Способ получения растительного белка

Способ получения белка из растительного сырья

Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности. Исходное сырье — надземную часть травы амаранта перед загрузкой в экстрактор замачивают в воде при соотношении 1:1-3 по объему. Выдерживают при комнатной температуре 1-2 ч. Смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор. Ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при рН 8,5-10,0, при гидромодуле 1:8-10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента в экстракторе с частотой 1-20 циклов в минуту пои 30-45 o С. Время пребывания сырья в экстракторе 20-40 мин. Осаждение целевого продукта ведут СН₃СООН при рН 3,9-4,5. Способ позволяет увеличить степень извлечения белка и улучшить его качество. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения белка из растительного сырья и может быть использовано в пищевой промышленности.

Одним из важных этапов производства пищевых растительных белков является процесс экстракции. Условия проведения этого процесса предусматривают в значительной степени выход и качество готового продукта. В качестве экстрагентов при экстракции растительных белков используют воду, водные растворы щелочей с pH 8 — 11 (гидроокись Na и Ca), солей (хлористый Ca, Mg, Na, ацетат Ca), кислый, сернокислый Na, соли моно-, ди- и трикарбоновых кислот, мета- и полифосфата и т.п.

Экстрактивное выделение белков из сухой зеленой массы растений по данным литературы (1, 2) находится на стадии лабораторных исследований.

Известны ряд способов получения белков из шротов семян масличных культур (3 — 8).

Известен способ непрерывного выделения соевых белковых веществ из обезжиренного соевого шрота, при котором шрот непрерывно экстрагируют 0,1 — 0,8%-ным водным раствором щелочи (гидрата окиси Na) при 40 — 60 o C. Нерастворимый остаток шрота отделяют на центрифуге. Из экстракта белки осаждают в изоэлектрической точке при pH 4,2 — 4,6 при добавлении 1 — 15%-ного раствора кислоты. Осадок белка от раствора (сыворотки) отделяют на центрифуге. Суспензию белка нейтрализуют и высушивают (9). Однако для такого способа характерен относительно низкий выход белка от потенциального содержания его в шроте (до 50 — 52%). Выход сухого готового продукта находится в пределах 25 — 30% от веса шрота. При экстракции происходит также снижение растворимости и качества белков, т.к. в процессе извлечения не учитывались определенная степень денатурации и растворимость белков в процессе извлечения.

В результате многочисленных исследований разработаны технологии, предназначенные для разделения хлоропластных и цитоплазматических белков и получения их из сырой растительной массы.

Известен способ переработки растительного сырья, включающий его измельчение, смешивание с 0,5 — 3,0%-ным водным раствором хлорида Na с температурой 5 — 8 o C, выдерживание сырья при указанной температуре в растворе хлорида Na в течение 8 — 12 часов, отжим жидкой фракции, осаждение целевого продукта путем нагревания жидкой фракции до 80 — 90 o C, фильтрацию целевого продукта и его сушку (10). В качестве растительного сырья используют растения семейства Amaranthaceae. Однако этот способ является не дееспособным для переработки сухого растительного сырья.

В отличие от семян в листьях содержатся фенольные и полифенольные соединения, а также другие балластные примеси, которые чаще всего являются антипитательными веществами, факторами окрашивания или вкусовыми компонентами, которые служат препятствием для коммерческой реализации в качестве продукта питания человека. Фенольные и полифенольные соединения находятся в свободном или связанном состоянии. Эти природные соединения способны окисляться до хинонов, которые, в свою очередь, вступают в реакцию с протеинами, образуя нежелательные темноокрашенные соединения, что значительно ограничивает, а иногда исключает применение их в пищевой промышленности.

Известен способ, в котором для удаления фенольных соединений из белковых продуктов сырье перед экстракцией обрабатывают неденатурирующими полимерными растворителями: n-бутанолом, изопропиловым, этиловым и др. спиртами, перекисью водорода, сульфитами (11). Недостатком известного способа является использование большого объема дорогостоящих растворителей, а также высокое остаточное содержание фенольных соединений в готовом продукте.

Известен способ, предусматривающий обработку сырья водным раствором ферментного препарата с последующим отделением растворимого белка и выделением его осаждением в изоточке, при этом в качестве ферментного препарата используют фермент целловиридин ГЗХ или пектофоетидин ГЗХ при отношении фермент : шрот не менее 4 10 2 . Ферментацию проводят при непрерывном перемешивании и термостатировании при pH 4,0 — 1,3, температуре 32 — 38 o C в течение 8 — 15 ч (12). Далее реакционную смесь обрабатывают умеренно концентрированным раствором едкого натра (до pH 10,0 — 10,5) и проводят экстракцию белка при 58 — 60 o C в течение 45 — 75 мин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ получения белковых препаратов, заключающийся в том, что сырье (преимущественно семена чечевицы) измельчают, проводят экстракцию раствором гидроокиси Na 0,05 — 0,07%-ной концентрации при жидкостном коэффициенте 1 : 10, температуре 28 — 30 o C в течение 20 — 30 минут, осаждение ведут CH₃COOH до достижения pH 4,7 — 5,2, двойную промывку осуществляют водой до pH 6 — 7, влагу удаляют сушкой (13).

Цель предлагаемого изобретения — создание способа, позволяющего при обработке сухого растительного сырья получать белок улучшенного качества (без антипитательных веществ) и повышение выхода конечного продукта.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения белка из растительного сырья, который заключается в том, что перед загрузкой в экстрактор сухое измельченное растительное сырье (надземная часть травы амаранта) замачивают в воде при соотношении 1 : 1 — 3 (по объему). Полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1 — 2 часов, затем смесь фильтруют и набухшее сырье загружают в экстрактор (14), а далее ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 8,5 — 10,0, при гидромодуле 1 : 8 — 10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 1 — 20 циклов в минуту при температуре 30 — 45 o C и удельной скоростью протока 1,66 — 3,33 ч -1 . Время пребывания сырья в экстракторе 20 — 40 минут. Осаждение целевого продукта ведут CH₃COOH при pH 3,9 — 4,5.

Заявляемый способ переработки растительного сырья иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 40 г сухого измельченного сырья — надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 1 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1 часа, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 8,5 и гидромодуле 1 : 8 и при непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 5 циклов в минуту при температуре 35 o C. Время пребывания сырья в экстракторе 20 минут, после чего экстракт центрифугируют (фильтруют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 3,9. После осаждения целевого продукта, которое завершается в течение 10 минут, его фильтруют и сушат при комнатной температуре. Известными методами определяют содержание белка в сухом остатке, а также долю важнейших аминокислот в этом белке. Данные анализа приведены в табл. 1.

Пример 2. 40 г сухого измельченного сырья — надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 2 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1,5 ч, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 9,0 и гидромодуле 1 : 9 и при непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 10 циклов в минуту при температуре 40 o C. Время пребывания сырья в экстракторе 30 минут, после чего экстракт фильтруют (центрифугируют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 4,2. После осаждения целевого продукта, которое завершается в течение 20 минут, его фильтруют и сушат при комнатной температуре.

Пример 3. 40 г сухого измельченного сырья — надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 3 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 10,0 и гидромодуле 1 : 10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 20 циклов в минуту, при температуре 45 o C. Время пребывания сырья в экстракторе 40 минут, после чего экстракт фильтруют (центрифугируют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 4,5. После осаждения целевого продукта его фильтруют и сушат при комнатной температуре.

Пример 4 (сравнительный). Проводят как пример 2, но процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия ведут при pH 8,0, при гидромодуле 1 : 7 и температуре 30 o C. Данные анализа представлены в таблице 1.

Пример 5 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия ведут при pH 12,5, при гидромодуле 1 : 15 и температуре 55 o C.

Пример 6 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но осаждение целевого продукта ведут при pH 3,0.

Пример 7 (сравнительный). Выполняют как пример 2, но осаждение целевого продукта ведут при pH 5,0.

Пример 8 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но время пребывания сырья в экстракторе 10 минут.

Пример 9 (сравнительный). Осуществляют как и пример 2, но время пребывания сырья в экстракторе 60 минут.

Как видно из приводимых в таблице 1 данных, использование заявляемого способа позволяет не менее чем на 10% повысить выход белка и его содержание в целевом продукте по сравнению с его содержанием в белковых препаратах, полученных известными способами, а также улучшить качество белка за счет повышения его растворимости.

Отметим, что установленные диапазоны гидромодуля (1 : 8 — 10), температуры (35 — 40 o C), pH (8,5 — 10,0) реакционной среды, время пребывания сырья в экстракторе (20 — 40 минут), ровно как и осаждение при pH 3,9 — 4,5 обеспечивают достижение цели изобретения; выход же за их пределы приводит к заметному снижению содержания белка в экстракте, как это хорошо видно из приводимых в табл. 1 данных для соответствующих режимов переработки растительного сырья.

Предварительная обработка растительного сырья и использование непрерывной противоточной экстракции способствует большей степени извлечения целевого продукта и обеспечивает повышение содержания белка в нем.

Установлено, что предварительной очисткой сырья удаляется 8 -10% экстрактивных веществ (в расчете на сухой вес) различной природы, в том числе сапонины, фенолы, рутин, эфирные масла, воска и др. Предварительная очистка сырья от балластных примесей улучшает питательные свойства белка и его органолептические характеристики. Отмечено, что оптимальное время экстракции 20 — 40 минут, при более длительной экстракции извлекаются балластные примеси, присутствие которых снижает питательную ценность белка.

Список литературы 1. Годон. Растительный белок. М., 1991, 468 с.

2. Пири Н.У. Белки из листьев зеленых растений. Перевод с анг. Ф.Р.Кивкуцана. — М.: Колос, 1980, 191 с.

3. Патент РФ N 2007927, кл. A 23 J 1/14, 1994.

4. Патент РФ N 1796125, кл. A 23 J 1/14, 1993.

5. Патент РФ N 2019977, кл. A 23 J 1/14, 1994.

6. Патент РФ N 1789178, кл. A 23 J 1/14, 1993.

7. Патент РФ N 1692504, кл. A 23 J 1/14, 1991.

8. Патент РФ N 2035162, кл. A 23 J 1/14, 1995.

9. Авт. свид. СССР N 507303, кл. A 23 J 1/14, 1976.

10. Патент РФ N 1805870, кл. A 23 J 1/14, 1993.

11. Авт. свид. СССР N 1398126, кл. A 23 J 1/14, 1986.

12. Авт. свид. СССР N 1664245, кл. A 23 J 1/14, 1991.

13. Патент РФ N 1741730, кл. A 23 J 1/14, 1992.

14. Патент РФ N 2045980, кл. B 01 D 11/02, 11/04, 1995.1

Способ получения белка из растительного сырья, предусматривающий экстракцию водным раствором гидроокиси натрия, отделение экстракта от нерастворимого остатка, содержание белка из раствора экстракта кислотами, отделение белка с последующей сушкой полученной суспензии, отличающийся тем, что исходное сырье — надземную часть травы амаранта перед загрузкой в экстрактор замачивают в воде при соотношении 1:1-3 по объему и выдерживают при комнатной температуре 1 — 2 ч, затем смесь фильтруют, набухшее сырье загружают в экстрактор, а далее ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 8,5 — 10,0, при гидромодуле 1:8-10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента в экстракторе с частотой 1 — 20 циклов в минуту при температуре 35 — 45 o C и удельной скорости протока 1,66 — 3,33 ч -1 , времени пребывания сырья в экстракторе 20 — 40 мин, с последующим осаждением целевого продукта уксусной кислотой при pH 3,9 — 4,5.

Источник

Кормовые травы как альтернативный источник белковой пищи

Кормовые травы хорошо известны в сельском хозяйстве как наиболее доступный и полноценный источник белка в питании животных. Но в последние годы ряд научных исследований подтвердил не только высокое количественное содержание протеина в вегетативной массе бобовых и амарантовых культур, но и идентичность его аминокислотного состава с такими продуктами как молочная сыворотка, яйца, соя. И хотя ученым удалось синтезировать значительное количество белков, необходимых для жизнедеятельности, их опыт показал, что искусственное создание пищевого протеина – это очень сложный, трудоёмкий, длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому в приоритете остаётся метод получения белка из природных источников.

Благодаря легкоусваиваемым водорастворимым фракциям (альбумин и глобулин), которые составляют около 70% всего травяного белка, а также идеально сбалансированному содержанию незаменимых аминокислот, он признан одним из наиболее ценных продуктов для человеческого организма. Например, травяной белок амаранта по биологическим питательным показателям превышает натуральное коровье молоко в 1,4 раза, соевый белок – в 1,5 раза, белок ячменя и пшеницы – соответственно в 1,6 и 1,67 раза, кукурузы и арахиса – в 2,3 и 3 раза. Чуть ниже (на 10 – 20 %) эти показатели у белка бобовых трав и у мятликовых (на 15 – 25%).

Поскольку белковая пища составляет основу питания, а потребность в ней, в связи с ростом населения Земли, увеличивается с каждым годом, проблема поиска альтернативных источников белка и повышение эффективности использования протеина очень актуальны в нашем мире. Поэтому всё большее внимание привлекает идея производства пищевого белка из кормовых трав. Первые технологии по извлечению белка из вегетативной массы растений для дальнейшего его использования в пищу были разработаны ещё в конце ХVIII века и заключались в отжиме травяного сока.

Но, как оказалось, отжатый сок помимо белка содержит ещё и много вредных примесей: фенолы, алкалоиды, соли тяжелых металлов, ингибиторы трипсина, продукты разложения хлорофилла, нуклеиновые кислоты и др. Дальнейшие исследования показали, что белок с наименьшим количеством опасных веществ находится в цитоплазме клетки, тогда как ядро, хлоропласты и митохондрии более насыщены токсинами, поэтому для производства пищевых и кормовых продуктов целесообразно использовать именно цитоплазматический протеин.

Современный технологический процесс получения пищевого растительного белка предусматривает измельчение растительной массы и её экстрагирование, фильтрацию, осаждение. Затем, в зависимости от требования к состоянию конечного продукта (в виде жидкого или сухого концентрата) проводится либо дальнейшее выпаривание в вакуумной установке, либо высушивание в распылительной сушильной камере.

Трудность выделения белка из растительного сырья заключается в особенностях строения растительной клетки. Её клеточная стенка многослойна и поэтому обладает высокой прочностью. Разрушая оболочку, можно легко денатурировать и клеточный белок, так как он обладает особой чувствительностью к действию большинства химических реагентов и легко разрушается при нагревании, перегонке и других процедурах, необходимых для очистки веществ. Поэтому процесс извлечения растительного белка из вегетативной массы предусматривает предварительную обработку подготовленного сырья специальной смесью воды и эфирного масла, эффективно повышающей проницаемость клеточной стенки. Экстракция белка осуществляется с помощью водного раствора уксусной кислоты и фенола.

На сегодняшний день во многих странах уже успешно внедрены производства по переработке зеленой растительной массы и получению пищевого белкового продукта. Так, например, в Болгарии пищевой протеин получают путем переработки крапивы. Выход высококачественного, хорошо сбалансированного по аминокислотному составу белка в этом случае достигает 50%, что почти в три раза превышает его содержание в телятине. Не менее интересен и опыт получения белкового концентрата в Швеции, где в качестве перерабатываемого высокобелкового сырья служат зелёные листья деревьев и кустарников. Современные перерабатывающие технологии в Австралии позволяют не только получать сухой белковый концентрат в виде зелёной травяной муки, но и выпекать из этого продукта хлебобулочные изделия.

Особо полезны концентраты, полученные от травяной смеси нескольких видов белконосных растений, так как их питательный состав при этом более разнообразен и включает белки различных типов, каждый из которых обладает характерной только ему определённой биологической ценностью.

Идеей получения пищевого белка из кормовых трав, которые в их стране выращиваются в больших количествах, занялись учёные Национального института пищевых продуктов Датского технического университета. В результате их опытов удалось получить сухой белковый концентрат. Недостаток его как пищевого продукта – ярко выраженный травяной вкус. Поэтому пока что использовать этот порошок приходится в ограниченном количестве, в виде небольшой (около 10%) пищевой добавки в продуктах. Также улучшить вкусовые качества удается путем сочетания травяного белка с ароматическими ингредиентами (мед, имбирь, лакричник, арахисовое масло и т. п.). Но исследователи не останавливаются на достигнутом. Они уверены, что будущее – за высокобелковыми растениями как менее энергоёмким и экологически безопасным альтернативным источником белка.

Источник