Способ получения продукта из бурых морских водорослей
Изобретение относится к процессам переработки водорослей и может быть использовано преимущественно в пищевой, а также химико-фармацевтической, косметической и медицинской промышленности. Способ включает замачивание сырья в воде при температуре 35÷40°С в течение 12 ч, промывание водорослевой массы, кислотную обработку водорослевой массы растворами органических кислот, промывку водорослевой массы, щелочной гидролиз в водном экстракте, последующую непрерывную гомогенизацию, нейтрализацию пищевыми кислотами, пастеризацию, при этом после замачивания сырья в воде отделяют водорослевую массу, промывают и отжимают, а водный экстракт фильтруют, после кислотной обработки дополнительно отделяют кислотный экстракт и нейтрализуют до PH 5,5÷7,5 с последующей очисткой от образовавшихся солей, перед щелочным гидролизом проводят смешение промытой водорослевой массы с очищенным нейтрализованным кислотным и фильтрованным водным экстрактами, нейтрализацию гомогената осуществляют до pH 4,0÷7.5, после чего смесь охлаждают и подвергают ферментативному гидролизу. Ферментативный гидролиз проводят с использованием ферментов класса гидролаз. Изобретение позволяет увеличить экстрагирование биологически активных веществ из бурых водорослей для получения максимально обогащенного продукта на основе бурых морских водорослей с увеличением энергетической ценностью продукта за счет ферментативной деструкции полисахаридов и образования моносахаридов, таких как глюкоза, обладающих высокой энергетической ценностью. 6 з.п. ф-лы, 1 пр.
Изобретение относится к процессам переработки водорослей с получением продукта, обладающего биологически активными свойствами, и может быть использовано преимущественно в пищевой, а также химико-фармацевтической, косметической и медицинской промышленности для пищевых целей и применения в профилактической медицине как источник микро-, макроэлементов.
Известен способ получения пищевого продукта из бурых морских водорослей (патент RU 2041656, МПК A23L1/337, патентообладатель «Тихоокеанский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии», дата приоритета 23.10.1991), заключающийся в замачивании водорослей при температуре 80°С в течение 2÷3 часов и последующим настаивании в течение 14÷16 часов, измельчении и обработке их кислотой при рН 1÷3 в течение 1÷3 часов, промывании водой 3÷4 раза с настаиванием по 20 минут, обработке раствором бикарбоната натрия при рН 8÷9 и нагревании до 80÷95°С в течение 2÷3 часов при периодическом перемешивании, последующей гомогенизацией, нейтрализацией гомогената пищевой кислотой до рН 6÷6,5, введении пищевой соли кальция в количестве 0,3÷3,5% от общей массы продукта и пастеризацией при температуре 95°С в течение 30 минут с последующей расфасовкой. При охлаждении полученного продукта образуется плотный гель зеленовато-бурого цвета. Он обладает свойствами загустителя и стабилизатора в сочетании с другими продуктами и хранится при температуре не выше +5°С в течение 3 месяцев, сохраняя плотную структуру геля и лечебно-профилактические свойства
Получение пищевого продукта из водорослей имеет следующие недостатки: первоначальное замачивание водорослей при температуре 80°С в течение 2÷3 часов с последующим выдерживанием 14÷16 часов приводит к потере витамина С, потери органических соединений йода, обработка кислотой приводит к разрушению витаминов группы В, воздействие высоких температур при щелочном гидролизе также разрушает витамин С и органические соединения йода, что в конечном счете снижает качество получаемого продукта. Кроме того, получаемый пищевой продукт не всегда удобен к транспортировке и срок его хранения ограничен, применение токсических химических реагентов: соляной и уксусной кислоты, едких щелочей, высокотоксичных консервантов.
Известен способ переработки морских бурых водорослей (патент RU 2248138, МПК A23L1/337, A23L1/0532, Патентообладатель Новосельцев С.Г. и др., дата приоритета 19.11.2003), включающий измельчение предварительно обработанных водорослей до размера частей 2÷7 см, сушку в установке низковакуумного обезвоживания, обработку кислым раствором с рН 1÷3, промывку пресной водой, обработку водорослей щелочным раствором с рН 8-9 с последующей варкой их в этом растворе до получения водорослевой массы, которую гомогенизируют в варочном котле одновременно с варкой при массовом соотношении водорослей и щелочного раствора 1:1, температуре 60-70°С в течение 8 часов при непрерывном перемешивании до гелеобразного состояния, нейтрализацию до рН 6÷6,5 путем перемешивания с кислым раствором, пастеризацию гелеобразного продукта и повторной сушке в установке низковакуумного обезвоживания до получения сухого продукта в виде пластинок с дальнейшим измельчением в мельнице до порошкообразного состояния, при этом низковакуумное обезвоживание измельченных водорослей и гелеобразного продукта проводят при температуре 65÷75°С до остаточной влажности обезвоживаемого продукта 5÷15%.
К недостаткам данного способа следует отнести образование солей после реакции щелочи с кислотой, в способе отсутствует этап обессоливания. При высушивании соли могут превышать концентрацию сухих веществ в продукте.
Известен способ переработки морских водорослей (патент RU, №.2385654, МПК A23L 1/337, A23L 1/0532, Патентообладатель «Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии", дата приоритета 01.07.2008), включающий измельчение сырья, промывание водой, экстракцию в воде при температуре 20÷60°С в течение 4÷6 часов, фильтрацию для отделения водорослевого экстракта, обработку водорослевого остатка раствором хлоридов одновалентных катионов в течение 1÷2 часов при температуре 20÷40°С, внесение солей слабых кислот щелочных металлов при соотношении 1:1 и выдержку в течение 2÷8 часов при температуре смеси 20-90°С и рН 8-К9 и гомогенизацию до получения гелеобразного пищевого продукта
Недостатками известного способа является наличие остатков полисахаридов (целлюлозы и пектина), которые не усваиваются человеком.
Известен способ переработки морских водорослей (патент №RU 2692621, МПК A23L17/00, правообладатель Тимофеев Станислав Геннадьевич, дата приоритета 20.09.2018), включающий измельчение сырья, экстракцию в очищенной воде при нагревании, отделение экстракта, обработку очищенных водорослей, гомогенизацию до получения гелеобразного пищевого продукта. Экстракцию в воде с нагревом проводят трехкратно с добавлением равным по весу водорослей количеством воды дистиллированной или обратноосмотической с рН 4-Н5, с нагревом до температуры 45÷50°С, выдержкой в течение 6÷8 часов с естественным понижением температуры, добавлением в полученную массу раствора пищевой соды в количестве 2,0÷2,4% гидрокарбоната натрия и 4,8÷5,2% глюкозы и маннита, взятых в соотношении 1:1 к массе водорослей, перемешиванием с нагревом до температуры 50÷60°С и выдерживанием в течение не менее 1 часа, гомогенизированием с получением гелеобразного пищевого продукта, охлаждением и замораживанием расфасованного гелеобразного пищевого продукта для хранения.
Недостаток указанного изобретения заключается в искусственном внесении маннита и глюкоза, при условии наличия маннита в составе бурых морских водорослей, и глюкоза, которая является моносахаридом, и входит в состав целлюлозы и пектина.
Известен способ получения пищевого гелеобразного концентрированного продукта из морских бурых водорослей (патент RU 2733116, МПК A23L17/60, Патентообладатели Хитров Анатолий Анатольевич, Басарыгин Артем Сергеевич, приоритет 29.09.2020), включающий измельчение, промывку водой, выдержку сырья в воде при температуре 20÷60°С, фильтрацию экстракта, обработку водорослевого остатка с последующим выдерживанием до 2 часов, обработку солями слабых кислот щелочных металлов, гомогенизацию до получения гелеобразного пищевого продукта. Обработку водорослевого остатка осуществляют 1,0÷5,0% раствором слабой одноосновной органической кислоты для достижения рН 2,5÷3,5. Обработку солями слабых кислот щелочных металлов подвергают отфильтрованный раствор после обработки раствором слабой одноосновной органической кислоты до рН 4,5÷5,0. Перед гомогенизацией дополнительно водорослевый остаток промывают до достижения рН 5,5÷6,0 не менее 4-х раз. Дополнительно измельчают и смешивают с нейтрализованным экстрактом. Подвергают ультразвуковому воздействию на протяжении 10÷60 минут. Обрабатывают солями слабых кислот щелочных металлов до рН 7÷9 и нагревают до 60÷85°С. Смесь снова подвергают ультразвуковому воздействию, снижают рН массы до 6,0÷8,0 посредством ввода пищевых кислот. Добавляют кальциевую соль молочной кислоты или глюконовой кислоты.
Недостаток данного способа заключается в том, что нерастворимые полисахариды, такие как целлюлоза, пектин и альгиновая кислота, не представляют дополнительно пищевой ценности для человеческого организма, кроме своих сорбционных свойств.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения сухого продукта из бурых морских водорослей (патент RU 2483644, МПК A23L1/337, патентообладатели Хитров Анатолий Анатольевич и др., приоритет 29.07.2011), который предусматривает замачивание сырья в воде при температуре 35÷40°С в течение 12 ч, промывание водорослевой массы, кислотную обработку водорослевой массы растворами органических кислот, промывку водорослевой массы, щелочной гидролиз, последующую непрерывную гомогенизацию, добавление к гомогенату глюканата кальция, нейтрализацию пищевыми кислотами, пастеризацию. Кислотную обработку измельченного сырья уксусной кислотой. Щелочной гидролиз осуществляют при температуре 80÷85°С в течение 2 часов в водном экстракте, полученном после замачивания. Водорослевую массу подвергают сублимационной сушке и измельчению с получением сухого водорослевого порошка.
Описанный способ не лишен недостатков, так как используется дополнительное химическое соединение кальциевая соль глюконовой кислоты, минаральная добавка, которая является регулятором кислотности Е578, эммульгатором синтетического происхождения. Кроме того, продукт также имеет большое количество целлюлозы, пектина и альгиновой кислоты, которые не представляют дополнительно пищевой ценности для человеческого организма, кроме своих сорбционных свойств.
Задачей заявленного технического решения является разработка безотходного способа комплексной переработки бурых морских водорослей.
Технический результат заключается в увеличении экстрагирования биологически активных веществ из бурых водорослей для получения максимально обогащенного продукта на основе бурых морских водорослей с увеличением энергетической ценностью продукта за счет ферментативной деструкции полисахаридов и образования моносахаридов, таких как глюкоза, обладающих высокой энергетической ценностью.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения продукта из бурых морских водорослей, включающем замачивание сырья в воде при температуре 35÷40°С в течение 12 ч, промывание водорослевой массы, кислотную обработку водорослевой массы растворами органических кислот, промывку водорослевой массы, щелочной гидролиз в водном экстракте, последующую непрерывную гомогенизацию, нейтрализацию пищевыми кислотами, пастеризацию, согласно изобретению после замачивания сырья в воде отделяют водорослевую массу, промывают и отжимают, а водный экстракт фильтруют, после кислотной обработки дополнительно отделяют кислотный экстракт и нейтрализуют до РН 5,5÷7,5 с последующей очисткой от образовавшихся солей, перед щелочным гидролизом проводят смешение промытой водорослевой массы с очищенным нейтрализованным кислотным и фильтрованным водным экстрактами, нейтрализацию гомогената осуществляют до рН 4,0÷7,5, после чего смесь охлаждают и подвергают ферментативному гидролизу. Обработку водорослевой массы растворами органических кислот проводят из группы, включающей янтарную, уксусную, лимонную, яблочную, щавелевую, винную, пировиноградную, молочную кислоты, а нейтрализацию кислотного экстракта провидят растворами щелочей, выбранных из группы гидроксида натрия, бикарбоната натрия, гидрокарбоната кальция. Удаление солей после нейтрализации кислотного экстракта осуществляют путем ионообменой фильтрации. Щелочной гидролиз водорослево-водной массы проводят при рН 8-Н2 и температуре 45÷85°С в течение 2÷12 ч. Ферментативный гидролиз проводят с использованием ферментов класса гидролаз. Пастеризацию проводят при температуре 80÷95°С.
Водный экстракт после замачивания сырья фильтруют для сокращения отходов производства, а также для последующего обогащения полученным экстрактом, содержащим органический йод и другие водорастворимые элементы водорослевой клетки на последующих этапах водорослевой массы и соответственно продукта.
Кислотный экстракт после кислотной обработки сырья нейтрализуют до РН 5,5÷7,5 для последующего удаления избытка солей.
Смешение промытой водорослевой массы с очищенным нейтрализованным кислотным и фильтрованным водным экстрактами перед щелочным гидролизом проводят для того, чтобы вернуть и обогатить продукт элементами, вышедшими из водорослевой клетки в растворы при замачивании в воде и органических кислотах.
Нейтрализованную смесь охлаждают и подвергают ферментативному гидролизу для того, чтобы расщепить не перевариваемые организмом человека полисахариды - целлюлозу и пектин, таким образом максимально повысить биодоступность продукта.
Оптимально проводить обработку водорослевой массы растворами органических кислот из группы, включающей янтарную, уксусную, лимонную, яблочную, щавелевую, винную, пировиноградную, молочную кислоты, которые разрешены для применения в пищевой промышленности.
Для выравнивания рН производят нейтрализацию кислотного экстракта растворами щелочей, выбранных из группы гидроксида натрия, бикарбоната натрия, гидрокарбоната кальция.
Наиболее оптимальный способ для удаления солей после нейтрализации кислотного экстракта является ионообменая фильтрация.
Щелочной гидролиз водорослево-водной массы проводят при рН 8÷12 и температуре 45÷85°С в течение 2÷12 ч для того, чтобы извлечь максимальное количество альгиновых кислот.
Ферментативный гидролиз проводят с использованием ферментов класса гидролаз позволяет осуществить гидролиз целлюлозы и пектина, входящих в состав стенок растения, до моносахаров, увеличив биодоступность конечного продукта для организма человека.
Пастеризацию проводят при температуре 80÷95°С для нейтрализации ферментов.
Пример реализации заявленного способа получения продукта из бурых морских водорослей следующий. В реактор с водой помещают механоактивированные бурые морские водоросли из вида ламинарии и/или фукуса, желательно в сетчатой емкости с размером ячейки сетки менее размера единицы сырья, для замачивания при температуре 35÷40°С в течение 12 ч. По окончании водного экстрагирования водорослевую массу отделяют от водного экстракта и промывают, а водный экстракт фильтруют от грубых механических примесей. Водорослевую массу отжимают и проводят кислотную обработку растворами органических кислот, разрешенных для применения в пищевой промышленности, например из группы, включающей янтарную, уксусную, лимонную, яблочную, щавелевую, винную, пировиноградную, молочную. Далее после кислотной обработки дополнительно отделяют кислотный экстракт путем отжимания/прессования водорослевой массы и нейтрализуют кислотный экстракт до РН 5,5÷7,5 растворами щелочей, выбранных, например, из группы гидроксида натрия, бикарбоната натрия, гидрокарбоната кальция. Полученный нейтрализованный раствор очищают от образовавшихся в результате кислотно-щелочной реакции солей, например при помощи ионообменой фильтрации. Отжатое сырье после кислотной обработки промывают чистой водой и эту водорослевую массу помещают в реактор, где смешивают с нейтрализованным и очищенным водным экстрактом и очищенным водным экстрактом после первоначального замачивания водорослевой массы, таким образом обогащая водорослевую массу веществами, экстрагированными в воду и в кислотный раствор на предыдущих этапах. В реакторе происходит нагревание массы, добавление щелочных растворов для достижения рН 8-И 2 и поддержание постоянной температуры в течение 2-И 2 ч с непрерывной гомогенизацией. Гомогенат нейтрализуют пищевыми кислотами до нейтрального рН, охлаждают и подвергают ферментативному гидролизу с использованием ферментов класса гидролаз - амилазы, протеазы, пектиназы, целлюлазы. Ферментный препарат вносят в виде раствора или порошка в водорослевую гомогенизированную массу, при этом происходит катализация реакций гидролитического расщепления В-гликозидных связей полисахаридов, с образованием глюкозы, повышающей энергетическую ценность продукта.
В таблице приводим сравнительные характеристики биологически активных веществ в продукте, полученном по способу прототипа, и усовершенствованному заявленному способу.
Продукт, полученный по новому, усовершенствованному способу, обладает большей питательной и энергетической ценностью для потребителя, так как за счет добавления стадии ферментативного гидролиза целлюлозы и пектина увеличивается экстрагирование биологически активных веществ, и одновременно высвобождаются вещества, такие как глюкоза, обладающие высокой энергетической ценностью. Данный способ также насыщает продукт гликопротеинами, минеральными солями, пигментами, липидами, которые максимально обогащают продукт на основе бурых морских водорослей, жирными кислотами, биологически активным йодом.
1. Способ получения продукта из бурых морских водорослей, включающий замачивание сырья в воде при температуре 35÷40°С в течение 12 ч, промывание водорослевой массы, кислотную обработку водорослевой массы растворами органических кислот, промывку водорослевой массы, щелочной гидролиз в водном экстракте, последующую непрерывную гомогенизацию, нейтрализацию пищевыми кислотами, пастеризацию, отличающийся тем, что после замачивания сырья в воде отделяют водорослевую массу, промывают и отжимают, а водный экстракт фильтруют, после кислотной обработки дополнительно отделяют кислотный экстракт и нейтрализуют до pH 5,5÷7,5 с последующей очисткой от образовавшихся солей, перед щелочным гидролизом проводят смешение промытой водорослевой массы с очищенным нейтрализованным кислотным и фильтрованным водным экстрактами, нейтрализацию гомогената осуществляют до pH 4,0÷7,5, после чего смесь охлаждают и подвергают ферментативному гидролизу с использованием ферментов класса гидролаз.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку водорослевой массы растворами органических кислот проводят из группы, включающей янтарную, уксусную, лимонную, яблочную, щавелевую, винную, пировиноградную, молочную кислоты.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию кислотного экстракта проводят растворами щелочей, выбранных из группы гидроксида натрия, бикарбоната натрия, гидрокарбоната кальция.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление солей после нейтрализации кислотного экстракта осуществляют путем ионообменной фильтрации.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочной гидролиз водорослево-водной массы проводят при pH 8÷12 и температуре 45÷85°С в течение 2÷12 ч.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз ферментами класса гидролаз проводят из группы, включающей амилазу, протеазу, пектиназу, целлюлазу.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что пастеризацию проводят при температуре 80÷95°С.
