Разработка комплексной технологии получения растительного масла и белково-липидного концентрата из вторичного сырья переработки зерна риса
На правах рукописи
Никогда Вадим Олегович
Разработка комплексной технологии получения растительного масла и белково-липидного концентрата из вторичного сырья переработки зерна риса
Специальность 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный технологический университет»
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Мартовщук Валерий Иванович |
| Официальные оппоненты: | Быкова Светлана Федоровна доктор технических наук, профессор, Северо-Кавказский филиал Всероссийского научно-исследовательского Института жиров Россельхозакадемии, директор Багалий Татьяна Михайловна кандидат технических наук, испытательный центр масложировой продукции «Аналитик», зам. директора |
Ведущая организация: ГНУ «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии
Защита состоится 25 декабря 2012 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Автореферат разослан 24 ноября 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент М.В. Филенкова
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. Современные тенденции формирования состава пищевых продуктов направлены на восполнение дефицита основных жизненно необходимых нутриентов: витаминов и провитаминов, минеральных элементов и биологически активных ингредиентов, поскольку недостаток незаменимых биологически активных веществ в продуктах питания оказывает неблагоприятное влияние на здоровье человека.
Известно, что обеспеченность незаменимыми нутриентами может эффективно достигаться за счет дополнительного обогащения ими пищевых продуктов, а также использования биологически активных добавок к пище (БАД).
Состав и свойства биологически активных веществ определяют потребительские свойства БАД и зависят от используемых сырьевых источников, из которых приоритетом пользуется растительное сырье.
Учитывая значительные объемы производства и переработки риса на Кубани, особый интерес представляет вторичное сырье переработки зерна риса – рисовая мучка, которая может быть источником ряда физиологически и биологически функциональных компонентов, в том числе ценных растительного масла и белка.
В связи с этим, актуальна разработка комплексной технологии получения растительного масла и белково-липидного концентрата (БЛК) из вторичного сырья переработки зерна риса.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного сырья с применением физико-химических и биохимических методов» № Госрегистрации 01200956355.
1.2 Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка комплексной технологии получения растительного масла и белково-липидного концентрата из вторичного сырья переработки зерна риса – рисовой мучки.
1.3 Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- анализ литературных источников и патентной информации с целью обоснования актуальности темы исследования;
- обоснование выбора и характеристика объекта исследования;
- исследование влияния механохимической обработки на активность ферментной системы и технологические свойства рисовой мучки;
- разработка технологических режимов подготовки рисовой мучки к переработке;
- исследование влияния ультразвуковой обработки на эффективность экстракции водой компонентов рисовой мучки;
- разработка технологических режимов ультразвуковой обработки суспензии рисовой мучки в воде с последующим выделением трех фаз: белково-липидного комплекса, крахмалистой фазы и липидно-целлюлозного комплекса;
- изучение состава белково-липидного и липидно-целлюлозного комплексов;
- исследование влияния ИК-обработки липидно-целлюлозного комплекса на эффективность его подготовки к извлечению масла;
- разработка технологии и технологической схемы получения рисового масла и белково-липидного концентрата;
- изучение показателей качества и безопасности рисового масла и белково-липидного концентрата, полученных из рисовой мучки;
- разработка комплекта технической документации на производство рисового масла и белково-липидного концентрата из рисовой мучки;
- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических и технических решений.
1.4 Научная новизна. Обоснована целесообразность и эффективность использования вторичного сырья переработки зерна риса – рисовой мучки в качестве комплексного источника ценного рисового масла и белково-липидного концентрата, обладающих высокой пищевой ценностью.
Впервые выявлено положительное влияние механохимической обработки рисовой мучки на инактивацию ферментов липазы и липоксигеназы, а также на снижение степени насыщенности ее воздухом, что позволяет снизить интенсивность протекания нежелательных гидролитических и окислительных процессов липидов.
Впервые установлено положительное влияние ультразвуковой обработки суспензии рисовой мучки в воде на эффективность извлечения рисового масла и белково-липидного концентрата.
Новизна работы подтверждена 1 патентом РФ на изобретение и 1 решением о выдаче патента РФ на изобретение.
1.5 Практическая значимость. Разработаны комплексная инновационная технология и технологическая схема получения масла и белково-липидного концентрата из вторичного сырья переработки зерна риса – рисовой мучки.
Разработаны технологические режимы подготовки вторичного сырья – рисовой мучки к переработке с применением механохимической обработки и ультразвуковой обработки суспензии рисовой мучки в воде.
Разработан комплект технической документации на производство рисового масла и белково-липидного концентрата из рисовой мучки, включающий технологическую инструкцию и технические условия.
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология и технологическая схема рекомендованы к внедрению на ООО Агрообъединения «Нива» Красноармейского района в IV квартале 2012 года.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных технологических решений составит более 6044,0 тыс.руб. в год при переработке 1000 т рисовой мучки.
1.7 Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-методических семинарах кафедры технологии жиров, косметики и экспертизы товаров КубГТУ, г. Краснодар, 2009 – 2011 гг.; Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» КГТУ, г. Казань, 9-10 апреля 2007г.
1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 материал конференции, получен 1 патент РФ на изобретение и 1 решение о выдаче патента РФ на изобретение.
1.9 Структура и объем диссертационной работы.Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений.
Работа изложена на 102 страницах, содержит 14 таблиц и 12 рисунков. Список литературных источников включает 167 наименований.
2 Экспериментальная часть
2.1 Методы исследования. При проведении исследований показатели качества сырья и получаемых продуктов определяли по общепринятым стандартным методикам, а также с применением современных физико-химических методов анализа, в том числе хроматографических и спектральных.
Определение массовой доли липидов и их показателей качества осуществляли по общепринятым методикам. Содержание массовой доли азота определяли по методике Кьельдаля, аминокислотный состав белков устанавливали хроматографическим методом на автоматическом анализаторе, жирнокислотный состав липидов рисовой мучки и выделяемых из нее фракций липидно-белкового комплекса определяли методом газожидкостной хроматографии.
Для определения массовой доли углеводов использовали жидкостный хроматограф высокого давления в смеси ацитонитрил – вода.
Содержание макро- и микроэлементов определяли методом атомно-адсорбционной спектроскопии на анализаторе ААS – 1 фирмы Цейс (Германия), а также флуориметрическим и молибдено-ванадиевым методами.
Массовую долю витаминов устанавливали колориметрическими и титрометрическими методами.
Безопасность рисового масла и белково-липидного концентрата, получаемых из рисовой мучки, оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям.
Для установления оптимального соотношения рисовая мучка – вода использовали коэффициент поглощения ультразвука, определение которого основа на оценке взаимодействия ультразвуковых волн в исследуемом объекте на различных расстояниях от источниках мощностью 30 Вт и частотой ультразвуковых волн 1,0 МГц.
Для разработки основных технологических режимов и параметров комплексной технологии извлечения белково-липидного комплекса и липидов из рисовой мучки использовали разработанную нами лабораторную установку для обработки ультразвуком с частотой ультразвуковых волн 21,3 кГц и механохимический активатор, состоящий из 2-х конических шестерен, одна из которых установлена в статоре, а другая - в роторе, позволяющая изменять скорость обработки рисовой мучки в широком диапазоне частот от 1,0 до 2,2 кГц.
Схема УЗ лабораторной установки приведена на рисунке 1.
На рисунке 2 приведена структурная схема исследования.
2.2 Характеристика объекта исследования. В качестве объекта исследования использовали рисовую мучку, образующуюся в качестве вторичного сырья при шлифовании зерна риса на рисоперерабатывающих предприятиях Краснодарского края. Целесообразность выбора рисовой мучки объясняется, во-первых, большим объемом переработки зерна риса на Кубани, а, во-вторых, особенностями ее химического состава.
Химический состав рисовой мучки приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Усредненный химический состав рисовой мучки
| Наименование показателя | Значение показателя |
| Массовая доля,%: | |
| влаги | 11,3 |
| липидов | 16,7 |
| белков | 17,2 |
| углеводов, в том числе: | 46,3 |
| моно- и дисахаридов | 7,9 |
| крахмала | 30,8 |
| целлюлозы | 7,6 |
| золы | 8,5 |
Рисунок 2 – Структурная схема исследования
Из приведенных данных видно, что химический состав рисовой мучки представлен в основном липидами, белковыми и безазотисто-экстрактивными веществами, причем липиды и белковые вещества присутствуют в достаточном количестве – 16,7 и 17,2 %, соответственно.
Показатели качества рисового масла, извлеченного из исходной рисовой мучки, приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Показатели качества рисового масла из рисовой мучки
| Наименование показателя | Характеристика и значение показателя |
| Цвет | Коричнево-зеленый |
| Кислотное число, мгКОН/г | 8,7 |
| Перекисное число, ммоль активного кислорода/кг | 2,3 |
| Анизидиновое число | 3,0 |
| Число омыления, мг КОН/г | 188,5 |
| Массовая доля, %: | |
| фосфолипидов | 0,89 |
| восковых веществ | 2,90 |
Показано, что рисовое масло характеризуется высоким кислотным числом и большим содержанием восковых веществ.
Известно, что в основном физиологически ценные вещества сосредоточены в неомыляемой фракции липидов. Поэтому мы изучали состав неомыляемых липидов рисового масла (таблица 3).
Таблица 3 – Состав неомыляемых липидов рисового масла
| Наименование неомыляемых липидов | Содержание неомыляемых липидов |
| 1 | 2 |
| Массовая доля, %, в том числе: | |
| -ситостерола | 0,9 |
| -оризанола | 1,5 |
| сквалена | 0,4 |
| токоферолов | 0,2 |
Продолжение таблицы 3
| 1 | 2 |
| Массовая доля, мг%, в том числе: | |
| каротиноидов | 18,1 |
| хлорофиллов | 6,3 |
Установлено, что в состав неомыляемых липидов рисового масла входят такие физиологически ценные вещества, как – ситостерол, -оризанол, сквален, токоферолы и каротиноиды.
Изучение жирнокислотного состава липидов рисового масла показало, что в нем преобладают триацилглицерины с олеиновой и линолевой кислотами в равном количестве (около 39%).
Следует отметить, что в рисовой мучке содержится достаточно большое количество водорастворимых биологически активных веществ, а именно, витамины группы В (В1, В2, В6) и витамин РР.
В таблице 4 приведена характеристика активности ферментной системы и технологических свойств рисовой мучки.
Таблица 4 – Характеристика активности ферментной системы и технологических свойств рисовой мучки
| Наименование показателя | Значение показателя |
| Активность ферментной системы, в том числе: липазы, мл 0,1 н КОН/г липоксигеназы, ммоль активного кислорода/кг Объемная масса, кг/м3 Фракционный состав, %: сход с 1,5 мм сита сход с 1,0 мм сита проход через 1,0 мм сито | 9,3 3,0 0,42 8,6 60,9 30,5 |
Из приведенных в таблице 4 данных видно, что рисовая мучка имеет активную ферментную систему, обусловливающую протекание нежелательных гидролитических и окислительных процессов липидов при переработке, низкую объемную массу, свидетельствующую о высокой степени ее насыщенности воздухом, что приводит к снижению качества получаемых продуктов, а также недостаточную степень измельчения, характеризующуюся содержанием фракции «проход через 1,0 мм сито», что приводит к снижению эффективности переработки рисовой мучки.
Ранее в работах кафедры технологии жиров, косметики и экспертизы товаров ФГБОУ ВПО КубГТУ была показана эффективность применения механохимической обработки для измельчения растительного сырья, направляемого на переработку.
Учитывая это, изучали влияние режимов механохимической обработки на активность ферментов – липазы и липоксигеназы и на степень измельчения рисовой мучки с целью ее подготовки к переработке.
2.3 Исследование влияния механохимической обработки на активность ферментной системы и технологические свойства рисовой мучки. Обработку рисовой мучки осуществляли в механохимическом активаторе при температуре 22±2°С и частоте вращения ротора активатора в интервале от 50 до 110с-1, что соответствует интенсивности механохимической обработки от 1,0 до 2,2 кГц.
На рисунках 3 и 4 приведены данные по влиянию режимов механохимической обработки на степень измельчения и объемную массу рисовой мучки.
Рисунок 3 – Влияние механохимической обработки на степень измельчения рисовой мучки при частоте вращения ротора активатора:
1 – 50 с-1; 2 – 70 с-1;
3 – 90 с-1; 4 – 110 с-1
Рисунок 4 – Влияние механохимической обработки на объемную массу рисовой мучки при частоте вращения ротора
активатора:
1 – 50 с-1; 2 – 70 с-1;
3 – 90 с-1; 4 – 110 с-1
Из приведенных на рисунках 3 и 4 диаграмм видно, что обработка рисовой мучки в механохимическом активаторе (МХА) приводит к повышению степени ее измельчения, причем с увеличением интенсивности механохимической обработки, характеризующейся частотой вращения ротора активатора, с 60 с-1 до 90 с-1 эффект обработки увеличивается значительно. Кроме этого, наблюдается увеличение объемной массы рисовой мучки, что говорит о снижении степени ее насыщенности воздухом.
На рисунке 5 приведены данные по влиянию интенсивности механохимической обработки рисовой мучки на активность липазы и липоксигеназы.
Рисунок 5 – Влияние механохимической обработки рисовой мучки на активность ферментов: 1 - липазы; 2 - липоксигеназы
Установлено, что механохимическая обработка рисовой мучки способствует инактивации ферментов липазы и липоксигеназы, при этом с повышением частоты вращения ротора с 50 с-1 до 90 с-1 указанный эффект увеличивается.
Учитывая, что основной целью работы является не только получение высококачественного масла, но и белково-липидного концентрата, изучали влияние выявленных режимов механохимической обработки рисовой мучки на фракционный состав белков (таблица 5).
Таблица 5 – Влияние механохимической обработки рисовой мучки на фракционный состав белков
| Наименование фракций белка | Содержание фракций белка, % к общему содержанию белка | ||
| Исходная (до обработки) | Обработанная в МХА | ||
| Альбумины Глобулины Проламины Глютелины Нерастворимая в щелочи | 20,0 14,0 12,0 43,0 11,0 | 25,0 17,0 13,0 35,0 10,0 | |
Из приведенных данных видно, что механохимическая обработка рисовой мучки при частоте вращения ротора активатора 90с-1 приводит к увеличению содержания в белке альбуминов и глобулинов, что является важным с точки зрения биологической ценности белков, содержащихся в белково-липидном комплексе.
2.4 Влияние ультразвуковой обработки на эффективность экстракции водой компонентов рисовой мучки. Известно, что для извлечения белкового комплекса из растительного сырья используются вода и водные растворы щелочи. Однако, применение водных растворов щелочи приводит к значительному снижению качества белков, а применение воды, к сожалению, не позволяет в максимальной степени извлечь белковые вещества.
Одним из эффективных методов интенсификации процесса водной экстракции органических веществ из растительных материалов является ультразвуковое воздействие.
Уровень извлечения белково-липидного комплекса зависит от соотношения материал-вода.
Нами были проведены исследования по установлению эффективного соотношения рисовая мучка – вода при обработке ультразвуком.
В качестве критерия оценки использовали отношение коэффициентов поглощения ультразвука в белково-липидной и крахмалистой фазах, которое характеризует структурные изменения в обрабатываемой системе.
Данные по изменению отношения коэффициентов поглощения ультразвука в образующихся фазах в зависимости от соотношения рисовая мучка – вода приведены на рисунке 6.
Рисунок 6 – Изменение отношения коэффициентов поглощения ультразвука в фазах в зависимости от соотношения рисовая мучка : вода
коэффициент поглощения:
1 – в белково-липидной фазе;
2 – в крахмалистой фазе
Приведенные данные исследований показали эффективность действия УЗ на воду и наиболее оптимальное соотношение рисовая мучка: вода – 1:4, обеспечивающих достаточно полную степень разделения фаз из присутствующих в обрабатываемой системе химических компонентов.
Нами было установлено, что осуществление экстракции водой рисовой мучки при воздействии ультразвука на суспензию предварительно подготовленной в МХА рисовой мучки в воде при соотношении рисовая мучка : вода, равном 1 : 4, позволяет получить три фазы: верхняя фаза – жидкая – белково-липидный комплекс; средняя – жидкая – крахмалистая; нижняя – нерастворимая – липидно-целлюлозный комплекс. Ранее в наших работах было показано, что ультразвуковое воздействие при частоте 44,0 кГц и интенсивности ультразвука 1,0Вт/см2 в течении 5 минут при температуре 55°С приводит к повышению кислотных и перекисных чисел липидов, содержащихся в растительном сырье.
Учитывая это, нами проведены опыты по влиянию частоты и интенсивности ультразвукового воздействия на показатели окислительной порчи липидов, содержащихся в липидах белково-липидного и липидно-целлюлозного комплексов.
Для ультразвуковой обработки суспензии рисовой мучки в воде была выбрана промышленная частота ультразвука – 21,3 кГц, широко применяемая в медицине, являющаяся безопасной для здоровья. Интенсивность ультразвукового воздействия варьировали в интервале от 0,2 до 1,6 Вт/см2.
На рисунке 7 для примера приведены зависимости по влиянию интенсивности ультразвукового воздействия на показатели окислительной порчи липидов, содержащихся в липидно-целлюлозном комплексе.
| а) | б) |
| Рисунок 7 – Влияние интенсивности ультразвукового воздействия (в течение 5 минут при температуре 55 0С) на кислотное (а) и перекисное (б) числа липидов, содержащихся в липидно-целлюлозном комплексе, при частоте ультразвука: 1 – 21,3 кГц; 2 – 44,0 кГц | |
Из приведенных зависимостей можно сделать вывод, что наиболее эффективными режимами ультразвуковой обработки, обеспечивающими минимальные значения показателей окислительной порчи липидов, содержащихся в липидно-целлюлозном комплексе, являются: частота ультразвука – 21,3 кГц; интенсивность ультразвука – 0,6 Вт/см2. Аналогичные результаты получены и при изучении влияния интенсивности ультразвукового воздействия на показатели окислительной порчи липидов, содержащихся в белково-липидном комплексе.
Установлено, что при указанных режимах ультразвуковой обработки фракционный состав белков не изменяется.
В таблице 6 приведен состав белково-липидного и липидно-целлюлозного комплексов, полученных в результате ультразвуковой обработки суспензии рисовой мучки в воде с последующим разделением фаз методом отстаивания при температуре 55 0С в течение 60 минут.
Таблица 6 – Состав белково-липидного и липидно-целлюлозного комплексов
| Наименование показателя | Содержание, %, в пересчете на а.с.в. | |
| белково-липидный | липидно-целлюлозный | |
| Массовая доля, %: | ||
| липидов | 7,1 | 55,1 |
| белков | 81,3 | 11,3 |
| моно- и дисахаридов | 3,1 | 1,5 |
| крахмала | 3,0 | 2,7 |
| целлюлозы | 2,5 | 25,5 |
Из приведенных данных видно, что белково-липидный комплекс обогащен белками (более 80 %), а липидно-целлюлозный – липидами (более 55 %).
Для получения целевого продукта – белково-липидного концентрата выделенный белково-липидный комплекс сушили в распылительной сушилке при температуре 70-75°С и остаточном давлении 3,0–4,0 кПа до влажности не более 6 %.
На следующем этапе разрабатывали технологические режимы извлечения рисового масла из липидно-целлюлозного комплекса.
2.5 Разработка технологических режимов извлечения липидов из липидно-целлюлозного комплекса. Учитывая, что липидно-целлюлозный комплекс содержит до 80% влаги его предварительно сепарировали до содержания влаги 24-25%, а затем осуществляли термообработку ИК–лучами при длине волны 1,2 мкм в интервале температур 60–100°С до влажности 10 – 11 %, являющейся эффективной для проведения влаготепловой обработки материала, содержащего в составе крахмал, и направляемого на последующий процесс прессования.
Учитывая, что из липидно-целлюлозного комплекса будет извлекаться масло, определяли влияние температуры ИК-обработки на маслоудерживающую способность липидно-целлюлозного комплекса (рисунок 8).
Рисунок 8 - Влияние температуры ИК-обработки на маслоудерживающую способность липидно-целлюлозного комплекса: 1 – 60 0С;
2 – 70 0С; 3 – 80 0С;
4 – 90 0С; 5 – 100 0С
Из представленных данных видно, что ИК-обработка липидно-целлюлозного комплекса при температуре 90 0С приводит к максимальному снижению его маслоудерживающей способности (с 1,4 г масла/г до 0,8 г масла/ г), что очень важно для последующего процесса прессования с целью получения масла.
Установлено, что кислотное и перекисное числа липидов, содержащихся в комплексе, в результате его ИК-обработки при температуре 90 0С повышаются незначительно.
Для извлечения масла высушенный до влажности 10 – 11 % липидно-целлюлозный комплекс подвергали влаготепловой обработке при температуре 100 – 105 0С до достижения влажности липидно-целлюлозного комплекса 4 – 5 %, а затем подготовленный материал направляли на прессование при температуре 100 – 105 0С.
На следующем этапе разрабатывали комплексную технологическую схему получения рисового масла и белково-липидного концентрата.
2.6 Разработка комплексной технологической схемы получения рисового масла и белково-липидного концентрата из рисовой мучки. На основе экспериментальных данных разработана комплексная технология и технологическая схема получения рисового масла и белково-липидного концентрата, приведенная на рисунке 9.
Рисовая мучка из бункера (поз. 1) поступает в механохимический активатор (поз.2), в котором измельчается с целью снижения степени насыщенности ее кислородом воздуха и инактивации ферментов. Обработанная рисовая мучка поступает в шнек-увлажнитель (поз.3), где увлажняется водой, и подается на установку для обработки ультразвуком (поз. 4), оснащенную магнитоскриптором (поз.5), куда также дополнительно подается вода. Ультразвуковая установка (поз. 4) обеспечивает формирование трех фаз, разделение которых осуществляется в декантаторе (поз.6): верхняя фаза – белково-липидный комплекс, средняя – крахмалистая и нижняя – липидно-целлюлозный комплекс.
Верхняя фаза – белково-липидный комплекс шестеренчатым насосом (поз.7) подается на сушку в вакуум-сушильный аппарат (поз.8). Высушенный белково-липидный концентрат собирается в вакуум-приемнике (поз.9) и затем направляется на расфасовку.
Средняя фаза – крахмалистая из декантатора (поз.6) насосом (поз.7) направляется на дальнейшую переработку для получения сухого крахмала, модифицированного крахмала, глюкозы и др.
Нижняя фаза – липидно-целлюлозный комплекс с помощью шнека (поз.10) насосом (поз.11) подается в сепаратор (поз.12) для отделения воды, которая затем используется для увлажнения рисовой мучки в шнеке-увлажнителе (поз. 3).
Из сепаратора (поз. 12) липидно-целлюлозный комплекс с влажностью 20 – 25 % подается в ИК-сушилку (поз. 13), из которой направляется в жаровню (поз. 14), а затем на прессование (поз. 15). Из пресса (поз. 15) масло собирается в емкость (поз. 16).
Жмых из пресса собирается в бункере (поз. 17) и направляется на дальнейшую переработку для получения кормовой добавки.
В таблице 7 приведены технологические режимы получения рисового масла и белково-липидного концентрата.
Рисунок 9 – Технологическая схема получения рисового масла и белково-липидного концентрата из рисовой мучки:
1 – бункер для мучки; 7 – шестеренчатый насос; 13 – ИК-сушилка;
2- механохимический активатор; 8 – вакуум-сушильный аппарат; 14 – жаровня;
3 – увлажнитель; 9 – вакуум-приемник; 15 – пресс;
4 - установка для УЗ-обработки; 10 – шнек; 16 – емкость для масла;
5 - магнитоскриптор; 11 – насос; 17 – бункер для жмыха
6 – декантатор; 12 – сепаратор;
Таблица 7 – Технологические режимы получения рисового масла и белково-липидного концентрата
| Наименование технологической стадии и технологического режима | Значение технологического режима |
| 1 | 2 |
| 1 Подготовка рисовой мучки к переработке: | |
| обработка рисовой мучки | механохимическая |
| частота вращения ротора МХА, с-1 | 90 |
| температура, °С | 22 – 25 |
| продолжительность, с | 3 – 5 |
| 2 Подготовка суспензии рисовая мучка – вода: | |
| обработка суспензии | ультразвуковая |
| частота ультразвуковых волн, кГц | 21,3 |
| интенсивность ультразвука, Вт/см2 | 0,6 |
| соотношение рисовая мучка – вода | 1:4 |
| температура, °С | 50-55 |
| продолжительность обработки, мин | 5 |
| 3 Разделение суспензии отстаиванием на верхнюю, среднюю и нижнюю фазы: | |
| температура, °С | 50-55 |
| продолжительность отстаивания, мин | 60 |
| 4 Сушка верхней фазы – белково-липидного комплекса с получением белково-липидного концентрата: | |
| температура, °С | 70 – 75 |
| остаточное давление, кПа | 3,0 |
| 5 Подготовка липидно-целлюлозного комплекса к извлечению масла: | |
| 5.1 сепарирование для отделения воды: | |
| температура, °С | 50 – 55 |
| 5.2 термообработка ИК-лучами: | |
| температура, °С | 90 – 95 |
| продолжительность, мин | 6 – 8 |
| длина волны, мкм | 1,2 |
Продолжение таблицы 7
| 1 | 2 |
| 5.3 влаготепловая обработка: | |
| температура начальная, °С | 85 – 90 |
| влажность, % | 10 – 11 |
| температура конечная, 0С | 100 – 105 |
| 6 Прессование: | |
| температура, °С | 100 – 105 |
| влажность материала, подаваемого на пресс, % | 4 – 5 |
По разработанным технологическим режимам были выработаны опытные партии белково-липидного концентрата и рисового масла в условиях ООО Агрообъединения «Нива» Красноармейского района.
2.7 Изучение показателей качества и состава белково-липидного концентрата и рисового масла. Полученный по разработанным технологическим режимам белково-липидный концентрат оценивали по органолептическим и физико-химическим показателям (таблица 8).
Таблица 8 – Органолептические и физико-химические показатели белково-липидного концентрата
| Наименование показателя | Характеристика и значение показателя |
| 1 | 2 |
| Внешний вид | Порошок |
| Цвет | Светло-желтый |
| Запах | Свойственный рисовой муке, без посторонних запахов |
| Вкус | Свойственный рисовой муке, без посторонних привкусов |
| Массовая доля, %: | |
| влаги | 4,0 – 6,0 |
| липидов | 6,7 – 6,8 |
| белков | 76,4 – 78,0 |
| безазотисто-экстрактивных веществ | 5,1 – 5,3 |
| Продолжение таблицы 8 | |
| 1 | 2 |
| Показатели окислительной порчи липидов, выделенных из концентрата: | |
| кислотное число, мг КОН/г | 1,30 – 1,50 |
| перекисное число, ммоль активного кислорода/кг | 1,10 – 1,50 |
| Массовая доля биологически активных веществ, мг/100 г: тиамин (В1) рибофлавин (В2) ниацин (РР) пиридоксин (В6) | 1,0 – 1,2 0,7 – 0,9 30,1 – 30,7 1,9 – 2,1 |
| Выход, % к массе исходного сырья | 19,2 – 20,1 |
Проведенные исследования позволили сделать вывод, что белково-липидный концентрат имеет высокие органолептические и физико-химические показатели, а по показателям окислительной порчи соответствует требованиям СанПиН.
В таблице 9 приведены показатели качества полученного по разработанной технологии рисового масла.
Таблица 9 – Показатели качества рисового масла
| Наименование показателя | Характеристика и значение показателя |
| 1 | 2 |
| Цвет | Желто-коричневый |
| Запах | Свойственный рисовому маслу, без посторонних запахов |
| Вкус | Свойственный рисовому маслу, без постороннего привкуса |
| Кислотное число, мгКОН/г | 1,30 – 1,45 |
| Перекисное число, ммоль активного кислорода/кг | 1,20 – 1,60 |
| Продолжение таблицы 9 | |
| 1 | 2 |
| Массовая доля, %: | |
| влаги | 0,15 – 0,20 |
| фосфолипидов | 0,38 – 0,44 |
| восковых веществ | 0,31 – 0,51 |
| токоферолов | 0,072 – 0,081 |
| -оризанола | 1,27-1,34 |
| сквалена | 0,25-0,31 |
| Выход рисового масла, % к массе исходного сырья | 10,5 – 11,5 |
Из приведенных данных видно, что разработанная комплексная технология позволяет получить рисовое масло высокого качества. Кроме этого, присутствие в масле фосфолипидов, токофелоров, оризанола и сквалена обеспечивает его высокую пищевую ценность. Полученные данные, характеризующие показатели качества рисового масла, позволяют рекомендовать его для пищевых целей.
Выводы
На основании выполненных исследований разработаны комплексная технология и технологическая схема получения рисового масла и белково-липидного концентрата из вторичного сырья переработки зерна риса – рисовой мучки, обладающих высокой пищевой ценностью.
1. Экспериментально обоснована целесообразность и эффективность использования рисовой мучки, являющейся вторичным сырьем переработки зерна риса и содержащей комплекс физиологически активных веществ, в качестве источника белково-липидного концентрата и ценного растительного масла.
2. Механохимическая обработка рисовой мучки при температуре 25 0С и частоте вращения ротора механохимического активатора 90 с-1 позволяет значительно снизить активность ферментов липазы и липоксигеназы, а также снизить насыщенность рисовой мучки воздухом.
3. Для установления основных технологических режимов и параметров комплексной технологии извлечения белково-липидного комплекса и рисового масла из вторичного сырья зерна риса разработана лабораторная установка для обработки ультразвуком с частотой ультразвуковых волн 21,3 кГц и интенсивностью ультразвука от 0,2 до 1,6 Вт/см2.
4. Ультразвуковая обработка суспензии рисовой мучки в воде в течение 5 минут при температуре 55 0С, частоте ультразвуковых волн 21 кГц и интенсивности ультразвука 0,6 Вт/см2 позволяет получить при последующем отстаивании три фазы: белково-липидный комплекс, максимально обогащенный белками, крахмалистую фазу и липидно-целлюлозный комплекс, максимально обогащенный липидами.
5. Ультразвуковая обработка суспензии рисовой мучки в воде в течение 5 минут при температуре 55 0С, частоте ультразвуковых волн 21 кГц и интенсивности ультразвука 0,6 Вт/см2 позволяет обеспечить максимальное снижение кислотного и перекисного чисел липидов, содержащихся, как в липидно-целлюлозном, так и в белково-липидном комплексах.
6. ИК-обработка липидно-целлюлозного комплекса при длине волны 1,2 мкм при температуре 90 0С позволяет получить материал, направляемый на влаготепловую обработку и прессование, с требуемой влажностью, низкой маслоудерживающей способностью и низкими значениями кислотного и перекисного чисел липидов.
7. Разработаны технологические режимы и комплексная технологическая схема получения рисового масла и белково-липидного концентрата из рисовой мучки. Рисовое масло и белково-липидный концентрат, полученные по разработанным технологическим режимам, содержат комплекс физиологически активных веществ и обладают высокой пищевой ценностью.
8. Разработанная технология и технологическая схема рекомендованы к внедрению на ООО Агрообъединения «Нива» Красноармейского района в IV квартале 2012 года.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных технологических и технических решений составит 6044,0 тыс. руб. при переработке 1000 т рисовой мучки.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Никогда В.О. Эффективная рафинации растительных масел / Никогда В.О., Березовская О.М., Гюлушанян А.П., Большакова Л.Н., Заболотний А.В. // Материалы всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» КГТУ, г.Казань, 9-10 апреля 2007 г., С.93-94.
2. Никогда В.О. Повышение устойчивости рафинированных растительных масел к окислению [Текст] / Никогда В.О., Мартовщук В.И., Мартовщук Е.В., Березовская О.М., Заболотний А.В. / Новые технологии. – Майкоп: изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2009. – выпуск 4.- С.23-25.
3. Никогда В.О. Извлечение липидов из низкомасличного растительного сырья с применением ультразвука [Текст] / Никогда В.О., Мартовщук В.И., Заболотний А.В., Болдинская А.В., Мартовщук Е.В. / Новые технологии. – Майкоп: изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. – выпуск 1.- С.17-19.
4. Никогда О.В. Ультразвуковой метод оценки эффективности извлечения липидов из низкомасличного сырья [Текст] / Никогда В.О., Мартовщук В.И., Болдинская А.В., Багров А.А., Мартовщук Е.В. / Новые технологии. – Майкоп: изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. – выпуск 2.- С.43-45.
5. Никогда В.О. Способ получения растительного масла из маслосодержащего сырья /Патент РФ №2430963 по заявке №2010118204. Опублик. 10.10.2011., Бюл.№28 / Никогда В.О., Мартовщук В.И., Мартовщук Е.В., Гюлушанян А.П. и др.
6. Никогда В.О. Способ получения белково-липидного концентрата из маслосодержащего сырья / Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010118203. Дата подачи заявки 05.05.2010 / Никогда В.О., Мартовщук В.И., Мартовщук Е.В., Гюлушанян А.П. и др.
