UA147561U - Спосіб виробництва біологічно активного зернового компонента харчових продуктів з використанням плазмохімічно активованих водних розчинів - Google Patents

Abstract

Спосіб виробництва біологічно активного зернового компонента харчових продуктів, який включає попередню обробку зернового матеріалу водним розчином біостимулятора, інкубацію зволоженого зернового матеріалу до оптимального рівня накопичення біологічно активних речовин, причому як біостимулятор використовуються плазмохімічно активовані водні розчини з концентрацією діючої речовини - пероксиду водню від 100 до 700 мг/л в залежності від виду зернового матеріалу.

Description

Корисна модель належить до харчової промисловості, а саме до виробництва збагаченого біологічно активними речовинами зернового компонента харчових продуктів. Може бути використана для отримання універсального зернового компонента різноманітного застосування, що збагачуватиме широкий спектр продуктів харчування. Такий компонент матиме в своєму складі біологічно активні речовини, утворені в результаті біоактивуючої дії плазмохімічно активованих водних розчинів на різноманітний зерновий матеріал.

Біоактивація зернового матеріалу - це процес вологонасичення зерна, який супроводжується дією вологи, тепла і повітря в процесі пророщування, в ході якого відбувається трансформація високомолекулярних речовин в легкозасвоювані форми та накопичення біологічно активних компонентів. Біоактивацію часто називають ферментативною деполімеризацією зерна або пророщуванням. Проте, слід відмітити, що метою пророщування є отримання пророщеного зерна (солоду), а метою промислової біоактивації зерна отримання зернового продукту багатого біологічно активними речовинами.

Біоактивоване зерно включає в себе весь набір речовин, які необхідні для раціонального харчування, в тому числі і біологічно активні компоненти.

Так в складі зерна, що піддано біоактивації, наявні білки, амінокислоти, легкозасвоювані вуглеводи, клітковина з харчовими волокнами, мінеральні речовини, вітаміни, поліфеноли, рослинні ферменти, гормони та інші речовини. Так слід відмітити, що біоактивовані зерна злаків мають у своєму складі практично всі незамінні амінокислоти, а вміст вітамінів збільшується в 5- 10 ї більше разів. Амінокислотний склад такої зернової сировини можна порівняти з амінокислотним складом ідеального білка.

Біоактивоване зерно багате ферментами, тому заміняє використання в харчуванні ферментних препаратів мікробіологічного синтезу, що мають значну токсичність і дорого коштують. В процесі активації біологічних перетворень в зерні активуються ферменти, біологічні речовини, відбувається синтез компонентів, що будуть закладені в основу створення нової рослини. Під дією ферментів гідролізується крохмаль і вміст цукрів в зерні збільшується на 20- 50 95, підвищується вміст вітамінів групи В та кількість вітаміну Е. Для харчування людини особливо важливим є Е-вітамінна активність біоактивованого зерна. Вітамін Е (токоферол) захищає від окислення ненасичені жирні кислоти мембран клітин, приймає участь в обміні білків

Зо і вуглеводів, покращує засвоєння жирів та вітаміні А і Д.

Біоактивоване зерно доцільно використовувати в щоденному харчуванні, особливо в періоди авітамінозу і значних навантажень на організм людей різних вікових груп.

Так зерно пророщують (з метою біоактивації) протягом 24-120 годин (1-5 доби), але краще використовувати зерно, в якому активація біологічних процесів тривала більше двох діб, оскільки на ранніх стадіях пророщування (1,5-2 доби) в результаті обмеженого протеолізу вищеплюється білок, який пригнічує процеси білкового синтезу в клітині, а також інші токсичні білки (КО 2463809). Проте зі збільшенням часу контакту з вологою підвищується кількість різноманітної мікрофлори, в тому числі і патогенної, що може погіршувати якість біологічно активованого зернового компонента. Тому важливим є також високоякісне знезараження зернового матеріалу.

Відомим є спосіб отримання цінного харчового продукту (КО 2406379). Запропонований цілющий продукт виготовляють з пророслих зерен екологічно чистої пшениці. Спосіб включає пророщування зерна, сушіння, подрібнення.

Перевагою способу є отримання продукту підвищеної якості саме за показниками екологічності кінцевого продукту.

Недоліком способу є відсутність штучної біостимуляції (з метою накопичення біологічно активних речовин) та знезараження зернової сировини.

Відомий спосіб отримання харчового продукту, який передбачає біоактивацію зерна шляхом введення водного екстракту лікарської рослинної сировини, що являє собою настій або відвар частин лікарських рослин, які мають в своєму складі біологічно активні речовини (КО 24705231.

Перевагою способу є натуральне походження біоактиваторів, що не матиме негативного впливу на споживача готового продукту.

Недоліком способу є вузький спектр культур та складності процесу екстрагування біологічно активних речовин з лікарських рослин, а також швидке псування екстрагованих компонентів.

Найближчим аналогом є спосіб отримання харчових проростків (КО 2200430), який передбачає оброблення насіння водою та інкубування зволоженого насіння до його проростання. Як дезінфікуючий засіб використовують 0,1-3,0 95-вий розчини перекису водню.

Перевагою способу є безпечність дезінфікуючого засобу та його залишкової кількості на поверхні зернового матеріалу для здоров'я людини.

Недоліком способу є відсутність даних щодо біостимулюючих властивостей запропонованого засобу та універсальності наведеного методу обробки відносно різних зернових культур.

В основу корисної моделі поставлена задача біостимулювання зернового матеріалу шляхом використання плазмохімічно-активованих водних розчинів. Метою цього процесу є направлена біоактивація різноманітної зернової сировини і накопичення в зерновому матеріалі цілого ряду ферментів, вітамінів, амінокислот та багатьох інших важливих складових харчування людини, а також високоякісна дезінфекція біологічно активного зернового компонента для отримання високоякісних, хімічно чистих продуктів харчування.

Технічним результатом представленого способу є отримання біологічно активного зернового компонента харчових продуктів універсального призначення, який би став невід'ємною складовою оздоровчих харчових продуктів.

Поставлена задача вирішується шляхом використання як біостимулятора і дезінфектанту плазмохімічно активованих водних розчинів.

Плазмохімічно активовані водні розчини отримують наступним чином: активують водопровідну воду з направленою зміною властивостей та реакційної здатності в результаті ведення процесу в плазмових розрядах зниженого тиску з напругою 1000-2000 В, силою струму 10,0-200,0 мА і подальшим переходом з підвищенням електропровідності в режим контактної нерівноважної плазми з параметрами: напруга від 400 до 600 В, сила струму до 150 мА.

Отримані розчини мають специфічний склад: пероксид водню та надперекисні сполуки, збуджені частки та радикали, які відіграють важливу роль в окисно-відновних процесах.

Пероксид водню є антисептиком, потрапляючи в клітини під дією ферментів, він розщеплюється на воду і кисень, що має протимікробну дію, але при цьому в клітинах не залишається шкідливих хімічних сполук. Зазначимо, що такі водні розчини після обробки плазмою можуть проявляти деякі нові властивості, раніше маловивчені.

Вода є основним компонентом всіх біохімічних процесів, які відбуваються в живих клітинах.

Властивості води та водних розчинів різноманітні, парадоксальні та в своїй більшості мало вивчені, хоча існують теоретичні знання, які частково пояснюють окремі сторони зміни структури води при взаємодії з іншими речовинами або при різноманітних способах впливу електричних,

Зо магнітних та інших полів.

Плазма - це частково або повністю іонізований стан речовини, при якому система містить вільні позитивні (іони) і негативні (електрони, рідше іони) заряджені частки, концентрації яких у середньому однакові. Присутність заряджених і збуджених часток у плазмі, реакції з їхньою участю є однією з головних особливостей механізмів і кінетики плазмохімічних реакцій.

Утворення й загибель часток відбуваються в процесі збудження, дисоціації, іонізації, дезактивації й рекомбінації. Основна властивість плазми - квазінейтральність, що означає малу величину сумарного заряду плазми в порівнянні із сумою зарядів одного знака. Розрізняють - повністю іонізовану плазму й частково іонізовану плазму, рівноважну й нерівновагу, високотемпературну й низькотемпературну, гарячу й холодну. У плазмі, що складається з різних часток з різною швидкістю теплового руху, розрізняють температури електронів, іонів і нейтральних часток, атомів, молекул і кластерів. Оскільки енергія теплового руху часток істотно залежить від їхньої маси, то в плазмі найбільше відрізняються електронна й іонна температури.

Температура іонів і нейтральних часток відрізняється мало. Ступінь розходження температур залежить від щільності цих часток, тобто від тиску в системі.

Істотну роль у плазмохімічних реакціях грають вільні електрони, під ударами яких у більшості випадків реакції є визначальними в ініціюванні складних багатостадійних хімічних процесів. Їх зіткнення із частками плазмоутворюючого газу призводять до іонізації (утворенню електрона й позитивного іона), і умовою стаціонарного існування плазми є рівність швидкостей утворення й загибелі заряджених часток. Оскільки енергія іонізації молекули перевищує енергію збудження будь-яких її внутрішніх ступенів волі то в плазмі одночасно відбуваються утворення обертально-коливальних і електронно-збужденних станів молекул, у тому числі й випромінюючих, а також їхній розпад (дисоціація). Частки, що утворилися під дією електронного удару, можуть реагувати як між собою, так і з матеріалами, що перебувають у контакті із плазмою. Велике значення мають і різні фізичні поля - електромагнітні, електричні, магнітні, гідродинамічні. Хімічна реакція є одним з каналів перерозподілу енергії в системі, що приводить її в остаточному підсумку, до стану з мінімальною потенційною енергією. Безупинно здобуваючи енергію, електрони шляхом зіткнень передають її атомам і молекулам. У цілому, слід зазначити, що механізм плазмохімічної дії вивчений недостатньо. Також, дуже мало вивчений механізм впливу плазмохімічно активованих розчинів на біологічні об'єкти. Таким бо об'єктом є також і зерно різноманітних культур.

Явище активації водних розчинів викликає багаточисельні специфічні фізичні та хімічні ефекти, які можуть слугувати відправними пунктами нових прогресивних технологій зернопереробки. Використання плазмохімічної активації може в багатьох випадках полегшити та здешевити технологічний процес виробництва харчових продуктів, з урахуванням затрат енергії та часу на активацію технологічних розчинів.

Зерно, яке перебуває у стані спокою, в своєму складі має речовини, які необхідні для росту і розвитку майбутньої рослини. Проте білки, жири і вуглеводи зерна мають складну будову і при використанні в їжу продуктів, отриманих із зерна, ферменти травної системи людини повинні розщеплювати ці складні речовини зернівки на більш прості. Це часто стає причиною низького рівня засвоюваності важливих складових зернових продуктів організмом людини, пов'язане з порушенням вироблення ферментів травною системою.

Біоактивація зерна - це процес його переходу із стану спокою до початку росту зародку. При визначеній температурі і вологості зерно набухає, починає інтенсивно дихати, поглинає з води необхідні мінеральні речовини і мікроелементи, в зерновому матеріалі збільшується кількість вітамінів. Запускається цілий ряд біохімічних перетворень, які дозволяють синтезувати біологічно активні складові зерна. Гідролітичні ферменти зерна розщеплюють складні білки, жири, вуглеводи на більш прості речовини, які необхідні для формування проростка. Тож при використанні в їжу біоактивованого зерна організм людини отримує і засвоює вже оброблені ферментами речовини, продукт збагачується біологічно активними складовими і стає більш корисним. А в разі використання біостимулятора (плазмохімічно активованих водних розчинів), рівень накопичення біологічно активних речовин значно збільшується.

Плазмохімічно активовані водні розчини стимулюють цілий ряд біохімічних процесів в зерні, які є супутниками проростання, проте слугують інструментами синтезу і накопичення біологічно активних речовин в зерні. Це дозволяє збагатити зерновий матеріал підвищеним вмістом корисних речовин та розширити функціональні властивості готового продукту.

Зерно є самостійно функціонуючим організмом, який дуже чутливий до впливу зовнішнього середовища. Фактори зовнішнього середовища можуть як поліпшити стан та функціонування організму, так і призвести до його загибелі. Водні розчини є основною складовою частиною живих організмів, тобто вплинути на біологічний об'єкт легше за все шляхом часткової зміни

Зо структурної компоненти водних розчинів. Майже всі процеси збагачення організмів певними хімічними елементами основані на властивостях води, як розчинника, тобто щоб прискорити засвоєння організмом хімічної речовини її необхідно розчинити в воді. Засвоєння організмом водних розчинів грунтується на процесах адсорбції і абсорбції.

Плазмохімічно активовані водні розчини, прискорюють приток вологи та, як наслідок, поживних речовин від ендосперму до зародка, стимулюють його пробудження до активної життєдіяльності, що активує і значно прискорює процес накопичення цілого ряду ферментів.

Слід зазначити, що при використанні води, обробленої контактною нерівноважною плазмою, за рахунок подрібнення кластерних структур води на молекулярному рівні покращується транспорт вологи всередину зерна. Таким чином підтверджується закономірність, що чим більша вологість зернового матеріалу, тим вища розчинність білків, і як наслідок, значно зростає концентрація амінокислот.

Активування води та водних розчинів шляхом плазмохімічної обробки є першим кроком до використання властивостей води без її примусової хімізації сторонніми хімічними речовинами.

Тож всі процеси, які відбуваються під час активації, є процесами, які проходять безпосередньо в воді без додавання сторонніх хімічних компонентів.

Реактогенні властивості активованої води викликають підвищений інтерес вчених, оскільки властивості води, які виникають після активації, можуть стати відправним пунктом в розвитку нового напрямку нанотехнологій.

Активована під дією контактної нерівноважної плазми вода має антисептичні та антибактеріальні властивості. Слід зазначити, що така вода, являє собою кластерну структуру після плазмової обробки, може проявляти деякі нові властивості, раніше мало вивчені, але які викликають інтерес з практичної точки зору. Особлива роль в цьому випадку відводиться дослідженням впливу активованої води на біологічні процеси, що відбуваються в зерні різних культур.

Встановлено, що плазмохімічно активовані водні розчини мають дезінфікуючий ефект відносно зернового матеріалу в процесі його направленої бісактивації. Відмічена їх здатність протистояти пліснявоутворенню та грибковим мікроорганізмам. Частіше за все процес біоактивації ведеться шляхом зволоження і проходить в неасептичних умовах. На зволоженому зерні зустрічаються мікроби, присутність яких обумовлена зовнішнім середовищем в ході росту бо рослин або зберігання насіння. Умови, які підтримуються протягом процесу біоактивації (тепло,

волога), найбільш сприятливі для наявних на зерні мікробів, які розмножуються протягом всього процесу. Вказані мікроби можуть мати небажаний вплив на готовий продукт, оскільки призведуть до швидкого його псування та зміни органолептики. Тому підбір та використання якісного та нешкідливого антисептичного препарату є досить важливим завданням, яке має на меті покращити якість зернового компонента харчових продуктів.

Одним з можливих механізмів впливу плазмохімічно активованих водних розчинів на бактерії є зміна зовнішніх шарів клітини, яка робить доступними рецептори для реактогенних ензимів, наприклад лізоциму. Можливо, що вільні радикали утворюють пролом в клітинній стінці, що призводить до втрати вибіркової проникненості. Пероксид, який входить до складу активованої води, викликає у мікроорганізмів руйнування поверхневих структур та внутрішніх мембран. Цілісність цитоплазматичної мембрани порушує роботу ряду пов'язаних з мембраною ферментів, наприклад дегідрогеназ, та знижує ефективність роботи систем репарації ДНК.

Бактерицидна активність пероксиду водню і активованої води в першу чергу пов'язана з їх високою окисною здібністю, а також з дією токсичних продуктів, які виникають при пероксидному окисленні ліпідів. Пероксидне окислення впливає на білки рибосом, викликаючи їх руйнування.

Руйнуванню структури мембран сприяють і утворені надперекиси. Дія пероксиду водню або активованої води викликає локальну руйнацію цілісної клітинної стінки і порушення проникненості бактеріальних клітин вже в перші хвилини контакту. Особливістю активованої води також є вибірна здатність руйнувати безпосередньо патогенну мікрофлору.

Плазмохімічно активовані водні розчини в повній мірі здатні замінити відомі антисептики і тим самим зберігати хімічну чистоту отриманого біоактивованого зернового продукту.

Використання плазмохімічно активованих водних розчинів є універсальним для всіх зернових культур. Тобто спосіб знезараження зможе знайти широке застосування при обробці зерна різних культур і на різні технологічні цілі.

Слід також відмітити, що застосування активованої води стимулює та прискорює цілий комплекс хімічних та біологічних перетворень в зерні. Технологія обробки зернового матеріалу активованими водними розчинами є повністю екологічно безпечною. Активовані водні розчини абсолютно не токсичні, в них не присутні складні хімічні сполуки. Стабільна активність розчину триває 7-10 днів, після цього розчин інактивується і перетворюється в просту воду. Цього часу

Зо достатньо щоб стимулювати біохімічні процеси в зерновому матеріалі. Таким чином після направленої біоактивації в зерні не залишається хімічних речовин, тобто продукція отримана з зерна буде хімічно чистою.

Плазмохімічно активовані водні розчини в повній мірі здатні замінити відомі біостимулятори біохімічних процесів в зерні і тим самим зберегти хімічну чистоту отриманого зернового продукту. Такі розчини зможуть замінити класичні хімічні біостимулятори і антисептики і при цьому будуть безпечними, не матимуть в своєму складі хімічних сполук, небажаних у харчуванні людини. Вони є універсальним для біоактивації насіння різноманітних сільськогосподарських культур, з метою їх використання в оздоровчому харчуванні та приготуванні функціональних продуктів.

Корисну модель пояснює приклад.

Приклад. Активували біологічні процеси в зерновому матеріалі шляхом замочування в плазмохімічно активованих водних розчинах наступних культур: пшениці, спельти, ячменю, жита, вівса, полби, сорго, тефу, кукурудзи, гороху, квасолі, бобів, сої, адзукі, вигни, гуару, каяну, побії, машу, нуту, ураду, сочевиці, чини, віки, гречки, дагусси, кіноа, могару, проса, рису, чумизи, щириці, пшона, амаранту, соняшнику, ріпаку, льону, тритикале та інших. Подальший процес направленої активації біологічних процесів в зерновому матеріалі, та як наслідок, активація цілого комплексу ферментів і накопиченням продуктів біосинтезу, відбувався в спраутері.

Замочування і зволоження зерна проводили водними розчинами активованими під дією контактної нерівноважної плазми, з різним часом активації і різною кількістю діючої речовини (пероксиду водню) в межах 100-700 мг/л в залежності від обраного виду зернового матеріалу.

Активацію води проводили на лабораторній установці (табл. 1-2, Фіг. 1).

Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 Схема лабораторної трьох лугової плазмохімічної установки, де 1 - реактор; 2 - анони; З - катод; 4 - зворотний холодильник; 5 - джерело живлення; 6 - вакуумний насос.

Біоактивацію зерна здійснювали протягом 1-5 діб при температурі 17-21 "С, періодично зволожуючи та зворушуючи шар зерна висотою не більше 45-55 мм з метою рівномірного розподілу рідини і запобігання злежування маси. Потім біоактивований зерновий матеріал заморожували або піддавали сушці і подрібненню. Протягом всього часу біоактивації фіксували вміст цілого ряду біологічно-активних речовин в зразках. Динаміка накопичення ферментів 60 наведена на Фіг. 2-3. На Фіг. 2 - Амілолітична активність обробленого плазмохімічно активованими водними розчинами зернового матеріалу. На фіг. З - Протеолітична активність обробленого плазмохімічно активованими водними розчинами зернового матеріалу.

Проводився моніторинг мікробіологічного стану матеріалу. Так в зразках оброблених плазмохімічно активованими водними розчинами не виявили патогенної мікрофлори.

Представлений приклад застосування активованих плазмохімічним методом водних розчинів не охоплює та не обмежує можливості використання розчинів в процесах бісактивації, а лише вказує на перспективність запровадження нанотехнологій в зернопереробному і харчовому виробництві.

Використання плазмохімічно активованих водних розчинів (активованої води) дозволяє отримати високоякісний дієтичний зерновий компонент (продукт) без домішок хімічних препаратів, антисептиків та гормональних біостимуляторів росту по екологічно безпечній технології, в якій не використовуються токсичні речовини. В результаті більш активного перебігу біохімічних процесів в зерні при використанні таких розчинів зростає вміст легксозасвоюваних організмом людини білкових речовин. Отриманий зерновий компонент має значно підвищений вміст амінокислот, що є важливим технологічним результатом при виробництві харчової продукції з високим вмістом біологічно активних речовин.

Представлений спосіб дозволить отримати зерновий компонент високопоживних, оздоровчих харчових продуктів. Крім того слід відмітити абсолютну універсальність способу виробництва біологічно активного зернового компонента, оскільки як сировина для направленої біоактивації використовується будь-яке зерно. Біоактивоване запропонованим способом зерно кожної окремої культури має специфічний набір корисних речовин, вітамінів і мікроелементів.

Тож різноманіття використання в представленій технології зернової сировини дозволить значно розширити асортимент біологічно активних компонентів харчових продуктів.

Застосування активованих розчинів у виробництві біологічно активного зернового компонента дозволяє розширити технологічні можливості виробництва різноманітних зернових продуктів, удосконалити якість та екологічну безпеку продукції та значно скоротити витрати на виробництво. Оброблена контактною нерівноважною плазмою вода має властивості, які здатні інтенсифікувати біохімічні процеси в зерні, а саме процес накопичення біологічно активних складових, а в перспективі забезпечити харчове виробництво хімічно чистою сировиною високої

Зо якості - зерновим компонентом харчових продуктів багатим біологічно активними речовинами.

Креслення та інші ілюстративні матеріали

Таблиця 1

Експлуатаційні параметри лабораторної дослідної установки регулювати в межах

Тривалість імпульсу 1,0-1,5 мс

Таблиця 2

Технічна характеристика реактора

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виробництва біологічно активного зернового компонента харчових продуктів, який включає попередню обробку зернового матеріалу водним розчином біостимулятора, інкубацію зволоженого зернового матеріалу до оптимального рівня накопичення біологічно активних речовин, який відрізняється тим, що як біостимулятор використовуються плазмохімічно активовані водні розчини з концентрацією діючої речовини - пероксиду водню від 100 до 700 мг/л в залежності від виду зернового матеріалу. В вхімосіжех і дов оду нення Є ран шен, ШИ 99 - Би Щ ек в 5 ЕЕ МКУ, ко тю ОМ і о | т з їв їх ЇЙ. ! МД я Ж пет, НЯ ООН І Ст вс " | сяк т сне ї вн Е Облодоений, т й вомчие | «5 і (5 ' Хвасаені З трун

   Фіг.1 Амівовіхичзиз активність оброблевого нлазмохімічно вктивованнми водними резчнниами зем мазеріва хх, чай, ! в 0 ді с - Є шві в Н ЗХ КХ АХ ВХ - що : хх ОКХ Б Б К ще М ще МИХ ше що Щі. . . . івлоба З жюв З доба 4 нобйз Здоба алоба 7 жна

   Фіг.2

   Протеолітична активність обробленого плдзмохімічно активованих кожвами розчинами зерзавеко мазяумаах» вл ий и шик ж щ ш й. Б аа - - - 5 5-х х кенітроль З 7 їй і й ий! х ВіювктививвНне зерна ге В с. о І М ОВ . о. я ЩЕ. ЩЕ щі Ше ші шо щі щі я ілоба доба Змоа Ялоба сдобх блара 7 дюйа

   Фіг.3