216 разработка технологии получения нетоксичного

VI международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 11 г.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТОКСИЧНОГО
КЛЕЕВОГО СОСТАВА ИЗ БЕЛКОВ СЕМЯН КЛЕЩЕВИНЫ
Ольховатов Е.А.
350044, Краснодар, ул. Калинина, 13
ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
olhovatov_e@inbox.ru
Проведѐн обзор существующих традиционных способов получения клеевого состава (растительного «казеина») из семян клещевины; рассмотрены недостатки этих способов для производства клеевого состава с высокими качественными показателями. Экспериментально обоснована новая малозатратная технология получения нетоксичного клеевого состава из семян клещевины, позволяющая, в сравнении с существующими технологиями, повысить безопасность и
улучшить экономические показатели производства целевого продукта.
Широкое применение казеина в промышленности и недостаток основного сырья для него – молока – требует открытия новых сырьевых источников
растительного происхождения, наиболее важным из которых являются семена
клещевины.
Применение возобновляемого (растительного) сырья для приготовления
клеѐв выгодно как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Растворимые фракции белков семян клещевины, будучи выделенными и
особым образом подготовленными, аналогичны казеину молока по клеящим свойствам, часто даже превосходят его по качеству. По этим причинам клеевой состав, получаемый из белков семян растений, условно называют ещѐ растительным «казеином».
Растительный «казеин» находит применение главным образом в фанерном производстве для приготовления влагоупорных клеѐв, клеѐв для этикетирования и склейки пищевых упаковок, в производстве пластических масс, для приготовления казеиновых красок и в текстильном производстве для приготовления
водонепроницаемых тканей.
Растительные клеевые составы характеризуются, в отличие от синтетических клеѐв, биологической деградируемостью и более высокой эластичностью.
Исходными продуктами для выработки растительного клеевого состава
(растительного «казеина») служат шроты, жмыхи, или целые семена.
В литературе описан способ получения растительного «казеина» из
клещевинного шрота, согласно которому очищенные от плодовых оболочек и
сорных примесей семена клещевины отделяют от семенных оболочек, затем
ядро семян с содержанием лузги не более 2-3 % размалывается. Полученную
таким образом мезгу обезжиривают при температуре растворителя 60 °С, затем мезга подсушивается в жаровне Скипина до влажности 5-6 % при 70-75
°С. Окончательное извлечение масла производится при 60 °С. Шрот, при этом,
пропаривают под вакуумом.
Из обезжиренного, но не высушенного шрота экстрагируют растворимые
фракции белков 2%-ным раствором каустической соды и известковой водой при
50 °С при непрерывном перемешивании с применением острого пара. Щелочной
раствор белков (концентрацией 2-3 %) фильтруют и нейтрализуют растворами
соляной, серной или уксусной кислот, после чего белок из раствора выпадает в
осадок. Затем белковый осадок несколько раз промывают водой для удаления
свободной кислоты, после чего температуру белка влажностью 90-95 % доводят
216
VI международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 11 г.
до 80-85 °С. После этого, белок повторно промывают водой от остатков масла,
фильтруют и высушивают до влажности 55-65 % сухим теплым воздухом
(40-45 °С). Полученный таким образом растительный «казеин» протирают на
терках и окончательно высушивают воздухом, нагретым до 35-40 °С. После высушивания продукт имеет вид крупки буроватого оттенка. Выход растительного
«казеина» из клещевинного шрота около 40 % [1].
Эта технология во многом не совершенна и требует существенной доработки – пересмотра предложенных процессов и параметров.
Так, применение сравнительно высоких температур на стадии отмывки
белка от остаточного масла и продолжительная тепловая сушка готового продукта ухудшают клеящие свойства получаемого растительного клеевого состава. Кроме того, данная технология предусматривает очистку семян от семе нных оболочек, что требует больших затрат труда и энергии, а также применение специального аппаратурного обеспечения процесса – шелушильной машины, установки для разделения смеси ядер семян и семенных оболочек, устройства для очистки воздуха.
Основным и существенным недостатком этого способа является то, что
получаемый растительный клеевой состав (растительный «казеин») токсичен, так
как вырабатывается из необзвреженного белкового сырья семян клещевины, что
делает его небезопасным в использовании.
Целью проведѐнной работы была разработка технологии получения нетоксичного клеевого состава из белков семян клещевины, позволяющая добиться
увеличения выхода и повышения качества целевого продукта, снижения затрат
труда и энергии и получения нетоксичного клеевого состава.
Проведѐнная работа была призвана решить такие задачи как разработка
способа получения нетоксичного белкового продукта технического назначения –
клеевого состава - из вторичных продуктов переработки плодов клещевины, а
также разработка технологии и технологических параметров получения клеевого
состава при переработке плодов клещевины.
В связи с этим, следует упомянуть об описанных в литературе способах
обезвреживания токсичных компонентов (детоксикации) клещевинных белков,
нашедших применение при производстве.
Так, известен способ получения нетоксичного шрота из семян клещевины,
реализуемый высокотемпературной обработкой при 120 °С и влажности шрота
18-20 %, в течение 40 минут. Обезвреженный таким образом шрот пригоден для
использования в качестве белковой кормовой добавки для сельскохозяйственных
животных [2].
Кроме того, известен способ получения кормового продукта из шрота семян клещевины при менее жѐстких параметрах процесса: температуре обработки
85±2 °С и продолжительности процесса 20-25 минут, при массовой доле влаги в
шроте, направляемом на обработку, 18-20 %. Столь мягкие режимы тепловой обработки обусловлены использованием кремниевой кислоты при еѐ массовой
доле 5-10 % [3].
Недостатком этого способа является применение кремниевой кислоты, что
позволяет снизить токсичность шрота клещевины, однако требует не только дополнительных материальных затрат, но и создаѐт необходимость контроля рН с
последующей нейтрализацией среды в промежуточном белковом продукте перед
этапом экстрагирования растворимых фракций белков растворами щелочей.
Общим недостатком описанных способов детоксикации клещевинных
шротов является рекомендуемое применение высоких температур, что неизбежно
217
VI международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 11 г.
ведѐт к денатурации растворимых фракций белков, и, как следствие, к снижению
их выхода при приготовлении растительного казеина. Все процессы получения
растительного казеина, во избежание тепловой денатурации белков, должны
производиться при пониженных температурах (60-70 °С).
Нами был предложен способ детоксикации белков семян клещевины, учитывающий недостатки существующих способов. Реализуется разработанная технология следующим образом. Собранные плоды влажностью 15±2 % размещают
в виде буртов, укрывают подручными материалами, изолируя от окружающей
среды и, тем самым, создают соответствующие для начала самосогревания условия, подвергают контролируемому самосогреванию в течение 2-х суток, при котором каждые 12 часов определяют температуру плодов внутри насыпи и подерживают еѐ не выше 30 °С посредством изменения толщины слоя теплоизолирующего материала, затем плоды обрушивают, а из очищенных от семенных оболочек семян получают масло и побочный продукт, который является белковым кормовым продуктом [4].
Получаемый таким образом белковый продукт нетоксичный. Кроме того, в
таком белковом продукте растворимые фракции белков, необходимые для приготовления растительного клеевого состава, подвергаются минимальным изменениям, происходящим, главным образом, за счѐт ферментативного гидролиза. Тот
факт, что целевым продуктом описанного выше способа является кормовой белковый продукт, требует проведения предваряющей извлечение масла очистки семян
от семенных оболочек, в чѐм, однако, нет необходимости при получении промежуточного белкового продукта для производства нетоксичного клеевого состава.
На основании приведѐнного способа детоксикации белков семян клещевины нами разработана технология получения нетоксичного клеевого состава из
белков семян клещевины. Реализуется предложенная технология следующим образом. Плоды клещевины подвергают регулируемому самосогреванию. Извлекают
масло из неочищенных от семенных оболочек семян и получают промежуточный
нетоксичный белковый продукт. Его обрабатывают щелочными растворами и получают белковый экстракт. Полученный белковый экстракт фильтруют и центрифугируют. Затем растворами кислот из экстракта осаждают белки. Полученный
белковый осадок дважды промывают водой, нагретой до 70±3 °С. После этого
белковый осадок фильтруют, высушивают сублимацией и измельчают.
В сочетании описанные параметры процессов позволяют получить нетоксичный клеевой состав из белков семян клещевины.
Самосогревание плодов с регулируемыми параметрами процесса позволяет получить нетоксичный промежуточный белковый продукт переработки семян
клещевины для получения безопасного клеевого состава – аналога казеина. Кроме того, детоксикация белков биотехнологическим способом ведѐтся при мягких
температурных параметрах, что обеспечивает хорошую сохранность растворимых
фракций белков в продукте на этом этапе и, как следствие, их высокий выход при
экстрагировании.
После самосогревания плодов очищенные от плодовых оболочек семена
от семенных оболочек не очищаются, так как на абсолютный выход целевых продуктов переработки - масла и растительного казеина - очистка семян не влияет, а
отказ от этой стадии процесса позволяет избежать дополнительных затрат труда,
энергии и использования специального технического оснащения.
Проводимая после фильтрования экстракта белков очистка центрифугированием обеспечивает его высокую чистоту от взвесей нерастворимого остатка,
что в конечном итоге положительно сказывается на адгезионных свойствах бел218
VI международная конференция молодых ученых и специалистов, ВНИИМК, 20 11 г.
ков, и клеящей способности получаемого целевого продукта.
Двукратная промывка нагретой до 70±3 °С водой получаемого белкового
осадка обеспечивает дополнительную отмывку продукта от остатков масла, при
этом минимально изменяются свойства белков. Кроме того, на данном этапе удаляются остатки применяемых кислот.
Замена продолжительного двухступенчатого теплового высушивания получаемого клеевого состава сублимационным высушиванием обеспечивает получение высококачественного продукта с повышенной способностью к набуханию в
воде (коэффициент 3,5 против 2,0-2,2 при высушивании тепловым способом).
Кроме того, применение сублимационного высушивания обеспечивает высокую
стойкость продукта при длительном хранении.
В результате применения разработанной нами технологии достигается
увеличение выхода и повышение качества целевого продукта, снижение затрат
труда и энергии.
Работа проводилась под руководством д-ра тех. наук, профессора кафедры
технологии хранения и переработки растениеводческой продукции факультета перерабатывающих технологий КубГАУ, Щербаковой Елены Владимировны.
Литература
1. Жиры. Их получение и переработка // Справочное руководство. – Ленинград: Пищепромиздат, 1938. – Т. 1. – 680 с.
2. Багалий Т.М. Совершенствование технологии детоксикации продуктов
переработки семян клещевины с целью получения высокобелкового кормового
шрота: автореферат дис. … канд. техн. Наук. – Краснодар: КПИ, 1992. – 21 с.
3. Алѐши В.Н., Лобанов В.Г., Минакова А.Д., Корнена Е.П. Способ получения кормового продукта из шрота клещевины: патент № 2354133 Рос. Федерация: МПК А 23 К 1/00, 1/14 (2006.01); заявитель и патентообладатель ГОУВПО
КубГТУ; заявл. 29.08.2007. Опубликован 10.05.2009г // Бюллетень «Изобретения
и полезные модели» – Федеральная служба по интеллектуальной собственности,
патентам и товарным знакам. – 2009. – №13 (II часть). – С. 372.
4. Ольховатов Е.А., Щербакова Е.В. Альтернативный способ снижения токсичности семян клещевины // Известия вузов. Пищевая технология. – 2009. –
№5–6. – С. 16–17.
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF NON-TOXIC
ADHESIVE COMPOSITION PRODUCTION FROM CASTOR SEEDS PROTEINS
Olkhovatov E.A.
A review of existing conventional methods of producing the adhesive composition (vegetational «casein») from the castor seeds is presented; disadvantages
of these methods for the production of adhesive composition of high quality are
considered. A new low-cost technology for producing non-toxic adhesive composition of castor seeds is experimentally proved. It allows, in comparison with existing
technologies, to enhance security and improve the economic rates of the production
of the target product.
219