Разбираемся в новом ГОСТ по глубокой переработке зерна. Для чего он нужен? Его цели и задачи.
ГОСТ Р 71910-2024 "Глубокая переработка зерна. Термины и определения" утверждён приказом Росстандарта от 24 декабря 2024 года №1983-ст.Стандарт определяет термины и определения, используемые в процессе извлечения химических компонентов из зерна для получения новых продуктов с улучшенными потребительскими свойствами.
Глубокая переработка зерна может включать в себя производство муки, крупы, хлебобулочных и макаронных изделий, комбикормов, а также побочных продуктов переработки зерна.
В рамках глубокой переработки зерна также разрабатываются новые продукты с улучшенными потребительскими свойствами, например, извлечение крахмала или белка для использования в различных отраслях промышленности.
Таким образом, ГОСТ Р 71910-2024 является национальным стандартом Российской Федерации, который устанавливает термины и определения в области глубокой переработки зерна злаковых, семян зернобобовых и масличных культур.
Термины и определения, которые рассмотрены в ГОСТ Р 71910-2024:
- Технологические операции. К ним относятся физические, физико-химические, химические, биохимические, микробиологические и ферментативные преобразования.
- Классификация продуктов глубокой переработки зерна. Выделены группы: белковые, углеводные, продукты из растительных масел, продукты с использованием метода микробиологического синтеза и биотопливо.
- Некоторые продукты глубокой переработки зерна: текстурированные и модифицированные белковые продукты, белковые гидролизаты, сухая пшеничная клейковина, белковые мучные продукты и другие.
- Углеводные продукты глубокой переработки. К ним относятся крахмал, модифицированный крахмал, резистентный крахмал, декстрин, циклодекстрины, крахмальная патока и другие.
- Продукты глубокой переработки зерна, полученные из растительных масел. К ним относятся фосфатидный концентрат, лецитины, жирные кислоты, глицерин натуральный сырой.
- Продукты глубокой переработки зерна, полученные с использованием метода микробиологического синтеза. К ним относятся органические кислоты, аминокислоты, кормовые витамины и другие.
- Биотопливо. К продуктам биотоплива относятся биоэтанол и биодизельное топливо.
Цель нового ГОСТ Р 71910-2024 "Глубокая переработка зерна"
Цель стандарта — установить термины и определения в области глубокой переработки зерна злаковых, семян зернобобовых и масличных культур.
Продукты ГПЗ
В ГОСТе представлена классификация продуктов глубокой переработки зерна (ГПЗ): белковых, углеводных, продуктов из растительных масел, продуктов с использованием метода микробиологического синтеза и биотоплива. В результате разделения зерна на отдельные компоненты получают широкий спектр веществ: нативный и модифицированный крахмалы, глюкозно-фруктозные сиропы, крахмальную патоку, глюкозу, клейковину или глютен, пищевой спирт и биотопливо, биогаз, кормовую добавку и пр. (см. рис 1).
Все эти продукты имеют высокую добавочную стоимость и позволяют адаптировать производственный процесс к текущим требованиям рынка и повысить экономическую эффективность всего производства.
При дальнейшей переработке полученного в результате сепарации крахмала выходит широкий перечень различных производных и биопродуктов, сфера применения которых практически не ограничена – от пищевой промышленности до нефтехимии.
Подробнее о продуктах глубокой переработки зерна
Крахмал. Используется в пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности. Модифицированные крахмалы находят применение в качестве загустителей, стабилизаторов и связующих.
Глютен (клейковина). Применяется в основном в пищевой промышленности для улучшения текстуры и эластичности хлебобулочных изделий.
Лизин. Аминокислота, используемая в качестве кормовой добавки для животных.
Глюкозно-фруктозные сиропы. Заменители сахара, используемые в производстве напитков и кондитерских изделий.
Биоэтанол. Вид биотоплива, получаемый из зерна.
DDGS (сухая барда, полученная после спиртового брожения). Кормовой продукт, богатый белком.
Сорбитол. Сладкий сироп, используемый в качестве заменителя сахара в фармацевтической и диетической продукции.
Органические кислоты (лимонная, янтарная, молочная). Используются в различных отраслях, включая производство моющих средств, биопластиков и др.
Пищевые добавки. Различные витамины и минералы, извлекаемые из зерна.
Перспективные направления развития глубокой переработки зерна:
- Производство биопластиков из молочной кислоты, полученной из глюкозы.
- Развитие производства аминокислот и витаминов (B2, B12, C).
- Увеличение производства крахмалов, глюкозно-фруктозных сиропов и клейковины.
- Расширение использования зерновых отходов для производства кормов, удобрений и биотоплива.
Глубокая переработка зерна (ГПЗ) позволяет не только получать ценные продукты, но и повышать экономическую эффективность производства, снижать зависимость от импорта и создавать новые рабочие места.
Где применяются продукты ГПЗ:
Продукты глубокой переработки зерна, такие как крахмал, глютен, лизин, глюкозно-фруктозные сиропы, биоэтанол, пищевые добавки и другие находят широкое применение:
- в пищевой промышленности
- кормовом производстве
- фармацевтики
- текстильной промышленности
- на целлюлозно-бумажном производстве
Процесс производства продуктов глубокой переработки зерна
Весь процесс глубокой переработки зерна можно условно разделить на 4 этапа:
- Подготовительный этап
- Дробление и помол
- Извлечение химических компонентов
- Завершающий этап
Подготовительный этап включает:
- транспортировку зерна и очистку от грязи и примесей.
- гидротермическую обработку: увлажнение, пропаривание, сушку и охлаждение.
- фракционирование и сортировку.
Эти операции выполняют на зернохранилищах, элеваторах и перерабатывающих предприятиях.
Дробление и помол. Осуществляется путём физического воздействия на зерно и зерновую массу. В результате продукт сохраняет основные характеристики, присущие исходному зерну: строение и форму клеток, свойства белков, размеры, форму и свойства крахмальных зёрен. На этом этапе получают крупы, муку и комбикорма.
Извлечение химических компонентов включает:
- извлечение жиров
- витаминов группы В
- минеральных веществ (соединений железа, магния, кадмия)
Некоторые компоненты зерна, например крахмал и глютен, реализуются как отдельные товары, другие подвергаются дальнейшей переработке для создания новых продуктов.
Завершающий этап заключается в реализации продуктов глубокой переработки. Например, крахмал, полученный на этапе извлечения химических компонентов, может использоваться для производства органических кислот (лимонной, янтарной), молочной кислоты, аминокислот, ферментов и других продуктов.
Комплектная поставка лабораторного оборудования для глубокой переработке зерна на kolba24.ru
Какое сырье подходит для глубокой переработки
Сырьем для глубокой переработки может служить любое зерно – пшеница, кукуруза, ячмень, рожь, овес, тритикале. В мировой практике в качестве материала для подобной технологии выбираются зерновые культуры, доступные и имеющиеся в наличии в том или ином регионе круглогодично.
Основным сырьем для производства продукции глубокой переработки зерна являются кукуруза и пшеница. Также ведутся работы по разработке методов качественного извлечения белковых продуктов из тритикале. Преимущества аминокислотного состава белков тритикале делают возможным развитие направления по выделению белковых продуктов из муки, зерна и отрубей тритикале для пищевых и кормовых целей, чтобы использовать их как функционально-технологические добавки или белковые обогатители. По сравнению с пшеницей и кукурузой, зерно тритикале имеет повышенное количество лизина в белке, а также сопоставимые показатели по массовой доле белка с зерном ржи и пшеницы. Однако массовая доля свободных аминокислот в зерне тритикале больше, чем в зерне пшеницы, то есть композиция белков этих культур может обеспечить более сбалансированный состав незаменимых аминокислот, таких как изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин и треонин.
В последние годы в мире наблюдается развитие глубокой переработки гороха, связанное с извлечением гипоаллергенного белкового изолята, способного заменить соевые белки в различных продуктах питания.
Несмотря на то, что пищевая промышленность традиционно широко применяет глютен, изучение его структурно-функциональных свойств позволило расширить область применения нативной клейковины и различных ее модификаций, в том числе с использованием ферментативного гидролиза. По сравнению с нативной клейковиной, ее гидролизаты обладают лучшей пенообразующей и эмульгирующей способностью, а также более высокой растворимостью в воде.
Использование современных протеолитических ферментов (ферменты, расщепляющие пептидную связь в белках) для расщепления глютена до пептидов и аминокислот в последние несколько лет выступает перспективным направлением производства легко усвояемых белковых продуктов. Образующиеся при этом пептиды обладают большей растворимостью, чем нерасщеплённый глютен. Их способность к образованию пены, а также удержанию ее стабильности находит применение не только в производстве продуктов питания, но и при создании упаковочных биоразлагаемых пеноматериалов.
Среди продуктов гидролиза глютена присутствуют пептиды, имеющие определенные фармакологические свойства, например, способные ингибировать (торможение процесса) ангиотензинпревращающий фермент (АПФ). АПФ – это экзопептидаза, в норме вырабатываемая в эпителиальных клетках легких и выявляемая в небольших количествах в кровеносных сосудах и почках. Фермент катализирует расщепление декапептида ангиотензина I до октапептида ангиотензина II, который вызывает сужение сосудов и, соответственно, увеличение артериального давления (система регуляции давления).
Полное расщепление глютена позволяет производить свободные аминокислоты, которые можно использовать в продуктах спортивного и диетического питания.
Гидролизаты глютена применяются в качестве белковых обогатителей и вкусо-ароматических комплексов в рецептурах сухих и влажных кормов и лакомств для домашних питомцев.
Гидролизаты глютена являются компонентом промышленных питательных сред для выращивания микроорганизмов, необходимых для производства Пищевых и Кормовых пробиотиков, Вакцин, Микробиологических удобрений, Деструкторов нефти, Диагностических сред, ферментов и аминокислот. Обеспечивает замещение более дорогих импортных пептонов.
Используются в косметических продуктах для регулярного ухода: в увлажняющих кремах, лосьонах, омолаживающих кремах средствах по уходу за волосами (шампуни, бальзамы, маски), в декоративной косметике (тональных кремах, пудре, губной помаде), детской косметике, средствах для ухода за ногтями
Кроме использования пшеничной клейковины в качестве компонента различных пищевых продуктов, а также ингредиента кормов для животных и рыб, при ее смешивании с различными пластификаторами можно производить нетоксичные и полностью распадающиеся со временем биоразлагаемые пластики.
По сравнению с традиционными полимерами у биопластика из глютена структурные изменения происходят при температурах ниже обычных, что делает его более эластичным. Глютеновый биопластик имеет высокий щелочной рН, вследствие чего в процессе производства увеличивается его способность поглощать воду из конечного материала, а добавление ксантановой смолы делает биопластик более жестким.
На базе глюкозы из зернового крахмала можно получать органические кислоты: лимонную кислоту, применяющуюся при изготовлении современных стиральных порошков, янтарную кислоту, служащую сырьем для биополимеров, молочную кислоту, которая является подходящей основой для производства биоразлагаемого пластика PLA и используется при изготовлении покрытий, пищевой упаковки, одежды, одноразовой посуды, при этом быстро разлагается на воду и углекислый газ.
Другие продукты, полученные в результате биотрансформации глюкозы: аминокислоты, например, L-лизин, применяющийся в кормах для животных; ферменты – альфа амилаза, глюкоамилаза и пр., а также витамины, пищевые добавки и биополимеры из молочной кислоты
Ассоциация предприятий глубокой переработки зерна «Союзкрахмал» основана в 1998 году и на данный момент объединяет крупнейшие предприятия отрасли, обеспечивающие производство более 75% объема отечественного производства нативного крахмала, мальтодекстрина и глюкозно-фруктозных сиропов, 90% модифицированных крахмалов, 100% глюкозных сиропов и L-лизин сульфата.
Кто занимается исследованием ГПЗ?
Разработкой методов глубокой переработки зерна занимаются:
Институт химии и химической технологии СО РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зеленского РАН и Южно-Российский государственном политехническом университете (НПИ) им. М.И. Платова разрабатывают технологии обезвоживания углеводов, образующихся при гидролизе крахмала, в производные фурана, в том числе гидрооксиметилфурфурол, который выступает основным реагентом при производстве биополимеров, фармацевтических препаратов, топливных добавок.
НИЦ «Курчатовский институт» – ГосНИИгенетика ведут исследования по глубокой переработке зерна на основе биосинтеза аминокислот, ферментных препаратов, биологических средств защиты растений. По технологии разработанной в этом учреждении в 2014г. запущен биотехнологический комплекс ЗАО «Завод Премиксов № 1» - завода по производству лизин-сульфата и дополнительных продуктов на основе глубокой переработки зерна.
Существенным преимуществом L-лизин сульфата является отсутствие в составе хлора. В отличие от сульфатной формы ввод монохлоргидрата лизина приводит к завышению в корме уровня хлора в комбикормах при их балансировании по лизину. А, как известно, избыток хлора в рационе вызывает такие негативные эффекты, как снижение иммунитета и нарушение обмена веществ. Применение L-лизин сульфата позволяет избежать нежелательных последствий, получить хорошую сохранность и высокую живую массу.
Во ВНИИ крахмалопродуктов разработаны инновационные технологии глубокой переработки такого нетрадиционного сырья, как зерно тритикале. В результате исследований определены рациональные параметры (время, температура, гидромодуль, концентрация ферментов) для выделения 84,7…86,7 % белка от общего его содержания в основной продукции этой культуры. В произведенных белковых препаратах средняя массовая доля белков составляла 61,2 %, что соответствовало требованиям Соdex stand для концентрированных растворимых белков пшеницы.
Оборудование, применяемое при ГПЗ
Производство муки
1. Шелушители зерновых культур
- Шелушение усилиями сжатия и трения между торцевыми поверхностями двух абразивных дисков или в зазоре между вращающимся валком и неподвижной декой
- Шелушение и шлифование происходят в результате действия сил трения зерен между собой, а также трения их о рабочую поверхность абразивных дисков и перфорированной обечайки.
- Шелушение с помощью многократно повторяющихся ударов и инерционных сил.
- Шелушение только в результате действия сил сжатия и сдвига.
- Шелушение при помощи струи воздушного потока и в результате действия комплекса различных факторов (перепад давлений, разность скоростей, касательные силы, скачки уплотнений и др.), возникающих при обтекании продукта высокоскоростной (звуковой и сверхзвуковой) воздушной струей.
2. Гидротермическая обработка зерна при помощи пропаривателей зерна
3. Сепараторы ситовоздушные и магнитные
4. Механодинамическое оборудование для переработки зерна
· Вальцевые станки
· Дробилки и мельницы
· Резательные машины
Производство крахмала
1. Оборудование для смешивания (тестомесильное оборудование)
2. Отлежка теста (бункер-отстойник)
3. Отмывание крахмала и промывание клейковины/глютена
4. Отчистка крахмальной суспензии от кусочков клейковины, крахмала и мезги (ситовые аппараты, отстойники, центрифуги)
5. Сушка клейковины/глютена, измельчение (дробилка молотковая), просеивание и упаковка
Итог: два вида крахмала
Крахмал А (I сорта) – размер 20-35 микрон, более чистым продуктом и содержит незначительное количество механических примесей.
Крахмал B (II сорта) – размер 2-15 микрон, сильно загрязнен белками, липидами (жирами), клетчаткой и пентозами.
Производство сахаристых гидролизатов крахмала
Относят: патока различной степени осахаривания, кристаллическая глюкоза, сухие очищенные гидролизаты.
Технологический процесс:
1. Гидролиз – проводится кислотами, ферментами и комбинированным способом (кислотами и ферментами)
2. Очистка – нерастворимые примеси – фильтрование или центрифугирование с последующим фильтрованием; растворимые примеси – применение активных порошкообразных или гранулированных углей, ионообменными смолами.
3. Концентрирование – выпариванием в одну или несколько ступеней. Гидролизаты могут использоваться как в жидком концентрированном виде, так и в порошкообразном. Для этого очищенные гидролизаты предварительно выпаривают и высушивают в распылительных сушилках или кристаллизаторах грануляторах.
Биохимические и физико-химические методы анализа (количественное определение белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот)
- Определение сырого протеина/ белка методом Кьельдаля. Определяют количество белка в зерне с помощью Аппарата Кьельдпля P110 с дигестором и сборником паров. Количество белка один из основных показателей качества зерна, который прописан в ГОСТ 10846-91 "Зерно и продукты его переработки"
- Определение активности альфа-амилазы (Falling Number), числа падения. Активность альфа-амилазы влияет на атакуемость крахмала, сахаробразующую и газообразующую способности. Автоматический прибор Falling Number 8200 на 2 образца с расчетом числа разжижения для определения помольных смесей для получения нужного FN проводит анализ в полном соответствии с ГОСТ ISO 3093-2016 "Зерно и продукты его переработки. Определение числа падения методом Хагберга-Пертена". И дает не только понимание числа падения, но и возможность его корректировать. С приборами числа падения можно ознакомиться здесь >>> kolba24.ru
- Определение массовой доли нуклеиновых кислот (спектрофотометрия; экстрагирование НК + ПЦР) ГОСТ ИСО 21571-2009; ГОСТ ИСО 21570-2009
- Определение количества глютена и глютен-индекса. Количество клейковины определяет выход продукта, а глютен-индекс силу клейковины и регламентируется ГОСТ ISO 21415-2-2019 Пшеница и пшеничная мука. Определение содержания клейковины. Отмывание клейковины является очень трудоемким процессом, поэтому на современных производствах уже давно используют автоматические системы, например GW-3200 для отмывания глютена и центрифуга для определения глютениндекса GI-2040. Больше приборов для автоматического отмывания клейковины здесь >>> kolba24.ru
- Колориметрический метод определения белка по Лоури (фотометрия)
- Определение концентрации водорастворимых пентозанов (фотометрия)
- Определение аминного азота формольным титрованием
- Определение концентрации молочной кислоты потенциометрическим титрованием
Методы исследования
- Ферментативный гидролиз (получение продукта при помощи микроорганизмов) – приборы: термостатируемая водяная баня, магнитная мешалка, термостат/биореактор
- Методика определения концентрации молочной, уксусной и пропионовой кислоты методом ВЭЖХ (применение жидкостного хроматографа)
- Методика проведения лиофильного высушивания (лиофилизатор)
Получить бесплатную консультацию, подобрать и заказать необходимое лабораторное оборудование можно в ООО «КОЛБА».
ЗВОНИТЕ 📞 +7 473 200 9136
ПИШИТЕ 📩 info@kolba24.ru
НАПИСАТЬ В ЧАТ ➡️ https://t.me/kolba24_labbot
А ТАКЖЕ, ЧИТАЙТЕ НАС В
СМОТРИТЕ