CC BY
230
ПОЛУЧЕНИЕ МАСЛА ТИПА БАД ИЗ СЕМЯН ЛЬНА И КУНЖУТА ПРЕССОВАНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЩАДЯЩЕЙ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ И ИНФРАКРАСНОЙ ОБРАБОТКИ
Медведков Евгений Борисович
д-р техн. наук, профессор, кафедра механизации и автоматизации технологических процессов,
Алматинский технологический университет, Республика Казахстан, г. Алматы
Джингилбаев Сеит Сарсенбаевич
д-р техн. наук, профессор, кафедра механизации и автоматизации технологических процессов,
Алматинский технологический университет, Республика Казахстан, г. Алматы
Байболова Ляззат Кемербековна
д-р техн. наук, профессор, кафедра механизации и автоматизации технологических процессов,
Алматинский технологический университет, Республика Казахстан, г. Алматы
Адмаева Анна Михайловна
канд. техн. наук, старший преподаватель, кафедра безопасности и качества пищевых продуктов, Алматинский технологический университет, Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: anna admaeva@mail. ru
Получение масла типа БАД из семян льна и кунжута прессованием с использованием щадящей гидротермической и инфракрасной обработки //
Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Медведков Е.Б. [и др.]. 2014. № 12 (13) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/1835
OIL PRODUCTION OF THE NUTRITIONAL SUPPLEMENT FROM FLAX SEEDS AND SESAME BY PRESSING WITH THE USE OF GENTLE HYDROTHERMIC AND ULTRARED PROCESSING
Medvedkov Yevgeny
doctor of Technical Sciences, Professor of Mechanization and Technological Process Automation Chair, Almaty Technological University,
Republic of Kazakhstan, Almaty
Dzhingilbaev Seit
doctor of Technical Sciences, Professor of Mechanization and Technological Process Automation Chair, Almaty Technological University,
Republic of Kazakhstan, Almaty
Baybolova Lyazzat
doctor of Technical Sciences, Professor of Mechanization and Technological Process Automation Chair, Almaty Technological University,
Republic of Kazakhstan, Almaty
Admaeva Anna
candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of Safety and Quality of Food Products Chair, Almaty Technological University,
Republic of Kazakhstan, Almaty
АННОТАЦИЯ
Изучено влияние предварительной гидротермической и инфракрасной обработки семян льна и кунжута на выход масла при холодном отжиме. Установлено, что при этом в масле при повышении его извлечения сохраняется значительное количество важных нутриентов.
ABSTRACT
The effect of pre-hydrothermal and infrared processing of flax seeds and sesame oil yield during cold pressing is under study. It is stated that while increasing this oil extraction a significant amount of important nutrients is preserved.
Ключевые слова: масло типа БАД, лен, кунжут, холодный отжим, щадящая тепловая обработка, инфракрасная обработка.
Keywords: oil of a nutritional supplement type, flax, sesame, cold pressing, gentle hydrothermic processing, ultrared processing.
Как известно, основной источник «полезных» жиров — растительные масла, в том числе из семян льна и кунжута. В их состав входят ненасыщенные жирные кислоты, витамины, минеральные вещества, легкоусвояемые организмом и не дающие отложений на стенках сосудов в виде холестериновых бляшек. Витамины способствуют сохранению цельности слизистой оболочки ЖКТ, препятствуют появлению тяжелых сосудистых заболеваний, повышают сопротивляемость организма к негативному воздействию вирусов, бактерий и окружающей среды [5; 11].
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 полученного 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 и льна 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 с.) практически полностью сохраняется витаминный комплекс. Таким образом, воздействие тепловой обработки способствует повышению усвояемости питательных веществ на 20—25 %. А ряд витаминов, в том числе E, D, B4, при отсутствии интенсивного освещения и окислителя довольно устойчивы к температуре [9].
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 [8] предлагается использовать комбинированный метод обработки семян льна с использованием гидротермической предварительной обработки с последующей сушкой ИК-облучением. Цель такой обработки — снижение ферментативной активности семян. Согласно [8] семена льна очищают от примесей, пропаривают их водяным паром до влажности 20—25 % в течение 15—20 мин. Осуществляют термическую обработку методом ИК-облучения при температуре 120 °С в течение 80—90 с. Охлаждают до температуры окружающей среды. Это позволяет получить
стабилизированный продукт с высокой питательной и биологической ценностью, увеличить объем семян при сохранении целостности формы и улучшения вкусовых качеств, расширить ассортимент биологически активного сырья.
Данный способ взят нами за прототип для предварительной обработки семян льна и кунжута перед отжимом из них масла. Однако нас интересовало, как сказывается подобная обработка на выходе масла из сырья. Цель экспериментов заключалась в определении оптимальных температуры и продолжительности обработки семян льна и 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 льна и 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 [7], 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 льна 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 [7]. Пропаривание семян льна предотвращает набухание слизей, приводит к мягкой денатурации белка, что также повышает усвояемость белка, снижает активность липазы и липоксигеназы, что повышает сроки его хранения [7].
Оптимальный режим пропаривания и оптимальная влажность семян льна 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 [10]. Оценку активности липазы — по методике, описанной в источнике [8].
Начальные показатели семян приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Параметры семян льна и кунжута
Влажность, % Активность липоксигеназы, ммоль/кг Активность липазы, мл NaOH/г Объемная плотность семян, г/см 3
Семена льна 5,2 2,04 0,81 1,52
Семена кунжута 7,5 1,42 0,56 1,48
Параметры гидротермической обработки: давление пара 0,05 МПа,
продолжительность воздействия до 25 мин. Результаты гидротермической обработки семян льна и кунжута приведены на рисунке 1.
Ф В/ эжнссгь, х С, L, %
■ Активности липоксигеназш, ммслц/кг
Продолжительность обработки, мин
^ Актив носгь липазы,, мл Из ОН/г XOfraev нэч плот ноет t>ce.v ян, г/см 3
Рисунок 1. Результаты гидротермической обработки семян льна (слева)
и кунжута (справа)
Из рисунка видно, что активность липазы уже равна 0 при пропаривании в течение 9 мин. до влажности порядка 16 %, поэтому диапазон оптимальной влажности в результате пропаривания определяется по активности липоксигеназы. Таким образом, пропаривание семян льна необходимо проводить до влажности 20—25 %. Общее время пропаривания для достижения оптимальной влажности семян льна составляет 12—15 мин.
Однако такой режим необходим для получения продукта для хранения, когда же семена используются для получения масла непосредственно после ГТО, достаточно достижения влажности 12—14 %.
При гидротермической обработке семян кунжута даже при 50°С в течение 2 мин. (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 % максимальная 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 [7].
При сушке применяется «мягкий» режим, температура нагрева ядра зерна 50—55 0С с влажностью до 5 %.
В результате нагрева влага в семенах льна 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 льна и кунжута ИК-излучением с длиной волны 1,5—3,0 мкм проводились по методике, описанной в работе [3]. 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 [2].
Эксперименты проводились на лабораторной установке «Экосезам».
Л
Плотность потока излучения составляла 900 Вт/м . Семена льна с влажностью 10,2—16,1 % и кунжута с влажностью 10,1—15,9 % подвергались
ИК-обработке при переменных значениях плотности. Погрешность измерения не превышала ±0,1 %.
Для установления зависимости продолжительности сушки семян (с.) до установленной влажности и извлечение масла (%) от влажности семян после ГТО и ИК-обработки использовали ортогональное композиционное планирование эксперимента [1].
При исследовании влияния этих факторов были выбраны следующие пределы их изменения: влажность семян льна после ГТО — 10—16 %, после ИК-обработки — 5—7 %.
В результате расчета получили уравнение регрессии зависимости времени ИК-сушки от влажности семян льна после ГТО и конечной влажности:
у = 153,090 + 43,833.x, — 29,167jc2 + 2,0вд + 14,465*? - 9,625*?, (1)
где: у — продолжительность сушки, с.;
xi = wj-13, wi— влажность семян после ГТО, %;
= w2-6, w2 - влажность семян после ИК-сушки, %.
Уравнение регрессии зависимости времени сушки от влажности семян кунжута после ГТО и ИК-обработки:
у = 157,460 + 43,50.x, - 29,50jc2 + 0,75вд + 14,355*? - 9,735*? , (2)
Вычисление значения критерия Фишера показало, что полученные уравнения регрессии адекватно описывают эксперимент.
Кривые сушки приведены на рисунке 2.
Точками обозначены расчетные значения продолжительности сушки, рассчитанные по уравнениям (1) и (2). Из рисунка следует, что оптимальная продолжительность сушки в зависимости от начальных условий составляет 150—240 с., при этом достигается влажность около 5 %, дальнейшее увеличение продолжительности неэффективно, поскольку скорость сушки резко сокращается.
Рисунок 2. Кривые ИК-сушки семян льна (а) и кунжута (б). Исходная влажность семян, %:
16 (--х 13 (— х ю (----х
Уравнения регрессии зависимости выхода масла от влажности подвергнутых ГТО семян льна (3) и кунжута (4) после ИК-сушки:
г) = 43,172+1,933^ - 0,842jc2 + 0,313^2 + 0,636^1 - 0,278х| , (3)
г| = 44,063+1,552.x/—1Д6.Х2 + 0,005хух2 + 0,512*1 - 0,383*f , (4)
где: n — выход масла, %.
При отжиме масла при исследуемых параметрах его минимальный выход составил из семян льна 40,2, кунжута — 41,4 % (влажность после ГТО 10 %, после ИК-сушки 7 %); максимальный соответственно 45,8 и 46,8 % (влажность после ГТО 16 %, после ИК-сушки 5 %).
Средний состав масел по некоторым важным компонентам при максимальном его извлечении приведен в таблице 2.
Таблица 2.
Содержание жирных кислот и витаминов в готовом продукте
№ Компонент Льняное масло Кунжутное масло
1 2 3 4
1 Линолевая к-та, % 22—26 41—42
2 Линоленовая к-та, % 52—58
3 Олеиновая к-та, % 23—27 42—44
4 Насыщенные кислоты, % 9,2—9,5
5 Стеариновая, % 5,2—5,4
6 Пальмитиновая, % 7,5—7,6
7 Миристиновая, % 0,1
8 Арахиновая, % 0,9
9 Гексадеценовая, % 0,5—0,6
10 Фосфолипиды, % 5,8—6
11 Фитостерины, % 2
12 Сезамол, мг/100 г 230
13 Витамин Е, мг/100 г 17,5 140
14 Витамин В4, мг/100 г 0,2
Из таблицы можно заключить, что ряд ценных компонентов в масле из семян льна и 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 (лен, 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.
Интенсивность ИК-излучения составляла при оптимальных показателях
Л
900 Вт/м , продолжительность обработки для семян льна и кунжута 3—4 мин. Параметры гидротермической обработки: давление пара 0,05 МПа,
продолжительность воздействия 1—3 мин. Для выжимки семян используется пресс-экструдер оригинальной конструкции. Температура нагрева семян при прессовании составляет 50—55 0С, затраты энергии при прессовании семян 0,25 кВт/кг, выход масла льна в среднем составил 43 % от массы семян, кунжутного — 45 %.
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 его 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. Гайдалин А.Н., Ефремова С.А. Использование метода композиционного планирования эксперимента для описания технологических процессов / А.Н. Гайдалин, С.А. Ефремова. — Волгоград: ВолгГТУ, 2008. —16 с.
2. Демидов А.С. Исследование процесса сушки семян подсолнечника
при инфракрасном нагреве [Текст] / Б.А. Вороненко, А.С. Демидов, С.Ф. Демидов, В.В. Пеленко, В.А. Арет //Адаптация ведущих технологических процессов к пищевым машинным технологиям: Сб. материалов международной научно-практической конференции. — Воронеж: ФГБОУВПО «ВГУИТ», 2012 / [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.open-mechanics.com/journals (дата обращения:
20.09.2014г.).
3. Демидов А.С. Источники инфракрасного излучения с энергоприводом для термообработки пищевых продуктов [Текст] / С.Ф. Демидов, А.С. Демидов, С.С. Беляева и др. // Электронный журнал. — СПб.: СПбГУНиПТ, 2011. — № 1 / [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.open-mechanics.com/journals (дата обращения: 20.09.2014г.).
4. Джингилбаев С.С. Развитие научных основ интенсификации процесса отделения растительного масла на экструдерах : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / С.С. Джингилбаев. — Алматы, 2007. — 32 с.
5. Касьянов Г.И. Технология продуктов питания для людей пожилого
и преклонного возраста [Текст] / Г.И. Касьянов, А.А. Запорожский, С.В. Юдина. — Ростов-н/Д: Изд. МарТ, 2001. — 192 с.
6. Методы биохимического исследования растений / под ред.
А.И. Ермакова. — Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. — 167 с.
7. Миневич И.Э. Разработка технологических решений переработки семян льна для создания функциональных продуктов : дис. ... канд. техн. наук / И.Э. Миневич. — М., 2009. — 188 с.
8. Миневич И.Э., Осипова Л.Л., Зубцов В.А. Способ снижения
ферментативной активности семян льна / Патент на изобретение RU №2464799. Опубл. БИ от 27.10.2012.
9. Морозкина Т.С., Мойсеёнок А.Г. Витамины / Т.С. Морозкина,
А.Г. Мойсеёнок. — Минск: Асар, 2002. — С. 66—72.
10. Петров К.П. Методы биохимии растительных продуктов / К.П. Петров. — Киев, «Вища школа», 1978. — 162 с.
11. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания / Н.А. Тихомирова. — М.: Франтера, 2002. — 213 с.
