8.5 Методы выделения пищевых волокон из растительного сырья.
Потребность человека в ПВ составляет 25-38 г в сутки.
Продукт, в 100 г которого содержится 3 г ПВ, рассматривается как источник этого функционального ингредиента, при содержании 6 г ПВ в 100 г продукта он считается обогащенным пищевыми волокнами.
Существуют различные способы обогащения продуктов пищевыми волокнами, каждый из которых обладает определенными достоинствами и недостатками:
• использование в полном объеме сырья, содержащего ПВ;
• добавление вторичных продуктов с высоким содержанием ПВ;
• введение препаратов ПВ.
Среди известных способов обогащения продуктов питания пищевыми волокнами наиболее перспективно введение в продукт очищенных препаратов ПВ, позволяющих наряду с обогащением продукта решить технологическую задачу формирования необходимой консистенции или улучшения свойств продукта.
Получение препаратов ПВ основано на их выделении из растительного сырья и последующей очистке. Известные методы выделения ПВ включают удаление из измельченной растительной ткани низкомолекулярных веществ: моносахаридов, гликозидов, алкалоидов, минеральных соединений, либо гидролиз и экстракцию сопутствующего крахмала.
Выбор метода выделения ПВ из растительного сырья определяется их содержанием и плотностью упаковки биополимеров клеточных стенок.
Для предварительной обработки сырья используется механические и физические методы.
К физическим методам предобработки относятся различные виды облучения и другие способы:
облучения у-лучами или потоком электронов;
обработка микроволновым излучением (2400—2500 мГц);
нагревание на воздухе или в атмосфере СО2 (100 °С), в воде или в керосине, охлаждение, воздействие повышенного или пониженного давления, действие ультразвука.
Эти методы вызывают частичную деградацию сложной структуры целлюлозы и лигнина, особенно кристаллической.
К механическим методам предобработки относят различные способы измельчения:
на шаровых, коллоидных и вибромельницах;
в дезинтеграторах;
на дробилках;
на вальцах.
Для освобождения от сопутствующих компонентов и выделения ПВ используеются химические и биохимические методы.
К химическим методам относятся:
Экстракция водой при кипячении
Обработка кислотами щелочами, солями,
Обработка различными органическими растворителями
Обработка растворителями различных детергентов
К биохимическим методам относится обработка различными ферментами – амилазами, глюкоамилазами, протеазами, гемицеллюлазами, целлюлазами, лигненазами.
8.6 Технологии получения концентрата пищевых волокон целлюлозы (кпвц) из растительного сырья, его свойства и применение в хлебопечении.
Первый этап получения КПВЦ является выбор сырья которое в наибольшем количестве содержит данный полимер. Целлюлоза в растениях очень редко находится в свободном состоянии, ей, как правило, сопутствуют гемицеллюлозы и лигнин. Из таблицы видно, что лигнин сопутствует целлюлозе во всех растениях, исключение является только верховой торф. Также из таблицы видно, что хвойная древесина содержит в наибольшем количестве целлюлозу, поэтому для получения КПВЦ целесообразно использовать сосновые или еловые опилки. Но на ряду с целлюлозой в них содержится гемицеллюлазы (легко гидролизуемый полимер) и лигнин- труднорастворимый полимер для разрушения которого используют химические, биохимические методы. Его можно частично разрушить при обработке 1-2 % раствором NaOH (NH4OH), также растворами сернистой кислоты (170С и давление 7-9 атм), растворами органических растворителей при высоком давлении.
В РФ разработан метод «парового взрыва», который осуществляется путем нагрева целлюлазосодержащего сырья и его выдержке в течении нескольких секунд при температуре 250-300 С и давлении 7 мПа, после чего давление резко сбрасывается и происходит разрыв связей между полимерами.
Эти методы достаточно дороги, поэтому проще проводить химическую предобработку сырья и затем ферментный гидролиз гемицеллюлаз и лигнина.
Продуцентами лигниназ являются грибы белой плесени Pleurotus ostreatus.Также разрушать лигнин могут аспергиловые и пиницыловые грибы, и некоторые бактерии.
На кафедре Биотехнологии МГУПП была разработана схема получения КПВЦ под действие лигниназ из Str. Merzei с-24 (73,9 % разрушает лигнин). Лигниназа содержит лаказу, фенолоксидазу, каталазу.
В результате был получен препарат КПВЙ содержащий 87 % целлюлазы, 11 гемицеллюлазы, 2 % лигнина.
Вид целлюлозосодержащего сырья |
Легкогидролизиру-емые полисахариды (гемицеллюлозы) |
Трудногидролизу-емые полисахариды (целлюлоза) |
Лигнин |
Зольные вещества |
Ель (Ленинградская область) |
17,3 |
48 |
28,1 |
0,3 |
Сосна (Восточная Сибирь) |
17,8 |
47,8 |
19,7 |
0,2 |
Пихта (Восточная Сибирь) |
14,9 |
44,2 |
29 |
0,5 |
Лиственница (Восточная Сибирь) |
24,8 |
37,6 |
24,6 |
0,2 |
Кедр (Дальний Восток) |
26,7 |
25 |
21,7 |
0,2 |
Берёза (Ленинградская область) |
26,5 |
39,4 |
19,7 |
0,4 |
Осина (Ленинградская область) |
20,3 |
44 |
21,8 |
0,3 |
Бук (Кавказ) |
23,5 |
41,6 |
22 |
0,5 |
Одубина |
20,1 |
42,6 |
27,6 |
0,9 |
Лесосечные отходы (ветки сосны) |
20,6 |
37 |
25,6 |
0,3 |
Кукурузная кочерыжка |
37,7 |
33,5 |
15,1 |
1,3 |
Подсолнечная лузга |
21,5 |
27 |
27,4 |
2,4 |
Рисовая лузга |
18,1 |
29 |
19 |
16 |
Просяная лузга |
38,2 |
28 |
10 |
10,6 |
Хлопковая шелуха |
26,4 |
41,5 |
25 |
2,8 |
Гуза-пая |
20,5 |
38,3 |
25,5 |
3,5 |
Костра кенафа |
21,9 |
37,4 |
27 |
2,8 |
Виноградная лоза |
27,1 |
30,8 |
38,9 |
2,8 |
Пшеничная солома |
23,4 |
39 |
24,5 |
5,9 |
Тростник |
20,4 |
40 |
24,5 |
2,6 |
Верховой торф (степень разложения 15-20%) |
16-36 |
20-24 |
- |
- |