Комплексная переработка пшеницы с получением биологически активных продуктов

Реальная возможность более эффективного использования зерна представляется при условии полной переработки всех продуктов мукомольных производств.

Анализ данных состава зерна и его отходов при помоле по био­химическому, витаминному комплексу и ферментативной активнос­ти, приведенных в табл.1 и табл. 2, показывает, что многое из ценного, что дает нам природа в виде зерна, мы отбрасываем в отруби.

Уже более 100 лет ученые, занимающиеся переработкой зерна и вопросами рационального питания, говорят о высокой биологи­ческой и пищевой ценности всех частей зерна и о пренебрежении людей своим здоровьем, когда исключаются из рациона питания т.н. побочные продукты мукомольных производств, о необходимости пересмотреть существующую концепцию зернопереработки. По этому поводу опубликованы тысячи работ в различных странах мира. Многие советские ученые: Я.Н.Куприц., Г.А.Егоров, М.Е. Гинзбург, Е.Д.Козаков, Л.А.Трисвятский и др. - ставили задачу обогащения продуктов питания, в том числе муки с помощью пе­реноса в нее частиц семенной оболочки, алейронового слоя и зародыша.

Однако, в условиях отсутствия промышленной технологии комплексной переработки зерна пшеницы (и прежде всего зародыша, как наибо­лее ценной его части), которая обеспечила бы сохранность био­химического, витаминного и ферментного состава, все эти попытки будут просто фиксацией нерационального использования людьми того, что дает им природа. Существующие методы перера­ботки, отличаясь гидротермальным и химическим воздействием, наличием остаточных растворителей, как правило, обусловливают столь значительные изменения биохимического состава исходного сырья, что сводят на нет всю питательную и медицинскую цен­ность получаемых продуктов.

В связи с этим основная цель нашей работы заключалась в разработке технологии переработки зародышей пшеницы при мини­мальном воздействии на биохимический состав исходного сырья.

Выбор этого направления определяется также тем, что многие мелькомбинаты оснащены оборудованием фирмы “Бюллер”, в техноло­гической схеме которого предусмотрено выделение зародыша как одного из ценных продуктов переработки зерна.

В настоящее время зародыш практически полностью обезличи­вают в отруби.

При разработке новой технологии предварительно были опробованы практически все существующие методы: экстракция ор­ганическими растворителями, экстракция жидким углекислым газом, статическое и проходное прессование.

Из оценки данных методов по комплексу параметров (качество, себестоимость продукции, производительность, безопасность и экологичность производства, а также наличие отечественного аппа­ратурного оформления) был выбран метод проходного прессования.

Известно, что на изменение биохимического состава исход­ного сырья сильно влияет предварительная обработка материала. Как правило, это связано с изменениями, происходящими в про­цессе сушки.

При исследовании влияния сушки на качество зародышей пше­ницы методом инфракрасной спектроскопии было показано, что вла­га в зародыше присутствует в трех формах: адсорбционной, гидративной и химически связанной (по типу хелатной связи).

Оценка биохимического состава зародыша при сушке показала, что при 120⁰С денатурация белковой составляющей на 70% происходит в течение 20-30 мин, ниже 80⁰С денатурация белка практически не наблюдается. Расщепление витаминной составляющей зародыша пшеницы ощу­тимо уже при повышении температуры сушки выше 100⁰С.

Таким образом, для сохранения биохимического и витаминного состава зародышей пшеницы и содержащегося в них масла необходи­мо так вести технологический процесс переработки, чтобы тем­пература на любой стадии не превышала 70⁰С при минимальном времени пребывания продукта в зонах температурного воздействия.

Именно наличие в зародыше адсорбционной влаги обуславли­вает изменения его биохимического и витаминного состава и ход процесса прессования.

С учетом исследований был разработан технологический процесс сушки зародышей пшеницы, позволяющий удалять адсорбционную воду при температурах не выше 70?С за время менее 10 мин с последующим резким охлаждением. Прессование зародышей пшеницы зависит от реоло­гических характеристик материала. С достаточной степенью достоверности данный продукт можно представить, как гомоген­ную пластифицированную систему в неустойчивом равновесии, где в качестве пластификатора выступают вода в гидративной форме и масло зародышей пшеницы. При этом пластификация сис­темы наступает в относительно узком диапазоне температур и давления. На базе полученных данных модернизирован серийно выпускаемый пресс ПШМ-250, позволяющий осуществлять прессо­вание зародышей пшеницы с отделением масла при температурах 60...70⁰С, давлении 100-150 атм и времени пребывания в прес­се не более 5 мин.

Технологическая схема переработки зародышей пшеницы состоит из следующих стадий:

1. Сушка.

2. Первое прессование.

3. Второе прессование.

4. Фильтрация.

5. Измельчение жмыха с получением муки.

Показано, что липидный состав зародышей пшеницы и масла зародышей пшеницы во многом зависит от способа переработки. Методом тонкослойной хроматографии проанализированы образцы масла из зародышей пшеницы, полученные новым методом холод­ного прессования. Одновременно для сравнения был проведен анализ образцов масла, полученного экстракцией гексаном при комнатной температуре, т.е. с наименьшим воздействием на ис­ходный состав. Результаты анализов приведены в табл.3.

Как видно из табл.3, биохимический состав масел, полу­ченных разными методами, в основном идентичен. Наряду с этим в составе масла, полученного прессованием, содержится больше глико- и фосфолипидов, восков, стеринов, экстракцией же в большей степени извлекаются моно- и диглицериды, свободные жирные кислоты, углеводороды. Для определения жирнокислотного состава масло предварительно было подвергнуто щелочно­му гидролизу, а затем свободные жирные кислоты были пере­ведены в газообразную форму и проанализированы методом га­зовой хроматографии.

Результаты анализа приведены ниже.

По классификации растительных жиров масло из зародышей пшеницы относится к макообразновысыхающим линоленовым маслам.

Пищевая ценность масла обусловлена высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот (витамин F), имеющих большое значение для жизнедеятельности человеческого организма.

Физиологическое действие сильнее у линолевой кислоты, превра­щающейся в арахидоновую - важнейший элемент липидного обмена в организме.

Этому превращению содействуют присутствующие в масле из зародышей пшеницы витамины группы В и Е. Высокое содержание витаминов - особое достоинство этого масла. Следует отметить, что масло из зародышей пшеницы содержит максимальное количест­во витамина Е из всех известных растительных масел. При этом в нем преобладают наиболее активные формы токоферолов.

Ниже представлено содержание витаминов в различных об­разцах масла из зародышей пшеницы, полученного разработанным методом.

Витаминный состав масла определяется в основном качеством исходного зерна. Для твердых сортов пшеницы витаминный состав характеризуется высшими показателями.

Мука из зародышей пшеницы, образующаяся после извлечения масла методом холодного прессования, сохраняет практически полностью биологически активные вещества исходных зародышей.

При этом усвояемость этих веществ в организме намного вы­ше, чем исходного зародыша, так как, в результате сдвиговой деформации при высоких давлениях, в зародыше пшеницы эти активные и биологически ценные продукты находятся в более доступной для организма форме.

Основные вещества, составляющие товарную ценность муки из зародышей пшеницы, представлены ниже:

В муке из зародышей пшеницы преобладают альбумин, но имеется также и гиобулин. Аминокислотный состав белка мука из пшеничных зародышей представлен ниже.

По химической природе, составу и пищевой ценности бел­ки муки пшеничного зародыша сравнимы по своим свойствам с физиологически активными белками животного происхождения, например белками сухого молока, куриных яиц, казеина, суше­ного говяжьего мяса. В белке преобладают (до 70%) хорошо усвояемые водо- и солерастворимые фракции. Около 40% массы муки из зародыша пшеницы приходится на углеводы. Основное количество составляют сахара в виде сахарозы - 16,5%, раф­финозы - 4,0%, в небольшом количестве присутствуют манноза и мальтоза.

В муке сосредоточено аномальное высокое количество пентозанов (до 10%), которые входят в состав многих рибонуклеиновых кислот, коферментов. При этом особенно важна фуразановая форма, входящая в состав дизоксирибонуклеиновой кислоты. Пентозаны рекомендуют включать в диетические продукты питания.

В процессе отбора зародыша в него попадают семенные и плодовые оболочки, которые обусловливают наличие в муке клетчатки (до 4%). Клетчатка организмом человека не усваи­вается. Несмотря на нулевую питательность, грубые и волок­нистые продукты, к которым относится клетчатка, рекомендуют включать в небольших количествах в рацион питания, так как они оказывают благотворное влияние на работу толстого ки­шечника.

Ниже приведено среднее по трем образцам содержание витаминов в муке зародышей пшеницы.

В состав муки пшеничных зародышей кроме органических ве­ществ входят и минеральные. Их содержание было определено по зольному остатку. Всего обнаружен 21 элемент, много фосфора (230 мг на 100 г) и кальция (1 г на 100 г). Заслуживает вни­мание содержание таких микроэлементов, как магний (250 мг на 100 г) и калий (900 мг на 100 г). Особо следует отметить аномально низкое содержание натрия (60 мг на 100 г), что позволяет рекомендовать включать эти продукты в диету больных, страдающих склерозом и гипертонией.

Таким образом, разработанная технология переработки зародышей пшеницы позволяет полностью сохранить все био­логически ценные вещества, присутствующие в побочных продуктах переработки пше­ницы, и дает возможность получить два вида биологически активной пищевой добавки, зарегистрированной Минздравом РФ:

- масло зародышей пшеницы ТУ-9141-010-18062042-96

- “Витазар” - мука зародышей пшеницы пищевого назначения ТУ-9295-014-18062042-96.

С участием специализированных организаций были прове­дены широкомасштабные исследования по использованию полу­чаемых продуктов в медицине, пищевой и комбикормовой про­мышленности.

В настоящее время проведены и проводятся работы по примене­нию масла зародышей пшеницы:

- в Московском городском ожоговом центре НИИ скорой помощи им. Склифосовского по лечению ожоговых ран. Получены резуль­таты, которые свидетельствуют о безопасности и эффективности масла за­родышей пшеницы в местном лечении ожоговых ран II-III степени и перспективах его использования не только в специализирован­ных отделениях, но и в поликлинической сети;

- на базе поликлиники № 230 Зеленоградского округа г.Москвы проведено изучение влияния масла зародышей пшеницы на состоя­ние больных сахарным диабетом с диабетической ретинопатией. По­лученные структуры глаза и зрительной функции говорят и о перспективах использования масла для профилактики диабетической глазной слепоты. По сравнению с японским препаратом “Бионормолайзер” масло зародышей пшеницы показало большую эффективность;

- в Государственном предприятии центральный научно-исследова­тельский институт гастроэнтерологии (ГПЦНИИГЭ) были проведены исследо­вание по действию масла зародышей пшеницы на заживление экспе­риментальной язвы желудка. Показано, что заживление происходит при введении масла зародышей пшеницы достоверно лучше, чем при введении растительного масла. Причем масло зародышей пшеницы не только в 2 раза ускоряет заживление, но и повышает степень дифференцирования новообразованной слизистой оболочки;

- большой комплекс работ по использованию масла зародышей пшеницы в клинике внутренних болезней, прежде всего для лечения людей, страдающих профзаболеваниями (хроническая интоксикация, вибрационная болезнь и т.д) и профилактике людей, проживающих в неблагоприятных экологических усло­виях, был проведен рядом медицинских учреждений г. Ново­сибирска под общим руководством Новосибирской государ­ственной медицинской академии. Была показана высокая эффективность использования масла зародышей пшеницы, в частности в сравнении с масляным раствором синтетичес­кого ацетаттокоферола. Было показано, что препараты из зародышей пшеницы отвечают требованиям основных, пато­генетически обоснованных, способов коррекции универсаль­ных механизмов формирования эндоксикоза и “окислительного” стресса при эколого-обусловленных патологиях и мо­гут быть использованы с профилактической и лечебной целями в различных областях медицины. По результатам исследований выпущено методическое руководство для врачей;

- в ряде городов России (гг. Москва, Новосибирск, Мурманск) масло зародышей пшеницы нашло успешное применение в ка­честве природного средства лечения бесплодия женщин, уменьшение вероятности выкидыша, увеличения срока лактации при кормлении ребенка.

Наряду с медицинскими аспектами, масло зародышей пше­ницы находит широкое применение в качестве компонента косметических средств. Рядом косметических фирм разработано и выпускается более 30 видов элитной косметической продукции (кремы, бальзамы, кондиционеры, шампуни и т.д.).

Ряд специализированных организаций приступили к проведению работ по использованию масла зародышей пшеницы в качестве при­родного антиоксиданта и витаминизирующей добавки различных пи­щевых продуктов.

Это направление является основой широкомасштабного исполь­зования масла зародышей пшеницы и оно преследует две цели - это продление сроков хранения пищевых продуктов и витаминиза­ция продуктов питания.

Предварительные результаты по введению масла зародышей пше­ницы в сливочное масло, майонезы, кондитерские и хлебобулочные изделия подтверждают высокую эффективность и перспективность этого направления.

В результате комплекса работ, проведенных рядом специализиро­ванных организаций были разработаны следующие направления использования муки “Витазар”.

В комбикормовой промышленности:

1. Всероссийским НИИ прудового хозяйства, в результате научно-экспериментальных работ в течение 1988-1998 г.г. по кормлению радужной форели кормами на основе “Витазара”, разработана серия рецептов сухих гранулированных кормов для молоди и товарной форели.

Показана высокая продуктивная эффективность разработан­ных кормов особенно для воспроизведения молоди. Корма прошли промышленное опробование во многих рыбоводческих хозяйствах России, где они показали высокую эффективность не только для от­корма форели, но и для откорма осетровых, угря и т.д. (г.г. Астрахань, Мурманск, Белгород, Тверь). По данным ВНИИПХ объем потребления “Витазара” для кормов ценных пород рыб может составить около 5 тыс. тонн в год.

2. Базовым центром служебного собаководства при УВД Новоси­бирской области показана высокая эффективность использования “Витазара” при кормлении собак.

3. Пушкинским зверосовхозом “Родники” Московской области в течение 1999-2060 гг. проводятся крупномасштабные испытания по использованию “Витазара” при кормлении пушных зверей. Первый этап проверки “Витазара” при кормлении пушных зверей, связанных с щенением завершился успешно, отмечено увеличение количества щенков от одной матки.

В продуктах питания:

1. Всероссийским НИИ “Синтезбелок” разработана начинка для мучных изделий на основе “Витазара”.

2. Среднекалорийные майонезы с использованием в качестве на­полнителя муки зародышей пшеницы были разработаны в Государ­ственном заочном институте пищевой промышленности.

3. Работы по использованию пшеничной зародышевой муки в детском питании проведены в Алтайском государствен­ном техническом университете им.И.И.Ползунова.

4. Московскими кондитерскими фабриками “Рот Фронт” и “Красный Октябрь” разработаны рецепты и выпущены опыт­ные партии кондитерских изделий с использованием “Витазара”.

5. Большой комплекс работ проводится рядом специализи­рованных организаций по использованию “Витазара” в изготовлении хлебобулочных изделий.

Вишняков А.Б., доктор технических наук

Власов В.Н., кандидат технических наук

ООО “Пулат”

Новицкий О.А., кандидат технических наук, профессор

Институт перерабатывающей промышленности

Бабенко П.П., член-корреспондент МАЭН

НПКФ “Декос”

Российская Федерация