PL243239B1 - Sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością β-glukanu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością ß-glukanu, wyodrębniania tego preparatu z przetworzonych wstępnie nasion owsa. Preparat uzyskany zgodnie z zaprezentowanym sposobem ma zastosowanie spożywcze, jako suplement diety. Sposób obejmuje etapy, w których to surowiec poddaje się mieleniu, dalej mikronizacji, separacji wstępnej, frakcjonowaniu. W zaprezentowanej metodzie ekstrakcji tłuszczu za pomocą cieczy CO2 poddaje się 5 - 8% surowca wstępnego jakim jest ziarno owsa, nie jak to ma miejsce w przypadku rozwiązań dotychczas znanych obejmujących tym procesem całość surowca. Jako surowiec stosuje się płatki owsiane po obróbce cieplnej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością β-glukanu, wyodrębniania z przetworzonych wstępnie nasion owsa, związku chemicznego z grupy polisacharydów, stanowiącego jeden ze składników błonnika pokarmowego, będącego budulcem ścian komórkowych zbóż. Preparat uzyskany zgodnie z zaprezentowanym sposobem ma zastosowanie spożywcze, jako suplement diety.

Wedle literatury przedmiotu owies i produkty owsiane zaliczane są do żywności funkcjonalnej (Poszukiwanie genotypów owsa o poprawionej wartości odżywczej oraz wysokich właściwościach bioaktywnych, K. Myszka, D. Boros, Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin 2013, nr. 268). W porównaniu do typowych zbóż chlebowych, ziarno owsa cechuje się mniejszą zawartością węglowodanów, zwłaszcza skrobi oraz większą ilością β-glukanow i pentozanów, będących głównymi składnikami błonnika pokarmowego (Wood, 1990; Kawka, 2010; Lange, 2010). β-glukany jako główny składnik rozpuszczalnej frakcji błonnika owsa zwiększają lepkość treści pokarmowej, absorbują kwasy żółciowe i cholesterol egzogenny w przewodzie pokarmowym, tworzą również na ściankach jelita cienkiego warstwę ochronną ograniczającą wchłanianie cholesterolu z pożywienia. Dzięki zdolności do tworzenia żeli w przewodzie pokarmowym, przyczyniają się również do zmniejszenia stężenia glukozy poposiłkowej we krwi (Gibiński, 2005; Lange, 2010; Kwong i in., 2013).

β-glukan jest błonnikiem rozpuszczalnym. Ten biopolimer tworzy bardzo lepkie i zarazem odporne na wszystkie enzymy oraz kwas solny żele. Powleka i wnika w śluzówkę jelit, zachowuje się jak płynny opatrunek a jednocześnie spowalnia i blokuje procesy wchłaniania. Wysoka lepkość β-glukanu utrudnia enzymom penetrację treści pokarmowej. Część pokarmu nie jest trawiona, część pozostaje niewchłonięta. β-glukan utrudnia też syntezę i przyswajanie cholesterolu i tłuszczy, zmniejsza ilość przyswojonej glukozy a także opóźnia moment pojawienia się piku cukrowego. Obniża efektywną kaloryczność oraz indeks glikemiczny posiłku.

Bardzo cenną cechą β-glukanu pochodzącego z owsa są jego właściwości prebiotyczne. β-glucan jest pożywką dla bakterii probiotycznych, pod wpływem, których ulega częściowemu rozpadowi w świetle jelita grubego. W procesie rozpadu powstają kwasy organiczne tj. octowy, butyrylow y (masłowy) oraz propionowy (etanokarboksylowy) mające bardzo istotne znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania jelita grubego. Kwas propionowy ma właściwości przeciwzapalne, przeciwbólowe i pleśniobójcze (używany jest jako spożywczy środek konserwujący E-280), zaś kwas butyrylowy stymuluje układ odpornościowy jelita grubego oraz hamuje rozwój bakterii kancerogennych, β-glukan zmniejsza w organizmie ilość cholesterolu oraz glukozy zamienianej na substancje zapasowe.

Istotnym problemem podejmowanym w literaturze jest sposób wyodrębnienia tej substancji z ziaren zbóż, pozyskiwania koncentratu o najwyższym procentowym udziale β-glukanu, przy jednoczesnej eliminacji substancji neutralnych, wypełniających, niepożądanych.

Wedle literatury tematu, zawartość β-glukanów w owsie oplewionym wynosi od 4 do 7% i od 6 do 9% w otrębach, β-glukany występujące głównie w zewnętrznych warstwach ziarniaka owsa, zwłaszcza w warstwie aleuronowej są mieszaniną nierozgałęzionych łańcuchów β-D-glukozy połączonych wiązaniami zarówno β (1^3), β (1^4) glikozydowymi. Wiązania β (1-3)-glikozydowe występują w polisacharydzie pojedynczo natomiast β (1-4)-glikozydowe, których jest większość, grupowo po dwa lub trzy (β-Glukany owsa jako składnik żywności funkcjonalnej, M. Gibiński, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2008, 2 (57), 15-29).

Obecnie stosuje się metody ekstrakcji β-glukanu mokre i suche. Metody mokre to metody wykorzystujące proces ekstrakcji do wyodrębnienia wysokooczyszczonej aktywnej substancji jaką jest β-glukan z surowca, natomiast metody suche opierają się na mieleniu, frakcjonowaniu i odrzucaniu frakcji ubogich w β-glukan, co skutkuje jego zatężaniem w koncentracie. Metody mokre zawsze pozostawiają ślad rozpuszczalnika w substracie, powodują również skrócenie łańcuchów polisacharydowych, co wyraźnie obniża istotną wartość substratu jaką jest jego żelowanie.

Tematyka pozyskiwania β-glukanu była także podejmowana w literaturze patentowej. Z europejskiego opisu patentowego za numerem EP2120604 znany jest sposobu frakcjonowania owsa. Wynalazek dotyczy również tak otrzymanych produktów i ich zastosowania. Istotą znanej metody jest użycie, jako substratu owsa niepoddanego obróbce cieplnej. Uprawnieni wykazują w swoim opisie patentowym na istotny problem techniczny, niemożność zastosowania owsa poddanego obróbce cieplnej, ze względu na gorsze parametry jego przesiewania. Opisany tu proces obejmuje znane metody dotyczące ekstrakcji nadkrytycznej za pomocą cieczy, którą jest CO2, dalszego rozdrabniania ziaren do postaci mąki owsianej, frakcjonowania.

Rozwiązanie to obejmuje uzyskiwanie w toku metody frakcji owsa po ekstrakcji tłuszczu i jedną lub większą liczbę frakcji tłuszczowych. Wedle wskazanego sposobu dokonuje się mielenia na sucho frakcji owsa po ekstrakcji tłuszczu za pomocą mielenia udarowego do uzyskania mąki owsianej o takiej wielkości cząstek, że co najmniej 95% cząstek mieści się pomiędzy 1,0 i 3000 μ m, co obliczono w oparciu o objętość. Następnie w znanej metodzie dokonuje się rozdzielania tak otrzymanej mąki owsianej na pierwszą frakcję gruboziarnistą i na pierwszą frakcję drobnoziarnistą, przy czym pierwsza frakcja gruboziarnista zawierająca koncentrat β-glukanu ma zawartość β-glukanu od 30% do 40%, w wyniku dalszego rozdzielania wspomnianej frakcji uzyskuje się koncentrat β-glukanu o zawartości tej substancji od 45% do 60%.

W zaprezentowanym rozwiązaniu ekstrakcję przeprowadzono wobec całej ilości surowca, co w znaczny sposób podnosi cenę finalnego produktu, ponadto powoduje znaczące szkody dla środowiska naturalnego, spowodowane negatywnym oddziaływaniem ekstrakcji nadkrytycznej na środowisko. Przy dotychczasowych środkach technicznych, w tym zaprezentowanych w przytoczonej literaturze, wydajność procesu jak w rozwiązaniu wedle wynalazku jest nieosiągalna. W zaprezentowanej metodzie pozyskiwania preparatu z 1 kg ziarna owsa otrzymujemy 50-60% płatków, z tychże płatków po wstępnej obróbce i zatężeniu preparatu do ekstrakcji pozostaje 5-8% podstawowego surowca, względem rozwiązań znanych tj. ziarna owsa.

Z amerykańskiego opisu patentowego za numerem US6797307 znany jest także sposób wytwarzania produktu owsianego wzbogaconego o zawartość β-glukanu. Wynalazek ten wykorzystuje łuskany lub nagi owies, które poddaje się mieleniu na sucho i frakcjonowaniu na sucho w wielu etapach bez uprzedniego usuwania tłuszczu. Materiał na bazie owsa jest na pierwszym etapie poddawany mieleniu na sucho i klasyfikacji na sucho w celu oddzielenia grubszej frakcji zawierającej materiał ścianek komórek ziaren i warstwy podaleuronu zawierającej skrobię, jako wstępnie wzbogaconą frakcję z drobniejszej frakcji zawierającej bielmo. W drugim etapie wspomnianą wstępnie wzbogaconą frakcję poddaje się mieleniu na sucho, gdzie działanie powodujące rozpad jest skuteczniejsze niż w pierwszym etapie, i poddaje się separacji na sucho w celu oddzielenia grubszej frakcji zawierającej materiał ścian komórkowych, jako wzbogaconego produktu od drobniejszego, frakcji zawierającej skrobię.

Przewaga rozwiązania wedle wynalazku polega na zastosowaniu ciągu czynności oddziaływania fizycznego na substrat, wpisujących się w pełni w czyste i bezpieczne metody suche, oparte tylko na właściwościach fizycznych produktu. Jest to metoda czysta ekologicznie, niedegradująca długości łańcuchów polisacharydowych substratu, zatem nieobniżająca zdolności do żelowania.

Celem proponowanego rozwiązania wedle wynalazku jest uzyskanie bezpiecznej dla środowiska, wysoko wydajnej metody produkcji preparatu z wysoką zawartością β-glukanu, różniącej się od dotychczas znanych metodach jego produkcji.

Sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością β-glukanu, w którym to surowiec poddaje się mieleniu, dalej mikronizacji, separacji wstępnej, frakcjonowaniu i w pozostałej ilości produktu ekstrakcji nadkrytycznej tłuszczu za pomocą cieczy CO2, charakteryzuje się tym, że jako surowiec stosuje się płatki owsiane po obróbce cieplnej ziarna owsa, które to w kolejnych etapach poddaje się:

a. mieleniu w młynie ścierająco-ścinającym przy prędkości obrotowej rotoru powodującej ścinanie surowca, korzystnie z prędkością liniową 40-80 m/s, a następnie w młynie tarczowym z klasyfikatorem odśrodkowym lub w zamiennie w młynie palczastym z udziałem klasyfikatora odśrodkowego, wyodrębniając z surowca frakcję 40-500 μm;

b. następnie uzyskaną frakcję 40-500 μm preparatu poddaje się procesowi ekstrakcji tłuszczu metodą nadkrytycznego CO2,

c. kolejno, uzyskany preparat poddaje się mikronizowaniu w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników, korzystnie 200 m/s i kolejno separuje z niego frakcję gruboziarnistą powyżej 80 μ, korzystnie 80-300 μm.

d. kolejno preparat poddaje się drugiemu i kolejnym cyklom mikronizacji w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników korzystnie 200 m/s i separuje z niego frakcję gruboziarnistą powyżej 80 μm, korzystnie w przedziałach do 125 μm, lub od 85 do 135 μm, lub od 95 do 145 μm, w zależności od składu fizyko-chemicznego surowca, w szczególności zawartości tłuszczu.

Korzystnie, ekstrakcji w etapie „b” poddajemy wagowo 5-10% surowca wstępnego, jakim jest nieprzetworzone ziarno owsa.

Korzystnie, uzyskana na etapie „a” frakcja gruboziarnista stanowi wagowo od 5 do 15% surowca podstawowego, przy czym frakcja ta zawiera β-glukan w ilości od 20 do 30%, od 25 do 35% błonników nierozpuszczalnych, od 7 do 9% tłuszczów, od 15 do 20% białka,

Korzystnie, uzyskana na etapie „c” frakcja gruboziarnista zawiera β-glukan w ilości od 30 do 50%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 20 do 30% białka.

Korzystnie, na etapie „d” frakcja gruboziarnista zawiera β-glukan w ilości od 40 do 70%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 10 do 20% białka.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym zaprezentowano schemat blokowy obrazujący zespół czynności wedle rozwiązania.

Stosując metodę wedle przedmiotowego wynalazku, uzyskuje się wysoko wydajną technologię pozyskiwania z surowca, jakim są płatki owsiane po obróbce termicznej, w kolejnych etapach przeróbki, mielenie-mikronizacja-separacja, preparat o wysokiej w stosunku do znanych sposob ów zawartości β-glukanu - na pierwszym etapie obróbki 20 do 30%. Dalszej obróbce surowiec poddawany jest ekstrakcji nadkrytycznej przy pomocy CO2. W porównaniu z metodą opisaną w dokumencie patentowym EP2120604 zastosowany w przedmiotowym rozwiązaniu, proces ekstrakcji dotyczy 5 do 8% masy poddanej ekstrakcji w rzeczonym patencie. W znanych rozwiązaniach nie poradzono sobie z separacją produktu przemiału ziarna owsa ze względu na dużą zawartość tłuszczu. Finalnie, dokonując obróbki technologicznej tylko części wyodrębnionej masy substancji wyjściowej, uzyskujemy tanią i bezpieczną dla środowiska wydajną metodę masowej produkcji preparatu o zawartości β-glukanu od 40 do 70%.

Sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością β-glukanu, w którym jako surowiec stosuje się płatki owsiane uzyskane w wyniku obróbki cieplnej ziarna owsa, które to w kolejnych etapach poddaje się:

a. mieleniu w młynie ścierąjąco-ścinającym przy prędkości obrotowej rotoru powodującej ścinanie surowca, korzystnie z prędkością liniową 40-80 m/s, dalej w młynie tarczowym z klasyfikatorem odśrodkowym lub w zamiennie w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników korzystnie 200 m/s, dalej przy pomocy klasyfikatora odśrodkowego, wyodrębniając z surowca frakcję 40-500 μm, uzyskując frakcję gruboziarnistą, która stanowi wagowo od 5 do 15% surowca podstawowego, przy czym frakcja ta zawiera β-glukan w ilości od 20 do 30%, od 25 do 35% błonników nierozpuszczalnych, od 7 do 9% tłuszczów, od 15 do 20% białka,

b. następnie uzyskaną frakcję 40-500 μm preparatu stanowiącą 5-15% surowca poddaje się procesowi ekstrakcji tłuszczu metodą nadkrytycznego CO2.

c. kolejno, uzyskany preparat poddaje się mikronizowaniu w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników, korzystnie 300 m/s i kolejno separuje z niego frakcję powyżej 80 μm korzystnie w przedziałach od 80 do 300 μm, która zawiera β-glukan w ilości od 30 do 50%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 20 do 30% białka.

d. kolejno preparat poddaje się drugiemu i kolejnych cyklach mikronizacji w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników, korzystnie 200 m/s, i separuje z niego frakcję gruboziarnistą powyżej 80 μm, korzystnie w przedziałach do 125 μm, lub od 85 do 135 μm, lub od 95 do 145 μm, w zależności od składu fizyko-chemicznego surowca, w szczególności tłuszczu. Frakcja gruboziarnista zawiera β-glukanu w ilości od 40 do 70%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 10 do 20% białka.

Płatki owsiane zasypywane są do młyna ścinająco-ścierającego, następnie zaś do młyna tarczowego z integralnym klasyfikatorem. Zamiennie zamiast młyna tarczowego-klasyfikującego, można stosować młyn palczasty i dalej klasyfikator odśrodkowy. Parametry pracy młynów (prędkość obrotowa rotora i tarczy) oraz klasyfikatora, dobiera się na podstawie analizy morfologii cząstek określonych przedziałach, co 50 μm ich średniej średnicy. Analizę morfologii cząstek proszku przeprowadza się na podstawie zdjęć wykonanych przy użyciu mikroskopu. Na podstawie zebranych danych określa się rozkład pola powierzchni cząstek oraz krzywe skumulowane tego rozkładu. Tak uzyskana każda partia proszku poddana zostaje analizie w celu określenia zawartości β-glukanu, białka, tłuszczu i węglowodanów w tym nierozpuszczalnych. Wyodrębniona dla dalszego procesu frakcja 40-500 μm stanowi w zależności od parametrów fizykochemicznych surowca od 5 do 15% ciężaru wsadu. Frakcja zawiera 20 do 30% β-glukanu. W dalszej kolejności wyodrębniona frakcja podlega procesowi ekstrakcji metodą nadkrytycznego CO2. Uzyskany produkt z zawartością tłuszczu < 3%, (korzystnie < 2%) podlega mikronizacji w młynie palczastym a następnie separacji w klasyfikatorze odśrodkowym.

Parametry pracy maszyn dobiera się na podstawie analizy morfologii cząstek na każdym etapie procesu. W każdej wyodrębnionej frakcji określa się zawartość β-glukanu, białka, tłuszczu i węglowodanów w tym nierozpuszczalnych. W zależności od składu fizykochemicznego surowca płatków owsianych (zawartość β-glukanu, białka, skrobi, błonników nierozpuszczalnych i tłuszczu) określa się frakcje docelowe, przedziałach od 75 do 125 μm, lub od 85 do 135 μm, lub od 95 do 145 μm, w zależności od składu fizyko-chemicznego surowca, w szczególności zawartości tłuszczu. Uzyskane frakcje zawierają > 50% β-glukanu.

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania preparatu z wysoką zawartością β-glukanu, w którym to surowiec poddaje się mieleniu, dalej mikronizacji, separacji wstępnej, frakcjonowaniu i w pozostałej ilości produktu ekstrakcji nadkrytycznej tłuszczu za pomocą cieczy CO2, znamienny tym, że jako surowiec stosuje się płatki owsiane uzyskane w wyniku obróbki cieplnej ziarna owsa, które to w kolejnych etapach poddaje się:

a) mieleniu w młynie ścierająco-ścinającym przy prędkości obrotowej rotoru powodującej ścinanie surowca, korzystnie z prędkością liniową 40-80 m/s i mikronizowaniu w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników korzystnie 200 m/s, dalej przy pomocy klasyfikatora odśrodkowego wyodrębniając z surowca frakcję 40-500 μm;

b) następnie uzyskaną frakcję 40-500 μm preparatu poddaje się procesowi ekstrakcji tłuszczu metodą nadkrytycznego CO2,

c) kolejno, uzyskany preparat poddaje się mikronizowaniu w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników, korzystnie 300 m/s i kolejno separuje z niego frakcję powyżej 80 μm, korzystnie 80-300 μm.

d) kolejno preparat poddaje się mikronizowaniu w młynie palczastym o względnej prędkości liniowej pomiędzy palcami wirników, korzystnie 200 m/s i separuje z niego frakcję powyżej 80 μm, korzystnie w przedziałach do 125 μm, lub od 85 do 135 μm, lub od 95 do 145 μm, w zależności od składu fizyko-chemicznego surowca, w szczególności zawartości tłuszczu;

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że ekstrakcji w etapie ,,b'’ poddajemy 5-8% surowca wstępnego, jakim jest nieprzetworzone ziarno owsa.

3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że uzyskana na etapie „a” frakcja gruboziarnista stanowi wagowo od 5 do 15% surowca podstaw owego, przy czym trakcja ta zawiera β-glukan w ilości od 20 do 30%, od 25 do 35% błonników nierozpuszczalnych, od 7 do 9% tłuszczów, od 15 do 20% białka.

4. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że uzyskana na etapie „c” frakcja gruboziarnista zawiera β-glukan w ilości od 30 do 50%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 20 do 30% białka.

5. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że na etapie „d” frakcja gruboziarnista zawiera β-glukanu w ilości od 40 do 70%, od 25 do 40% błonników nierozpuszczalnych, od 1 do 3% tłuszczów, od 10 do 20% białka.