Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 9
1.1 -глюкан в зерновых культурах 9
1.1.1 Ботаническое распространение -глюканов 9
1.1.2 Структура и биосинтез -глюкана 10
1.1.3 Экстракция и очистка -глюкана 12
1.1.4 Продукты питания, обогащенные -глюканами 15
1.1.5 Влияние -глюкана на функциональные свойства пищевых продуктах 21
1.1.6 Влияние физических и химических способов обработки на структурные и функциональные свойства -глюкана 25
1.1.7 Перспектива промышленного производства и потребления -глюкана 29
1.2 Арабиноксиланы в зерновых культурах 30
1.2.1 Экстракция, выделение и очистка арабиноксиланов 30
1.2.2 Получение ксилололигосахаридов 33
1.2.3 Молекулярная структура арабиноксиланов 33
1.2.4 Анализ и определение арабиноксиланов 35
1.2.5 Растворимость и гелеобразующие свойства арабиноксиланов 35
1.2.6 Технологическая функциональность и потенциальные области применения арабиноксиланов 36
1.2.7 Физиологическое влияние арабиноксиланов 38
Заключение по обзору литературы 40
Глава 2 Методическая часть 42
2.1 Сырье, материалы и вспомогательные вещества, используемые в экспериментах 42
2.1.1 Зерновые культуры 42
2.1.2 Химические реагенты 42
2.1.3 Ферментные препараты 43
2.2 Методы определения состава зерновых культур 43
2.3 Методика проращивания зерна овса 43
2.4 Метод определения активности воды 44
2.5 Метод определения редуцирующих веществ 45
2.6 Метод определения (1,3) (1,4)--D-глюкана 45
2.7 Метод определения -глюканолигосахаридов 46
2.8 Метод определения антиоксидантной и антирадикальной активности -глюкана 47
2.9 Метод определения моносахаридов в концентратах -глюкана 48
2.10 Метод определения жирных кислот в концентратах -глюкана 49
2.11 Метод определения амилозы в крахмале 49
2.12 Метод определения свойств муки 50
2.12.1 Методика определения влияния -глюкана на реологические свойства теста 50
2.12.2 Методика определения газообразующей способности муки 51
2.12.3 Методика определения кислотности муки и теста 51
2.13 Статистические методы обработки результатов экспериментов 51
Глава 3 Результаты и их обсуждения 52
3.1 Получение изолятов -глюкана 52
3.1.1 Определение состава голозерного зерна овса и овсяных отрубей 52
3.1.2 Влияние кислотности среды на выход -глюкана из овсяных отрубей 54
3.1.3 Влияние щелочной и ферментативной обработки зерна овса и овсяных отрубей на выход -глюкана 59
3.1.4 Ферментативное выделение -глюкана из овсяных отрубей 63
3.2 Получение концентрата -глюкана 66
3.2.1 Получение концентрата -глюкана проращиванием голозерного овса 70
3.2.2 Получение концентрата -глюкана проращиванием пленчатого овса 75
3.2.3 Получение концентрата -глюкана фракционированием овсяных отрубей 81
3.3 Антиоксидантная и антирадикальная активность продуктов, содержащих -глюкан 85
3.3.1 Антиоксидантная и антирадикальная активность экстрактов из пророщенного зерна овса 88
3.3.2 Антиоксидантная и антирадикальная активность экстрактов из изолята и концентратов -глюкана 90
3.4 Моносахаридный и жирнокислотный состав концентратов -глюкана 92
3.5 Влияние -глюкана на активность воды в продуктах питания 95
3.6 Влияние -глюкана на хлебопекарные свойства пшеничной муки 102
3.6.1 Влияние -глюкана на углеводно-амилазный комплекс теста 102
3.6.2 Исследование реологических свойств теста с добавлением -глюкана на фаринографе 107
3.6.3 Исследование реологических свойств теста с добавлением -глюкана на альвеографе 109
3.6.4 Влияние -глюкана на интенсивность газообразования в тесте 112
Глава 4 Разработка технологии производства концентратов -глюкана 117
Заключение 121
Список использованных источников 123
Приложения к диссертации 150
Приложение I 151
Приложение II 155
Приложение III 158
Приложение IV 159
- Влияние -глюкана на функциональные свойства пищевых продуктах
- Влияние кислотности среды на выход -глюкана из овсяных отрубей
- Получение концентрата -глюкана фракционированием овсяных отрубей
- Разработка технологии производства концентратов -глюкана
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Зерновые культуры являются экономически важной группой сельскохозяйственных культур, воспроизводятся в больших количествах и обеспечивают энергией население всего мира в большей степени, чем любые другие культуры. Кукуруза, рис и пшеница являются доминирующими злаками во всем мире. Из них, как правило, получают рафинированные продукты питания, обедненные биологически ценными и необходимыми для организма человека веществами.
В овсе и ячмене содержатся в более высоких концентрациях уникальные метаболиты, необходимые для питания и поддержания здоровья человека, в частности, гидроколлоидные полисахариды со смешанной связью (1-3), (1-4)-(3-D-глюканы (|3-глюканы).
Диетологи связывают стрессовое состояние человека с неадекватным потреблением пищевых волокон. Необходимость решения проблем со здоровьем обуславливает увеличение спроса на пищевые продукты с высоким содержанием пищевых волокон. Так как пищеварительная система человека не может эффективно и полноценно усваивать |3-глюканы непосредственно из овса и ячменя, для производителей пищевых продуктов представляет интерес получать изолированные и концентрированные эти водорастворимые пищевые волокна из зернового сырья.
В производстве пищевых ингредиентов, содержащих Р-глюкан, существует проблема сохранения их натуральных, природных свойств. При этом надо учитывать, что в определенных условиях при получении продуктов питании (3-глюканы деградируют и, соответственно, снижаются их биологические функции.
Следует отметить перспективность разработки технологии пищевых ингредиентов, содержащих комплекс биологически активных веществ. В частности, комплексы, содержащие (3-глюканы, арабиноксиланы и энзиморезистент-ный крахмал, совместно присутствующие в зерновом сырье. Включение подобных комплексных пищевых добавок в продукты питания обеспечит тем самым адекватное потребление пищевых волокон в диетах.
Степень разработанности темы. Данное направление исследований обосновано и представлено в работах таких ученых, как: Stevenson D.G., Inglett G.E., Izydorczyk M.S.M., Munck L., Buckeridge M.S. Меледина T.B., Доронин А.Ф. Шендеров Б.А., Гинзбург М.Е., Мельников Е.М., Нечаев А.П., Марков Д.И., Соколов А.Я. и других.
Разработка новых технологий производства ингредиентов, обогащенных зерновым [3-глюканом и другими биологически активными веществами, с наименьшими материальными затратами также является актуальной задачей, решить которую возможно, используя доступные по стоимости источники растительного сырья. В этой связи является актуальным использование вторичных ресурсов переработки растительного сырья как источника рассматриваемого комплекса биологически активных веществ, что имеет как экономическое, так и экологическое значение.
Цель и задачи исследования - обоснование технологии получения пищевых добавок, содержащих Р-глюкан, из вторичных ресурсов переработки овса.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
определение влияния химических и ферментативных методов выделения (3-глюкана из овсяных отрубей на качество и выход изолята |3-глюкана;
определение влияния проращивания зерна овса на качество концентратов [3-глюкана;
определение влияния фракционирования отрубей овса на качество концентратов Р-глюкана;
определение антиоксидантных и антирадикальных свойств эктрак-тивных веществ, полученных из изолятов и концентратов Р-глюкана;
определение моносахаридного жирового состава изолята и концентратов Р-глюкана;
определение влияния изолята и концентратов Р-глюкана на активность воды в продуктах питания;
определение влияния изолята и концентратов Р-глюкана на реологические свойства водно-мучнистых систем;
разработка технологии получения концентратов Р-глюкана и проведение опытных работ в промышленных условиях.
Научная новизна. Установлено, что ферментативный гидролиз крахмала, протеина, липидов алейронового слоя, присутствующих в отрубях овса термостойкими амилолитическими, протеолитическими ферментами, приводит к эффективному выделению Р-глюкана. Специфическим ферментативным катализом отрубей овса получен изолят с содержанием более 87% Р-глюкана.
Показано, что фракционированием возможно разделение крахмала и алейронового слоя зерна овса с получением концентрата с содержанием и более 32% Р-глюкана. Установлено, что извлечение жиров из отрубей овса способствует увеличению содержания Р-глюкана в концентратах. Определено, что в концентрате Р-глюкана, полученном фракционированием отрубей овса, содержится арабиноксилан и энзиморезистентный крахмал, что обуславливает многофункциональность концентрата Р-глюкана как пищевой добавки.
Установлена возможность получения концентратов с содержанием до 16 % Р-глюкана из овса методом проращивания. Определено, что при проращивании зерна овса в ростках синтезируется Р-глюкан. Показано, что Р-глюкан является носителем антирадикальных веществ.
Установлено, что изолят и концентраты, полученные из отрубей, содержащие Р-глюкан и арабиноксилан, обладают водоудерживающими свойствами и снижают активность воды в пищевых продуктах. Установлено, что внесение препаратов Р-глюкана повышает вязкость суспензии пшеничной муки, упругость теста и снижает его растяжимость, повышает водопоглотительную способность муки и увеличивает время образования теста, которое дольше сохраняет свою консистенцию, что подтверждено показателями устойчивости теста, степени размягчения теста и числом качества фаринографа.
Практическая значимость. На основе полученных результатов исследований разработана опытная промышленная технология получения концентрата Р-глюкана методом фракционирования. Проведена опытная выработка продукта (акт утвержден 01.09.2018), технология внедрена на предприятии Краснодарского края ООО «Радуга» (акт утвержден 21.09.2018). Концентрат р-глюкана изготовляется по ТУ 10.89.19-040-55104471-2018.
Основные положения, выносимые на защиту:
Влияние вида сырья и способа выделения на выход и содержание (3-глюкана в изолированном продукте;
влияние проращивания зерна овса и фракционирования отрубей овса на качество концентратов Р-глюкана;
влияние способов получения продуктов, содержащих Р-глюкан, на их ан-тиоксидантные и антирадикальные свойства;
влияние Р-глюкана и арабиноксилана на активность воды в продуктах питания и свойства водно-мучнистых систем;
технология концентрата р-глюкана, основанная на фракционировании овсяных отрубей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конгрессах и международных научно-практических конференциях, в том числе: IX Международный конгресс «Биотехнология: Состояние и перспективы развития» (Москва, 2017 г.); Международный форум «Биотехнология: Состояние и перспективы развития» (Москва, 2018 г.); Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья. (Уфа. 2017 г.); на IX Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» (МК-28-117), (Пенза. 2017 г.); «Проблемы и перспективы студенческой науки». (Новокузнецк 2017 г.); Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья. (Уфа. 2017 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 научных работ, в том числе 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 141 страницах машинописного текста, который включает 27 рисунок, 22 таблиц, 4 приложения. Список литературы содержит 235 источников, из которых 168 иностранных.
Влияние -глюкана на функциональные свойства пищевых продуктах
Зерновые -глюканы могут быть внесены в широкий спектр пищевых продуктов для придания новых функциональных возможностей и улучшения качества питания [119,120]. Одними из самых распространенных продуктов питания, которые обогащают -глюканом, являются хлебобулочные изделия и другие продукты на основе пшеничной муки. Glucagel Х, включенный в пшеничный хлеб от 2,5 до 5,0 %, значительно снизил объем и высоту хлеба, что может быть связано с растворением глютена или -глюканом, который может связывать значительные количества воды, тем самым уменьшая доступную воду для набухания клейковины. Кроме того, водосвязывающие свойства -глюкана могут ограничить парообразование при выпечке хлеба, в результате чего наблюдается уменьшение объема и высоты хлеба. Скорее всего, -глюканы сократили доступность крахмала для деградации [121,122]. При сравнении влияния высокой и низкой молекулярной массы -глюкана на качество пшеничного хлеба, обе фракции увеличивали плотность теста, уменьшали объем и высоту хлеба и снижали содержание сахара по сравнению с контрольными опытами. -глюканы с высокой молекулярной массой были деградированы во время выпечки хлеба и привели к наибольшей потере качества теста и хлеба. Деградация не наблюдалась для низкомолекулярных -глюканов во время выпечки хлеба. Замораживание-оттаивание выпечки, такой, как булочки из отрубей, снижает растворимость овсяных -глюканов и ослабляет гипогликемический эффект.
У печенья, содержащего 10 % Crim 20 или C- trim 30, уменьшилась пылимость, увеличились эластичность и содержание воды, и аналогичные текстурные параметры по сравнению с печеньем без гидроколлоида. Включение ячменного -глюкана в макароны из твердой пшеницы уменьшило высвобождение сахара во время переваривания in vitro и привело к формованию макаронов с большим количеством твердых веществ, потерей во время приготовления пищи, увеличение слизеобразования и снижение твердости. Физико-химические свойства вареных макарон из твердой пшеницы с включением -глюкана, были изменены из-за отсутствия достаточного количества воды для набухания крахмально-белковой матрицы и высокой водосвязывающей способности -глюканов. Изготовлены функциональные макароны путем замены 50 % манной крупки пшеничной муки на обогащенную -глюканом ячменную мучную фракцию (9-11 % -глюкана), полученную из продуктов просеиванием после размола ячменя. Обогащенные ячменным -глюканом макароны были темнее по сравнению с макаронами из твердой пшеницы, однако имели превосходные показатели качества касательно липкости, массивности и твердости. Овсяной -глюкан в виде Nutrim-5 успешно вносят в азиатскую лапшу, что позволяет сократить на 50 % использование рисовой муки, с сохранением такого же качества лапши, вкуса и без кулинарных потерь при приготовлении [123].
Зерновые -глюканы успешно включают в некоторые молочные продукты, однако здесь сталкиваются с проблемами. Обнаружено, что -глюкан из овса лучше, чем из ячменя поддерживает жизнеспособность и стабильность пробиотиков, а также повышает содержание молочной и пропионовой кислоты в йогурте. Разветвленные -глюканы способствуют образованию казеиновых гелей. Однако данный синергизм наблюдается при более высоких концентрациях глюкана. Пробиотический обезжиренный, напоминающий йогурт -глюкан -обогащенный молочный продукт, был разработан с использованием плющенного овса [30,100].
Nutrim, обогащенный овсяным -глюкановым ингредиентом, использовали в качестве заменителя жира в сырах. По сравнению с нежирным сыром Чеддар, составы с Nutrim имели меньшую твердость, разрушаемость, желательный вкус и время истечения расплава, а также аналогичную эластичность и когезионную способность. Однако использование зерновых -глюканов в качестве заменителей жира в сыре сталкивается с проблемой создания конечного продукта с неизменными сенсорными свойствами.
До и после замораживания изучали сенсорные характеристики супов, содержащих -глюкан с высокой молекулярной массой из овсяных отрубей, или низкомолекулярный -глюкан из обработанного ячменя или овса. Замораживание не влияло на органолептические свойства. Супы с овсяными отрубями были более вязкими, с высоким уровнем восприятия тонкости и интенсивности аромата, что указывает на возможность использования зерновых -глюканов как загустителей в супах, особенно с высокой молекулярной массой [124,125].
Показано, что ячменный -глюкан образует гелеобразную структуру, которая стабилизирует концентраты белкового концентрата сыворотки, уменьшает дисперсность капель эмульсии и существенно уменьшает расслаивание эмульсии на фазы [126].
Показаны загущающие и стабилизирующие возможности ячменной -глюкановой камеди, полученной в оптимальных условиях при рН 8.0 и 45 С [127]. Сосиски с 0,3 % -глюканом и 12 %-ным содержанием жира соответствовали настоящим сосискам, однако при содержании 0,8% -глюкана в колбасах дегустаторами эти продукты воспринимались не положительно.
Замена от 50 до 90 % жира в говядине гамбургера на зерновые -глюканы не снижала выход продукта при варке, однако несколько снижала размеры изделия и сохраняла высокого содержания влаги. Напитки, приготовленные с 0,3-0,7 % ячменным -глюканом при сенсерной оценки, не отличались по интенсивности ярко-оранжевого и фруктово-оранжевого цвета от напитков, в которые вносили пектин. Напитки, содержащие 0,7 % -глюкан, были более кислыми, чем напитки, содержащие 0,3 % пектина. Дегустаторы восприняли вязкость напитков с обоими гидроколлоидами выше при концентрации 0,5 и 0,7 % по сравнению с 0,3 %. С повышением концентрации -глюкана напитки становились светлее и образовывались флокулы, тогда как напитки с пектином не изменялись по органолептическим свойствам [128].
Пленки для пищевых применений были разработаны с использованием ячменных и овсяных 75 - 80 % -глюкановых экстрактов, которые также содержали белки, липиды и золу. Глицерин использовался как пластификатор, придавая полупрозрачнсть пленке с гладкой однородной структурой. Проницаемость пленок для воды, полученных из 4% экстрактов -глюкана, выше, чем из 2 % растворов, несмотря на аналогичные скорости подачи водяного пара. Овсяные -глюкановые пленки имели более высокую прочность на растяжение и водоратсворимость, однако были более светлыми, имели меньшую прозрачность и деформируемость по сравнению с пленками из ячменя. Пленки из -глюкана ячменя не изменяли своих свойств после 24-часового погружения в воду [129].
Хотя с точки зрения диетолога -глюканы очень необходимы для здоровья человека, в пивоваренной промышленности ячменный -глюкан является препятствием, влияя на интенсивность солодоращения, свойства солода, и вязкость сусла во время брожения [130,131]. Полный гидролиз связанных -глюканов с глюкозой в клеточной стенке вызывает применение нескольких ферментов.
(1-3),(1-4)--D-глюкан-эндогидролазы (EC 3.2.1.73) являются очень важными для полной деградации клеток зерновой оболочки проросшего зерна и гидролизуют 1-4-глюкозидные связи, где эти связи чередуются с (1-3)--D-глюкозильным остатком, высвобождая целлотриозильные и целлотетраозильные звенья в качестве основного продукта гидролиза. Специфичная (1-3),(1-4)--D-глюкан-эндогидролаза высвобождает более крупные молекулы (1-3),(1-4)--D-глюкана с 60-100 степенью полимеризация [15,32,44,132]. Олигоглюкозиды, высвобождаемые эндогидролазами, могут быть далее гидролизованы -D-глюкан экзогидролазами, которые трудно классифицировать, потому что некоторые экзогидролазы также специфичны к -D-олигоглюкозидам с (1-2),(1-4) и (1-6) связями [28,116].
Влияние кислотности среды на выход -глюкана из овсяных отрубей
Предварительные исследования показали, что эффективности выделения -глюкана из отрубей овса зависит от дисперсного состава отрубей. При этом дисперсность исходного сырья существенно влияет на последующее разделение твердой и жидкой фаз образующихся продуктов. Наиболее целесообразно отруби измельчать в молотковой мельнице с подовым ситом, имеющим диаметр отверстий позволяющим получать фракции измельченного сырья не более 0,5 мм.
Присутствие в отрубях овса жиров является отрицательным фактором влияющим, прежде всего, на качество -глюкана. Конечный продукт не должен содержать жиры и продукты его распада, которые появляются при хранении и вызывают прогоркание. В качестве экстрагента использовался этанол. Выбирая оптимальные условия экстракции жиров этанолом, варьировали концентрацией этанола от 30 до 95 %, гидромодулем от 1:5 до 1:15, температурой от 40 до 70 C и продолжительностью экстракции от 10 до 90 мин. Установлено, что наиболее целесообразно для экстракции жиров использовать 50 % этанолом и экстракцию проводить при гидромодуле 1:10, температуре 60 C и продолжительности 30 мин.
Эксперименты показали, что среди используемых в промышленности методов разделения твердой фазы и спиртового экстракта жиров, наиболее предпочтительным в рассматриваемой технологии является центрифугирование при 15000 об/мин и температуре от 4 до 5 С.
Дальнейшее извлечение -глюкана из отрубей овса производили раствором гидроокиси натрия. Варьируя расходом гидроокиси натрия от 3 до 10 %, температурой от 40 до 90 С, гидромодулем от 1:3 до 1:10 и продолжительностью 15 до 90 мин. установлены параметры и необходимость проведения трехкратной щелочной экстракции.
В щелочной среде происходит растворение белковых и крахмалистых веществ отрубей овса. -глюкан высвобождается из эндосперма и алейронового слоя. Также -глюкана экстрагируется из зерновой клетчатки овса. Центрифугированием отделяли клетчатку, которая после промывки и сушки может быть использована в качестве нерастворимых пищевых волокон [220].
Для определения влияния кислотности среды на выход и чистоту продукта дальнейшего выделение -глюкана проводили при нейтральной рН и при рН 3.0-4.0. Необходимую рН среды достигали внесением в щелочной гидролизат соляной кислоты. Последующее центрифугирование позволяет отделить олигомеры крахмала и белка, которые могут быть использована при культивировании микроорганизмов, в частности дрожжей.
Надосадочная жидкость содержит простые сахара, аминокислоты и 6-глюкан. Исследования показали, что выделение -глюкана из такой сложной гетерогенной среды возможно осаждением этого биополимера 95 % этанолом в соотношении 1:3, при температуре 4-5 оС в течение 12 ч. Дальнейшее центрифугирование позволяет отделить осажденный этанолом -глюкан и высушить при температуре 60-70 оС с соответствующей регенерацией этанола. Надосадочная жидкость содержит простые сахара и аминокислоты, которые в совокупности с ранее отделенными олигомерами крахмала и белковых веществ также используются для культивирования дрожжей.
Разработанная технологическая схема выделения -глюкана из овсяных отрубей в нейтральной и кислой средах представлена на рисунке 3.
Состав овсяных отрубей, использованных в исследованиях, представлен в таблице 2. Отруби овса, полученные при переработке шлифованного голозерного овса на муку, богаты сырой клетчаткой, сырым жиром, сырым протеином и белком по Барнштейну (истинным белком), а также зольными элементами. Содержание крахмала в овсяных отрубях и их влажность ниже по сравнению с зерном овса голозерным шлифованным (таблица 2). Различия в составе зерна овса голозерного шлифованного и овсяных отрубях можно объяснить технологией получения муки овсяной, при которой белковые вещества, прежде всего белки алейронового слоя, переходят в овсяные отруби.
Из результатов, представленных в таблице 2 видно, что на выход -глюкана из овсяных отрубей влияет кислотность среды при осаждении -глюкана этанолом. Осаждение -глюкана этанолом в нейтральной среде является более эффективным, так как выход -глюкана выше по сравнению с осаждение при pH 3.0-3.5.
Кислотность среды также влияет на содержание -глюкана в конечном продукте после сушки. Осаждение -глюкана в нейтральной среде позволяет получить конечный продукт с более высоким содержанием -глюкана по сравнению с осаждением при pH 3.0-3.5.
Следует отметить, что в продукте, полученном осаждением -глюкана в нейтральной среде, содержится меньшее количество сопутствующих веществ, в частности, простых сахаров [220].
Полученный более высокий выход -глюкана при осаждении в этанолом из нейтральной среды по сравнению с осаждение при pH 3.0-3.5 можно объяснить влиянием кислотности на электрокинетические свойства белков. При нейтральной pH среды не происходит агрегирование растворенных в щелочной среде олигомерных белков алейронового слоя, которые отделяясь центрифугированием не взаимодействуют с -глюканом.
Снижение pH до 3.0 - 3.5 приводит к изоэлектролическим явлениям в белках, которые в этих условиях коагулируют, взаимодействуя с -глюканом. Собственно, и в естественных условиях, т.е. в зерне овса, -глюкан находится в физическом взаимодействии с белками. Последующее центрифугирование и приводит к потерям -глюкана.
Необходимо отметить, что снижение pH до 3.0 - 3.5 вызывает более полный гидролиз крахмала с образованием простых сахаров, которые повышают их содержание в конечном продукте. Отделение олигомеров в нейтральной среде позволяет получать готовый продукт, содержащий меньшее количество сопутствующих веществ.
На выход -глюкана и чистоту продукта влияет кислотность среды при осаждении этанолом. Выход -глюкана при выделении из нейтральной среды выше по сравнению с выходом -глюкана при выделении из pH 3.0 - 3.5. При этом -глюкан содержит меньше сопутствующих веществ.
Выделение -глюкана из гидролизатов крахмала и белков, полученных щелочной обработкой овсяных отрубей, целесообразно проводить этанолом при нейтральной pH среды [220].
Получение концентрата -глюкана фракционированием овсяных отрубей
При изучении возможности получения концентрата -глюкана из овсяных отрубей для использования пищевых продуктах научный и практический интерес представляет определение влияния измельчения и фракционирования на изменение состава овсяных отрубей, включая содержание -глюкана. Присутствующий в овсяных отрубях жир склонен к прогорканию. Извлечение этого жира экстракцией решает проблему с продолжительностью хранения концентрата. Следует ожидать изменение и состава овсяных отрубей, в том числе и содержания -глюкана [29,223].
При фракционировании отрубей появляется вторичный ресурс – мучка и возникает проблема ее утилизации. Принятие рекомендаций по области применения мучки возможно при определении ее состава.
Приведенные в таблице 9 результаты исследований показывают, что при измельчении и фракционирование позволяет повысить содержание -глюкана практически в пять раз в овсяных отрубях. Следует отметить, значение показателя, отражающего содержание -глюкана в овсяных отрубях, зависит от способа предварительной обработки. В частности, предварительная щелочная и последующая ферментативная обработки овсяных отрубей занижает содержание -глюкана по сравнению с предварительной гидробаротермической и последующей ферментативной обработками отрубей. С увеличением содержания в овсяных отрубях -глюкана увеличивается и содержание сырого протеина, белка по Барнштейну, незначительно клетчатки и сырого жира.
Измельчение и фракционирование овсяных отрубей приводит к снижению содержания зольных веществ. Наблюдается наиболее существенное снижение крахмала в овсяных отрубях. При фракционировании отделяется значительное количество крахмала с низким содержанием амилозы. Оставшийся в овсяных отрубях крахмал имеет повышенное содержание амилозы, что повышает резистентность крахмала по отношению к ферментам.
Как указано выше, наличие в овсяных отрубях сырого жира является отрицательным фактором. Для жиров характерно прогоркание и продукты, содержащие жиры, не сохраняются продолжительное время. Экстрагирование сырого жира из измельченных и фракционированных овсяных отрубей позволяет решить проблему как с прогорканием продукта, так и повысить в нем содержание -глюкана.
Следует отметить, что экстракция жиров после измельчения и фракционирования овсяных отрубей по сравнению с экстракцией жиров из исходных овсяных отрубей позволяет увеличить производительность экстракционного оборудования. Это обусловлено полным заполнением рабочих объемов экстракционных аппаратов овсяными отрубями, содержащими меньшее количество (около 26 %) крахмала и золы. При этом содержание -глюкана в готовом продукте в обоих способах его получения сопоставимо по значению (таблице 9). Экстракция жиров приводит и к увеличению амилозы в крахмале, что связано, видимо, с высвобождением амилозы из липидноамилозных комплексов.
Определение состава отсеянной от овсяных отрубей мучки показало, что в ней содержится незначительное количество -глюкана, сырой клетчатки, сырого протеина, белка по Барнштейну и зольные вещества (таблица 10). Преимущественно в мучке содержится крахмал и при этом на содержание амилозы в крахмале экстрагирование жиров практически не влияет. Малое содержание сырого жира содержится в мучке, полученной при обогащении овсяных отрубей сухим способом и сухим способом с последующим обезжириванием. Следует отметить, что мучка, отделенная от овсяных отрубей, обогащенных обезжириванием с последующим измельчением и фракционированием, практически не содержит сырого жира. Исходя из этого, данный вторичный ресурс, полученный при обогащении овсяных отрубей -глюканом может использоваться для внесения в овсяную муку.
Полученные результаты исследований подтверждают экономическую целесообразность и перспективность способа получения концентрата -глюкана из овсяных отрубей, основанного на измельчении и фракционировании. Способ может быть реализован с использованием размалывающих мельниц и фракционаторов. Для повышения содержания в готовом продукте -глюкана и энзиморезистентного крахмала, а также для исключения прогоркания продукта целесообразно сырой жир экстрагировать. Таким образом показано, что сухим измельчением и фракционированием овсяных отрубей возможно достаточно полное извлечение -глюкана из алейронового слоя с получением функционального пищевого продукта. Пищевой продукт, полученный по рассматриваемой технологии, содержит до 33 % -глюкана. Кроме того, продукт, полученный рассматриваемым способом, обогащается овсяным крахмалом, содержащим до 29 % амилозу, которая придает крахмалу энзиморезистентность и, также, как и -глюкан, выполняет роль пищевых волокон в питании человека.
Предлагаемая технология получения концентрата -глюкана для функциональных продуктов питания исключает применение воды и, соответственно, энергетически выгодна и обеспечивает высокий выход этого продукта из овсяных отрубей. В частности, выход -глюкана из овсяных отрубей достигает 23 %, выход мучки – 72 %. Это указывает на незначительные потери сырья (5 %) по данной технологии получения продукта.
Содержание крахмала в отрубях овсяных значительно ниже, чем в овсе. Дальнейшим снижением содержания крахмала в отрубях также можно получить концентарат -глюкана из отрубей овса.
Разработка технологии производства концентратов -глюкана
На основе полученных результатов исследований разработана технология на опытное производство концентрата -глюкана из овсяных отрубей и овса. На принципиальной схеме получения концентратов -глюкана, представленной на рисунке 27, показано получение концентратов фракционированием овсяных отрубей и проращиванием зерна овса.
Описание технологии получения концентратов -глюкана фракционированием овсяных отрубей.
Технология получения концентрата -глюкана фракционированием овсяных отрубей предусматривает прием отрубей в цех и их хранение в емкости (позиция 2). Влажность овсяных отрубей может достигать 16 %. Установлено, что при такой влажности отрубей отделение крахмала от белков алейронового слоя и зерновой оболочки и измельчение отрубей происходит не качественно. Для получения необходимого качества концентрата -глюкана процесс проводят при влажности овсяных отрубей 10-12 %. Для достижения стабильной влажности овсяных отрубей производят их сушку (позиция 8). Далее овсяные отруби подают для фракционирования на ситовую сортировку, на которой отделяется часть овсяного крахмала. Размер сит 0,5 мм, сортировки позволяет отделить на первой ступени сортирования 25-30 % крахмала. Проход через сито, содержащий преимущественно овсяной крахмал поступает в емкость (позиция 10).
После первой ступени сортирования овсяные отруби поступают на измельчение в молотковую дробилку с подовым ситом (позиция 9), имеющим отверстия размером 0,5 мм. Далее измельченные овсяные отруби подают на вторую ступень сортирования, на которой дополнительно отделяется 25-30 % овсяного крахмала, который аккумулируют в емкости (позиция 10). Общее количество крахмала, отделенного сортированием, достигает 50% от общего содержания крахмала в отрубях.
Сход сортированных и измельченных овсяных отрубей со второй ситовой установки подают в экстрактор (позиция 11) периодического действия для извлечения из фракционированных и измельченных овсяных отрубей овсяного масла. Экстракцию проводят этанолом. Масло с растворителем поступает в емкость (позиция 12) и откуда подается на регенерацию этанола (позиция 12).
Полученный концентрат с содержанием -глюкана 32-34 % поступает на экструзию (позиция 13), которую проводят на одновальном экструдере при температуре 90-110 С. Экструдирование концентрата -глюкана позволяет придать продукту необходимую растворимость и сделать доступным для усвоения в организме человека.
Экструдированный концентрат -глюкана подают на измельчение в молотковую дробилку с подовым ситом (позиция 9), затем концентрат сортируют (позиция 14) и упаковывают в пакеты (позиция 15).
Получение концентрата -глюкана проращиванием зерна овса.
Зерно овса направляется на хранение в бункер (позиция 1) и помощью распределителя потока переключателя (позиция 3) зерно подается для очистки в воздушно-ситовой сепаратор (позиция 4), для удаления посторонних примесей. Далее овес поступает в чан (позиция 5) для первичной промывки при температуре 14–20 С с регулярным перемешиванием в течении 30 мин. Затем промытое зерно перекачивают в чан (позиция 6) для замачивания овса при температуре 18-20 С, до влажности 42 %, в чан подается вода и воздух, обеспечивающий перемешивание зерна. Легкое зерно и мелкие примеси во время мойки и замачивания всплывают на поверхность и удаляются вместе с моечной водой. Далее замоченный овес перекачивается на передвижную грядку для проращивания зерна (позиция 7), при температуре 14-18 С и влажности 95-98 % воздуха, продолжительность проращивания зерна до 15 суток. При необходимости зерно орошается водой, имеющей температуру 12 ± 2 С. Температура зерна не должна превышать 20 С.
Из передвижной грядки (позиции 7) проросшие зерно, поступает в сушилку (позиция 8). Проросшие зерно сушиться при температуре 40-50 С в течении 5 час. Затем сухое проросшие зерно подается в молотковую дробилку с подовым ситом для размола пророщенного зерна до частиц размером 0,5 мм (позиция 9). Далее, измельченное проросшие зерно с содержанием -глюкана до 16% подается в одновальный экструдер (позиция 13) и эксрудируется при температуре 90-110 С, что придает продукту необходимую растворимость.
Экструдированный концентрат -глюкана подают на измельчение в молотковую дробилку с подовым ситом (позиция 9), затем концентрат сортируют (позиция 14) и упаковывают в пакеты (позиция 15).
В соответствии с разработанной технологией на предприятие ООО «Радуга» (Краснодарский край) проведена опытная выработка концентрата -глюкана фракционированием овсяных отрубей (приложение 2). Полученный -глюкансодержащий продукт соответствует техническим условиям ТУ 10.89.19-040-55104471-2018. Технология внедрена на предприятие ООО «Радуга» (Краснодарский край) (приложение 3).
Полученный в промышленных условиях концентрат -глюкана испытан в качестве потенциального энтеросорбента при микотоксикозах условиях in vivo. Установлено, что концентрат -глюкана, обладает профилактическими действием и является перспективным энтеросорбентом при подостром Т-2 микотоксикозе, при этом концентрат -глюкана не оказывает токсического действия на организм лабораторных животных (приложение 4).