CC BY
111
УДК 665.1.002.5;637202 (УДК 664.3:637.5)
Е.Б. Медведков
д-р техн. наук, профессор, кафедра «Механизация и автоматизация технологических процессов», Алматинский технологический университет, г. Алма-Ата, Казахстан
С. С. Джингилбаев
д-р техн. наук, профессор, кафедра «Механизация и автоматизация технологических процессов», Алматинский технологический университет, г. Алма-Ата, Казахстан
Л.К. Байболова
д-р техн. наук, профессор, кафедра «Механизация и автоматизация технологических процессов», Алматинский технологический университет, г. Алма-Ата, Казахстан
А.М. Адмаева
канд. техн. наук, ст. преподаватель, кафедра «Безопасность и качество пищевых продуктов», Алматинский технологический университет, г. Алма-Ата, Казахстан
М.Е. Кизатова
докторант PhD, кафедра «Механизация и автоматизация технологических процессов», Алматинский технологический университет, г. Алма-Ата, Казахстан
ПОЛУЧЕНИЕ МАСЛА БАД ИЗ СЕМЯН КУНЖУТА ПРЕССОВАНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЩАДЯЩЕЙ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация. Изучено влияние предварительной гидротермической и инфракрасной обработки семян кунжута на выход масла при холодном отжиме. Установлено, что при этом в масле при повышении его извлечения сохраняется значительное количество важных нутриентов.
Ключевые слова: масла типа БАД, кунжут, холодный отжим, щадящая тепловая обработка, инфракрасная обработка.
E.B. Medvedkov, Almaty Technological University, Kazakhstan S.S. Jingilbayev, Almaty Technological University, Kazakhstan L.K. Baybolova, Almaty Technological University, Kazakhstan A.M. Admayeva, Almaty Technological University, Kazakhstan M.E. Kizatova, Almaty Technological University, Kazakhstan
EXTRACTION OF OIL FROM SEEDS OF SESAME USING PRESSING WITH PRELIMINARY GENTLE HEAT TREATMENT
Abstract. Studied the effect pre-hydrothermal and infrared processing sesame seeds oil yield when cold pressed. Found that oil extraction is increased, the oil preserved in a large quantity of useful nutrients. Keywords: oil-type BAA, sesame, cold pressed, gentle heat treatment, infrared treatment.
Как известно, основным источником «полезных» жиров являются растительные масла, в том числе из семян кунжута. В их состав входят ненасыщенные жирные кислоты, витамины, минеральные вещества, легкоусвояемые организмом и не дающие отложений на стенках сосудов в виде холестериновых бляшек, а витамины способствуют сохранению цельности слизистой оболочки
ЖКТ, препятствуют появлению тяжелых сосудистых заболеваний, повышают сопротивляемость организма к негативному воздействию вирусов, бактерий и окружающей среды [1, 2].
Механический метод получения масла полностью сохраняет содержание основных веществ, но при этом снижается выход масла (до 18%). При этом способе не требуется дополнительных мер по очистке и нейтрализации среды. Вследствие более полного сохранения химического состава, получения качественного масла данный способ является более приемлемым для получения масла типа БАД.
Прессование с предварительной влаготепловой обработкой при высокой температуре приводит к значительным потерям витаминов. Подготовка и переработка семян кунжута в масла БАД предполагает использование механического способа получения продукции, при этом для придания функциональных свойств был применен метод холодного отжима с предварительной щадящей тепловой обработкой.
Щадящая тепловая обработка приводит к некоторым положительным результатам. При нагревании семян до 20% крахмала, содержащегося в нем, переходит в декстрины, которые легко усваиваются человеком, разрушаются токсичные вещества. Происходит легкая денатурация белка, а благодаря малому времени обработки (30-150 сек.) практически полностью сохраняется витаминный комплекс. Таким образом, воздействие тепловой обработки способствует повышению усвояемости питательных веществ на 20-25%. А ряд витаминов, в том числе Е, й, В4, при отсутствии интенсивного освещения и окислителя довольно устойчивы к температуре [3].
Для снижения активности ферментов растительного сырья, приводящих к ухудшению органолептических и технологических свойств, в настоящее время широко используются различные способы термической обработки [4]. Чаще всего термическую обработку совмещают с предварительным увлажнением сырья, например замачиванием либо пропариванием. В работе [5] предлагается использовать комбинированный метод обработки семян с использованием гидротермической предварительной обработки с последующей сушкой ИК-облучением. Целью такой обработки являлось снижение ферментативной активности семян. Согласно [5], семена очищают от примесей, пропаривают их водяным паром до влажности 20-25% в течение 15-20 минут. Осуществляют термическую обработку методом ИК-облучения при температуре 120°С в течение 80-90 секунд. Охлаждают до температуры окружающей среды. Это позволяет получить стабилизированный продукт с высокой питательной и биологической ценностью, увеличить объем семян при сохранении целостности формы и улучшении вкусовых качеств, расширить ассортимент биологически активного сырья.
Данный способ взят нами за прототип для предварительной обработки семян кунжута перед отжимом из них масла. Однако нас интересовало то, как сказывается подобная обработка на выход масла из сырья. Цель экспериментов заключалась в определении оптимальных температуры и продолжительности обработки семян кунжута, позволяющих снизить до минимального уровня активность ферментов и сохранить при этом в наибольшем количестве содержащиеся в них витамины, а также подготовить структуру оболочек и самих семян для облегчения процесса отжима масла.
Процесс подготовки и переработки семян включает следующие операции: очистка семян от примесей, сушка, выжимка, очистка масла. Для экспериментов были использованы семена кунжута урожая 2013 года. После очистки на воздушно-ситовом сепараторе содержание сорных примесей не превышало 0,3%.
Гидротермическая обработка семян является необходимым процессом для снижения активности ферментов семян [6], катализирующих окисление ненасыщенных жирных кислот до образования гидроперекисей, придающих сырью горький вкус, снижающих срок годности сырья и готового масла, характеризующегося значительным содержанием эссенциальных пищевых ингредиентов, таких как полиненасыщенные жирные кислоты с преобладанием линоленовой кислоты.
Увлажнение семян перед термической обработкой при комнатной температуре приводит к быстрому набуханию слизей на поверхности семян, что осложняет их дальнейшую переработку. В этот процесс также вовлекаются водорастворимые фракции белка, в результате чего возможны потери белка и снижение пищевой ценности сырья [6]. Пропаривание семян предотвращает набухание слизей, приводит к мягкой денатурации белка, что также повышает усвояемость белка, снижает активность липазы и липоксигеназы, что повышает сроки его хранения [6].
Оптимальный режим пропаривания и оптимальная влажность семян перед ИК-облучением были определены экспериментально из условия достижения минимальной активности ферментов липазы и липоксигеназы в конечном продукте. Оценку активности липоксигеназы проводили по методике, описанной в источнике [7]. Оценку активности липазы - по методике, описанной в источнике [8].
Начальные показатели семян приведены в таблице 1.
Параметры гидротермической обработки: давление пара 0,05 МПа, продолжительность воздействия до 25 минут. Результаты гидротермической обработки семян кунжута приведены на рисунке 1.
Таблица 1 - Параметры семян кунжута
Влажность, % Активность липоксигеназы, ммоль/кг Активность липазы, мл ЫаОН/г Объемная плотность семян, г/см
Семена кунжута 7,5 1,42 0,56 1,48
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Продолжительность обработки, мин
♦ Влажность, х ОД, % ■ Активностьлипоксигеназы, ммоль/кг
А Активность липазы, мл ИаОН/г х Объемная платность семян, г/см 3
Рисунок 1 - Результаты гидротермической обработки кунжута
Из рисунка 1 видно, что активность липазы уже равна 0 при пропаривании в течение 9 минут до влажности порядка 16%, поэтому диапазон оптимальной влажности в результате пропаривания определяется по активности липоксигеназы. Таким образом, пропаривание семян необходимо проводить до влажности 20-25%. Общее время пропаривания для достижения оптимальной влажности семян составляет 12-15 минут. Однако, такой режим необходим для получения продукта с целью хранения, когда же семена используются для получения масла непосредственно после ГТО, достаточно достижение влажности 12-14%.
При гидротермической обработке семян кунжута даже при 50°С в течение 2 минут (о чем говорится выше) липолитические ферменты (липаза и липоксигеназа) сразу не инактивируются, и поэтому произойдет энзимное разрушение триглицеридов (гидролиз) с образованием свободных жирных кислот, которые легко окисляются кислородом, легче, чем в составе триглицеридов.
Температурный оптимум активности липаз существенно зависит от влажности семян. Так, для семян влажностью 12-14% максимая активность липаз наблюдается при 37°С, а для семян с более высокой влажностью при этой же температуре активность фермента снижается из-за денатурации. Чем выше влажность семян, тем ниже температура инактивации фермента. Во влажных семенах фермент быстро инактивируется при 100°С, а в сухих семенах - только при 120°С [6].
При сушке применяется «мягкий» режим, температура нагрева ядра зерна 50-550С с влажностью до 5%. В результате нагрева влага в семенах переходит в пар, прогревает изнутри оболочку и создает избыточное давление внутри семени. Оболочка, состоящая в основном из клетчатки, изменяет свои свойства, в ней образуются многочисленные микроотверстия, через которые пар выходит наружу. В результате гидротермической обработки происходит деполимеризация клетчатки. Гидротермическая обработка семян воздействует только на оболочку и изменяет ее физико-химические свойства. Жирнокислотный состав масла семян остается неизменным.
Экспериментальные исследования процесса тепловой обработки семян кунжута ИК-излучением с длиной волны 1,5-3,0 мкм проводились по методике, описанной в работе [9]. Использование инфракрасных излучателей с функциональной керамической оболочкой с длиной волны 1,5-3,0 мкм обусловлено тем, что она соответствует частоте собственных колебаний молекулы воды в составе ядра семени, которая при облучении избирательно нагревается и резонансно испаряется [10].
Эксперименты проводились на лабораторной установке «Экосезам». Плотность потока излучения составляла 900 Вт/м . Семена кунжута с влажностью 10,1-15,9% подвергались ИК-обработке при переменных значениях плотности. Погрешность измерения не превышала ±0.1%.
Для установления влияния на время сушки семян (сек) до установленной влажности и извлечение масла (%) после ГТО и ИК-обработки использовали ортогональное композиционное планирование эксперимента [11].
При исследовании влияния этих факторов были выбраны следующие пределы их изменения: влажность семян кунжута после ГТО - 10-16%, после ИК-обработки - 5-7%.
Уравнение регрессии зависимости времени сушки от влажности семян кунжута после ГТО и ИК-обработки:
У=157,46+43,5х( х1 -13)/3-29,5х( х2-6)+0,75х( х,-13)х( х2-6)/3+14,36х
х ((х1 -13)/3х (х1-13)/3-0,67)-9,74х((х28-6)х(х2-6)-0,67), (1)
где У - продолжительность сушки, с;
х1 - влажность семян после ГТО, %;
х2 - влажность семян после ИК, %.
Вычисление значения критерия Фишера показало, что полученные уравнения регрессии адекватно описывают эксперимент. Уравнения регрессии зависимости выхода масла от влажности семян кунжута после ГТО и после ИК-обработки:
П = 44,063 +1,552х1 - 1,16х2 + 0,005х1х2 + 0,512 х.,2- 0,383 х22, (2)
где п - выход масла, %.
Состав масла по некоторым важным компонентам приведен в таблице 2. Из таблицы можно заключить, что ряд ценных компонентов в масле из семян кунжута сохраняется при использовании предложенной технологии.
Подытоживая выше изложенное, следует отметить, что использование ИК-обработки,
мягких режимов ГТО и метода холодной выжимки при переработке масличных семян (кунжут) в масла БАД положительно влияет на инактивацию ферментов, а также на снижение степени насыщенности их воздухом, что снижает интенсивность протекания нежелательных гидролитических и окислительных процессов липидов.
Таблица 2 - Содержание жирных кислот и витаминов в готовом продукте
№ Компонент Кунжутное масло
1 Линолевая к-та, % 41-42
3 Олеиновая к-та, % 42-44
4 Стеариновая,% 5,2-5,4
5 Пальмитиновая,% 7,5-7,6
6 Миристиновая, % 0,1
7 Арахиновая,% 0,9
8 Гексадеценовая, % 0,5-0,6
9 Фосфолипиды, % 5,8-6
10 Фитостерины, % 2
11 Сезамол, мг/100 г 230
12 Витамин Е, мг/100 г 140
Интенсивность ИК-излучения составляла при оптимальных показателях 900 Вт/м2, продолжительность обработки для семян кунжута 3-4 минуты. Параметры гидротермической обработки: давление пара 0,05 МПа, продолжительность воздействия 1-3 минуты. Для выжимки семян используется пресс-экструдер оригинальной конструкции. Температура нагрева семян при прессовании составляет 50-550С, затраты энергии при прессовании семян 0,25 кВт/кг, выход кунжутного масла в среднем составил 45% от массы семян.
Полученное таким способом масло содержит пальмитиновую, пальмитолеиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую кислоты, входящие в состав мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот (до 87%), витамины, что объясняет его целебно-профилактическую направленность и дает возможность отнести их к биологически активным добавкам (БАД).
Выявлено положительное влияние вышеуказанных методов обработки на инактивацию ферментов, а также на снижение степени насыщенности ее воздухом, что позволяет снизить интенсивность протекания нежелательных гидролитических и окислительных процессов липидов оптимального режима производственного процесса. Выбраны оптимальные режимы обработки.
Список литературы:
1. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания / Н.А. Тихомирова. - М.: Франтера, 2002.
2. Касьянов Г.И. Технология продуктов питания для людей пожилого и преклонного возраста / Г.И. Касьянов, А.А. Запорожский, С.В. Юдина. - Ростов-н/Д: Изд. МарТ, 2001.
3. Морозкина Т.С. Витамины / Т.С. Морозкина, А.Г. Мойсеёнок. - Минск: Асар, 2002.
4. Джингилбаев С.С. Развитие научных основ интенсификации процесса отделения растительного масла на экструдерах: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Алматы, 2007.
5. Миневич И.Э., Осипова Л.Л., Зубцов В.А. Способ снижения ферментативной активности семян. Патент на изобретение RU № 2464799. Опубл. БИ от 27.10.2012.
6. Миневич И.Э. Разработка технологических решений переработки семян для создания функциональных продуктов: дис. ... канд. техн. наук. - М., 2009.
7. Петров К.П. Методы биохимии растительных продуктов / К.П. Петров. - Киев: Вища школа, 1978.
8. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. - Л.: Агро-промиздат, Ленингр. отд-ние, 1987.
9. Исследование процесса сушки семян подсолнечника при инфракрасном нагреве / А.С. Демидов [и др.] // Адаптация ведущих технологических процессов к пищевым машинным технологиям: сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Воронеж: ФГБОУВПО ВГУИТ, 2012.
10. Демидов А.С. Источники инфракрасного излучения с энергоприводом для термообработки пищевых продуктов / Демидов С.Ф., Демидов А.С., Беляева С.С. и др. // Электронный журнал. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2011. - Март (№ 1).
11. Гайдалин А.Н. Использование метода композиционного планирования эксперимента для описания технологических процессов / А.Н. Гайдалин, С.А. Ефремова. - Волгоград: Вол-гГТУ, 2008. - 16 с.
