CC BY
58
УДК 641.1
Производство белково-витаминных добавок
из листостебельной биомассы
В.Л. Кудряшов, канд. техн. наук ВНИИ пищевой биотехнологии
Один из основных негативных факторов, влияющих на обеспечение населения России продовольствием собственного производства, - низкая инновационная деятельность в АПК, а также не всегда экономически обоснованное территориальное разделение производства сельхозсырья от его переработки в пищевые продукты. Последнее выдвигает задачу создания взаимо-интегрированных (сквозных) аграр-но-пищевых технологий.
Обеспечение населения высококачественным белком, в том числе растительным, и наращивание производства говядины (последнее сдерживается из-за недостатка кормов) - наиболее важные проблемы обеспечения продовольственной безопасности России.
Перспективное сырье для ее решения - листостебельная масса трав (биомасса) и прежде всего красный клевер, люцерна, топинамбур, амарант, коровяк и др.
Высокая урожайность вышеназванных трав (например, зеленой массы, клевера до 500 ц/га, что на порядок выше урожайности бобов сои) практически на всей территории России предопределяет (в дополнение к сое и другим бобовым культурам) возможность и целесообразность создания конкурентоспособного производства пищевого белка и других биологически активных веществ (БАВ) из них.
Так, зеленый сок, отжатый из люцерны и красного клевера в период бутонизации содержит большое количество (до 45 %) белка, а также витаминов группы С, Е, К, В, й и бета-каротина.
Содержащиеся в люцерне БАВы обладают антиаллергическими, антистрессовыми и противовоспалительными свойствами, нейтрализуют гепатотоксическое и побочное действие лекарственных препаратов и могут использоваться в качестве общеукрепляющего средства,
Ключевые слова: растительный белок; флаваноиды; мембранные процессы; листостебельная биомасса.
Key words: vegetative fiber; flavanoids; membrane processes; a leafy biomass.
для повышения умственной работоспособности и концентрации внимания.
Особенно ценные БАВ красного клевера - флавоноиды (изофлаво-ны, флавонолы, флавоны), обладающие спазмолитическим, капилля-роукрепляющим, противовоспалительным, противоопухолевым, противоязвенным и другими лечебными свойствами.
Доказана эффективность применения флавонолов красного клевера для лечения и профилактики широко распространенной болезни века -атеросклероза [1], занимающего одно из первых мест среди заболеваний сердечно-сосудистой системы и служащего основной причиной инфарктов, инсультов, стенокардии, понижения трудоспособности, инвалидности и низкой продолжительности жизни.
Атеросклероз - это не проявление естественного старения, а особое заболевание, обусловленное нарушением липидного обмена и повышения липидов в крови. Поэтому большое внимание уделяется поиску и производству лечебно-профилактических биологически активных добавок (БАД), содержащих вещества, обладающие гиполипидеми-ческим, гипохолестеринемическим, а следовательно, антисклеротическим действием. Красный клевер -недорогое сырье для производства таких БАВ [1].
Созданные к настоящему времени технологии производства антисклеротических БАД из клевера (например, «Атероклефита») основаны на
экстракции фловоноидов этанолом, хлороформом или этилацетатом [2]. Последние же труднодоступны и токсичны. Кроме того, из-за высокой цены эти БАДы недоступны значительной части населения.
Использование же клевера по рекомендациям народной медицины в виде отваров, настоев, чаев и сборов для крупнотоннажного производства добавок также затруднительно из-за необходимости сушки и хранения большого количества биомассы.
Более перспективная технология крупнотоннажного производства недорогих белка и БАВ из клевера, люцерны и других трав - способ прямого отжима зеленого сока с последующим концентрированием и сушкой [3]. Такие технологии интенсивно осваиваются в настоящее время во Франции, Венгрии, Канаде и других странах с высокоразвитым сельским хозяйством.
В данных технологиях белок из зеленого сока выделяется осаждением за счет термической или химической коагуляции. При этом его усвояемость, естественно, из-за денатурации ухудшается.
Ранее были доказаны эффективность и перспективность применения для концентрирования и фракционирования зеленого сока полупроницаемых мембран, производимых на основе нанотехнологий [4]. Однако мембранные установки в производстве БАВ из зеленого сока растений тогда не нашли промышленного применения из-за низкой механической прочности используемых полимерных мембран II поколения, невысокой надежности установок в целом, а главное, из-за необходимости привлечения к их обслуживанию дефицитного на селе высококвалифицированного персонала.
К настоящему времени в России создано промышленное производство высоконадежных, не требующих больших затрат на обслужива-
•т
ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ТЕМА НОМЕРА
ние мембран III и IV поколений из керамики и металлокерамики, что обусловливает возможность создания крупнотоннажного производства растительного белка и БАВ на их основе.
Для реализации идеи производства пищевого белка (в отличие от кормового по технологии термохимической коагуляции) и БАД из биомассы в лаборатории мембранных технологий (ЛМТ) ВНИИПБТ совместно со специалистом из ГНУ ВНИИ кормов Ю.А. Фаянсом создана сквозная аграрно-пищевая технология с универсально-гибким комплектом оборудования для производства кормовой травяной муки и двух пищевых добавок, обобщенная блок-схема которой представлена на рисунке.
Листостебельная масса трав сразу после скашивания через измельчитель 1 подается в шнековый пресс 2, где из нее отжимают так называемый зеленый сок со средней концентрацией сухих веществ (СВ) 8 %, с
содержанием сырого протеина в зависимости от времени скашивания и вида травы от 35 до 45 %.
Жом с содержанием СВ порядка 32 % скармливают крупному рогатому скоту на месте, направляют на силосование или высушивают на сушильной установке 3 с получением кормовой травяной муки, которая дефицитна и используется в составе комбикормов для птицы, крупного рогатого скота, свиней и других животных. При этом за счет удаления части влаги затраты на сушку уменьшаются.
Технология отжима отработана таким образом, чтобы в жоме оставалось достаточное (оптимальное) количество белка и других БАВ.
Проведенный нами анализ показал, что из жома можно производить также и пищевую добавку с повышенным содержанием пищевых волокон, дефицит которых отмечается в рационе россиян.
Зеленый сок концентрируется на мембранной ультрафильтрационной
Блок-схема производства белковых пищевых и кормовых добавок из листостебельной массы трав: 1 - измельчитель; 2 - шнековый пресс; 3, 4 и 5- сушилки; 6, 7-ультрафильтрационная и нанофильтрационная (или обратноосмотическая) установки; 8 - вакуум-выпарка; 9 - дрожжегенератор
(УФ) установке с получением пищевой или кормовой белково-вита-минной пасты (БВП) с содержанием СВ 28-30 % и концентрацией протеина порядка 35-45 % на абсолютно сухое вещество (а.с.в.), а затем высушивается в сушилке 4 с получением сухой пищевой или кормовой белково-витаминной добавки (БВД).
БВП и БВД (содержащие хлоро-пластовую фракцию биомассы) можно отнести к биологически ценным БАДам, так как в них содержится значительное количество белка и витаминов. Они являются также ценными добавками при производстве комбикормов.
Коричневый сок - пермеат (фильтрат, прошедший через УФ-мембра-ну) предварительно (в 3-5 раз по объему) концентрируется на обрат-ноосмотической (ОО) или нано-фильтрационной (НФ) мембранной установке 7 и затем глубоко (до СВ порядка 70 %) доконцентрируется на вакуум-выпарной установке 8 с получением пищевого флавоноид-но-витаминного ультраконцентрата (УК-ФВ), содержащего легкоусваи-ваемые низкомолекулярные белки, полипептиды, аминокислоты, витамины, а главное флавоноиды.
УК-ФВ (содержит цитоплазмати-ческую фракцию биомассы) практически не подвержен микробиологической порче из-за высокого содержания СВ даже при хранении вне холодильников. По требованию потребителей его можно, за счет введения в комплекс сушилки 5, выпускать и в порошкообразном виде.
Жидкий и порошкообразный УК-ФВ предназначены для использования (в отличие от дорогих БАВ в таблетках и капсулах) в качестве источника белка, флавоноидов, витаминов и других БАВ при производстве крупнотоннажных пищевых продуктов (хлебобулочных, мучных кондитерских, мясных фаршевых изделий, а также плавленых сыров и йогурта), придавая им лечебно-профилактические антисклеротические свойства. Его можно использовать также в качестве зеленого пищевого красителя.
УК-ФВ можно высушивать и совместно с белково-витаминной пастой в сушилке 4. При этом БВД дополнительно обогащается ценными низкомолекулярными БАВ, прежде всего флавоноидами.
В комплекс целесообразно ввести также универсальный дрожжегенератор 9, предназначенный для про-
изводства также белка и других БАВ, синтезируемых микроорганизмами, например, пищевого бактериоци-на - низина. Последний является стимулятором роста животных, а также эффективным средством для борьбы с картофельной болезнью хлеба [5].
В случае наличия на незначительном расстоянии (до 20 км) сыродельного, молочного или пивоваренного завода зеленый сок можно эффективно перерабатывать совместно с молочной сывороткой и остаточными пивными дрожжами с получением дополнительного количества белка. При этом будет улучшаться и его сбалансированность по незаменимым аминокислотам, включая лизин. Если близко находится спиртзавод, то в листостебель-ную массу целесообразно добавлять зерновую барду.
Для обеспечения сырьем в теплое время года (май - октябрь) в местности, прилегающей к комплексу, подбирают определенные травы, сроки их посева и скашивания для обеспечения непрерывного зеленого конвейера. При этом состав оборудования комплекса (чтобы исключить вынужденную его остановку) в случае неурожая и иных форс-мажорных обстоятельств позволяет перерабатывать молочную сыворотку, отходы спиртовых, пивоваренных и крахмалопаточных заводов и другое вторичное сырье, а также производить концентрированные овощные и фруктовые соки.
По описанной здесь технологии в ЛМТ были наработаны и испытаны при производстве пшеничного, ржа-но-пшеничного и ржаного хлеба образцы сухих добавок типа БВД и УК-ФВ. Пробные выпечки проводили в автоматической хлебопекарне Ж -ТАН марки НВ -Е.
Установлены возможность и целесообразность использования этих добавок в зависимости от сорта хлеба в количестве 3-5 %. При большей дозировке менялись цвет (зелено-коричневый оттенок) и аромат (выраженный медовый запах).
С целью обеспечения непрерывной работы в межсезонье (холодное время года) комплекс может быть создан с гибкой переналаживаемой (при минимальных затратах) структурой для производства другой продукции с учетом наличия в данной местности иного растительного и вторичного сырья, например, инули-
на из топинамбура и цикория, а также подсластителя из стевии; переработки молочной сыворотки, пахты и обрата; фруктовых и овощных соков; безспиртовых травяных бальзамов; натуральных красителей, например из свеклы; вторичного сырья спиртовых (зерновой барды), пивоваренных (дробины и остаточных дрожжей), крахмалопаточных (картофельного сока, мезги, глютена) и других заводов.
Проведенная экономическая оценка показала, что средняя себестоимость производства каждой из трех добавок (без учета стоимости листо-стебельной биомассы) не превысит 6 руб/кг (а.с.в.), что значительно (в разы) ниже цены других белково-витаминных добавок, присутствующих в настоящее время на рынке.
Эффективность технологии косвенно подтверждает тот факт, что в конце 80-х годов правительством была принята программа по созданию на сегодняшней территории России, Украины, Белоруссии и Казахстана 3,1 тыс. комплексов по производству кормового белка мощностью 10 т/ч по перерабатываемой биомассе, причем по технологии термо-химической коагуляции. В случае реализации этой программы были бы созданы мощности, рассчитанные (при 10 ч работы в сутки и 90 рабочих днях) на переработку 27,9 млн т листостебельной биомассы (10 х 10 х 90 х 3100). Эта технология за счет применения мембран (и прежде всего самых современных -нанофильтрационных) нами существенно улучшена разработкой сквозной комбинированной технологии производства как кормового, так и пищевого белка.
Создавать такие инновационные комплексы (срок окупаемости которых при круглогодичной загрузке -не более двух лет) целесообразно за счет кооперации (акционирования) в райцентрах и крупных сельскохозяйственных предприятиях с таким расчетом, чтобы имелась возможность перерабатывать листостебельную биомассу и вышеперечисленное вторичное сырье в радиусе 20-30 км.
Представляется также целесообразным перепрофилирование на эту технологию закрывающихся спирт-заводов небольшой мощности как предприятий, располагающих энергетическим хозяйством, складами, помещениями, насосами, емкостным и других необходимым обору-
дованием, а главное квалифицированным персоналом.
Сотрудники ЛМТ могут оказать помощь в освоении этой технологии как в целом, так и любой ее части с адаптацией к местным условиям.
Вновь созданная технология рассчитана на использование только созданного и создаваемого отечественного оборудования, что при широком внедрении позволит загрузить российские машиностроительные заводы.
Приведенные данные показывают целесообразность принятия целевой комплексной программы (проекта) по разработке, организации серийного производства, поставке (в том числе по лизингу) и освоению комплексов по производству пищевого и кормового белка из листостебельной биомассы, финансируемой на условиях частно-государственного партнерства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антигипертензивное действие суммы флавоноидов клевера луго-вого/В.С. Бабаскин [и др.]//Фарма-ция. - 1993. - № 2. - С. 56-57.
2. Лекарственные формы на основе травы клевера посевного^Мате-риалы IV Межд. съезда «Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения»/В.А. Компанцев [и др.]. - Н.Новгород, 2000 - С. 75-77.
3. Пройдак, Н.И. Биоинженерные аспекты разработки технологии и оборудования для производства из зеленых растений биопродуктов для сбалансированного питания/Н.И. Пройдак//Тез. IV симпоз. соц. стран по биотехнологии. - Болгария, Варна, 1986. - С.255.
4. Кудряшов, В.Л. К вопросу переработки жидких фракций зеленых растений на базе мембранной техно-логии/В.Л. Кудряшов, Н.И. Пройдак,
B.Н. Сухинин//Тез. докл. III Всесо-юзн. конф. по мембранным методам разделения смесей. - Владимир, 1981. - С. 277-279.
5. Супероксиддисмутаза и низин -перспективные продукты пищевой биотехнологии для обеспечения безопасности продуктов питания/В.Л. Кудряшов [и др.]//Тез.докл. научно-практ. конф. «Современные технологии пищевых продуктов нового поколения и их реализация на предприятиях АПК». - Углич, 2000.-
C. 234-236.
