3Д-структурирование — инновационный способ производства
«Партнер-М» — динамично развивающееся на протяжении более 10 лет предприятие, в настоящее время производящее около 20 тыс. тонн/год пищевых ингредиентов, к 2017 году мощность предприятия вырастет вдвое. Мы производим ингредиенты не только пищевой, но и кормовой направленности.
Компания имеет деловых партнеров в разных странах мира, поставляя продукцию не только во все регионы России, но и во Францию, Германию, Польшу, Чехию, страны Балтии и СНГ. Рынку предлагается широкий ассортимент продуктов и ингредиентов из сои, гороха, пшеницы, а также животные белки. Для ряда потребителей мы производим также функциональные и вкусо-ароматические бленды. «Партнер-М» постоянно совершенствует имеющиеся продукты и разрабатывает новые, ориентируясь на требования потребителей, одним из которых является животноводческая отрасль.
Возрастающий интерес к производству продуктов и ингредиентов для их использования в пищевой и кормовой промышленности обусловлен, прежде всего, ростом численности конечных потребителей. Согласно прогнозам, к 2050 году население планеты достигнет более 9 млрд. человек, что на 34% больше, чем сегодня, и это потребует увеличения объема производства продовольствия до 3 млрд. тонн против 2,1 млрд. сегодня. Что касается кормовой продукции, животноводство в России поддерживается Государственной программой развития сельского хозяйства и это предполагает рост численности поголовья скота и птицы. Нельзя забывать и о принятой стратегии развития аквакультуры, также нуждающейся в полноценных кормах.
Белок — основой компонент питания, как человека, так и сельскохозяйственных животных. В настоящее время растет интерес к растительным белкам, что связано с большим выходом белка с единицы площади, экономическими преимуществами производства и применения. Среди растительных белков особо выделяются белки бобовых – как благодаря их высокому выходу, так и аминокислотному составу, приближенному к животному белку. На 2015 год в России было собрано более 5 млн. тонн бобовых, из которых большая часть приходится на сою и горох.
Наиболее широко используемым ингредиентом на основе сои, используемым в качестве белкового обогатителя, является соевый шрот, применяемый, к примеру, в птицеводстве и свиноводстве. Усвояемость аминокислот соевого шрота находится на уровне 85-90% при содержании белка в нем ниже 48%, причем по содержанию таких лимитирующих аминокислот, как лизин и триптофан белок сои выгодно отличается от злаковых.
Современная индустрия производства соевых продуктов предлагает также более высокобелковые продукты, такие как мука с содержанием сырого протеина около 50%, концентрированные белковые продукты – концентраты и изоляты, а также гидролизованные белковые продукты – растительные пептидов с содержанием белка от 50 до 90%, в качестве основы для получения которых используют обезжиренный гексаном соевый лепесток.
Высокобелковые продукты получают либо экстракцией подготовленных семян или бобов и переведением белков в раствор с последующим их осаждением и очисткой, либо переводом белков в нерастворимое состояние с сопутствующей экстракцией примесных компонентов. Практическая реализация этих способов сопряжена с рядом трудностей как технологического, так и экономического плана. К группе технологических трудностей следует отнести заметное влияние гранулометрии исходного сырья на эффективность процесса, низкую эффективность экстракции, необходимость использования высоких гидромодулей экстрагентов, что приводит к увеличению затрат на очистные сооружения и усложнению технологических линий в целом. Вследствие использования химических агентов и органических растворителей к предприятиям предъявляются повышенные требования по обеспечению мер безопасности. Из-за причин экономического плана реализация таких производств рентабельна лишь в крупнотоннажных масштабах.
Для решения этих проблем мы предлагаем уникальный метод предобработки исходного сырья, заключающийся в воздействии на него термобаромеханическим способом с получением 3Д-структурированных продуктов, что позволяет интенсифицировать протекание биотехнологических процессов. Прежде всего, изменение объемной структуры сырья оказывает положительное влияние на экстракционные и ферментативные процессы. 3Д-структурирование – это превращение источников сырья в высокопористые продукты с развитой поверхностью, и реализация данного подхода позволяет говорить о «3Д-экстракции» – мы обеспечиваем доступ к элементам структуры продукта независимо от его реального геометрического размера.
Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными. Во-первых, технологии с использованием 3Д-структурированного сырья могут быть полностью «зелеными», так как при их реализации можно избежать использования химических агентов. Это приводит к упрощению требований к оборудованию и снижению затрат на мероприятия по обеспечению безопасности. Кроме того, такая технология может быть реализована и на малых предприятиях. Во-вторых, уникальные характеристики 3Д-продуктов позволяют снизить гидромодуль экстрагента, так как модификация структуры исходного сырья обеспечивает высокие показатели эффективности экстракции. Снижение гидромодуля позволяет использовать более простое, дешевое и небольшое оборудование, сократить затраты на производство конечного продукта и на очистные мероприятия. В-третьих, при использовании 3Д-продуктов размер частиц исходного сырья не влияет на эффективность процесса, что позволяет использовать, например, прессовое оборудование вместо дорогих центрифуг.
Рассмотрим использование 3Д-гранул в экстракционных процессах. Традиционный способ получения концентрата растительного белка предполагает обработку сырья кислотой, горячей водой или этиловым спиртом при гидромодулях не ниже 15:1, что подразумевает жесткие условия, «химические» принципы технологии и существенные затраты на сушку и очистные мероприятия. Мы предлагаем «перевернуть» процесс – перевести максимальное количество имеющихся в сырье белков в единую трехмерную сетчатую структуру, а затем экстрагировать примеси обычной водой при рН 6,5-7,0 – то есть максимально «зеленым» способом при использовании низких гидромодулей. Это позволяет получить два продукта: концентрат белка сои с содержанием сырого протеина до 80% и отличными показателями перевариваемости и раствор низкомолекулярных веществ, который является источником дополнительных ценных компонентов. Например, при культивировании дрожжей его небольшая добавка является стимулятором роста и накопления биомассы, а также выступает в роли источника для получения изофлавоноидов.
Использование 3Д-структурированного сырья при экстракции водой при нейтральном значении рН позволяет получить концентрат растительного белка с содержанием сырого протеина до 80%, сократить время экстракции до 20-30 минут, а гидромодуль – до 5:1, как на традиционно обезжиренном исходном сырье, так и из бобов, подвергнутых прессовой обработке. Учитывая тот факт, что экстракция проводится из гранулированного сырья, нет необходимости использовать для отделения экстрактов центрифуги – их можно заменить более дешевым прессовым оборудованием. Вследствие снижения гидромодуля оборудование также имеет меньший размер, а получение конечных продуктов сопряжено с меньшими затратами.
За счет осуществления термобаромеханической обработки и последующей экстракции, концентрат белка по технологии «Партнер-М» отличается крайне низким содержанием ингибиторов протеаз, глицинина и b-конглицинина по сравнению с традиционным спиртовым концентратом белка и концентратов, полученных путем микробной ферментации. Можно говорить о том, что содержание антипитательных компонентов удовлетворяет требованиям, предъявляемым даже к изолятам.
В настоящее время обретает все большую популярность ферментативный гидролиз белков, в качестве сырья для которого можно использовать концентрат белка, в результате чего образуются жидкая гидролизованная часть и твердый остаток. Протеолиз можно проводить с использованием малых гидромодулей, обычно 6:1. Высокая пористость приводит к образованию большего количества гидролизованной части и меньшего количества негидролизованной и к уменьшению времени, необходимого для солюбилизации белка – скорость процесса в случае использования нашего концентрата выше на 40%. Уменьшение гидромодуля в 1,7 раза по сравнению с традиционным подходом приводит к значительным экономическим преимуществам.
Таким образом, в ходе реализации 3Д-технологии для соевого сырья, возможно получение целого спектра пищевых и кормовых продуктов. Получаемый концентрат, помимо высокого содержания сырого протеина, является защищенным, что важно для кормления жвачных животных. Концентрат низкомолекулярных веществ может использоваться в кормовой промышленности напрямую либо же как основа для производства кормовой дрожжевой или пробиотической биомассы. Белковые гидролизаты, содержащие частично расщепленный белок, усваиваются лучше в сравнении с белком до обработки протеазами.
Аминокислотный анализ получаемых продуктов показал, что наши продукты содержат все незаменимые аминокислоты, хотя они слегка дефицитны по серосодержащим аминокислотам, таким как метионин и цистеин. Это может быть объяснено через состав самого соевого белка как такового. Однако, получение комплексных продуктов на базе не только сои, но и других растительных белков позволяет решить проблему дефицита метионина.
Особый интерес вызывает применение 3Д-структурирования для полуобезжиренной соевой муки, в случае использования которой технология получения концентрата становится абсолютно «зеленой», то есть не предполагает использования органических растворителей и позволяет к тому же получать прессовое соевое масло, превосходящее по качеству масло, получаемое при экстракции гексаном. Необходимо отметить тот факт, что в случае получения концентрата белка из полуобезжиренной муки в продукте содержится около 4,5% масла, что повышает его обменную энергию.
Традиционно в пищевой и кормовой индустрии как компонент питания используют не только высокобелковые продукты, но и крахмальные. Компания «Партнер-М» разработала технологию получения уникальных, абсолютно зеленых 3Д-продуктов из пшеницы и гороха. Технологический процесс включает получение на первой стадии нативной крахмалистой муки из растительного сырья. Мука содержит 60-70% крахмала в случае получения из гороха и 75-80% — из пшеницы. Затем мука модифицируется физико-механическим способом с получением 3Д-структурированных гранул с размером 3-5 мм. Путем размола при определенных условиях из данных продуктов может быть получена 3Д-структурированная крахмальная мука.
Данные продукты представляют интерес как в нативной, так и в модифицированной форме. За счет проведения 3Д-структурирования, для крахмальных ингредиентов характерно аналогичное увеличение скорости протекания экстракционных и ферментативных процессов, а также изменение усвояемости продуктов за счет модификации присутствующих в них белка и крахмала.
Например, перспективным направлением использования горохового 3Д-крахмального продукта является производство ЗЦМ и престартерных кормов. Это обусловлено, во-первых, отсутствием клетчатки, наличие которой нежелательно для молодняка животных, во-вторых, возможностью регулирования содержания белка – так, при его содержании 16-18% продукт может частично заменять молочную сыворотку. Такая замена, произведенная в количестве около 10% от количества сыворотки, заметно удешевляет конечный продукт. Тонкий 3Д-помол ингредиента (размер частиц менее 50 микрон) в то же время способствует образованию стойкой взвеси, то есть придает вид классического ЗЦМ.
Как показали исследования, возможно совмещение 3Д-структурирования с ферментативной обработкой в рамках одного аппарата, что позволяет минимизировать потери и затраты на перекачку субстанций, а также использовать заметно более небольшое по размерам и высоте оборудование, сократить продолжительность процесса. Зерновое сырье, содержащее крахмал, может подвергаться поризации с немедленной обработкой амилазами и протеазами при экстремально низком гидромодуле – 1:1,5, что приводит к гидролизу до 90% сухих веществ исходного сырья и образованию сусла с концентрацией сухих веществ 33%. После дальнейшей обработки и осахаривания сусло служит прекрасным субстратом для спиртового брожения либо для получения кормовой дрожжевой биомассы, а твердый остаток является источником кормового белка.
Стартовым материалом для 3Д-структурирования является как индивидуальное растительное сырье, так и его смеси, что решает проблему несбалансированности состава отдельных растительных белков. Интенсификация экстракционных и ферментативных процессов, достигаемая посредством 3Д-структурирования, является важным фактором при получении пищевых и кормовых высокобелковых продуктов, пептидно-аминокислотных добавок, биологически активных веществ, основ питательных сред для культивирования микроорганизмов, функциональных продуктов и многого другого.
Мы будем рады установить долгосрочное и плодотворное сотрудничество с профессионалами в области производства комбикормов! Наши контактные данные вы можете найти в разделе «Контакты» в шапке нашего сайта.
(с)
Наталья Хабибулина, ведущий специалист по исследованиям и разработкам ЗАО «Партнер-М»
