Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 9
1 1 Характеристика зерна кукурузы как перспективного многоцелевого продовольственного сырья 9
1.2 Современное состояние технологии и техники переработки зерна кукурузы 17
1.3 Сравнительный анализ сухого и мокрого способов выделения зародыша зерна кукурузы 23
1.4 Состав и физиологическая ценность кукурузных масел 28
1.5 Современные технологии извлечения масла из зародышей зерна кукурузы 34
2 Методическая часть 37
2.1 Методы исследования показателей безопасности и качества зерна кукурузы и кукурузного зародыша 37
2.2 Методы исследования показателей безопасности и качества кукурузного масла, шрота и получаемых из них продуктов и БАД 44
3 Экспериментальная часть 53
3.1 Характеристика объектов исследования 53
3.2 Разработка эффективной технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы 56
3.2.1 Разработка эффективной технологии и рекомендаций по комплектации линии подготовки зерна кукурузы к выделению зародыша сухим способом 56
3.2.2 Разработка технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств 60
3.3 Научное и экспериментальное обоснование способа извлечения кукурузного масла с использованием в качестве экстрагента этанола 66
3.3.1 Разработка способа подготовки кукурузного зародыша к извлечению масла этанолом 67
3.3.2 Разработка технологии получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы нового качества с использованием в качестве экстрагента этанола 78
3.4 Оценка потребительских свойств получаемых продуктов и БАД 91
3.4.1 Научное и экспериментальное обоснование использования кукурузного масла и шрота для непосредственного употребления в пищу, а также в качестве сырья для производства фосфолипидных и белковых БАД 91
3.4.2. Научное и экспериментальное обоснование использования фосфолипидных и белковых БАД при производстве продуктов функционального и специализированного назначения 99
Выводы и рекомендации 104
Список литературных источников 106
Приложения 118
- Сравнительный анализ сухого и мокрого способов выделения зародыша зерна кукурузы
- Разработка технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств
- Разработка технологии получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы нового качества с использованием в качестве экстрагента этанола
- Научное и экспериментальное обоснование использования фосфолипидных и белковых БАД при производстве продуктов функционального и специализированного назначения
Введение к работе
з 1
1.1 Актуальность темы. В настоящее время качество и безопасность являются стратегической целью производства продуктов питания. В этих условиях особую важность приобретают разработка и внедрение прогрессивных наукоемких технологий, а также автоматизированных методов контроля и управления технологическими процессами комплексной глубокой переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, обеспечивающих максимальную сохраняемость эндогенных нутриентов и заданных потребительских свойств готовой продукции.
Кукуруза является перспективной многоцелевой физиологически ценной зерновой культурой. В товарном производстве большое значение имеет зерно кукурузы, которое является исходным сырьем для получения более 150 продовольственных и технических продуктов. К наиболее важным продуктам переработки зерна кукурузы относятся крупа, мука, кукурузные хлопья, крахмал, патока, спирт, а также физиологически ценное масло, вырабатываемое из зародыша.
Выделение зародыша зерна кукурузы является одной из наиболее важных технологических операций, так как ее эффективность оказывает существенное влияние на показатели качества всего спектра получаемых продуктов.
Кукурузные зародыши выделяют в качестве вторичного продукта при переработке зерна кукурузы в мукомольно-крупяном, пищеконцентратном и крахмало-паточном производствах. Необходимость максимального отделения зародыша обусловлена высокой активностью и лабильностью содержащихся в нем соединений, следствием чего, например, является высокая окисляемость и гидролизуемость липидного комплекса. Это, в свою очередь, обусловливает снижение качества получаемых муки, крупы и крахмалопродуктов.
Анализ существующих технологий переработки зерна кукурузы показал, что ни одно из имеющихся технических и технологических решений не обеспечивает сохранение целостности и качества отделяемых зародышей.
Учитывая изложенное, разработка эффективной технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного сырья с применением физико-химических и биотехнологических методов», № Госрегистрации 01200956355.
-
Цель работы. Целью работы является разработка эффективной технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД.
-
Основные задачи исследования.
- анализ и систематизация научно-технической литературы и
патентной информации по теме исследования;
обоснование выбора объектов исследования;
разработка инновационной технологии и рекомендаций по комплектации линии подготовки зерна кукурузы к выделению зародыша сухим способом;
разработка инновационной технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств;
научное и экспериментальное обоснование способа извлечения кукурузного масла с использованием в качестве экстрагента этанола;
разработка способа подготовки зародыша зерна кукурузы к извлечению масла этанолом;
разработка технологии получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы с использованием в качестве экстрагента этанола;
оценка потребительских свойств кукурузного масла и шрота;
научное и экспериментальное обоснование использования кукурузного масла и шрота, полученных по разработанным технологиям,
для непосредственного употребления в пищу, а также в качестве сырья для производства фосфолипидных и белковых БАД;
научное и экспериментальное обоснование использования фосфолипидной и белковой БАД, полученных при переработке зародыша зерна кукурузы по разработанным технологиям, при производстве продуктов функционального и специализированного назначения.
1.4 Научная новизна. Выявлено, что эффективным критерием сепарирования массы зерна кукурузы является сочетанное использование критериев: цвет и размер при сужении границ интервала варьирования задаваемых параметров, на основании этого предложено техническое решение данного подхода путем использования последовательно работающих фотоэлектронных сепараторов.
Впервые выявлено положительное влияние предварительного фракционирования очищенной зерновой массы кукурузы по площади поверхности и по форме с использованием фотоэлектронных сепараторов на эффективность выделения и целостность зародыша, а также на показатели качества содержащихся в нем липидов.
Научно и экспериментально обоснована технология и технологическая линия выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств.
Впервые установлена меньшая значимость влияния влаготепловой обработки крупки кукурузного зародыша на выход масла при использовании в качестве экстрагента этанола по сравнению с углеводородным растворителем нефрасом.
Показано, что использование в качестве экстрагента этанола обусловливает получение кукурузного масла повышенной физиологической ценности, что можно объяснить селективностью этанола по отношению к сопутствующим физиологически активным липидам, а также мягкими режимами влаготепловой обработки.
Научно и экспериментально обоснована технология получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы. Выявлено, что полученные по разработанной технологии
кукурузное масло, пищевой шрот и фосфолипидный комплекс по показателям качества и физиологической ценности могут быть позиционированы как продукты функционального назначения и БАД.
Новизна работы защищена 3 патентами РФ на изобретения и 2 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.
1.5 Практическая значимость. Разработаны инновационные технология и технологическая линия комплексной переработки зерна кукурузы с выделением зародыша сухим способом. Разработана технология комплексной переработки зародыша с получением физиологически ценного масла и БАД. Разработан технологический регламент на выделение зародыша зерна кукурузы. Разработан проект технологического регламента получения кукурузного масла и пищевого шрота с использованием в качестве экстрагента этанола. Разработаны комплекты технической документации, включающие ТУ и ТИ на производство БАД «Кукурузка-плюс» и фосфолипидной БАД.
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанные
технология и линия выделения зародыша зерна кукурузы внедрены в
условиях научно-производственной фирмы «Новтэкс» в III квартале 2011
года. Технология подготовки зародыша к экстракции и последующая
экстракция этанолом с получением физиологически ценных масла и БАД
приняты к внедрению в условиях Учебно-научно-производственного
комплекса института пищевой и перерабатывающей промышленности
ФГБОУ ВПО КубГТУ во II квартале 2012 года. Рекомендации по
использованию БАД «Кукурузка-плюс» в производстве пищевых
продуктов функционального и специализированного назначения приняты к
внедрению в условиях научно-производственной фирмы «Росма-Плюс» в
III квартале 2012 года.
1.7 Апробация работы. Результаты теоретических и
экспериментальных исследований, полученные автором доложены и
обсуждены на: Международной научно-технической конференции
«Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в
обеспечении качества жизни: наука, образование и производство», 1-4
октября 2008 г., г.Воронеж; V Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», 2-4 июня 2008 г., г.Москва; I Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», МГУПП, 24-25 апреля, 2008г., г. Москва; Всероссийской конференции аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека», КемТИПП, 23 апреля 2008г., г. Кемерово; Международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», 17-18 июня 2010 г., г. Волгоград.
1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 1 монография, 5 научных статей, в том числе 4 научные статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, 4 материала конференций, получено 3 патента РФ на изобретения и 2 решения о выдаче патентов РФ на изобретения.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 118 страницах, содержит 21 рисунок и 17 таблиц. Список литературных источников включает 112 наименований.
Сравнительный анализ сухого и мокрого способов выделения зародыша зерна кукурузы
Зерно кукурузы является сырьем не только для получения кукурузной крупы и крахмалсодержащих продуктов, но и такого физиологически ценного продукта, как кукурузное масло [8-Ю].
Кукурузное масло получают из зародышей зерновок кукурузы, ботаническая масличность которых составляет от 32 до 40% [20, 21]. Доля зародыша в среднем составляет от 3,1 до 5,7% от массы зерна, однако может достигать 15%. Содержание липидов в зерне колеблется в зависимости от сорта кукурузы от 3,2 % до 6,4 % и в среднем составляет 4,9 % [40-43]. Наибольшее количество жира сосредоточено в зародыше и наименьшее - в эндосперме, подавляющая часть которого состоит из крахмала.
В зародыше сосредоточены энергетические и биологически ценные вещества, необходимые для жизнедеятельности ростка и будущего молодого растения, что определяет высокую физиологическую ценность, так называемых, зародышевых масел [13]. Среди физиологически активных веществ зародышей зерна кукурузы присутствуют полиненасыщенные жирные кислоты, токоферолы, фитин, лецитин, нуклеин, провитамин Д, каротин, витамин К, тиамин, ниацин, рибофлавин, пантотеоновая, фолиевая и глютаминовая кислоты и др.[13, 20, 21].
Кукурузные зародыши выделяют в качестве побочного продукта при переработке кукурузного зерна в мукомольно-крупяном, пищеконцентратном и крахмало-паточном производствах. Необходимость максимального отделения зародыша обусловлена высокой активностью и лабильностью содержащихся в нем соединений, следствием чего, например, является высокая окисляемость и гидролизуемость липидного комплекса. Это, в свою очередь обусловливает снижение качества, получаемых муки круп и крахмалопродуктов [8-10],
Отделение кукурузных зародышей от зерна осуществляется двумя способами: сухим, применяемым на мельнично-крупяных и пищеконцентратных предприятиях, и мокрым, распространенным на крахмалопаточных заводах.
Мокрый способ заключается в длительном замачивании зерна в течение 36-50 ч в теплом (48-50С) водном 0,2%-ном растворе сернистой кислоты с последующей обработкой зерна на дисковых дробилках и разделении полученной «кашки» на гидроциклонах или на сепараторах флотационного типа, где зародыш отделяется от общей массы частичек крахмалистой эндоспермы. Отделенные зародыши подвергают трехкратной отмывке от оставшегося в них в небольших КОЛИЧествяу крахмала, после чего из массы зародышей удаляют влагу; сначала на шнековых прессах, а затем на непрерывно действующих барабанных или паровых сушилках, в том числе и вакуум-сушилках.
Такой способ обработки зародышей обусловливает повышение удельного содержания масла до 40-50% за счет снижения содержания водорастворимых белков, углеводов, минеральных и других веществ [10] Именно мокрый способ производства в настоящее время получил наибольшее распространение.
Следует отметить, что кукурузное масло, извлекаемое этим способом характеризуется более низкой пищевой ценностью в результате интенсивного протекания ферментативных и гидролитических процессов, а также инактивации физиологически активных веществ [8-Ю], прежде всего, фосфолипидов, которые в дальнейшем выделяются из нерафинированного кукурузного масла в качестве самостоятельного продукта [40], Кроме того, в результате интенсивной тепловой сушки зародышей в масла могут попадать продукты неполного сгорания, проявляющие канцерогенные свойства. Масло, получаемое из зародыша мокрого способа отделения пригодно в пищу только после рафинации и дезодорации. Это справедливо как для прессового масла, даже полученного холодным отжимом, так и экстрагированного.
Сухой способ отделения зародыша зерна кукурузы реализуется с использованием различных технологических схем.
Наиболее широкое распространение получила схема с использованием зародышеотделительной мельницы - дежерминатора.
По этой схеме предварительно замоченное и доведенное до влажности 20—22% кукурузное зерно обрабатывается на дежерминаторах с целью дробления и выделения зародыша, на различных сушильных, сортирующих и очистительных устройствах, с помощью которых достигается обогащение зародыша, то есть максимально возможное удаление крахмалосодержащих частей эндоспермы от массы «отбитого» зародыша.
На отдельных производствах используют технологические схемы отделения зародыша, предусматривающие использование в качестве основного оборудования дробилки, мельничные рассевы, аспирационные камеры и пневматические столы. Существуют также схемы с применением обоечных и щеточных машин с абразивными цилиндрами
Согласно одной из технологических схем, зерно кукурузы поступает через магнит в шелушитель ударного действия. Поскольку в массе продукта содержится зародыш с кукурузным ломом, эту массу пропускают через вальцовый станок. Число рифлей на валках - 3,5 на 1 см их окружности; они расположены «спинкой по спинке»; отношение скоростей валков - 2 5. Режим устанавливают высокий, чтобы обеспечить отделение от частиц лома (эндосперма) зародыша без его интенсивного дробления. После вальцового станка массу сортируют на плоском металлическом сите с круглыми отверстиями. Проходом через первое сито отбирают муку и крупу а через остальные сита - пять фракций лома. Каждую из них параллельно или поочередно (в зависимости от производительности) направляют в форконцентратор, где из смеси воздушным потоком выделяются частицы оболочек и зародыш. Смесь зародышей дополнительно обрабатывают в падди-машине, которая эффективно удаляет оставшиеся частицы лома [11].
Отличительной особенностью технологий, распространенных в Германии и некоторых других стран Европы, является то, что очищенное и кондиционированное теплой водой зерно после емкости для отволаживания пропускают через горизонтальную шелушильную машину (бичевой ротор и ситовой цилиндр), а затем через вальцовый станок, на одном из валков кото-рого нарезаны продольные рифли, а на другом - радиальные. Такой прием помогает лучше отделять зародыш и сохранять его целостность.
После прохождения через станок масса продукта поступает в рассев в котором разделяется на четыре фракции. Самая тонкая - идет в размол а остальные, в соответствии с крупностью, поступают в 26оль26ц машины работающие по принципу нагнетания воздуха. В них под воздействием движущегося горизонтально воздушного потока выделяется зародыш который через второй конус машины выходит в шнековую сушилку, а лом с примесью частиц тонкого продукта и зародыша через первый конус этой же машины идет в закрома. После них смесь дополнительно сортируют в падди-машине. Зародыш с нее направляют в сушилку, а частицы лома и крупы - в размол.
При сухом способе остаточное количество в зародышах крах малосодержащего эндосперма определяется конструктивными особенностями машин, отделяющих зародыш от зерна, а также технологией дальнейшего выделения зародыша, включающей сортировку и очистку полученного «отбоя» зародыша.
Так, при наличии в технологической линии дежерминаторов содержание крахмала в полученном зародыше не превышает 25—26% при масличности 25—30%, тогда, как при отделении зародыша на вальцах содержание крахмала в нем, как правило, составляет 30% при значите тп нг меньшей масличности (17—18%).
Имеются литературные данные, свидетельствующие об эффективности использования шелушильно-шлифовальных машин при обработке зерна кукурузы с последующим выделением зародыша [38, 55-57]
Такая обработка приводит к увеличению количества получаемых KDVTTOK" R среднем на 4 %) и к повышению содержания жира в зародыше на 3-4% Это можно объяснить тем, что после снятия посредством шлифования большей анатомические части - эндосперм и зародыш. При отсутствии части оболочки зерна кукурузы облегчается шлифования зерна оболочка остается прочно связанной с эндоспермом и зародышем, что препятствует возможно более полному их разделению
Шлифованию рекомендуется подвергать кондиционированную зерновую массу, в которой произошли необходимые структурно-механические изменения: ослаблена связь между зародышем и эндоспермом, а также повышена пластичность зародыша [55-57].
Очищенное и кондиционированное зерно кукурузы, пройдя через магниты, обрабатывается в шелушителе . В нем оттираются оболочки отбивается зародыш, а само зерно дробится. Полученный продукт напратятяют в воздушный сепаратор (форконцентратор).
Разработка технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств
Перспективным подходом к решению задачи увеличения целостности отделяемого зародыша и снижения содержания в зародышевой фракции эндосперма и оболочки является замена традиционных зародышеотделительных мельниц - дежерминаторов на шлифовальные машины, которые позволяют при соответствующей предварительной подготовке зерновой массы максимально удалить оболочки с поверхности зерна кукурузы, что в последующем обеспечивает более низкое содержание оболочки в целевом продукте - в зародыше [109].
Для разработки технологических решений по повышению целостности отделяемого зародыша, изучали параметрические характеристики очищенной зерновой массы.
Результаты исследований представлены на рисунке 3.2.
Следует отметить высокую степень дисперсии результатов в объеме выборки, что свидетельствует о значительной разнородности массы зерна кукурузы, как по форме, так и по размерам. Полученные данные свидетельствуют о целесообразности включения в технологическую линию отделения зародыша фотоэлектронных сепараторов, осуществляющие разделение очищенной зерновой массы кукурузы по площади поверхности и по форме.
Разработанная технологическая линия выделения зародыша сухим способом представлена на рисунке 3.3.
Линия работает следующим образом. Очищенная зерновая масса направляется в увлажнительный аппарат (поз.1) для гидротермической обработки, а затем в емкость для отволаживания (поз.2) и в надсепараторный бункер (поз.З), из которого подается в фотоэлектронный сепаратор (поз.4), где осуществляется фракционирование зерновой массы по площади поверхности на крупную и мелкую фракции.
Крупная фракция из фотоэлектронного сепаратора (поз.4) поступает в надсепараторный бункер (поз.З), а затем в фотоэлектронный сепаратор (поз.6), в котором осуществляется её фракционирование по длине на две фракции: продолговатой (фракция 1) и округлой формы (фракция 2).
Разделенные по длине две фракции из фотоэлектронного сепаратора (поз.6 ) и мелкая фракция из фотоэлектронного сепаратора (поз.4) подаются на узел отделения зародыша от зерна кукурузы раздельно через магнитные сепараторы (поз.7), в которых осуществляется отделение металломагнитных примесей, в буферные емкости (поз.8.) и на шлифовальные машины ( поз.9 ), укомплектованные аспирационными системами (поз. 10).
На шлифовальных машинах (поз.9 ) осуществляется удаление оболочки с поверхности зерна и частичное отделение зародыша. Оболочка через аспирационные системы (поз. 10) выводится из производства.
После шлифовальных машин (поз.9) смесь, состоящая из целого зерна, крупной дробленки, мелкой дробленки, мучки и зародыша направляется для разделения в рассевы (поз 11). Зародыш из рассевов направляется на сушилку (поз. 15).
Крупная и мелкая дробленки из рассевов (поз. 11) направляется на производство крупы и муки. Мучка из рассевов направляется на производство кормов, а целое ядро из рассевов через магнитные сепараторы (поз. 12) направляется на вальцевые станки (поз. 13) для отделения зародыша.
После вальцевых станков полученная смесь, состоящая из измельченного зерна кукурузы, зародыша и мучки, направляется на рассевы (поз. 14) для выделения зародыша, который затем подается в сушилку (поз. 15). Измельченное зерно кукурузы различных размеров из рассевов (поз. 14) направляется на производство муки или крупы, а мучка - на производство кормов.
На втором этапе процесса предусмотрена установка фотоэлектронных сепараторов аналогичных моделей сепараторам, установленным на этапе подготовки зерна кукурузы, а именно, моделей PUBU (поз.4) и NANTA АСЕ (поз. 6) Южно-Корейской фирмы DAEWON-081 СО.
В фотоэлектронном сепараторе (поз.4) происходит фракционирование очищенной зерновой массы по площади поверхности на крупную и мелкую фракции, что позволяет выделить мелкую фракцию, которая затем отдельно подается на шлифовальную машину, что, в свою очередь, обеспечивает при последующем шлифовании снижение образования мучки и увеличение выхода зародыша.
В фотоэлектронном сепараторе (поз.6) происходит фракционирование крупной фракции по длине на две фракции: продолговатой (фракция 1) и округлой (фракция 2) формы, которые направляются раздельно на шлифовальные агрегаты, что также обеспечивает снижение образования мучки и увеличение выхода зародыша.
В качестве шлифовальных машин (поз. 17) предлагается также использовать оборудование Южно-Корейской фирмы DAEWON-GS! СО, состоящее состоящих из двух агрегатов для шлифования моделей DWMA-30 и DWMF-30 [109]. Эти агрегаты позволяют при соответствующей предварительной подготовке максимально удалить оболочки с поверхности зерна кукурузы, что в последующем обеспечивает более низкое содержание оболочки в целевом продукте - в зародыше.
Все аппараты разработанной линии герметизированы, что предотвращает выброс пыли (сорной или зерновой) из корпусов аппаратов в воздух [109-112]. в таблице 3.4 представлены результаты сравнительной оценки показателей качества зародыша, выделенного по традиционной и разработанной технологиям.
Как видно из представленных данных, разработанная технология и ее аппаратурное оформление позволяет существенно повысить качество выделяемого зародыша, в том числе значительно снизить массовые доли эндосперма (в 3 раза) и оболочки (в 2 раза).
Следует отметить более высокое содержание в выделенном по разработанной технологии зародыше масла с меньшей степенью окисленности и с более низким содержанием неомыляемых липидов. Кроме того, следует отметить практически полное исключение в получаемом зародыше продукта, пораженного болезнями.
Таким образом, осуществление технологического процесса отделения зародыша от зерна кукурузы на разработанной линии по сравнению с известной позволяет получить больший выход зародыша более высокого качества.
Разработка технологии получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы нового качества с использованием в качестве экстрагента этанола
Основными факторами, влияющими на эффективность экстракции в системе «крупка зародышей кукурузы - этанол», являются температура, продолжительность процесса эксрагирования, гидродинамические режимы и соотношение экстрагент : экстрагируемый материал.
Экстракцию осуществляли в лабораторном экстракторе специальной конструкции, представленном на рисунке 3.10.
Предварительными экспериментами было установлено, что создание гидродинамического режима, соответствующего критерию Рейнольдса более 10000, обеспечивает, при прочих равных условиях, максимальную интенсификацию массообменных процессов без изменения гранулометрического состава экстрагируемого материала.
Для выявления влияния температуры на эффективность экстрагирования проводили экстракцию при варьировании температуры в диапазоне от 30 до 70С, и соотношении экстрагент: экстрагируемый материал, равном 5:1.
Результаты исследования представлены на рисунке 3.11.
Представленные зависимости свидетельствуют о том, что повышение температуры существенно интенсифицирует процесс экстракции, при этом проведение экстракции при температуре 60 С обусловливает наступление равновесия за 35 минут, а при температуре 70“С - за 25 минут.
Результаты влияния температуры процесса экстракции на выход и показатели качества получаемых продуктов: кукурузного масла и шрота представлены в таблицах 3.8 и 3.9.
Как видно из данных, представленных в таблице 3.8, увеличение температуры экстракции приводит к повышению выхода масла, а также увеличению содержания в нем фосфолипидов, токоферолов и каротиноидов. Однако, наряду с этим происходит повышение степени окисленности масла, накопление меланоидиновых соединений, а также снижение содержания в извлекаемом фосфолипидном комплексе фосфатидилхолинов за счет повышения растворимости в этаноле других групп фосфолипидов.
Указанные негативные изменения интенсифицируются при повышении температуры экстракции более 60”С.
Данные, представленные в таблице 3.9 свидетельствуют о том, что повышение температуры выше 60С также неблагоприятно сказывается на качестве шрота, так как обусловливает снижение содержания водорастворимых и солерастворимых белков при возрастании содержания щелочерастворимых и нерастворимых фракций. Таким, образом, полученные данные обусловливают целесообразность проведения экстракции кукурузных зародышей этанолом при температуре 60С.
На следующем этапе исследовали влияние соотношения экстрагент : материал и числа ступеней экстракции на эффективность процесса при минимизации расхода растворителя.
Результаты исследования представлены на рисунках 3.12 и 3.13.
Как видно из представленных зависимостей, требуемая эффективность экстракции, характеризуемая остаточной масличностью шрота не более 0,8% (qi/qo=0,023) обеспечивается проведением экстракции в 3 ступени при соотношении экстрагент: материал 4:1 или в 4 ступени при соотношении 3:1. с учетом технологической целесообразности предлагается проведение экстракции в 3 ступени при соотношении экстрагент : материал 4:1.
На следующем этапе исследования решали задачу эффективного удаления этанола из масла и шрота.
Известно, что триацилглицерины обладают ограниченной растворимостью в этаноле, что находит использование при удалении этанола из спиртовых мисцелл.
Учитывая это, проводили эксперименты по исследованию влияния температуры на стабильность полученной мисцеллы при экстракции кукурузного зародыша по разработанной технологии. В результате экспериментов было показано, что охлаждение мисцелл обусловливает их дестабилизацию с выделением триацлглицеринов.
Результаты экспериментов по влиянию температуры на концентрацию отделившихся этанольных мисцелл представлены на рисунке 3.14.
Как видно из представленных данных, охлаждение мисцеллы до температуры 10С обеспечивает получение слабой мисцеллы, концентрацией 0,33 %.
Состав липидного концентрата, полученного после дистилляции слабой мисцеллы, представлен на рисунке 3.15.
При этом выделяются триацилглицерины, содержащие не более 7% этанола и осадок нерастворимых в холодном этаноле фосфолипидов, выход которых составляет 0,025% от массы зародыша или менее 9% от суммы фосфолипидов.
На основании полученных результатов было предложено осуществлять удаление этанола из масла в две стадии, первая из которых включает охлаждение мисцеллы до температуры 10“С и ее разделение на масло с содержанием спирта не более 7%, слабой мисцеллы, содержащей спирторастворимые фосфолипиды, и осадок нерастворимых в холодном этаноле фосфолипидов, с последующим выделением указанных фосфолипидных комплексов.
Научное и экспериментальное обоснование использования фосфолипидных и белковых БАД при производстве продуктов функционального и специализированного назначения
Показатели безопасности и содержание физиологически функциональных нутриентов в БАД «Кукурузка-плюс» позволяют рекомендовать ее как ингредиент функционального или специализированного питания.
Кроме того, БАД «Кукурузка-плюс» может быть рекомендована для непосредственного употребления в пищу, как дополнительный источник белка, витаминов и других микронутриентов.
К основным технологическим свойствам белоксодержащих продуктов относят их влагоудерживающую способность (ВУС), жироудерживающую способность (ЖУС), а также способность к образованию пены (ПОС) и ее стабилизации (СП).
Указанные технологические свойства определили основное направление технологического использования растительных белков в пищевых технологиях - стабилизация сложных пищевых систем.
Учитывая это, изучали технологически функциональные свойства БАД «Кукурузка-плюс».
Результаты исследования представлены на рисунке 3.18.
Как видно из представленных данных, БАД «Кукурузка-плюс» обладает выраженными влагоудерживающими, жироудерживающими и эмульгирующими свойствами, что позволяет рекомендовать ее в качестве эмульгатора-стабилизатора при производстве продуктов функционального и специализированного назначения.
Характер биологического действия фосфолипидной БАД изучали на белых крысах, получавших полноценные пищевые смеси, 25% жировой части которых у экспериментальной группы обеспечивалась за счет фосфолипидной БАД. В контрольной группе 25% жировой части пищевых смесей обеспечивалось за счет дезодорированного рафинированного подсолнечного масла.
Кормление проводили по принципу «вволю» со свободным доступом к воде. Длительность опыта - 3 месяца. За этот период падежа животных не было. При забое животных в конце опыта и изучении внутренних органов в Институте аллергии и астмы (г. Краснодар) патологических изменений не обнаружено.
Данные, свидетельствующие о влиянии фосфолипидной БАД на липидный обмен, представлены в таблице 3.19.
Из представленных данных следует, что животные экспериментальной группы имели достоверно меньшее содержание липидов в печени за счет снижения массовой доли нейтральных липидов, что может рассматриваться, как повышение метаболической активности органа и свидетельствует о мембранопротекторной активности. Как видно из приведенных данных, включение в рацион фосфолипидной БАД приводит к достоверному снижению холестерина в сыворотке крови и достаточно выраженной тенденции к снижению его в печени крыс.
Таким образом, проведенные исследования показали, что выделенный по разработанной технологии спирторастворимый фосфолипидный комплекс обладает выраженными мембранопротекторными и гипохолестеринемическими свойствами, что подтверждает правомерность позиционирования этого комплекса как фосфолипидную БАД.
Разработанные технология и линия выделения зародыша зерна кукурузы внедрены в условиях научно-производственной фирмы «Новтэкс» в III квартале 2011 года. Технология подготовки зародыша к экстракции и последуюшая экстракция этанолом с получением физиологически ценных масла и БАД приняты к внедрению в условиях Учебно-научно-производственного комплекса института пищевой и перерабатывающей промышленности ФГБОУ ВПО КубГТУ во II квартале 2012 года. Рекомендации по использованию БАД «Кукурузка-плюс» в производстве пищевых продуктов функционального и специализированного назначения приняты к внедрению в условиях научно-производственной фирмы «Росма-Плюс» в III квартале 2012 года.
Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технических и технологических решений составит при переработке 100 т зерна кукурузы более 900 тысяч рублей.
