CC BY
48
УДК 541.1; 663.1; 664.2
Листостебельная масса трав
новое растительное сырье
В.Л. Кудряшов, канд. техн. наук ВНИИ пищевой биотехнологии
Для обеспечения конкурентоспособности отечественных пищевых продуктов необходимо постоянно совершенствовать все технологические стадии их производства от поля до прилавка.
Принципиально новые технологии переработки сельхозсырья появляются вслед за возникновением (созданием) на основе фундаментальных научно-исследовательских работ новых тепломассообменных процессов, например, внедрением таких процессов, как экструзия, СВЧ-нагрев, лазерная, магнитная, электронная и ультразвуковая (УЗ) обработки, в том числе и мембранных процессов (МП) [1]. Аналогичную судьбу ряд авторитетных экспертов прогнозируют и для нанотехнологий [2].
Новые продукты питания чаще появляются с началом использования нового сельхозсырья (сельхозкультур), а также новых добавок и продуктов, получаемых с применением биотехнологии.
Направления же создания новых продуктов и их актуальность выявляются в ходе фундаментальных медицинских исследований состояния здоровья населения в совокупности с качеством питания и влиянием неблагоприятных химио-, био-, техно-и социогенных факторов.
Это подтверждается медицинским обоснованием позитивного воздействия про- и пребиотиков, антиокси-дантов, флавоноидов, пищевых волокон (ПВ), фукоиданов и других новых ингредиентов на человека [35]. В пище населения РФ в целом наблюдается их дефицит при избытке простых углеводов и животных жиров.
Особенно настораживают результаты обследований, показывающие хронический дефицит полноценного по аминокислотному составу белка (прежде всего животного), особенно в питании населения с низкими доходами.
Решить эту проблему можно за счет сокращения трехзвенной трофической цепи питания: растение > животное > человек до двухзвенной:
Ключевые слова: растительный белок; мембранные процессы; листостебельная биомасса; новые пищевые добавки.
Key words: vegetative protein; flavanoids; membrane processes; leafy biomass; new food additives; through agrofood technologies
растение > человек, а также использования методологий системного подхода и сквозных аграрно-пище-вых технологий.
При этом удается избежать потери растительного белка вследствие низкого коэффициента его конверсии в трехзвенной цепи: всего 6-17 % для мяса животных и 23-31 % - для молока и яиц.
На основе применения всех перечисленных инновационных принципов и идей разработан мембранный способ производства пищевых добавок из листостебельной массы (биомассы) сеяных трав, которая обычно используется для производства кормов на основе термической или химической коагуляции белков из их зеленого сока [6].
Биомасса топинамбура, клевера, люцерны, коровяка и других сеяных трав - практически неограниченное высокоурожайное возобновляемое сырье с высоким содержанием белка, ПВ, витаминов, флавоноидов, микроэлементов и прочих биологически активных (ценных) веществ (БАВ).
Практически на всей территории РФ выход названных БАВ в биомассе трав значительно выше, чем в другом наиболее широко распространенном в мире растительном пищевом сырье. Так, например, по протеину он составляет (ц/га): в люцерне - 15; клевере - 10,5; сое - 9; пшенице - 3,5, овсе - 2,6.
Причем наиболее урожайная по белку соя приспособлена к возделыванию в очень узких по широте поясам с влажным и теплым климатом. Кроме того, она содержит ингибиторы протеаз и некоторые другие антипитательные вещества.
Зеленый сок люцерны и клевера, отжатый в период бутонизации, содержит не только высокое количество белка (до 45 %), но и много витаминов группы С, Е, К, В, D и бета-каротин.
БАВ, содержащиеся в люцерне, обладают антиаллергическими, антистрессовыми и противовоспалительными свойствами, нейтрализуют гепатотоксическое и побочное действие лекарственных препаратов и могут использоваться в качестве общеукрепляющего средства, для повышения умственной работоспособности и концентрации внимания.
Коровяк известен как антивирусное растение, способное противодействовать размножению чужеродных клеток, что очень важно для лечения и профилактики рака.
Биомасса топинамбура наряду с клубнями содержит значительное количество высокомолекулярного полисахарида инулина, который улучшает обмен веществ, укрепляет иммунную систему, рекомендуется при сахарном диабете.
Особенно ценные БАВ красного клевера - флавоноиды (изофлаво-ны, флавонолы, флавоны), обладающие спазмолитическим, капилля-роукрепляющим, противовоспалительным, противоопухолевым, противоязвенным и другими лечебными свойствами.
Доказана эффективность применения флавонолов красного клевера для лечения и профилактики атеросклероза, занимающего одно из первых мест среди заболеваний сердечно-сосудистой системы и являющегося основной причиной инфарктов, инсультов, стенокардии, понижения трудоспособности и инвалидности.
Атеросклероз - это не проявление естественного старения, а особое заболевание, обусловленное нарушением липидного обмена и повышения липидов в крови. Поэтому большое внимание уделяется поиску и производству лечебно-профилактических биологически активных добавок (БАД), содержащих БАВ, обладающие гиполипидемическим, гипо-холестеринемическим, а следовательно, антисклеротическим действием. Недорогим сырьем для производства таких БАВ и служит красный клевер.
Созданные к настоящему времени технологии производства антисклеротических БАД из клевера основаны на экстракции флавоноидов этанолом, хлороформом и этилацета-том, хотя последние труднодоступны и токсичны. Кроме того, эти БАДы выпускают в ограниченном количестве, имеют высокую цену (напри-
RAW MATERIALS AND ADDITIVES
мер, «Атероклефит») и поэтому недоступны для большинства населения.
Использование клевера по рекомендациям народной медицины в виде отваров, настоев, чаев и сборов для крупнотоннажного производства добавок также затруднительно из-за необходимости сушки и хранения большого количества биомассы.
Более перспективная технология крупнотоннажного производства недорогих лечебно-профилактических БАВ из клевера, люцерны и других трав - способ прямого отжима из них зеленого сока с последующим фракционированием, концентрированием и сушкой. Результаты научно-исследовательских работ и технико-экономические расчеты, проведенные в лаборатории мембранных технологий (ЛМТ) ВНИИПБТ, убедительно показали эффективность и перспективу переработки зеленого сока на основе МП (производимых на основе нанотехнологий) и позволили разработать сквозной аг-рарно-пищевой комплекс (САПК), блок-схема которого представлена на рисунке. Данный САПК основан на прямой стыковке аграрного (I) и пищевого (II) комплексов и рассчитан на производство как массовых, так и лечебно-прифилактических (функциональных) пищевых добавок.
Листостебельная масса трав сразу после скашивания через измельчитель 1 подается в шнековый пресс 2, где из нее отжимается так называемый зеленый сок со средней концентрацией сухих веществ (СВ) 8 %, с содержанием сырого протеина в зависимости от времени скашивания и вида травы от 35 до 45 %.
Из жома после сушки и тонкого измельчения производится пищевая клетчатка (ПК) зеленого цвета с повышенным содержанием ПВ > 75 %. Разработан способ ее обесцвечивания (с помощью Н2О2 или N800) и повышения содержания ПВ до 95 % за счет обработки кислотами и отмывки водой.
Жом без дополнительной обработки можно скармливать крупному рогатому скоту, направлять на силосование или высушивать с получением дефицитной кормовой травяной муки.
Зеленый сок концентрируется на мембранной ультрафильтрационной (УФ) установке 6 с получением пищевой белково-витаминной пасты (БВП) с содержанием сухих веществ 28-30 % и концентрацией протеина порядка 35-45 % на абсолютно сухое вещество (а. с. в.), а затем высу-
Сквозной аграрно-пищевой комплекс по производству пищевых добавок из биомассы трав: 1 - измельчитель; 2 - шнековый пресс; 3, 4 и 5 - сушилки; 6 и 7 - ультрафильтрационная (УФ) и нанофильтрационная (НФ) мембранные установки; 8 - вакуум-выпарка; 9 - биореактор; 10 -роторно-пульсационный аппарат
шивается в сушилке 4 с получением сухой пищевой белково-витаминной добавки (БВД).
БВП и БВД, содержащие хлоропла-стовую фракцию биомассы, можно отнести к биологически ценным БАД, так как в них имеется значительное количество высокомолекулярных белков (в том числе легкоус-ваиваемых растворимых) и витаминов.
Коричневый сок - УФ-пермеат (фильтрат, прошедший через УФ-мембрану) предварительно (порядка 5 раз по объему) концентрируется на обратноосмотической (ОО) или нанофильтрационной (НФ) мембранной установке 7 и затем глубоко (до содержания сухих веществ порядка 70 %) доконцентрируется на вакуум-выпарной установке 8 с получением пищевого флавоноидно-
витаминного ультраконцентрата (УК-ФВ), содержащего легкоусваи-ваемые низкомолекулярные белки, короткие полипептиды, аминокислоты, витамины, а главное флавонои-ды.
УК-ФВ, содержащий цитоплазма-тическую фракцию биомассы, практически не подвержен микробиологической порче вследствие высокой концентрации сухих веществ даже при хранении вне холодильников. По требованию потребителей его можно, за счет введения в комплекс сушилки 5, выпускать и в виде сухой порошкообразной добавки ФВД.
Ультраконцентрат УК-ФВ также можно высушивать и совместно с белково-витаминной пастой в сушилке 4. При этом БВД дополнительно обогащается ценными низко-
Содержание и состав БАВ в пермеатах зеленого сока трав в зависимости от типа и марки мембран
Образец зеленого сока трав Содержание в образце
СВ, % Растворимый белок, % а.с.в. Общие сахара, % а.с.в. Глюкоза, % а.с.в. Амин-ный азот, мг/%
Фильтрат 8,6 23,4 4,2 2,6 14,0
УФ-пермеат: - УПМ-10 7,5 4,7 3,2 2,1 0,8
- УПМ-20 8,2 7,0 3,47 2,2 1,0
- УПМ-50 8,4 8,6 3,81 2,3 1,2
- УПМ-200 8,5 9,1 3,87 2,4 2,4
НФ-пермеат ОПМН-П 0,8 1,5 1,6 0,8 0,5
ОО-пермеат Х1_Е 0,10,2 0,40,6 0,8 0,4 0,2
Примечания. Фильтрат получен на фильтр-картоне. Паспортный рейтинг (задерживаемая способность мембран по молекулярной массе) мембран УПМ-10, УПМ-20, УПМ-50 и УПМ-200 составляет 12,7; 17,0; 67,0 и 150 кДа соответственно. Паспортная селективность мембран: ОПМН-П - 55% по 0,15%-ному раствору №С!; мембран Х1_Е - 98% по №С!.
молекулярными БАВ и прежде всего - флавоноидами.
В комплекс целесообразно ввести также универсальный биореактор 9, также предназначенный и для производства БАВ, синтезируемых микроорганизмами, например, пищевого бактериоцина - низина, который служит эффективным консервантом (прежде всего молочных продуктов), а также средством для борьбы с картофельной болезнью хлеба.
Биореактор можно использовать и для биосинтеза кормовых и пекарских дрожжей, а также лизина [7].
В зависимости от выбранного метода утилизации ее пермеата (использование в биореакторе 9 или сбрасывание в водоемы) устанавливают НФ- или ОО-мембраны, позволяющие дочищать его до концентрации СВ от 0,8 до 0,1 % соответственно.
Экспериментальные данные ЛМТ ВНИИПБТ по содержанию и составу БАВ пермеатов УФ-, НФ- и ОО-мем-бран приведены в таблице.
Таким образом, за счет применения в установках 6 и 7 мембран различных типов и марок можно изменять физико-химический состав и количества получаемых добавок БВП и УК-ФВ.
Жидкие и порошкообразные функциональные добавки БВП, БВД, УК-ФВ, ФВД и ПК (ПВ) предназначены для обогащения белком и другими БАВ хлебобулочных, мучных кондитерских и мясных фаршевых изделий, плавленых сыров, йогурта. Повысить их усвояемость можно за счет дополнительной обработки протеазами.
В ЛМТ ВНИИПБТ по данной технологии в ЛМТ были наработаны и испытаны при производстве пшеничного, ржано-пшеничного и ржаного хлеба образцы добавок из клевера типа БВД и УК-ФВ. Пробные выпечки проводили в автоматической хлебопекарне Н1 -ТАН1 марки НВ -Е.
Установлены возможность и целесообразность использования этих добавок в зависимости от сорта хлеба в количестве 4-6 %. При большей дозировке наблюдали изменения цвета (зелено-коричневый оттенок) и аромата (выраженный медовый запах).
При наличии на незначительном расстоянии (до 20 км) сыродельного, молочного или пивоваренного завода зеленый сок можно эффективно перерабатывать совместно с молочной сывороткой и остаточными пивными дрожжами с получением дополнительного количества белка. При этом будет улучшаться и его сбалансированность по незаменимым аминокислотам и прежде всего по лизину.
Для обеспечения сырьем в теплое время года (май - октябрь) в местности, прилегающей к комплексу, подбираются травы, сроки их посева и скашивания, обеспечивающие непрерывный зеленый конвейер.
С целью обеспечения непрерывной работы в случае неурожая и других форс-мажорных обстоятельств, а главное в межсезонье (холодное время года) комплекс можно оснастить гибкой переналаживаемой (при минимальных затратах) структурой для производства другой продукции (с учетом наличия в данной местности иного растительного и вторичного сырья), например: инулина из топинамбура и цикория, а также подсластителя из стевии; переработки молочной сыворотки, пахты и обрата, а также отходов мясной промышленности и хвои; фруктовых и овощных соков; безспиртовых травяных бальзамов; натуральных красителей из свеклы, черной рябины, смородины и др.; вторичного сырья спиртовых (зерновой барды), пивоваренных (дробины и остаточных дрожжей), крахмалопаточных (картофельного сока, мезги, глютена, кукурузного экстракта) заводов.
Проведенная экономическая оценка показала, что средняя себестоимость каждой из трех добавок не превысит 6-7 руб/кг а.с.в., что значительно (в разы) ниже цены других белково-витаминных добавок, присутствующих в настоящее время на российском рынке.
Таким образом, предлагаемая технология переработки нового пище-
вого сырья - биомассы на пищевые функциональные (лечебно-профилактические) добавки с повышенным содержанием белка, флавонои-дов, витаминов и других БАВ позволит в кратчайшие сроки решить проблему их дефицита в продуктах питания массового спроса для населения РФ.
Данная технология основана на одних из самых современных МП, относящихся к нанотехнологиям, может стать основой создания практически во всех регионах РФ большого количества высокотехнологичных наукоемких производств и соответствующих рабочих мест. Полный комплект промышленного высокотехнологичного оборудования может производиться на отечественных машиностроительных заводах, а следовательно, загрузить их часто простаивающие мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудряшов, В.Л. Роль и эффективность мембранных процессов при модернизации пищевой про-мышленности/В.Л. Кудряшов//Пи-щевая промышленность. - 2012. -№ 10. - С. 14-18.
2. Попов, К.И. Пищевые нанотех-нологии/К.И. Попов, А.Н. Филиппов, С.А. Хуршудян//Ж. Рос. хим. об-ва им Д.И. Менделеева.-2009. - Т. ЫИ. - № 2. - С. 86-97.
3. Дума, С.Н. Роль антиоксидантов в коррекции психовегетативных, астенических и когнитивных наруше-ний/С.Н. Дума, Ю.И. Рагино//Труд-ный пациент - 2011. - № 4. - С. 2835.
4. Макарова, М.Н. Молекулярная биология флавоноидов (химия, биохимия, фармакология)/М.Н. Макарова, В.Г. Макаров. - СПб.: 2010. -428 с.
5. Имбс, Т.И. Оптимизация процесса экстракции фукоидана из бурой водоросли Еисиэ еуапезсепз/ Т.И. Имбс, В.И. Харламенко, Т.Н. Звягинцева//Химия растительного сырья. - 2012. - № 1. - С. 143-147.
6. Оптимизация процессов химической коагуляции белков из листо-стебельной биомассы зеленых рас-тений/Н.И. Пройдак [и др.]//шшш: сИет..1«1:и.ги>Ьи1:!егоу_сотт/уа!2/ сс1_а3/с1а1а/]сует... (Регистр.код 2 рс 013 от 5.10.2002 г.).
7. Римарева, Л.В. Микробная конверсия растительного сырья и вторичных сырьевых ресурсов АПК в высокоэффективный лизино-белко-вый препарат/Л.В. Римарева, М.Б. Оверченко, Н.И. Игнатова//Хране-ние и переработка сельхозсырья. -2008. - № 12. - С. 48-51.
