PL218210B1 - Sposób zrównoważonego przerobu ziarna kukurydzy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zrównoważonego przerobu ziarna kukurydzy w formie cząstek o wymiarach od 2,5 do 6,0 mm, tzw. łomu, pozbawionego zarodka i okrywy owocowonasiennej, umożliwiający uzyskanie dwóch jednakowo cennych produktów:

• syropu skrobiowego - przeznaczonego do celów spożywczych, • modyfikatu łomu kukurydzianego - przeznaczonego do celów spożywczych lub paszowych.

W standardowej technice przetwórstwa ziarna kukurydzy powstają dwa rodzaje produktów:

• produkty użytkowe, takie jak grys, kaszka, mąka, wykorzystywane na cele spożywcze, • produkty uboczne, takie jak zarodek, okrywa owocowo-nasienna wraz z niewielką częścią bielma, które najczęściej łącznie wykorzystywane są na cele paszowe.

Przy zastosowaniu przerobu „na sucho” w skali technicznej uzyskuje się ok. 55% kaszki oraz ok. 15% mąki [T. Michalski 2005. Kukurydza rośliną przyszłości, Agro Serwis, wydanie 3; I. Niedziółka, M. Szymanek 2006. Przemysłowe i energetyczne wykorzystanie ziarna kukurydzy. MOTROL. Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa 5 : 115 - 121] w stosunku do masy ziarna. Produkty użytkowe wykorzystywane są między innymi w piekarnictwie, ciastkarstwie, garmażerce, w produkcji makaronów, przekąsek, płatków, a także w przemysłowym przetwórstwie spożywczym, np. w browarnictwie jako surowce niesłodzone czy w produkcji hydrolizatów skrobiowych jako źródło skrobi. Spośród produktów użytkowych, wyraźnie mniejszym zainteresowaniem cieszy się mąka, która przede wszystkim stosowana jest jako dodatek do produkcji herbatników w dawce ok. 10% czy w produkcji w makaronów w dawce ok. 15% [R. Jurga 2009. Przemiał kukurydzy, charakterystyka jakościowa i możliwości wykorzystania przetworów kukurydzianych. Przegląd Zbożowo-Młynarski 11 : 5 - 11]. Browarnictwo zainteresowane jest kaszkami o wymiarach cząstek od 0,25 do 1,45 mm [R. Jurga 2009. Przemiał kukurydzy, charakterystyka jakościowa i możliwości wykorzystania przetworów kukurydzianych. Przegląd Zbożowo-Młynarski 11 : 5 - 11]. Tak więc ich wykorzystanie wiąże się zawsze z powstawaniem mąki. Podobnymi wymaganiami (kaszki o wymiarach cząstek < 1,0 mm) odznaczają się znane zastosowania surowców kukurydzianych do otrzymywania hydrolizatów skrobiowych [C. Bos, N.J. Norr 1974. Experiences with the DDS-Kr0yer Direct Hydrolysis Process Starch/Starke 6 : 181 - 216].Tak więc pożądany jest sposób przerobu ziarna kukurydzy, który umożliwiałby minimalizowanie powstawania mąki podczas młynarskiego przetwórstwa ziarna kukurydzy, a zarazem otrzymywane formy przemiału ziarna znalazłyby przemysłowe zastosowanie. Ponadto, z opisu patentowego RP nr P.395884 znany jest sposób otrzymywania kukurydzy sałatkowej oparty na termicznej obróbce zwykłej kukurydzy. W pierwszym etapie znanego sposobu poddaje się zwykłą kukurydzę modyfikacji fizycznej poprzez przemiał ziarna „na sucho” z częściowym oddzieleniem miewa, po czym przygotowuje się mieszaninę reakcyjną składającą się z 1 cz. wag. kukurydzianego tomu i 1,5 - 3 cz. wag. wody z dodatkami: kwasu cytrynowego - w ilości zapewniającej pH 4,5 - 5,5 mieszaninie reakcyjnej i 0,0002 - 0,004 cz. wag. upłynniających i scukrzających enzymów amylolitycznych, którą poddaje się obróbce termicznej w temp. 70 - 90°C, w czasie od 8 do 24 godzin. W znany sposób uzyskuje się, po rozdzieleniu na sitach, zmodyfikowany hydro-termicznie tom kukurydziany oraz ekstrakt, który po oczyszczeniu i uzupełnieniu o składniki smakowo-przyprawowe stanowi zalewę pasteryzowaną wraz ze zmodyfikowanym łomem kukurydzianym.

Sposób zrównoważonego przerobu ziarna kukurydzy według wynalazku polega na łamaniu ziarna z wydzieleniem okrywy owocowo-nasiennej i zarodka w taki sposób, że uzyskuje się mieszaninę cząstek o wymiarach od 2,5 do 6,0. Dzięki takiemu postępowaniu - niemal nie wytwarza się mąka, natomiast powstaje pożądany asortyment przemiału ziarna kukurydzy. Z tak otrzymanego łomu kukurydzianego, zgodnie ze sposobem według wynalazku, przygotowuje się wodną zawiesinę o stężeniu od 20 do 40% suchej substancji, którą poddaje się jednoetapowej (tj. przebiegającej jednocześnie i w identycznych warunkach temperatury i pH) hydrotermicznej obróbce dwoma rodzajami preparatów enzymatycznych hydrolizujących skrobię - upłynniających i scukrzających. Po chemicznej lub termicznej inaktywacji enzymów, mieszaninę poreakcyjną poddaje się rozdziałowi na dwie fazy, tj. fazę stałą i fazę ciekłą w taki sposób, że udział suchej substancji fazy stałej do suchej substancji fazy ciekłej wynosi jak 1,4 do 0,9. Otrzymaną fazę stałą, bez wysładzania, suszy się do zawartości wody poniżej 13%, uzyskując nowy produkt - modyfikat tomu kukurydzianego, charakteryzujący się zwiększoną zawartością białka w suchej substancji o 50 do 150% w stosunku do surowca. Otrzymaną fazę ciekłą charakteryzującą się, w stosunku do surowca, pomniejszoną zawartością białka o co najmniej 90%, stanowiącą wodny roztwór cukrowców o zawartości nie mniejszej niż 95% - oczyszcza się, a następnie

PL 218 210 B1 zagęszcza się do minimum 75% suchej substancji, uzyskując syrop skrobiowy o składzie cukrowcowym zależnym od rodzaju zastosowanych enzymów i parametrów obróbki.

Nieoczekiwanie okazało się, że prowadząc proces technologiczny wytwarzania hydrolizatów skrobiowych z tomu kukurydzianego wg wyżej przedstawionego opisu sposobu według wynalazku, nie dążąc do maksymalnego wykorzystania skrobi wprowadzonej z surowcem w celu uzyskania danego rodzaju hydrolizatu skrobiowego, otrzymywany hydrolizat skrobiowy odznacza się niską wartością wskaźnika barwy (WB) i niską wartością wskaźnika przezroczystości (WP), a więc bardzo korzystnymi parametrami w zakresie barwy i przezroczystości. W odróżnieniu do znanych sposobów wytwarzania hydrolizatów skrobiowych z surowców kukurydzianych [C. Bos, N.J. Norr 1974. Experiences with the DDS-Kr0yer Direct Hydrolysis Process Starch/Starke 6 : 181 - 216], taki surowy hydrolizat daje się łatwo rafinować, w związku z tym nie ma potrzeby stosowania żywic odbarwiających i jonowymiennych i nawet jednokrotna rafinacja z użyciem węgla aktywnego o wartości liczby metylenowej (LM = 22) w dawce do 8 kg/tonę syropu umożliwia uzyskanie syropu o parametrach handlowych (klarowny, barwa jasnostomkowa, wskaźnik barwy wg PN-78/A-74701 „Hydrolizaty skrobiowe. Metody badań” od 50 do 100). Dodatkową zaletą sposobu wg wynalazku jest to, że - w przeciwieństwie do znanych sposobów wytwarzania hydrolizatów skrobiowych z surowców kukurydzianych [C. Bos, N.J. Norr 1974. Experiences with the DDS-Kr0yer Direct Hydrolysis Process Starch/Starke 6 : 181 - 216] - nie otrzymuje się produktu odpadowego, który należy utylizować, lecz inny, pełnowartościowy produkt - zmodyfikowany tom kukurydziany, który może być wykorzystywany zarówno do celów spożywczych, jak i paszowych. Ze względu na niestosowanie wysładzania, zmodyfikowany łom kukurydziany zawiera znaczne ilości łatwo przyswajalnych cukrowców, takich jakie zwiera otrzymany syrop skrobiowy oraz zawiera wszystkie składniki surowca, których wzajemne proporcje zostały zmienione przez konwersję skrobi do syropu skrobiowego. Zmodyfikowany tom kukurydziany odznacza się zwiększoną zawartością białka o 50 do 150% w stosunku do surowca. Dzięki zastosowanej obróbce hydrotermicznej produkt charakteryzuje się większą przyswajalnością składników odżywczych.

Przedmiot wynalazku może znaleźć zastosowanie w technologiach przemysłowego przetwórstwa surowców kukurydzianych na cele spożywcze, w tym szczególnie w produkcji syropów skrobiowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono bliżej w poniższym przykładzie;

Przykład:

Ziarna kukurydzy szklistej poddano przemiałowi w młynie kukurydzianym z wydzieleniem okrywy owocowo-nasiennej i zarodka, uzyskując mieszaninę cząstek (tom) o wymiarze od 3,0 do 5,6 mm, ₃ stanowiącą 65% ogólnej masy ziaren kukurydzy. Następnie w zbiorniku o pojemności 25 m³, wyposażonym w płaszcz grzewczy oraz 3 wolnoobrotowe mieszadła łapowe, umocowane na wspólnym wale, z 6,4 ton tomu o wilgotności 11,2%, o zawartości 85,1% skrobi i 8,9% białka w suchej substancji oraz z 17,61 wody przygotowano zawiesinę o zawartości 23,4% suchej substancji (20,1% skrobi). Przez dodatek 0,1 n kwasu solnego zawiesinę doprowadzono do pH = 5,5 oraz podgrzano przeponowo do temperatury 75°C, którą utrzymywano (± 1°C) przez cały czas trwania reakcji. Następnie do zawiesiny dodano preparaty enzymatyczne hydrolizujące skrobię, tj.:

• upłynniający, pn. Liquozyme Supra (Novozymes, Dania) w dawce 600 ml/t suchej substancji skrobi, • scukrzający - maltogenny, pn. Maltogenase 4000L (Novozymes, Dania) w dawce 900 ml/t suchej substancji skrobi.

Reakcję jednoetapowej, przebiegającej jednocześnie i w identycznych parametrach temperatury i pH, hydrotermicznej obróbki dwoma rodzajami preparatów enzymatycznych prowadzono przez 12 godzin, po czym enzymy inaktywowano poprzez zakwaszenie masy reakcyjnej 0,1 n kwasem solnym do pH = 3,0 i przetrzymanie przy tym stopniu zakwaszenia przez 15 minut. Uzyskaną mieszaninę poreakcyjną rozdzielono na dwie fazy z wykorzystaniem filtra płytowego, w taki sposób że uzyskano:

• fazę ciekłą - 13,1 to zawartości 20,6% suchej substancji, w której nie stwierdzono obecności skrobi (próba jodowa), o zawartości cukrów w suchej substancji 96,1%, • fazę stałą -10,1 t o zawartości 29,2% suchej substancji. Uzyskany udział suchej substancji fazy stałej do fazy ciekłej wynosił 1,09. Fazę ciekłą poddano jednokrotnej rafinacji z użyciem węgla aktywnego (LM = 22) w dawce 6 kg/t suchej substancji, a następnie filtracji i zagęszczeniu do 79% suchej substancji. Uzyskano 3,3 t syropu skrobiowego o wartości równoważnika glukozowego DE = 33,0 i wartości wskaźnika przezroczystości (wg PN-78/A-74701 „Hydrolizaty skrobiowe. Metody badań”) WP = 44. Fazę ciekłą poddano suszeniu uzyskując 3,2 t modyfikatu kukurydzy o zawartości 10,5% wody. Główne składniki suchej substancji uzyskanego modyfikatu kukurydzy:

PL 218 210 B1 • skrobia - 11,3%, • białko - 20,8%, • cukry - 60,7%.

W wyniku zastosowanego procesu technologicznego według wynalazku, otrzymany modyfikat kukurydzy charakteryzuje się zwiększoną zawartością białka w suchej substancji o 133% w stosunku do surowca.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób zrównoważonego przerobu ziarna kukurydzy, polegający na łamaniu ziarna z wydzieleniem okrywy owocowo-nasiennej i zarodka, a następnie przygotowaniu z takiego surowca mieszaniny reakcyjnej, obróbce enzymami, rozdziale mieszaniny poreakcyjnej na dwie fazy i otrzymaniu dwóch produktów, znamienny tym, że ziarna kukurydzy szklistej poddaje się łamaniu z wydzieleniem okrywy owocowo-nasiennej i zarodka, uzyskując cząstki o wymiarach od 2,5 do 6,0 mm, które z kolei w formie wodnej zawiesiny o stężeniu od 20 do 40% suchej substancji, korzystnie 30%, poddaje się jednoetapowej, przebiegającej jednocześnie i w identycznych warunkach temperatury i pH, hydrotermicznej obróbce dwoma rodzajami preparatów hydrolizujących skrobię - upłynniających i scukrzających, po czym uzyskaną mieszaninę poreakcyjną, po wcześniejszej chemicznej lub termicznej inaktywacji enzymów, poddaje się rozdziałowi na dwie fazy, tj. fazę stałą i fazę ciekłą - z których uzyskuje się dwa jednakowo cenne produkty - w taki sposób, że udział suchej substancji fazy stałej do suchej substancji fazy ciekłej wynosi jak 1,4 do 0,9, a uzyskaną fazę stałą, bez wysładzania, suszy się do zawartości wody poniżej 13%, uzyskując modyfikat kukurydzy, charakteryzujący się, w stosunku do surowca, zwiększoną zawartością białka w suchej substancji o 50 do 150%, a uzyskaną fazę ciekłą - charakteryzującą się, w stosunku do surowca, pomniejszoną zawartością białka o co najmniej 90%, stanowiącą wodny roztwór cukrowców o ich zawartości w suchej substancji co najmniej 95% - oczyszcza się, a następnie zagęszcza się do minimum 75% suchej substancji, uzyskując syrop skrobiowy o składzie cukrowcowym zależnym od rodzaju zastosowanych enzymów i parametrów obróbki.