаты: для зеленой чечевицы выход крахмала составил 96 % (содержание
белка 0,4 %о); для белой фасоли выход крахмала 94% (содержание белка 0,3%). Разработка находится на стадии лабораторных испытаний.
2. Усовершенствован способ получения высокомолекулярных веществ, в частности карбоксиметилкрахмала (КК), который может найти применение в современных химических технологиях в качестве загустителя, эмульгатора, особенно в нефтегазодобывающей промышленности в качестве агента стабилизации буровых растворов [2]. Этот волновой способ получения КК осуществляют путем проведения реакции крахмала с монохлоруксусной кислотой, водой и гидроксидом натрия в реакционной камере смесителя, в которую вводят крахмал, создают в ней режим турбулизации пылевоздушной смеси путем вращения смесительного элемента при частоте крутильных колебаний реакционной камеры вокруг ее оси 4951 Гц и угловой амплитуде ее крутильных колебаний 6-7 мм с последующим введением воды, монохлоруксусной кислоты и гидроксида натрия, при этом после введения каждого компонента волновая обработка проводится в течение 1-5 мин. Проведение процесса КК в пылевоздуш-ной среде, находящейся в оптимизированном режиме волновой турбулизации, обеспечивает увеличение межфазной реакционной поверхности для интенсивного протекания реакции. суммарное время приготовления КК составляет 10-15 мин, что более чем в 4 раза короче, чем время приготовления его известными способами, и является более экономичным с точки зрения потребления электроэнергии и этанола. Использование предложенного способа является более перспективным с точки зрения производительности и экологии.
3. способ получения частично гидро-лизованного крахмала включает смешивание воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты, характеризующейся значением Ка от 3 до 6, которая не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодер-жанием 8-25% масс., подачу его в экс-трудер, прежелатинизацию и кислотную модификацию его в экструдере при температуре головки 150...210 °С, причем прежелатинизированный, частично ги-дролизованный крахмал характеризуется степенью желатинизации по меньшей мере 70% и вязкостью в холодной воде (10% твердой фазы, 25 °С) от 10 до 120 единиц Брабендера [3]. Изобретение обеспечивает получение легкоусвояемого углевода - крахмала. Некоторые крахмалы подвергают предварительной желатинизации (прежелатинизации),
как правило, с применением термических способов. Прежелатинизированные крахмалы могут образовывать с холодной водой дисперсии, пасты или гели, являются легкоусвояемыми и используются разными способами, в том числе в качестве добавки в различные пищевые продукты (в хлебобулочные изделия, закуски, суповые смеси, кондитерские изделия, молочные продукты, пудинги, соусы, полуфабрикаты, приправы и мясные продукты, корма, адгезивы и краски) и в фармацевтические препараты. Основная роль использования модифицированных крахмалов (МК) - это достижение необходимой итоговой констистенции. Не все МК разрешены для применения в пищевой промышленности: здесь используется крахмал, при изменении свойств которого применялись температура (Е1400), кислота (Е1401), щелочь (Е1402), ферменты (Е1405). в то же время комитет экспертов ФАО и ВОЗ рекомендовал применять без ограничений лишь крахмалы, обработанные ферментативно, а другие виды химически обработанных крахмалов нуждаются в дополнительном изучении [4]. Другое применение прежелатинизи-рованных крахмалов состоит в изготовлении гипсовой стеновой плиты. При этом строительный гипс, воду, крахмал и другие ингредиенты перемешивают, суспензию выгружают на движущийся конвейер, формируют требуемую толщину плиты и обезвоживают, например, в обжиговой печи. Прежелатинизацию и кислотную модификацию крахмала предложено осуществлять в одну стадию в экструдере, что обеспечивает более высокий выход продукта, более быстрое производство и более низкие энергетические затраты при сохранении требуемых свойств (вязкости, текучести, растворимости в холодной воде). Кроме того, условия экструзии (высокие температура и давление) значительно повышают скорость кислотного гидролиза крахмала, которая может быть в 30 000 раз быстрее, чем скорости обычного кислотного гидролиза при низких температурах (например, 50 °С) и давлении. Влажный крахмал в экструдере подвергается прежелатинизации и кислотной модификации таким образом, что он частично гидролизуется. скорость кислотного гидролиза дополнительно увеличивают применением в крахмалсо-держащем веществе-предшественнике низких уровней влаги (8-25 % масс.) и, следовательно, за счет повышенной концентрации реагентов. Одностадийный процесс делает возможным применение слабой кислоты, такой как квасцы, которые, по существу, не образуют хелатов с ионами кальция, или небольшого количества сильной кислоты для проведения
^КАЧЕСТВОМ БЕЗОПАСНОСТЬ
кислотной модификации крахмала. И та и другая кислотные формы обеспечивают механизм, в котором протоны из кислоты катализируют гидролиз крахмала. Применение слабой кислоты (например, квасцов) и /или небольшого количества сильной кислоты устраняет потребность в стадии нейтрализации и последующей стадии очистки, необходимой в обычных системах для очистки крахмала от солей, образующихся на стадии нейтрализации. Вместо квасцов можно использовать и другие слабые кислоты - винную, янтарную или яблочную, а также добавить масло для улучшения перемещаемости крахмала внутри экструдера.
4. Новый способ получения декстрина предусматривает смешивание крахмала влажностью 13-20 % с раствором двух реагентов, содержащим алюминиево-калиевые квасцы и адипиновую кислоту [5]. Получают смесь с массовой долей влаги 30-35 %, содержащую в пересчете на сухое вещество крахмала 0,251,00 масс. % адипиновой кислоты. Полученную смесь подсушивают при температуре 140...145 °С до содержания массовой доли влаги 2,5-3,0%. Декстринизацию и эте-рификацию крахмала проводят при температуре смеси 150.170 °С в течение 60120 мин с получением белого или палевого, или желтого декстрина. Затем полученный декстрин охлаждают, просеивают и упаковывают. Изобретение позволяет ускорить процесс получения декстрина, снизить себестоимость, повысить качество декстрина, расширить ассортимент. Относится к области получения декстринов технического назначения, растворимых в холодной и горячей воде, с высокой прочностью склеивания, повышенной вязкостью и устойчивостью клея к перемешиванию, встряхиванию, тик-сотропии, длительному хранению и может быть использовано для применения декстрина в качестве клеящего, связующего и пленкообразующего компонента в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве быстро-схватывающего клея для высокоскоростных автоматических линий по наклеиванию этикеток на стеклянные бутылки, а также в качестве связующего компонента в производстве стекловолокна при приготовлении замасливающих составов, в качестве пленкообразователя для аппретирования тканей в текстильной промышленности, для сгущения печатных красок в полиграфической промышленности.
5. Способ получения затравочной суспензии для кристаллизации глюкозы [6] относится к пищевой, сахарной, крахма-лопаточной и фармацевтической промышленности. способ предусматривает механическое измельчение кристалличе-
ской глюкозы с кристаллами 1-300 мкм с помощью мельницы с классификацией частиц по размерам. Получают затравочные кристаллы размером 1-10 мкм и 1030 мкм, смешивают их с абсолютным алифатическим спиртом (этанол, пропанол, бутанол, изопропанол или изобутанол) и хранят для последующего использования. Затравочные кристаллы размером 1-10 мкм применяют для кристаллизации ангидридной глюкозы изотермическим способом (в вакуум-аппарате), а размером 10-30 мкм - политермическим способом (в кристаллизаторе). При высокоскоростной кристаллизации ангидридной глюкозы внесение в вакуум-аппарат для затравки 20-30 г мелкокристаллической глюкозы на тонну сиропа быстро активизирует образование новых центров кристаллизации во всем объеме раствора. Главным недостатком способа является субъективный органолептиче-ский контроль количества образующихся зародышей, который осложняет процесс наращивания кристаллической массы и центрифугирования утфелей и снижает выход и качество глюкозы. Стадия «заводки» кристаллов при замедленной кристаллизации ангидридной глюкозы по методу охлаждения утфелей в кристаллизаторе еще более трудоемкая, продолжается до трех часов и более. В этом случае еще труднее контролировать количество образующихся центров кристаллизации. Затяжной период «заводки» центров кристаллизации ухудшает гранулометрический состав кристаллов готовой глюкозы и увеличивает общую продолжительность процесса кристаллизации. Применение для затравки мелкокристаллических порошков глюкозы позволяет снизить расход глюкозы на затравку, однако использование их также связано с определенными трудностями из-за комкования и слеживания кристаллов как в период хранения, так и при смешивании с сиропом. Технический результат изобретения основывается на том, что кристаллы глюкозы любого размера в среде абсолютных спиртов остаются стабильными по величине и форме на протяжении длительного времени и заключается в снижении расхода глюкозы на затравку, ускорении процесса кристаллизации, улучшении гранулометрического состава глюкозы и повышении ее выхода. Предлагаемый способ имеет существенные преимущества перед известными способами: затравочные кристаллы имеют мелкий размер - 1-30 мкм, благодаря чему расход их для полной затравки значительно сокращается; в то же время предлагаемые затравочные кристаллы значительно крупнее по отношению к вновь образующимся кристаллам в известных способах, что сокращает про-
должительность кристаллизации; количество и размер затравочных кристаллов, вносимых в сироп, во всех циклах кристаллизации одинаковые, благодаря чему упрощается способ применения затравок; затравочные суспензии имеют длительные сроки хранения, легко и равномерно распределяются в глюкозном сиропе; возрастает производительность кристаллизаторов, и снижается потребность в их количестве; качество получаемой глюкозы улучшается.
6. Предложен относящийся к пищевой промышленности способ извлечения из злакового зерна и отделения растворимых продуктов арабиноксилана (АХ), включающий удаление внешних слоев цельных зерен с получением первых отрубей злаков и зерен с удаленными оболочками; вальцовый помол зерен с удаленными оболочками для получения вторых отрубей злаков; заливку водным раствором по меньшей мере части вторых отрубей злаков для повышения растворимости и дополнительной деполимеризации части АХ, содержащейся во вторых отрубях злаков; отделение от нерастворимой фракции мягкой массы солюбилизи-рованной фракции, содержащей по меньшей мере часть солюбилизированных растворимых продуктов АХ [7]. Перед заливкой вторые отруби злаков подвергают разделению на фракции или помолу. Данный способ значительно увеличивает выход конечного продукта. Изобретение относится к способу извлечения из злакового зерна и отделения растворимых продуктов АХ, таких как пентозы или растворимые олигополисахариды на основе пентозы, которые можно использовать в качестве пребиотиков, ингредиентов пищевых продуктов и напитков, косметических и фармацевтических продуктов и кормов, а также в качестве дрожжевого вещества или основания для химической модификации. Злаковые зерна содержат от 5 до 10% АХ. Однако АХ не распределены равномерно по различным тканям злакового зерна. Особенно богатыми АХ являются внешние слои злакового зерна, что объясняет распространенную практику сначала разделить на фракции злаковое зерно для получения фракции, обогащенной внешними слоями (отруби), которая будет служить в качестве исходного материала для получения производных от АХ продукции. Однако основная часть АХ из внешних слоев злакового зерна не извлекается водой и не может быть отделена в своем естественном состоянии, поскольку она неразрывно связана с другими материалами стенок как ковалентными, так и нековалентными взаимодействиями. В результате отделение фракции АХ от отрубей включает в себя по меньшей мере
частичную гидролитическую деполимеризацию АХ.
7. Способ производства функционального продукта предусматривает приготовление суспензии путем смешивания нативного крахмала с расчетным количеством воды до концентрации сухих веществ 35-38%, внесение раствора а-амилазы и инкубацию смеси суспензии с ферментами при температуре 95.120 °С до достижения требуемой степени гидролиза нативного крахмала 25-32 % редуцирующих веществ [8]. Далее проводят концентрирование ферментативного гидролизата крахмала - мальтодекстрина выпариванием до содержания сухих веществ (СВ) 50%. Одновременно концентрируют выпариванием молочную сыворотку до 50% СВ. Полученные растворы мальтодекстрина и молочной сыворотки смешивают в соотношении 1:1 и обезвоживают на распылительной сушилке. Изобретение позволяет оптимизировать технологический процесс получения функционального продукта (в виде сухой смеси мальтодекстрина с молочной сывороткой), обладающего повышенной калорийностью и усвояемостью, и может быть использовано при производстве кормов для сельскохозяйственных животных в качестве добавки, а также продуктов спортивного питания (гейнер «Лактомальт»). Скармливание сахаросодержащего зернового гидролизата сельскохозяйственным животным значительно повышает их продуктивность и молокоотдачу у дойных коров. Гидролиз крахмала ферментами, в отличие от кислотного гидролиза, привлекает своей простотой исполнения и экологичностью, и поиск методов, повышающих количество сахаров в кормах, остается актуальным. Документов, регламентирующих технологию производства и состав зерновых гидролизатов для сельскохозяйственных животных, в РФ пока не имеется, хотя ведущие ученые патентуют изобретения, связанные с ферментативным гидролизом крахмалсодержащего зернового сырья [9, 10].
8. Способ производства продукта, содержащего углеводы и жир растительного происхождения, предусматривает ферментативный гидролиз нативного крахмала до содержания редуцирующих веществ (РВ) 25-32% с получением сиропа мальтодекстрина, который концентрируют до содержания СВ 40-60 %, смешивают с подогретым до 58.60 °С гидрогенизи-рованным растительным маслом в соотношении 1:1,5 и гомогенизируют смесь с помощью ультразвука [11]. При этом за счет кавитации происходит дробление «жировых шариков», в результате чего получают однородную многофазную систему. Готовую композицию направляют
на распылительную сушилку. Соотношение смеси мальтодекстрина и масла 1:1,5 - это максимальное количество масла, при котором сушка проходит технологично. При доле масла выше 1,5 происходит налипание частиц на стенках сушильной камеры, процесс сушки (температура воздуха на входе 200 °С, на выходе 80 °С) нарушается. Готовый продукт представляет собой белый порошок влажностью 4-5%, содержащий до 40% углеводов и до 60% жира растительного происхождения, при этом содержит РВ около 10 %. Изобретение обеспечивает быстрое, равномерное растворение сухих смесей, в состав которых вводится указанный продукт, улучшение органолептических свойств, повышение калорийности и усвояемости и может быть использовано при производстве кормов для сельскохозяйственных животных, в качестве заменителя цельного молока для выпаивания телят и в качестве престартера, а также может найти применение в производстве сухих смесей для детского питания и сухих смесей при изготовлении мороженого.
9. Способ получения кормового продукта на основе зернового сырья относится к биотехнологии сельского хозяйства с получением кормовых концентратов при микробной переработке замочных вод - жидкого кукурузного экстракта (КЭ) [12]. Способ осуществляют путем подготовки питательного субстрата, внесения культуры-продуцента культивирования микроорганизмов и высушивания полученной смеси. Питательным субстратом служат замочные воды зерна кукурузы или смесь замочных вод кукурузы и влажной экструдированной кукурузной мезги (КМ) в соотношении 1:3-1:10. В качестве продуцента биомассы используют штамм дрожжей Trichosporon pullulans, способный активно расти при рН 4,0-8,5 и подщелачивать в процессе роста кислый субстрат. Осуществление изобретения позволяет, используя дешевые, не требующие специальных приемов подготовки, трудно утилизируемые побочные продукты крах-малопаточного производства, получить кормовой продукт с высокой биологической ценностью. Богатый химический состав КЭ, наличие в достаточном количестве источников углеводов, азота, аминокислот, витаминов, микроэлементов, отсутствие токсичных соединений позволяют обеспечить нормальную жизнедеятельность микроорганизмов. Сложность микробной переработки КЭ состоит в его высокой кислотности и значительном содержании молочной кислоты. Поэтому очень важен подбор микроорганизма продуцента. Использование традиционной культуры дрожжей рода Candida нежелательно, так как этот род относится
к условно-патогенным микроорганизмам. Недостатками КМ являются избыток клетчатки - до 65 % в сырой мезге и сложность хранения из-за быстрого закисания влажной мезги. Как следствие создание комбикормов на основе КМ требует обязательного ввода в конечный продукт дорогостоящих концентрированных источников белка, жира, минеральных веществ, в том числе и сгущенного (процесс один из самых трудоемких на заводе) КЭ. Экономическая эффективность технологии производства кормового продукта достигается в результате использования дешевых, не требующих специальных приемов подготовки жидкого КЭ и КМ -побочных продуктов крахмалопаточного производства; повышения кормовых качеств отходов крахмалопаточного производства - жидкого КЭ и КМ за счет белков микробной биомассы; создания нового кормового продукта на основе трудно утилизируемых кислотного КЭ и КМ; упрощенной и экономичной технологии получения питательного субстрата и кормового концентрата; отсутствия этапа удаления культуральной среды, исключающего образование и сброс в окружающую среду богатых органическими соединениями стоков. Полноценность состава замочных вод исключает дополнительное их обогащение питательными компонентами и ростовыми факторами, стимулирующими рост микроорганизмов, что значительно удешевляет и упрощает технологический процесс. Благодаря способности культуры Тпс1"1. Pullulans подщелачивать высококислотные замочные воды кукурузы кормовой продукт не требует дополнительной корректировки рН. Высушенный кормовой продукт представляет собой рассыпчатый порошок светло-кремового цвета с приятным запахом. Белок кормового продукта содержит 19 аминокислот, причем в значительном количестве присутствуют такие незаменимые аминокислоты, как треонин, лейцин, лизин. По содержанию лейцина он превышает эталон ФАО.
10. Способ получения белкового концентрата из вторичных продуктов переработки зерновых культур относится к биотехнологии и пищевой промышленности [13]. Разделяют замоченное сырье на четыре фракции: крахмальную (крахмал А), фракцию зерновых оболочек (мезгу), крахмал-белковую (крахмал Б) и экстракт. Объединяют крахмал Б и экстракт. Выделяют белковый раствор при помощи ферментов целлюлолитиче-ского и амилазного действия из расчета 50-170 ед. целлюлолитической активности, затем ксиланазного и глюкоами-лазного действия из расчета 50-70 ед. ксиланазной и 2-4 ед. глюкоамилазной
^КАЧЕСТВОМ БЕЗОПАСНОСТЬ
активности, затем протеолитического действия из расчета 0,4-0,6 ед. протео-литической активности. Время обработки ферментными препаратами на первой стадии составляет 3-4 ч при температуре 50.60 °С, гидромодули 19-1 до 25-1, значение рН 5-6; на второй стадии то же, но значение рН 4,3-5,0; на третьей - 1,5 ч при температуре 50.60 °С, гидромодули 12-1, значение рН 3-3,5. Концентрируют белковый раствор. Осуществляют ферментативную агрегацию и осаждение белков. Нейтрализуют щелочным раствором при рН 10-11 и гидромодуле 12-1 до 14-1, при температуре 50.55 °С в течение 1-2 ч. Осуществляют промывку. Изобретение позволяет получить продукт с выходом белка после осаждения 80-84% и может быть использовано в биотехнологии глубокой переработки зерновых культур при извлечении крахмала, а также при получении гидролизатов для микробиологических питательных сред, создании белковых добавок, композитных модулей с повышенной пищевой ценностью и регулируемыми свойствами для продуктов питания различного назначения. Ежегодно пищевая и перерабатывающая промышленность используют 110-115 млн т различных видов сырья, для повышения эффективности использования которого требуется внедрение современных технологий глубокой переработки, позволяющих вырабатывать наряду с традиционной продукцией конкурентоспособные белковые препараты и композиты с заданными функциональными свойствами. Дефицит полноценного белка в стране оценивается в количестве около 1 млн т. Сегодня в структуре импорта пищевых продуктов до 25% от стоимости занимает белоксодержащая продукция мясной, рыбной и молочной промышленности. В процессе переработки зернового сырья на предприятиях промышленности образуется большое количество вторичных ресурсов и отходов, которые целесообразно использовать для выработки белковой продукции, востребованной различными отраслями промышленности. Вторичные сырьевые ресурсы содержат до 20 % белка, и за счет их переработки с использованием биотехнологий можно получать ежегодно до 5 млн т высокобелковых как пищевых, так и кормовых продуктов. Использование результатов изобретения позволит улучшить технологические показатели качества, пищевую и биологическую ценность продуктов питания, снизить импорт белкового сырья, улучшить экологию окружающей среды.
11. Способ получения кормовой микробно-растительной добавки предусматривает приготовление питательной среды, засев ее микроорганизмами, про-
ведение ферментации, при этом питательную среду готовят путем замачивания зерна тритикале или ячменя, или овса, или ржи водой, содержащей 0,1-0,2 % диоксида серы, 0,40-0,45 % пиросульфита натрия, в течение 22-45 ч при температуре 48.50 °С, соотношении замочного раствора к массе зерна 2,02,5:1, отделения экстракта от замоченного зерна, извлечения из него растворимых белковых соединений, затем внесение в высвободившиеся сывороточные воды нерастворимого остатка, образующегося при извлечении белка из экстракта, в количестве 2-5 % к массе сыворотки и мезги, остающейся после извлечения крахмала А, в количестве 2-7% к массе сыворотки, засев питательной среды Geotrichum candidum ВКПМ Y-4300, или РкЫа kudriavzevii, или Saccharomyces cerevisiae, или смесью культур в любом соотношении в количестве 5-10% к массе питательной среды [14]. После окончания ферментации микробную суспензию перемешивают, подвергают термической обработке при 80.100 °С в течение 5-20 мин и высушивают любым известным способом до влажности 6-7%. Животноводческие и птицеводческие хозяйства остро нуждаются в недорогих препаратах, обогащенных белком, аминокислотами, углеводами, липидами, минеральными веществами. В качестве кормовых добавок широко используется биомасса микроорганизмов, однако промышленное получение микробной биомассы в кормовых целях не соответствует возрастающим потребностям комбикормового производства. Получение качественных кормовых добавок целесообразно осуществлять при использовании доброкачественного сырья и упрощенного способа создания на его основе питательной среды, способствующей достижению максимальной продуктивности культуры продуцента. Таким требованиям отвечают сывороточные воды, мезга и нерастворимый остаток - отходы, образующиеся из зерновых культур после извлечения крахмала А и белковых концентратов, выделенных из экстракта, полученного после замачивания зерна злаковых культур и не имеющего в настоящее время практического применения. По химическому составу сыворотка, сухая мезга и нерастворимый остаток экстракта представляют собой высококачественное сырье для использования в виде компонентов питательной среды.
Заключение. Таким образом, представленная в статье краткая обзорная информация о результатах проведенных в последние годы исследований ученых в области технологических процессов глубокой переработки зерна дает возмож-
ность специалистам крахмалопаточной и других родственных отраслей промышленности определиться с наиболее эффективными и необходимыми для страны направлениями использования сельскохозяйственного сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент 2665080 РФ, МПК СО8В 30/00. Способ получения крахмала из растительного сырья/ М. Г. Сульман, Е. В. Ожимкова, Э. М. Сульман. Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». Опубл. 28.08.2018. Бюл. № 25.
2. Патент 2702592 РФ, МПК С08В 31/18. Волновой способ получения карбоксимети-лированного крахмала/Р.Ф. Ганиев, С.Р. Га-ниев, Е.К. Коптелова [и др.]. Патентообладатель: ФГБУН Институт машиноведения им.
A.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН). Опубл. 08.10.2019. Бюл. № 28.
3. Патент 2671467 РФ, МПК СО8В 30/ 14. Способ получения прежелатинизированного, частично гидролизованного крахмала и связанные с ним способы и продукты/ И. Сан,
B. Сун, К.С. Ли. Патентообладатель: Юнайтед Стейтс Джипсэм компани (US). Опубл.
31.10.2017. Бюл. № 30.
4. Руськина, А.А. Анализ современных способов модификации крахмала как инструмента повышения его технологических свойств/А.А. Руськина [и др.] // Вестник Южно-Уральского государственного университета (Челябинск). Серия «Пищевые и биотехнологии». - 2017. - Т. 5. - № 3. -
C. 12-20.
5. Патент 2705264 РФ, МПК СО8В 30/ 18. Способ получения декстрина/Л.С. Соломина, Д. А. Соломин. Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН. Опубл. 06.11.2019. Бюл. № 31.
6. Патент 2654242 РФ, МПК С13К 1/ 10. Способ получения затравочной суспензии для кристаллизации глюкозы/Л.С. Хворова, Н.Р. Андреев, Л.В. Баранова, В.А. Гоменюк. Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН. Опубл.
17.05.2018. Бюл. № 14.
7. Патент 2640428 РФ, МПК С08В 30 /02. Способ получения из злакового зерна пентоз и растворимых олигополисахаридов на основе пентозы, включающий технологию удаления оболочек/Я. Делькур, В. Веравербеке, В. Брукарт Патентообладатель: Карджилл, Инкорпорейтед Опубл. 09.01.2018. Бюл. № 1.
8. Патент 2609282 РФ, МПК А23L 33/125. Способ производства функционального про-дукта/В.В. Ананских, Н.Д. Лукин, Л.Д. Шле-ина, Л. В. Ананских. Патентообладатель: ФГБНУ ВНИИ крахмалопродуктов. Опубл. 01.02.2017. Бюл. № 4.
9. Донков, С.А. Ферментативный гидролиз крахмала и крахмалсодержащего расти-
тельного сырья при получении сахаросо-держащих продуктов для животноводства (обзор патентов)/ С. А. Донков, М.Ю. Каде-това // Вестник Красноярского государстен-ного аграрного университета «Ветеринария и зоотехния». - 2019. - № 3. - С. 116121.
10. Мотовилов, К.Я. Технология переработки зернового крахмалсодержащего сырья на кормовые сахара и их использование в животноводстве: методическое руковод-ство/К.Я. Мотовилов [и др.]. - Новосибирск, 2012. - 32 с.
11. Патент 2684744 РФ, МПК A23L 33/125. Способ производства функционального про-дукта/В.В. Ананских, Л. Д. Шлеина. Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН. Опубл. 12.04.2019. Бюл. № 11.
12. Патент 2646 047 РФ, МПК А23К 10/12. Способ получения кормового продук-та/В.Г. Гольдштейн, Р.В. Уланова, И.К. Кравченко, Л. В. Адикаева Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН. Опубл. 01.03.2018. Бюл. № 7.
13. Патент № 2680693 РФ, МПК А230 1/12. Способ получения белкового концентрата из вторичных продуктов переработки зерновых культур / В.В. Колпакова, Н.Р. Андреев, В.А. Гулакова, Л. П. Носовская, Р. В. Уланова. Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. Горбатова» РАН. Опубл. 25.02.2019. Бюл. № 6.
14. Патент 2673125 РФ, Int.CL. А23К 10/10. Способ получения кормовой микробно-растительной добавки/ В. В. Колпакова, Н.Р. Андреев, В.Г. Гольдштейн, В.А. Гулакова [и др.]. Патентообладатель: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН. Опубл. 22.11.2018. Бюл. № 33.
REFERENCES
1. Patent 2665080 RF, MPK SO8V 30/ 00. Sposob poLucheniya krahmaLa iz rastiteL'nogo syr'ya [Method of producing starch from vegetabLe raw materiaLs]. SuL'man MG, Ozhimkova EV, SuL'man EM. PatentoobLadateL': FGBOU VO Tverskoj gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet. OpubL. 28.08.2018. ByuL. No. 25.
2. Patent 2702592 RF, MPK S08V 31/ 18. VoLnovoj sposob poLucheniya karboksimetiLirovannogo krahmaLa [Wave process for the production of carboxymethyLated starch]. Ganiev RF, Ganiev SR, KasiLov VP,
Kislogubova ON, Koptelova EK, Kuz'mina LG, Kurmenyov DV, Lukin ND, Maslov PM, Ukrainskij LE, Yudkin VF. Patentoobladatel': FGBUN Institut mashinovedeniya im. A. A. Blagonravova RAN (IMASH RAN). Opubl. 08.10.2019. Byul. No. 28.
3. Patent 2671467 RF, MPK SO8V 30/ 14. Sposob polucheniya prezhelatinizirovannogo, chastichno gidrolizovannogo krahmala i svyazannye s nim sposoby i produkty [Method of producing pregelatinised partially hydrolyzed starch and associated methods and products]. San I, Sun V, CHan' S, Li K. Patentoobladatel': Yunajted Stejts Dzhipsem Compani (US). Opubl. 31.10.2017. Byul. No. 30.
4. Rus'kina AA, Popova NV, Naumenko NV, Rus'kin DV. Analiz sovremennyh sposobov modifikacii krahmala kak instrumenta povysheniya ego tekhnologicheskih svojstv [Analysis of modern methods of modifying starch as a tool to improve its processing properties]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Pishchevye i biotekhnologii». 2017. Vol. 5. No. 3. P. 12-20 (in Russ.).
5. Patent 2705264 RF, MPK SO8V 30/18. Sposob polucheniya dekstrina [Way of receiving dextrine]. Solomina LS, Solomin DA. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. V. M. Gorbatova RAN. Opubl. 06.11.2019. Byul. No. 31.
6. Patent 2654242 RF, MPK C13K 1/ 10. Sposob polucheniya zatravochnoj suspenzii dlya kristallizacii glyukozy [Method of producing seed suspension for glucose crystallization]. Hvorova LS, Andreev NR, Baranova LV, Gomenyuk VA. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. V. M. Gorbatova RAN. Opubl. 17.05.2018. Byul. No. 14.
7. Patent 2640428 RF, MPK S08V 30 / 02. Sposob polucheniya iz zlakovogo zerna pentoz i rastvorimyh oligopolisaharidov na osnove pentozy, vklyuchayushchij tekhnologiyu udaleniya obolochek [Method of producing pentose and soluble pentose based oligopolysaccharides from cereal grains, comprising the technology of removing shells]. Del'kur Y, Veraverbeke V, Brukart V. Patentoobladatel': Kardzhill Inkorporejted (US). Opubl. 09.01.2018. Byul. No. 1.
8. Patent 2609282 RF, MPK A23L 33/ 125. Sposob proizvodstva funkcional'nogo produkta [Method of functional product production]. Ananskih VV, Lukin ND, Shleina LD, Ananskih LV. Patentoobladatel': FGBNU
VNII krahmaloproduktov. Opubl. 01.02.2017. Byul. No. 4.
9. Donkov SA, Kadetova MYu. Fermentativnyj gidroliz krahmala i krahmalsoderzhashchego rastitel'nogo syr'ya pri poluchenii saharosoderzhashchih produktov dlya zhivotnovodstva (obzor patentov) [Enzymatic hydrolysis of starch and starch-containing vegetable raw materials in production of sugar-containing products for livestock production]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Veterinariya i zootekhniya. 2019. No. 3. P. 116-121 (in Russ.).
10. Motovilov K Ya, Aksyonov VV, Ermo-hin VG et al. Tekhnologiya pererabotki zernovo-go krahmalsoderzhashchego syr'ya na kormovye sahara i ih ispol'zovanie v zhivotnovodstve: metodicheskoe rukovodstvo [Technology of processing of cereal starch-containing raw materials for feed sugars and their use in livestock production]. Novosibirsk, 2012. 32 p. (in Russ.).
11. Patent 2684744 RF, MPK A23L 33/125. Sposob proizvodstva funkcional'nogo produkta [Method of functional product production]. Ananskih VV, Shleina LD. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. V.M. Gorbatova RAN. Opubl. 12.04.2019. Byul. No. 11.
12. Patent 2646 047 RF, MPK A23K 10/12. Sposob polucheniya kormovogo produkta [Method of fodder product production]. Gol'dshtejn VG, Ulanova RV, Kravchenko IK, Adikaeva LV. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. V. M. Gorbatova RAN. Opubl. 01.03.2018. Byul. No. 7.
13. Patent № 2680693 RF, MPK A23J 1/12. Sposob polucheniya belkovogo koncentrata iz vtorichnyh produktov pererabotki zernovyh kul'tur [Method of production of protein concentrate from secondary products of grain crops processing]. Kolpakova VV, Andreev NR, Gulakova VA, Nosovskaya LP, Ulanova RV. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. Gorbatova RAN. Opubl. 25.02.2019. Byul. No. 6.
14. Patent 2673125 RF, Int.Cl. A23K 10/10. Sposob polucheniya kormovoj mikrobno-rastitel'noj dobavki [Method of producing fodder microbal plant additive]. Kolpakova VV, Andreev NR, Gol'dshtejn VG, Gulakova VA, Kravchenko IK, Ulanova RV, Motuzko AN, Purmel IV'. Patentoobladatel': FGBNU FNC pishchevyh sistem im. V. M. Gorbatova RAN. Opubl. 22.11.2018. Byul. No. 33.
Авторы
Михайленко Александр Александрович, канд. техн. наук, Абакумова Наталья Петровна, Лукина Нина Сергеевна, Шугаева Татьяна Николаевна
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 140051, Россия, Московская обл., Люберецкий район, пос. Красково, ул. Некрасова, д. 11, [email protected]
Authors
Alexander A. Mikhaytenko, Candidate of Technical Sciences, Natalya P. Abakumova, Nina S. Lukina., Tatyana N. Shugaeva
The All-Russian Scientific Research Institute for Starch Products -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, 11, Nekrasov str., Kraskovo village, Lyubertsy district, Moscow region, Russia, 140051, [email protected]
