Способ получения гидролизата из шелухи гречихи в качестве замены какао-порошка для пряничных и кондитерских изделий

Изобретение относится к пищевой промышленности. Измельчают шелуху гречихи, осуществляют гидролиз сырья раствором гидроксида натрия при соотношении их веса от 1:3 до 1:20. Выдерживают смесь от 2 до 6 ч при температуре 50-110°С. Полученный материал охлаждают до 25-40°С и нейтрализуют соляной кислотой до рН=6-7. Вводят в материал ферментный препарат целлюлолитического действия в количестве 0,01-0,4% от массы смеси. Выдерживают в течение 0,5-6 ч при температуре 30-60°С и инактивируют фермент в течение 5 мин при температуре 100°С. Охлаждают, отделяют гречневый гидролизат фильтрацией, а осадок высушивают до влажности 9-11% при щадящих температурных режимах при температуре 20±2°С. Изобретение обеспечивает сокращение продолжительности гидролиза и получение легкоусвояемого пищевого продукта 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано в производстве сухих сахаристых и белковых пищевых добавок для замены какао-порошка в отделочных полуфабрикатах для пряничных и мучных кондитерских изделий.

Известен способ получения гидролизата, заключающийся в том, что гидролиз хлопковой шелухи осуществляют серной кислотой в органических растворителях. Затем проводят нейтрализацию гидроксидом натрия, разделение смеси дистиллята, очистку и сушку (см. М.И. Горяев и др. «Гидролиз хлопковой шелухи концентрированной серной кислотой в органических растворителях с применением низкочастотной вибрации». Труды Академии наук Казахской ССР, том 27, 1970, с. 37-42).

Недостатком данного способа является использование экологически опасных органических растворителей и серной кислоты.

Известен также способ получения гидролизата из растительного сырья, включающий его измельчение и гидролиз гидроксидом натрия с последующей нейтрализацией соляной кислотой полученного гидролизата. В качестве растительного сырья используют рисовую шелуху (см. RU 2262242, МПК A23J 1/12, 2005 г.).

Недостатками прототипа являются продолжительность процесса гидролиза и невозможность пищевого использования гидролизата.

Задачей, решаемой данным изобретением, является сокращение продолжительности процесса гидролиза при получении легкоусвояемого пищевого продукта - сахаро- и протеинсодержащего гидролизата из гречневой шелухи.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в сокращении продолжительности процесса гидролиза, получении легкоусвояемого пищевого продукта, где неусвояемая клетчатка переведена в более легкоусвояемые сахара - полуфабриката, окрашенного за счет меланинового красителя для замены какао-порошка в отделочных полуфабрикатах для пряничных и мучных кондитерских изделий.

Поставленная задача решается тем, что способ получения гидролизата из шелухи гречихи в качестве замены какао-порошка для пряничных и кондитерских изделий, включающий ее измельчение и гидролиз раствором гидроксида натрия с последующей нейтрализацией полученного гидролизата соляной кислотой, отличается тем, что гидролиз шелухи гречихи осуществляют при соотношении их веса от 1:3 до 1:20, после чего выдерживают от 2 до 6 ч при температуре 50-110°С, далее полученный материал охлаждают, предпочтительно до 25-40°С, и нейтрализуют до рН=6-7, затем в него вводят ферментный препарат целлюлолитического действия в количестве 0,01-0,4% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 0,5-6 ч при температуре 30-60°С, а затем инактивируют фермент, для чего выдерживают полученный раствор в течение 5 мин при температуре 100°С, после чего его охлаждают, отделяют гречневый гидролизат фильтрацией, а осадок высушивают до влажности 9-11% при щадящих температурных режимах, предпочтительно при температуре 20±2°С. Кроме того, для гидролиза используют 0,1-1 н. раствор гидроксида натрия.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Использование шелухи гречихи позволяет получить природный краситель на основе пигмента меланина. Он участвует в репарации ДНК, нейтрализует продукты перекисного окисления липидов, служит модулятором таких важных систем клеточного метаболизма, как фото - и радиопротекция. Меланин обеспечивает надежную защиту клеточных систем от факторов мутагенной и канцерогенной природы. Катализирует многие биохимические процессы.

При этом измельчение шелухи позволяет достичь равномерного распределения сырья и гидролизующего агента, что увеличивает глубину гидролиза, позволяет получить более интенсивную окраску гидролизата и сократить продолжительность гидролиза.

Признаки, указывающие, что «гидролиз шелухи гречихи осуществляют при соотношении их веса от 1:3 до 1:20», - соотношение выбрано исходя из того, чтобы, с одной стороны, было смочено все гидролизуемое сырье, а, с другой стороны, раствора должно быть достаточно много для поддержания высокой скорости протекания гидролитического расщепления целлюлозы. При этом выход за пределы ниже 1:20, обеспечивая высокую скорость процесса, снижает его производительность из-за низкой разовой загрузки реактора сырьем и эффективность использования гидроксида натрия, а выход за пределы выше 1:3, обеспечивая высокую эффективность использования гидроксида натрия, снижает скорость процесса и полноту гидролизации, а также снижает эффективность использования сырья.

Признак, указывающий, что смесь «выдерживают от 2 до 6 ч при температуре 50-110°С», обеспечивает предварительную подготовку сырья к последующей ферментной обработке, т.е. проникновение эстрогенов в растительную ткань шелухи гречихи, в результате чего происходит разрыхление клетчатки.

Признаки, указывающие, что «полученный материал охлаждают, предпочтительно до 25-40°С, и доводят до рН=6-7», обеспечивают оптимизацию температуры и рН сырьевой смеси до параметров, наиболее благоприятных для последующей ферментной обработки.

Признаки, указывающие, что в полученный материал «вводят ферментный препарат целлюлолитического действия в количестве 0,01-0,4% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 0,5-6 ч при температуре 30-60°С», обеспечивают высокую скорость ферментного гидролиза гречневой шелухи, при этом происходит наибольшая потеря сухих веществ шелухой и увеличивается ее хрупкость. Вариация продолжительности процесса ферментного гидролиза в основном определяется концентрацией фермента, при этом она также зависит (хотя и не столь существенно) и от температуры. При этом снижение концентрации ниже 0,01% приводит к резкому росту продолжительности процесса ферментного гидролиза, а повышение концентрации выше 0,4% приводит к резкому росту расхода фермента, но не способствует снижению продолжительности процесса ферментного гидролиза.

Признаки «затем инактивируют фермент, для чего выдерживают полученный раствор в течение 5 мин при температуре 100°С», останавливают процесс ферментного гидролиза.

Признаки, указывающие, что после инактивации фермента полученный раствор «охлаждают, отделяют гречневый гидролизат фильтрацией…», упрощают обращение с продуктами гидролиза и позволяют получить гидролизат и осадок.

Признак, указывающий, что «осадок высушивают до влажности 9-11% при щадящих температурных режимах, предпочтительно при температуре 20±2°С», задает параметр, регламентирующий процесс сушки, и позволяет получить сухой порошкообразный продукт, который не подвергается порче при длительном хранении и транспортировке.

Признаки дополнительного пункта формулы изобретения указывают оптимальные концентрации гидролизирующего раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве сырья используют шелуху гречихи. Шелуху гречихи измельчают перед щелочным гидролизом до тонкодисперсной однородной массы, что позволяет достичь равномерного распределения сырья и гидролизующего агента, и смешивают с гидроксидом натрия при соотношении их веса от 1:3 до 1:20. Основная проблема в том, что высокая плотность межмолекулярной упаковки различных веществ в клеточных структурах шелухи препятствует проникновению эстрогенов в растительную ткань шелухи, поэтому для разрыхления клетчатки проводят гидролиз гречневой шелухи. Оптимальным вариантом щелочного гидролиза является гидролиз, проведенный 0,1-1 н. раствором NaOH (ГОСТ 4328) (наибольший процент распространения растворимых веществ замечен в образце, растворителем которого являлся NaOH 0,6 н. см. табл. 1) при температуре 50-110°С.

Гидролиз проводят в 2 стадии. Щелочной гидролиз гречишной шелухи проводят гидроксидом натрия (NaOH) в пределах от 2 до 6 ч, при температуре 50-110°С. Нейтрализацию NaOH гидролизата гречневой шелухи проводят соляной кислотой HCl (ГОСТ 3118-77), соответствующей концентрации до достижения заданной кислотности рН=6-7. Реакцию проводят при охлаждении раствора предпочтительно до 25-40°С, т.к. происходит выделение большого количества теплоты.

После щелочного проводят ферментный гидролиз гречневой шелухи. Для этого в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия (например, «Целлолюкс - F» или «Целловиридин Г20Х») в количестве 0,01-0,4% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 0,5-6 ч при температуре 30-60°С, при этом происходит наибольшая потеря сухих веществ шелухой гречихи и увеличивается ее хрупкость. При этом выход концентрации препарата за пределы ниже 0,01% от массы смеси приводит к низкой скорости процесса (продолжительность которого превышает 6 ч даже при оптимальном температурном режиме), а выход за пределы выше 0,4% от массы смеси приводит к резкому росту расхода фермента, но не способствует снижению продолжительности процесса ферментного гидролиза.

Затем проводят инактивацию фермента путем выдержки гречневого гидролизата в течение 5 мин, например, на водяной бане при температуре 100°С, после чего его охлаждают. Полученную массу фильтруют через фильтровальную бумагу и получают гречневый гидролизат и сухой остаток. Фильтрат представляет собой жидкость насыщенного темно-коричневого цвета с кисловатым запахом гречихи, а осадок высушивают при щадящих температурных режимах (при температуре 20±2°С) до влажности 9-11%.

Примеры осуществления способа получения гидролизата из шелухи гречихи.

Пример 1. Просеянную шелуху измельчают в течении 5 мин и обрабатывают 1 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течении 1 ч при температуре 85°С с последующей нейтрализацией 1 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 40°С, и нейтрализуют до рН=7, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целловиридин Г20Х» в количестве 0,01% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 6 ч при температуре 40°С, а затем инактивируют фермент, для чего выдерживают полученный раствор в течение 5 мин при температуре 100°С, после чего его охлаждают, отделяют гречневый гидролизат фильтрацией, а осадок высушивают при температуре 30°С до влажности 9-11%.

Пример 2. Просеянную шелуху измельчают в течение 1 мин и обрабатывают 0,5 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течение 2 ч при температуре 90°С с последующей нейтрализацией 0,5 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 30°С, и нейтрализуют до рН=6, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целловиридин Г20Х» в количестве 0,4% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 0,6 ч при температуре 30°С.

Последующие процессы инактивации фермента, охлаждения продукта и сушки осадка соответствуют примеру 1.

Пример 3. Просеянную шелуху измельчают в течение 2 мин и обрабатывают 0,2 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течение 5 ч при температуре 75°С с последующей нейтрализацией 0,2 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 25°С, и нейтрализуют до рН=6, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целловиридин Г20Х» в количестве 0,015% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 5 ч при температуре 50°С.

Последующие процессы инактивации фермента, охлаждения продукта и сушки осадка соответствуют примеру 1.

Пример 4. Просеянную шелуху измельчают в течение 3 мин и обрабатывают 0,7 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течение 3 ч при температуре 65°С с последующей нейтрализацией 0,7 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 30°С, и нейтрализуют до рН=6,5, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целлолюкс F» в количестве 0,6% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 1 ч при температуре 40°С.

Последующие процессы инактивации фермента, охлаждения продукта и сушки осадка соответствуют примеру 1.

Пример 5. Просеянную шелуху измельчают в течение 3 мин и обрабатывают 0,7 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течение 3 ч при температуре 65°С с последующей нейтрализацией 0,7 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 30°С, и нейтрализуют до рН=6,5, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целлолюкс F» в количестве 1,0% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 1 ч при температуре 40°С.

Последующие процессы инактивации фермента, охлаждения продукта и сушки осадка соответствуют примеру 1.

Пример 6. Просеянную шелуху измельчают в течение 3 мин и обрабатывают 0,7 н. гидроксидом натрия, выдерживают в течение 3 ч при температуре 65°С с последующей нейтрализацией 0,7 н. соляной кислотой полученного гидролизата, далее смесь гидролизата и гидролизованной гречневой шелухи охлаждают, предпочтительно до 30°С, и нейтрализуют до рН=6,5, затем в названную смесь вводят ферментный препарат целлюлолитического действия «Целлолюкс F» в количестве 0.0080% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 12 ч при температуре 40-60°С.

Последующие процессы инактивации фермента, охлаждения продукта и сушки осадка соответствуют примеру 1.

Результат определения содержания сухих веществ гидролизата гречневой шелухи сведен в табл. 1.

Данные, представленные в таблице 1, позволяют сделать вывод о различии диффузии растворимых веществ из шелухи гречневой крупы в гидролизат в процессе гидролиза в зависимости от типа растворителя.

Из данных, представленных в таблице 1, видно, что наибольший выход растворимых веществ замечен в образце, растворителем которого являлся NaOH.

Визуальный метод исследования показал наличие у всех трех образцов окраски и тягучей слизистой консистенции. Но в образце с растворителем NaOH замечена интенсивная темно-коричневая окраска и шелковистый перелив.

Содержание минеральных веществ в гидролизате шелухи гречневой крупы представлено в таблице 2.

1. Способ получения гидролизата из шелухи гречихи в качестве замены какао-порошка для пряничных и кондитерских изделий, включающий ее измельчение и гидролиз раствором гидроксида натрия с последующей нейтрализацией полученного гидролизата соляной кислотой, отличающийся тем, что гидролиз шелухи гречихи осуществляют при соотношении их веса от 1:3 до 1:20, после чего выдерживают от 2 до 6 ч при температуре 50-110°С, далее полученный материал охлаждают, предпочтительно до 25-40°С, и нейтрализуют до рН=6-7, затем в него вводят ферментный препарат целлюлолитического действия в количестве 0,01-0,4% от массы смеси, после чего выдерживают в течение 0,5-6 ч при температуре 30-60°С, а затем инактивируют фермент, для чего выдерживают полученный раствор в течение 5 мин при температуре 100°С, после чего его охлаждают, отделяют гречневый гидролизат фильтрацией, а осадок высушивают до влажности 9-11% при щадящих температурных режимах, предпочтительно при температуре 20±2°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для гидролиза используют 0,1-1 н. раствор гидроксида натрия.