Технология переработки ростков пшеницы с получением порошка из выжимок с высоким содержанием биологически активных веществ

Комплексная переработка растительного сырья с целью снижения технологических затрат и издержек считается в мире распространенной практикой производства сельскохозяйственной продукции. Такая переработка растительного сырья позволяет максимально извлечь из биомассы биологически активные вещества, а рециклинг отходов производства становится резервом расширения ассортимента продукции, повышения эффективности производства и решения экологических проблем. Перспективным направлением использования пищевых вторичных ресурсов считается их глубокая переработка и расширение области применения продуктов переработки. В связи с этим актуальны исследования, направленные на вовлечение в сферу производства вторичного сырья с получением дополнительных продуктов переработки, что в конечном итоге позволяет снизить затраты основного продукта.

Переработка вторичного растительного сырья и получение дополнительных продуктов, содержащих природные биологически активные вещества, согласуется с направлениями развития технологий производства пищевой продукции с высокими потребительскими свойствами за счет повышения содержания микронутриентов и пищевых волокон и соответствует «Стратегии повышения качества пищевой продукции РФ до 2030 г.», утвержденной 29 июня 2016 г., ориентированной на обеспечение здорового питания, профилактику заболеваний и повышение качества жизни.

В настоящее время популярны исследования по разработке продукции здорового питания на основе пророщенных зерновых культур и продуктов их переработки, являющихся, по существу, пищевым ресурсным потенциалом России. Такие продукты характеризуются высоким содержанием биологически активных веществ и функциональных ингредиентов: мука из зародышей пшеницы, отруби, пшеничная дезодорированная мука, крупка пшеничная дробленая, пшеничные зародышевые хлопья, диспергированное зерно, цельное зерно, пророщенное цельное зерно пшеницы, ржи и др.[1–2].

В регионах России возрастает потребительский спрос на продукцию, изготавливаемую из проростков. Например, в Красноярске популярен сок «Витграсс», получаемый из ростков пшеницы. Сок пшеницы характеризуется высоким содержанием незаменимых аминокислот, хлорофилла β, каротина, витаминов А, С, Е, биофлавоноидов, минеральных веществ [3–7].

Объемы реализации сока «Витграсс» в Красноярске устойчиво возрастают с каждым годом, особенно в зимний и весенний периоды.

Отмечен потребительский спрос жителей города на пророщенные зерновые и бобовые культуры и продукты их переработки. Эта продукция продается в городе в специализированной торговой сети «Лавка Полезные продукты», в региональных сетях «Командор», «Красный Яр», на предприятиях общественного питания.

По данным исследований, количество выжимок при получении овощных и фруктовых соков прямого отжима составляет до 50% [8]. При производстве сока «Витграсс» из ростков пшеницы по технологическому процессу, организованному в ООО «Проростки», г. Красноярск, образуются выжимки до 30–35%, которые считаются отходом и не используются. Однако многими учеными подтвержден факт того, что вторичное растительное сырье содержит значительное количество ценных веществ: витаминов, белков, жиров, пищевых волокон, минеральных компонентов. Дальнейшее их применение не только технически, но и экономически выгодно. С целью рационального использования ростков пшеницы возникла необходимость вовлечения выжимок в процесс комплексной переработки биомассы, потенциально содержащей комплекс биологически активных веществ, сохраняющихся при механическом отделении сока.

Научно-исследовательская работа выполнялась по договору № 116/17-Т от 11.09.2017 с КГАУ «Красноярский региональный инновационно-технологический бизнес-инкубатор» компанией ООО «Проростки», г. Красноярск и Сибирским федеральным университетом.

Цель исследования – разработать комплексную технологию переработки биогенного продукта ростков пшеницы. Для ее реализации определены задачи:

─ исследовать химический состав выжимок, полученных в результате производства сока «Витграсс» из ростков пшеницы;

─ определить технологические параметры получения порошка из выжимок пшеницы с целью максимального сохранения биологически активных веществ.

Материалы и методы

Исследования проводились на базе научноисследовательских лабораторий ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Показатели безопасности определяли в лаборатории испытательного центра «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае».

В качестве объекта исследования выбраны:

─ выжимки сокового производства «Витграсс» из ростков пшеницы 10–12 см, полученные в ООО «Проростки», г. Красноярск (рисунок 1).

─ порошок из выжимок ростков пшеницы (рисунок 2).

Применяемое в исследованиях сырье соответствовало требованиям национальных стандартов по показателям безопасности, требованиям ТРТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна», ТР ТС 005/2011 «О безопас- ности упаковки».

Рисунок 1. Высушенные выжимки     сокового производства из ростков пшеницы

Figure 1. Мarcs wheat sprouts

Рисунок 2. Порошок из выжимок пшеницы ростков

Figure 2. Рowder from marc wheat sprouts

Органолептические показатели, влажность, содержание золы определяли по ГОСТ 24027.2–80; содержание пектиновых веществ, «сырой» клетчатки, лигнина, целлюлозы, гемицеллюлозы,

Химический состав выжимок сокового производства г/100 г.

Table 1.

дубильных веществ, витамина Р, белка, хлорофилла, редуцирующих сахаров – фотометрическим методом; хлорофилла по методикам, изложенным в [9, 10]; флавоноидов – спектрофотометрическим методом [11].

Опыты проводили 3 – 5-кратно. Результаты обрабатывали статистическими методами с доверительной вероятностью 0,95. Ошибка опыта не превышала 5%. В таблицах 1, 2, на рисунках 3, 4 представлены средние арифметические значения полученных величин.

Результаты и обсуждение

Согласно литературным данным по изучению химического состава выжимок, образующихся при производстве плодовых и овощных соков, они содержат комплекс макро-и микронутриентов, определяющих их высокую пищевую ценность [8]. В таблице 1 представлены результаты исследований химического состава выжимок ростков пшеницы в сравнении с данными морковных, свекольных, яблочных, боярышниковых выжимок.

Таблица 1.

Chemical composition of the juice production marcs

Показатель Indicator	Выжимки| Marcs
	ростков пшеницы wheat sprouts	морковные [8] carrot [8]	свекольные [8] beet [8]	яблочные [8] apple [8]	боярышника [8] hawthorn[8]
Влажность, % | Moisture, %	74,00 ± 0,04	82,9	81,2	82,1	59,2
Белок, г/100 г | Protein, g/100 g	5,56 ± 0,02	1,68	1,99	1,27	2,42
Липиды, г/100 г. | Lipids, g/100 g	3,96 ± 0,20	0,09	0,11	1,29	1,95
Водорастворимые вещества, % Water soluble substances, %	1,97 ± 0,09	–	–	–	–
из них растворимые углеводы, в т. ч. редуцирующие сахара, % among them soluble carbohydrates, including reducing sugars, %	0,44 ± 0,02	3,8	0,5	7,6	5,0
Органические кислоты, % Organic acids, %	0,93 ± 0,05	отсутствуют n / d	отсутствуют n / d	0,9	0,5
Минеральные в-ва, % | Minerals, %	0,49 ± 0,02	1,19	0,72	0,14	0,44
Витамин С, мг/100 г | Vitamin С, mg/100 g	129, 12 ± 0,02	50	139	125	35
Р-активные вещества, мг/100 г Р-active substances, mg/100 g	110,10 ± 0,04	28,5	161,1	62,0	138,0
Клетчатка, % | Cellulose, %	12,83 ± 0,16	1,9	1,4	1,8	10,0
из них | among them
Пектиновые вещества, % Pectin substances, %	0,29 ± 0,01	2,2	3,0	2,6	4,3

Результаты сравнительного анализа показывают, что влажность большинства видов выжимок высокая – от 74 до 82%; исключение составляют выжимки из боярышника, для которых значение влажности меньше на 15–23%. Выявлено, что содержание белка в выжимках из ростков пшеницы в 2 раза выше, чем в образце боярышника, в 2,7 раза – чем в овощных и в 4,4 раза – чем в яблочных выжимках. Выжимки ростков пшеницы характеризуются существенно большим содержанием липидов и жирорастворимых веществ по сравнению со всеми образцами. Их содержание в 2 раза больше, чем в выжимках боярышника, в 3 раза – чем в яблочных и в 36 раз – чем в овощных образцах. Яблочные выжимки доминируют по содержанию редуцирующих сахаров, практически на 50% меньшее их количество обнаружено в выжимках боярышника и моркови, а в образцах выжимок ростков пшеницы и свеклы содержится их меньше на 93%. Одинаковым количеством органических кислот характеризуются образцы выжимок пшеницы и яблок, в 2 раза меньше их в боярышниковых выжимках, а в овощных вообще отсутствуют. Максимум минеральных веществ установлен в выжимках моркови, на 59% их меньше в образцах ростков пшеницы. Близкие значения содержания витамина С установлены для выжимок из ростков пшеницы, свекольных и яблочных, несколько ниже количество витамина С в выжимках из моркови и боярышника. По количеству Р-активных веществ лидируют свекольные выжимки, в выжимках ростков их меньше на 51 мг/100 г.

Проведенные исследования позволили установить высокое содержание пищевых волокон в выжимках ростков пшеницы, степень удовлетворения от физиологической нормы потребления составила более 60% в соответствии с МР 2.3.1.2432–08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации». Полученные данные дают основание рекомендовать изучаемый вид сырья в качестве источника пищевых волокон. Все образцы выжимок могут быть классифицированы как пищевые волокна – побочные продукты переработки растительного сырья с содержанием пищевых волокон до 30% [12]. Высоким содержанием

Содержание минорных компонентов в пищевых волокон отличаются выжимки боярышниковые и ростков пшеницы 10 и 12% соответственно. В оставшихся видах выжимок их количество в 5 раз меньше. Большим количеством пектиновых веществ характеризуются выжимки боярышниковые, свекольные, яблочные. Более чем в 10 раз их меньше в выжимках ростков пшеницы. Экспериментально установлено, что в составе нерастворимых пищевых волокон выжимок ростков пшеницы содержатся: лигнин в количестве 6,8 ± 0,14%, целлюлоза – 1,50 ± 0,07%, гемицеллюлоза – 4,23 ± 0,11%, которые способствуют улучшению моторной деятельности кишечника, связывают токсичные элементы в пищеварительном тракте, т. е. обладают физиологическими свойствами.

Общеизвестно, что пищевые волокна, полученные из вторичного растительного сырья, в настоящее время активно применяются в пищевых технологиях благодаря их многофункциональности. Их можно использовать в качестве технологической и функциональной добавки, изменяя потребительские и комплексообразующие свойства пищевой продукции. Сравнительный анализ химического состава выжимок позволяет сделать вывод, что выжимки из ростков пшеницы отличаются большим содержанием белка, жирорастворимых компонентов, витамина С, органических кислот, пищевых волокон по сравнению с выжимками овощных и плодовых культур.

В ходе исследования определено количественное содержание минорных компонентов (таблица 2).

Таблица 2. выжимках ростков пшеницы, мг/100 г.

Table 2.

Minor components content in the wheat sprouts marcs, mg/100 g

Показатель Indicator	Выжимки из ростков пшеницы Wheat sprouts marks	Степень удовлетворения от физиологической нормы потребления ФНП, % The satisfaction degree from the physiological consumption norm of FNR* %
Флавоноиды | Flavonoids	200,16 ± 2,82	23,5
Хлорофилл |Clorophyll	12,32 ± 1,26	12
Танины | Tannins	370,58 ± 1,62	185
* FNR – Federal Norms and Regulations

Согласно данным таблицы 2 выжимки ростков пшеницы являются ценным источником биологически активных веществ. Природные антиоксиданты витамин С, витамин Р, флавоноиды выступают в качестве естественных регуляторов окислительных реакций. Степень удовлетворения физиологической нормы потребления по танину составляет 185%.

Анализируя полученные экспериментальные данные по химическому составу выжимок, получаемых при производстве сока из ростков пшеницы, пришли к выводу, что они содержат не только пищевые волокна, но и широкий спектр биологически активных веществ. В составе исследуемого сырья идентифицированы в значительном количестве минорные соединения: Р-активные вещества, флавоноиды и танины. Их дефицит в рационе человека уменьшает защитные функции организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, повышает риск развития различных заболеваний, в результате чего снижается качество жизни.

Следует отметить, что за исключением пшеничных отрубей на предприятиях пищевой индустрии Красноярского края не вырабатываются пищевые волокна, что еще раз подтверждает актуальность и практическую значимость выполняемых научных исследований.

В связи с тем что выжимки, полученные после выделения сока, имеют высокую влажность (более 70%), они не подлежат хранению и технологическому использованию в результате микробиологической порчи. Следовательно, возникает необходимость повысить степень переработки выжимок ростков пшеницы с целью получения дополнительного товарного продукта. Авторами [13] разработана технология для получения порошка из выжимок плодов красноплодной рябины, сохраняющая биологически активные вещества в большем количестве: температура – от 55 до 100 °C, время сушки – от 7 до 10 ч, влажность – выжимок от 7 до 10%.

Выжимки высушивали в конвективной сушилке при температуре от 20 до 100 °C до постоянной влажности 8% и измельчали. Известно, что потребительские свойства продуктов переработки вторичного растительного сырья определяют качество выжимок сокового производства и условия процесса их производства. В связи с этим одной из задач, поставленных в работе по использованию выжимок ростков пшеницы, являлось определение технологических параметров переработки растительной биомассы с целью максимального сохранения биологически активных веществ в готовом порошке.

В качестве параметров, формирующих качество порошка, выбраны термолабильные компоненты: витамин С и хлорофилл (сумма α и β). Управляющими технологическими параметрами приняты температура и время сушки выжимок. В результате проведенного эксперимента установлено время сушки при соответствующей температуре: 20 ч – при 20 °С, 8 ч – при 40 °С, 6 ч – при 60 °С, 4 ч – при 80 °С, 2 ч – при 100 °С, – до постоянной влажности сырья 8%. Выявлена зависимость содержания витамина С от температуры сушки выжимок (рисунок 3).

Данные рисунка 3 демонстрируют прямолинейную зависимость содержания витамина С от температуры сушки выжимок, что подтверждает полученное уравнение линейной регрессии с коэффициентом достоверной аппроксимации R2 = 0,99. Следует отметить, что несмотря на достаточно малое время сушки – 2 ч при 100 °С – содержание витамина уменьшается на 61%, что несколько снижает пищевую ценность полученного продукта.

Экспериментально установлена зависимость изменения содержания хлорофилла от температуры сушки сырья (рисунок 4).

Рисунок 3. Зависимость содержания витамина С в выжимках ростков пшеницы от температуры сушки сырья

Figure 3. Dependence of the vitamin C content in squeezed wheat germ from the drying temperature of raw materials

Температура, °С| Temperature, °С

Рисунок 4. Зависимость содержания хлорофилла в выжимках ростков пшеницы от температуры и времени сушки сырья

Figure 4. Dependence of the content of chlorophyll in squeezed wheat germ from temperature and drying time of raw materials

Выявлено, что количественное содержание хлорофилла снижается на 56% в процессе сушки при температуре 100 °С.

Таким образом, в ходе проведения эксперимента установили параметры сушки выжимок для производственных условий: оптимальная температура – 40 °С, время сушки – 8 ч. Высушенные при данных параметрах выжимки имеют волокнистую, объемную и тонкую структуру, приятную, легкую на ощупь. Для последующего использования высушенные выжимки измельчали на мельнице УИМ-2. Технологическая схема комплексной переработки пшеницы с получением сока «Витграсс» и порошка из выжимок ростков пшеницы (рисунок 5) включает несколько этапов.

Этап 1 – закупка, приемка пшеницы по количеству и установленным ООО «Проростки» для поставщиков показателям качества, хранение пшеницы при регламентируемом температурно-влажностном режиме.

Рисунок 5. Схема комплексной переработки пшеницы с получением сока «Витграсс» и порошка из выжимок ростков пшеницы

Figure 5. The wheat integrated processing scheme and the “Vitgrass” juice and powder production from the wheat sprouts marcs

Этап 2 – подготовка пшеницы к производству, включающая удаление дефектных зерен, механических примесей, визуальный контроль физических опасностей, микробиологической чистоты, мойку в моечных машинах и размещение промытых зерен в гидролотках.

Этап 3 – проращивание пшеницы по гидропонной технологии. Функциональные емкости для выращивания ростков устанавливаются на стеллажах, в помещениях контролируется температурно-влажностный режим (W = 85–100%, T = 24–26 °С), режим освещенности поддерживается автоматически (12 ч день/12 ч ночь). По достижении ростками длины 10–12 см они срезаются.

Этап 4 – подготовка ростков пшеницы заключается в их мойке очищенной водой и подсушивании при температуре 20 ± 2 °С для удаления лишней влаги.

Этап 5 – отделение сока «Витграсс» из ростков пшеницы с помощью шнековой соковыжималки. В готовом соке производят контроль регламентируемых показателей качества. Упаковка сока происходит с помощью полуавтоматического дозатора в потребительскую упаковку, далее следует маркировка. Консервирование сока производится методом шоковой заморозки