Способ получения растительного масла из зародышей зерновых культур

 

Изобретение может быть использовано в масло-жировой промышленности при получении растительного масла из зародышей зерновых культур. Сущность изобретения: зародыши зерновых культур обрабатывают в водной среде ферментными препаратами с амилолитической, протеолитической и целлюлозной активностью 0,5 - 2,0 ед., 0,1 - 0,5 ед. и 1,0 - 5,0 ед. соответственно на 1 г сырья в течение 2-3 ч при температуре не выше нижнего температурного предела клейстеризации крахмала в сырье, в полученный гидролизат вводят трилон Б в количестве 0,3 - 0,4 % от массы сырья, затем твердую фазу отделяют, обрабатывают этиловым спиртом при соотношении твердой фазы и этилового спирта от 1: 0,6 до 1:4, высушивают при 55-65^o C до влажности не выше 7 %, экстрагируют масло этиловым спиртом концентрации 96 - 100 %, а выделение масла осуществляют добавлением воды до ее концентрации в мисцелле 18 - 22 %.

Изобретение относится к масло-жировой промышленности и касается получения растительного масла из зародышей зерновых культур.

Известен способ извлечения растительного масла из пшеничных зародышей, при котором зародыши очищают от сора, тщательно измельчают их, так что 90 проходит через сито с диаметром отверстий 0,7 мм, далее пропаривают при влажности 12 в течение 60 100 мин и отпрессовывают мятку при влажности 4-5 температуре 100 105^oС. Масло при этом не выделяется. Жмых дробят и направляют на экстракцию. Экстракция проводится нефтяным растворителем при 50^oC, остаточная масличность шрота 1,0-1,5 [1] Наиболее близким по технической сущности является способ, который состоит в том, что масло из зародышей зерна получается при обработке измельченного до 250 500 мк материала целлюлазой при 50 избытке воды, рН среды 3 6, температуре 25 60^oC, обработка ведется 2 24 ч, преимущественно 13 18 ч. Количество вводимого фермента 0,2 0,5 Масло отделяется центрифугированием. Общий выход масла 91 94 [2] Способ имеет следующие недостатки: тонкое измельчение сырья энергоемко; оно приводит к контакту липидов с белками, экранированными в неразрушенном сырье, что затрудняет выделение свободного масла на заключительной стадии процесса извлечения его из сырья, увеличивает долю масла в белковоллипидном слое и осложняет получение очищенного продукта; при измельчении сырья повышается содержание фосфолипидов в масле; длительная, до 24 ч, ферментация сопровождается активацией ферментов масличного сырья, в том числе липазы, пероксидазы, липоксигеназы, при этом резко ухудшается качество масла за счет увеличения количества свободных жирных кислот (и соответственно кислотного числа), продуктов окисления (перекисного числа), снижения содержания токоферодов.

Задача изобретения улучшение качества масла за счет снижения содержания в нем продуктов гидролиза и окисления, соответственно кислотного и перекисного числа, а также уменьшения содержания фосфолипидов и сохранения биологически активных соединений токоферолов и каротиноидов.

Это достигается тем, что для выделения масла используют неизмельченные зародыши зерновых культур, в качестве ферментных препаратов используют препараты с амилолитической, протеолитичской и целлюлазной активностью, гидролиз ведут 2 3 ч при температуре не выше нижнего температурного предела клейстеризации крахмала в сырье, по истечении времени гидролиза в гидролизат вводят трилон Б, твердую фазу гидролизата перед экстракцией масла обрабатывают этиловым спиртом и высушивают, в качестве экстрагента используют этиловый спирт концентрации 96 100 а выделение масла осуществляют добавлением воды до ее концентрации в мисцелле 18 22 Использование неизмельченного сырья позволяет предотвратить нежелательные побочные процессы: образование новых белково-липидных комплексов и переход масла в связанное состояние; переход в липидную фракцию мембранных фосфолипидов; выход в водную фазу внутриклеточных липаз и окислительных ферментов сырья. Таким образом снижается загрязнение масла белками, фосфолипидами, продуктами ферментативной деградации липидов, облегчается процесс выделения свободного масла.

Применение ферментативного комплекса с активностью амилазы, протеазы и целлюлазы позволяет эффективно воздействовать на три основные группы биополимеров зародышей зерновых культур крахмал, входящий в фрагменты эндосперма, неотделенные от собственно зародыша, белки и целлюлозу. Расщепление крахмала необходимо для проникновения двух других ферментов в зародыш со стороны, примыкающей в зерне к эндосперму, а также для предотвращения связывания свободных липидов с крахмалом. Расщепление белков протеазами позволяет перевести липиды в свободное состояние, повысить степень извлечения масла из сырья и уменьшить количество белково-липидной фракции, выделение масла из которой представляет трудности. Действие целлюлазы необходимо для разрушения растительной стенки, облегчения проникновения внутрь клетки протеаз и экстрагента, выхода масла из клетки.

Ограничение продолжительности гидролиза периодом 2 3 ч имеет целью предотвратить действие липаз и окислительных ферментов сырья, снижающих качество масла.

Необходимая степень гидролиза сырья определяется концентрацией используемых гидролитических ферментных препаратов, выраженной через активности амилазы, протеазы и целлюлазы. Для прекращения действия амилазы и протеазы в гидролизат вводится хелатный агент трилон Б, в присутствии которого металлоферменты (микробные альфаамилазы, бактертиальная нейтральная протеаза) теряют активность. Введение трилона Б способствует выделению масла, свободного от фосфолипидов и белков. В присутствии трилона Б металлы переходят в водную или водно-спиртовую фазу, и масло освобождается от той части фосфолипидов и белков, которая связана с триглицеридами через ионы двуцхвалентных металлов.

Температура гидролиза ограничена нижним температурным пределом клейстеризации крахмала в сырье (пшеничного 50^o, рисового 56^o, кукурузного 66^o). В процессе клейстеризации крахмала резко увеличивается вязкость и водоудерживающая способность сырья, что создает большие трудности на стадиях сушки твердой фазы и экстракции масла из нее. Достаточно сильное снижение вязкости клейстеризованного крахмала возможно лишь при очень длительном гидролизе сырья, что нежелательно. Более целесообразно проводить краткосрочный гидролиз неклейстеризованного крахмала.

Предлагаемый способ предусматривает ограниченную степень гидролиза сырья, при которой масло не выделяется в водную фазу, а остается в твердой фазе, из которой далее извлекается экстракцией. Извлечение достаточно чистого масла возможно только из высушенного материала, с влажностью не более 7 При экстракции более влажного материала масло извлекается в комплексе с белками, пептидами, фосфолипидами. Разделение таких комплексов представляет сложную задачу. Поэтому перед извлечением масла твердую фазу гидролизата высушивают. Для ускорения сушки твердую фазу обрабатывают этанолом при соотношении твердая фаза:этанол 1:0,6 1:4. Это соответствует концентрации спирта в материале в пределах 40 80 В процессе обработки материал частично обезвоживается, из него извлекаются продукты гидролиза крахмала, целлюлозы, белков, присутствие которых замедляет сушку, осложняют экстракцию масла и его очистку. Сушку обработанной этанолом твердой фазы проводят при температуре не выше 65^o во избежание окисления токоферолов, а также образования прочных белково-липидных комплексов, что снижает выход свободного масла.

Экстракцию липидов производят с помощью концентрированного этанола 96 - 100 при температуре кипения экстрагента. Это обеспечивает высокую степень извлечения масла при минимальном количестве белковых примесей, полную экстракцию токоферолов и каротиноидов.

Выделение масла из мисцеллы проводят путем ее охлаждения, с добавлением воды до концентрации 18 22 Последнее необходимо для удержания в водно-спиртовой фазе белков-проламинов (растворимы в 80 спирте) и снижения растворимости масла.

Предлагаемый способ позволяет извлекать из зародышей зерновых культур растительное масло с содержанием наиболее ценных компонентов токоферолов и каротиноидов на уровне их содержания в липидной фракции исходного сырья. Масло имеет низкое кислотное и перекисное число, содержит мало фосфолипидов и минимальные примеси белка. Рафинация и дезодорация не требуется. Удаление небольшого количества взвешенных примесей достигается фильтрацией через обычные фильтрующие материалы (ткани, картон, бумагу).

Способ осуществляют следующим образом. Зародыши зерновых культур суспендируют в воде, гидромодуль 1:3 1:5, добавляют ферментные препараты с амилолитической, протеолитической и целлюлазной активностью из расчета соответственно 0,5 2,0; 0,1 0,5 и 1,0 5,0 ед. на 1 г сырья и для проведения ферментативного гидролиза выдерживают 2-3 ч при температуре не выше нижнего температурного предела клейстеризации крахмала данного вида сырья. Принимают во внимание также термостабильность ферментных препаратов, используемых для гидролиза. В процессе гидролиза суспензию периодически или постоянно перемешивают с целью ускорения диффузионных процессов, лимитирующих гидролиз сырья. По истечении времени гидролиза добавляют трилон Б в количестве 0,3 0,4 к массе сырья, гидролизат охлаждают и отделяют твердую фазу центрифугированием. Затем к твердой фазе добавляют этиловый спирт в соотношении от 1:0,6 до 1: 4 (от 0,6 до 4 л спирта на 1 кг влажной массы твердой фазы), материалы тщательно размешивают с целью равномерного распределения спирта, выдерживают смесь 0,5-1 ч и отделяют жидкую фазу центрифугированием. Твердую фазу высушивают при 55 65^o C до влажности не выше 7 Сухую массу измельчают и проводят экстракцию масла 96 100 спиртом в точке кипения смеси. Взвешенные частицы удаляют из мисцеллы фильтрацией. В отфильтрованную мисцеллу добавляют воду до ее содержания в мисцелле 18 22 смесь охлаждают до температуры 5 20^o C и отделяют масло центрифугированием. Продукт осветляют фильтрацией.

Пример 1. Пшеничные зародыши суспендируют в воде при гидромодуле 1:4, вносят ферментные препараты с амилолитической (амилосубтилин ГЗХ), протеолитической (протосубтилин ГЗХ) и целлюлазной активностью (ксилоглюканофоетидин П10Х) соответственно по активности амилазы 1 ед. протеазы 0,3 ед. целлюлазы 2 ед. на 1 г сырья. Проводят гидролиз при 50^o C в течение 2,5 ч, затем добавляют трилон Б в количестве 0,4 охлаждают гидролизат до 15^o C и отделяют твердую фазу центрифугированием. К твердой фазе добавляют эталон в соотношении 1:1, массу перемешивают, выдерживают 0,5 ч и центрифугируют. Твердую фазу высушивают при 60^o C до влажности 5 затем измельчают и проводят экстракцию масла 100 эталоном в точке кипения. Мисцеллу фильтруют и к фильтрату добавляют воду до концентрации 20 Смесь охлаждают до 10^o C и центрифугируют. Масло осветляют фильтрацией через фильтровальную бумагу. Выход масла составляет 13,5 к массе сырья, кислотное число 0,2 мг КОН/г, перекисное число 5,5 ммоль/кг, содержание фосфолипидов 28 мг/г, токоферолов 385 мг/100 г, каротиноидов 3,2 мг/100 г.

Пример 2. Кукурузные зародыши перерабатываются по способу, описанному в п. 1, со следующими отличиями: в качестве препарата целлюлазы используется целловиридин ГЗХ, активность амилазы, протеазы и целлюлазы составляет соответственно 0,5; 0,4 и 4 ед. на 1 г сырья, гидролиз проводят при 56^o C в течение 2 ч. Выход масла составляет 11,4% кислотное число 1,40 мг КОН/г, перекисное число 8,3 ммоль/кг, содержание фосфолипидов 30 мг/г, токоферолов 231 мг/100 г, каротиноидов 2,8 мг/100 г.

Выбранные параметры технологического процесса обосновываются следующими соображениями. Снижение активности ферментных препаратов при принятой продолжительности гидролиза не позволяет достичь необходимой для полного выделения масла степени гидролиза сырья, а увеличение активности выше верхнего предела приводит к переходу части масла в водную фазу гидролизата и необходимости его извлечения из обеих фаз, что осложняет технологию. Увеличение продолжительности гидролиза более 3 ч приводит к ферментативной деградации липидов. Снижение продолжительности гидролиза возможно лишь при резком увеличении активности ферментов, что экономически неоправданно. Повышение температуры гидролиза до значений, соответствующих зоне клейстеризации крахмала, затрудняет сушку маслосодержащей твердой фазы гидролизата и извлечение масла. Снижение температуры гидролиза ниже 40^o C нецелесообразно, так как при этом необходимо увеличивать продолжительность гидролиза для достижения достаточной степени расщепления полимеров в сырье. Обработка твердой фазы гидролизата этанолом в количестве менее 0,6 объемов (что соответствует концентрации около 40) неэффективна, а при добавлении более 4 объемов (концентрация около 80) степень очистки материала не увеличивается, и высокий расход неоправдан. Сушка обработанного спиртом материала при температуре ниже 55^o C неэффективна (продолжительна и энергоемка), при температуре выше 65^o C приводит к окислению токоферолов и образованию прочных белково-липидных комплексов, что затрудняет выделение свободного масла и снижает его качество. Уровень влажности не выше 7 определяется необходимостью получения оптимальных для размола физических свойств высушенного материала. Концентрация спирта, взятого для экстракции, не ниже 96 необходима для обеспечения высокой полноты экстракции масла при минимальном извлечении сопутствующих белков. Выделение масла при концентрации этанола ниже 78 приводит к увеличению количества белковых примесей, при концентрации выше 82 к неполному отделению масла, увеличению количества примесей, соосаждающихся с маслом из мисцеллы при ее охлаждении.

Данный способ позволяет осуществлять выделение из зародышей зерновых культур растительного масла с высоким содержанием биологически активных соединений токоферолов и каротиноидов, определяющих ценность продукта. Низкое содержание свободных жирных кислот и продуктов окислительной деградации (соответственно низкое кислотное и перекисное числа), а также концентрация фосфолипидов, характерная для очищенных растительных масел, позволяет использовать получаемые масла без дополнительной очистки, что является существенным преимуществом предлагаемой технологии. Полученные продукты пригодны для использования в медицине, пищевой промышленности парфюмерии и косметике.

Формула изобретения

Способ получения растительного масла из зародышей зерновых культур, включающий гидролиз сырья ферментными препаратами, разделение гидролизата на фазы, экстракцию твердой фазы и выделение масла, отличающийся тем, что в качестве ферментных препаратов используются препараты с амилолитической, протеолитической и целлюлазной активностью 0,5 2,0, 0,1 0,5 и 1,0 5,0 ед. соответственно на 1 г сырья, гидролиз ведут 2 3 ч при температуре не выше нижнего температурного предела клейстеризации крахмала в сырье, затем в полученный гидролизат вводят трилон Б в количестве 0,3 0,4% от массы сырья, твердую фазу перед экстракцией обрабатывают этиловым спиртом при соотношении твердой фазы и этилового спирта 1 0,6 4,0, высушивают при 55 65^oС до влажности не выше 7% в качестве экстрагента используют этиловый спирт концентрации 96 100% а выделение масла осуществляют добавлением воды до ее концентрации в мисцелле 18 22%