способ получения концентратов хлоропластных и цитоплазматических белков из зеленых растений

Формула изобретения

Способ получения концентратов хлоропластных и цитоплазматических белков из зеленых растений, включающий измельчение листостебельной биомассы, отжим из нее клеточного сока, коагуляцию хлоропластных белков, отделение коагулята от жидкой фракции, содержащей растворенные цитоплазматические белки, коагуляцию цитоплазматических белков и отделение их от депротеинизированного коричневого сока, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества белков за счет сохранения их нативных свойств, осуществляют двухстадийную гидромеханическую обработку сока при температуре 38 - 40^oС с течение 2,0 - 2,2 с для коагуляции хлоропластных белков и дальнейшую обработку при температуре 60 - 65^oС в течение 2,6 - 2,8 с для коагуляции цитоплазматических белков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения концентратов хлоропластных и цитоплазматических белков из листостебельной биомассы растений и может быть использовано при производстве кормового и пищевого белка.

Известен способ получения белковых концентратов из листостебельной биомассы растений, не достигших генеративной стадии, включающий измельчение ее и отжим с получением жома и клеточного сока. Коагуляция сока осуществляется двухстадийной термообработкой при температуре 55 - 60^oC, обеспечивающей коагуляцию хлоропластных белков, и температуре 80 - 85^oC, при которой коагулируют белки цитоплазматической фракции (пат. N 1087048 СССР. Л. Кох. Способ приготовления концентратов из зеленых растений. A 23 K 1/14, 1984).

Недостаток такого способа заключается в том, что при нагреве сока выше 50^oC происходит изменение нативных свойств белка и ухудшение качества получаемых фракций.

В качестве прототипа данного изобретения принят способ получения хлоропластной и цитоплазматической фракций белков, включающий измельчение растительной биомассы и отжим из нее клеточного сока, коагуляцию хлоропластных белков при температуре 50^oC в течение 60 - 300 с, отделение коагулята от жидкой фракции, содержащей растворенные цитоплазматические белки, коагуляцию цитоплазматических белков при температуре 80^oC в течение 60 - 300 с и отделение их от коричневого сока (пат. N 654149 СССР. Д. Колер, Э. Бикофф. Способ получения протеиновой кормовой добавки из зеленой массы. A 23 K 1/14, 1979).

К основным недостаткам этого способа относится также ухудшение биологической ценности белковых фракций вследствие того, что при коагуляции в теплообменнике или параконтактным способом происходит локальный перегрев отдельных порций сока за счет непосредственного контакта с поверхностью нагревателя.

Целью изобретения является улучшение качества белков концентратов хлоропластной и цитоплазматической фракций за счет сохранения нативных свойств белка.

Поставленная цель достигается тем, что листостебельную биомассу измельчают, отжимают из нее клеточный сок, а затем осуществляют гидромеханическую обработку сока при температуре 38 - 40^oC в течение 2,0 - 2,2 с до коагуляции хлоропластных белков, отделяют коагулят, а жидкую фракцию повторно подвергают гидромеханической обработке при температуре 60 - 65^oC в течение 2,6 - 2,8 с и отделяют выпавшие в осадок цитоплазматические белки от коричневого сока.

Существенность отличий данного способа от известных заключается в использовании гидромеханического способа обработки сока, позволяющего осуществлять фракционирование клеточного сока в более мягких условиях при минимальной продолжительности гидромеханического воздействия.

Положительный эффект обусловлен улучшением биологической ценности белковых фракций благодаря сохранению нативных свойств при обработке в сравнительно более мягких условиях и значительному сокращению времени обработки клеточного сока.

Сущность метода гидромеханической коагуляции состоит в следующем.

При поступлении клеточного сока в центральную часть гидромеханического коагулятора под действием неравномерного движения сока, молекулярного трения частиц, находящихся в зазоре между перемещающимися одна относительно другой поверхностями жидкости, центробежных сил, а также процессов, происходящих при возникновении кавитации и гидравлического удара, образуются высокоскоростные вихри жидкости, интенсифицирующие агрегацию белковых частиц.

При этом в результате взаимодействия внутренних слоев жидкости друг с другом, а внешних - с внутренними поверхностями устройства, сдвига слоев жидкости в нескольких плоскостях происходит выделение энергии, вызывающей нагрев сока.

Механические усилия и развивающийся в процессе трения нагрев действуют одновременно, вызывая коагуляцию белков клеточного сока в щадящих, по сравнению с традиционной термообработкой, условиях, определяемых кратковременностью воздействия при более низкой температуре.

Способ осуществляется следующим образом. Люцерна, скошенная в стадии бутонизации, измельчается на ножевом измельчителе, подвергается прессованию на шнековом прессе, клеточный сок очищается фильтрованием и подщелачивается до pH 6,8 - 7,2, что создает условия для наиболее полного разделения белков хлоропластной и цитоплазматической фракций. Коагуляцию белков проводят в гидромеханическом коагуляторе, например выполненном в виде устройства, описанного в АС СССР N 1611060, A 23 C 3/02. Клеточный сок обрабатывается гидромеханическим способом при температуре 38 - 40^oC в течение 2,0 - 2,2 с. Коагулят отделяют от жидкой фракции центрифугированием при 3000 g в течение 600 с, промывают и сушат на распылительной сушилке. Надосадочная жидкость, содержащая растворенные цитоплазматические белки, повторно пропускается через гидромеханический коагулятор при температуре 60 - 65^oC в течение 2,6 - 2,8 с. Осадок скоагулировавшей цитоплазматической фракции белков отделяется от депротеинизированного коричневого сока центрифугированием при 3000 g в течение 600 с и промывается (промывка белковых фракций 20-кратным объемом подкисленной до pH 4,0 - 4,2 воды обеспечивает выделение из концентратов водорастворимых включений - сапонинов, алкалоидов и других сопутствующих веществ). Промытый концентрат сушится распылительным способом.

Пример 1. Клеточный сок обрабатывали в гидромеханическом коагуляторе при температуре 38^oC в течение 2,0 с. После чего скоагулировавшие белки хлоропластной фракции отделяли центрифугированием, промывали и высушивали. В полученном препарате определяли отношение суммы незаменимых аминокислот к сумме заменимых (НАК/ЗАК) и сбалансированность белков по аминокислотному составу (C).

Пример 2. Обработка сока проводилась аналогично примеру 1, но при температуре 40^oC в течение 2,2 с.

Пример 3. Обработка проводилась аналогично примеру 1, но при температуре 35^oC в течение 1,8 с.

Пример 4. Обработка проводилась аналогично примеру 1, но при температуре 43^oC в течение 2,3 с.

Результаты определения отношения НАК/ЗАК и C в зависимости от температуры нагрева и продолжительности гидромеханического воздействия представлены в таблице 1.

Из данных таблицы 1 видно, что при получении концентрата хлоропластных белков гидромеханическим способом при температуре 35^oC в течение 1,8 с показатели НАК/ЗАК и С имеют высокие значения, однако в этих условиях часть хлоропластных белков не подвергается коагуляции, а остается в жидкой фазе и выпадает в осадок вместе с фракцией цитоплазматических белков, окрашивая их в зеленый цвет. При обработке сока с нагревом выше 40^oC (продолжительность более 2,2 с) происходит усиление процессов разрушения аминокислот и снижение величины показателей НАК/ЗАК и С.

Пример 5. Отделенную от коагулята хлоропластных белков жидкую фазу повторно обрабатывали в гидромеханическом коагуляторе при температуре 60^oC в течение 2,6 с, отделяли скоагулировавшую цитоплазматическую фракцию центрифугированием при 3000 g в течение 600 с, определяли отношение НАК/ЗАК и С.

Пример 6. Обработку проводили аналогично примеру 5, но при температуре 65^oC в течение 2,8 с.

Пример 7. Обработку сока проводили аналогично примеру 5, но при температуре 55^oC в течение 2,4 с.

Пример 8. Обработку сока проводили аналогично примеру 5, но при температуре 70^oC в течение 3,0 с.

Результаты исследований полученных препаратов представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, наилучшие данные по величине НАК/ЗАК были получены при гидромеханической обработке с температурой нагрева 55 - 65^oC (продолжительность 2,4 - 2,8 с). Но обработка жидкой фазы при температуре ниже 60^oC не обеспечивала коагуляции групп белков, выпадающих в осадок при более длительном гидромеханическом воздействии.

Гидромеханическая обработка с нагревом выше 65^oC вызывала снижение величины показателей НАК/ЗАК и С.

Было проведено сравнение показателей, характеризующих биологическую ценность концентратов хлоропластных и цитоплазматических белков, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу - НАК/ЗАК, С, переваримости белков in vitro и коэффициенту эффективности белка C-PER (табл. 3, 4).

Данные таблиц 3, 4 показывают, что при фракционировании клеточного сока гидромеханическим способом получаемые концентраты хлоропластных и цитоплазматических белков имеют более высокие показатели биологической ценности по сравнению с концентратами, выделенными традиционным способом.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с традиционными способами двухстадийной обработки клеточного сока, основанными на нагреве в теплообменнике или острым паром, обеспечивается за счет снижения энергозатрат процесса в связи со смягчением режима коагуляции, исключением капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с паровой котельной и системой химводоочистки.