Спосіб пророщування зернового матеріалу з використанням водних розчинів, оброблених холодною плазмою

Реферат: Спосіб пророщування зернових культур з використанням водних розчинів, оброблених холодною плазмою, включає замочування зерна у водних розчинах, які обробляють шляхом пропускання через них постійного струму. Як замочувальну рідину використовують водний розчин, активований під дією холодної плазми, оптимальний час активації 30-60 хв., параметри рН=9-10, вміст пероксидних сполук 300-700 мг/л, що використовують як інтенсифікатор та дезінфектант процесу проростання зернових культур. UA 77182 U (54) СПОСІБ ПРОРОЩУВАННЯ ЗЕРНОВОГО МАТЕРІАЛУ З ВИКОРИСТАННЯМ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ, ОБРОБЛЕНИХ ХОЛОДНОЮ ПЛАЗМОЮ UA 77182 U UA 77182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі виробництва харчових продуктів з різноманітних зернових культур для повсякденного та лікувально-профілактичного харчування, а також обробки насіннєвого матеріалу, призначеного для пророщування. Відомий спосіб, який включає додавання до зернового матеріалу, що використовується в процесі осолоджування, або насіннєвого матеріалу протимікробних добавок [Російський патент RU 2126443 С1, С12С 1/02, 1/00, 1/047, А23L 1/172. Хакйкара Аули, Маттила-Сандхольм Тийна. Способ обработки предназначенного для проращивания семенного материала. Заявл. 27.09.93, опубл. 20.02.99. Бюл. № 5]. Недоліком способу є те, що культуральну рідину, яка виконує функцію протимікробної добавки, необхідно готувати безпосередньо перед застосуванням, що є кропітким процесом, який займає багато часу та потребує специфічних навичок персоналу. До того ж цей препарат є функціонально обмеженим, оскільки лише пригнічує ріст патогенних мікробів. Відомий спосіб, який включає пророщування зерен з одночасною їх ферментацією шляхом контакту з вологим повітрям до виникнення ознак проростання [Російський патент RU 2121801 С1, 6 А23 L 1/185, 1/164, А61K 35/78. Наконечний В.І. Способ обработки зерновых культур (варианты). Заявл. 26.02.97, опубл. 20.11.98. Бюл. № 32]. Недоліком цього способу є відсутність дезінфекції зерна, процес відрізняється трудомісткістю. Найбільш близьким технічним рішенням до заявленого є спосіб пророщування зерна, який включає пропускання через завчасно замочене зерно постійного електричного струму величиною від 0,001 до 1 мА [Російський патент RU 2130965 С1, 6 С12С 1/00, 1/02, 1/053. Юрьев Д.Н., Ратников А.Ю., Егоров А.Д. Способ проращивания зерна. Заявл. 28.09.98, опубл. 27.05.99. Бюл. № 15]. Даний спосіб забезпечує скорочення терміну пророщування зерна, але не дає достатнього покращення якості готового продукту, крім того слід відмітити трудомісткість процесу і відсутність дезінфекції матеріалу під час процесу пророщування. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення способу та скорочення часу отримання легкозасвоюваного зернового продукту з високою харчовою цінністю та дієтичними і лікарсько-профілактичними властивостями, а також покращення пророщування насіннєвого матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб пророщування зернових культур з використанням водних розчинів, оброблених холодною плазмою, включає замочування зерна у водних розчинах, які обробляють шляхом пропускання через них постійного струму і, згідно з корисною моделлю, як замочувальну рідину використовують водний розчин, активований під дією холодної плазми, оптимальний час активації 30-60 хв., параметри рН=9-10, вміст пероксидних сполук 300-700 мг/л, що використовують як інтенсифікатор та дезінфектант процесу проростання зернових культур. Активована під дією холодної плазми вода має ряд особливих властивостей. Така вода являє собою дрібнокластерну структуру після плазмової обробки та проявляє ростостимулюючі та антисептичні властивості, крім того вона сприяє корегуванню біохімічних процесів в зерні та дає змогу отримати збагачену амінокислотами зернову сировину, що з практичної точки зору є важливим аспектом при використанні кінцевого продукту для дієтичного харчування. Характеристика активованої води, яка використовується при пророщуванні зернового матеріалу, наведена в табл. 1. Активують водопровідну воду з направленою зміною властивостей та реакційної здатності шляхом ведення процесу в плазмових розрядах зниженого тиску з початковою напругою 1000-2000 В, і силою струму 50,0-200,0 мА з подальшим переходом, у міру підвищення електропровідності, в режим контактної нерівноважної плазми з параметрами: напруга від 400 до 600 В, сила струму до 150 мА. Отримана активна вода має специфічний склад. Найбільш легко піддаються виявленню продукти реакції, які визначають реакційну здатність. В першу чергу, це стосується пероксиду водню та надперекисних сполук, збуджених часток та радикалів, які відіграють важливу роль в окисно-відновних процесах. Згідно з табл. 1 активований водний розчин має наступні параметри: рН=8-10, вміст пероксидних сполук 300-700 мг/л. 1 UA 77182 U Таблиця 1 Характеристики води активованої під дією холодної плазми Дослід 1 (контроль) 2 3 4 5 5 10 15 20 Вода Водопровідна Активована Активована Активована Активована рН Час активації, Концентрація хв. до активації після активації пероксиду, мг/л 7,6 10 7,6 10,5 200 30 7,6 10,0 600 60 7,6 9,0 700 90 7,6 8,5 1000 Спосіб здійснюють таким чином: зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.), підготований для пророщування, замочують в активованих водних розчинах з заданими параметрами до досягнення вологості 42-46 %, після чого зерновий матеріал пророщують та сушать. Пророщування проводять при температурі 18-20 °C, висота шару пророщуваного матеріалу 45-55 мм. Двічі на добу проводять ворушіння. Тривалість пророщування складає 3-7 діб, в залежності від культури та реакційних характеристик активованих розчинів, з наступним сушінням пророщеного матеріалу до вологості 5-6 % - для використання солоду в харчових технологіях або висадкою у ґрунт при пророщуванні насіннєвого матеріалу. Під час замочування зернового матеріалу в активованих розчинах, в результаті дії збуджених часток та радикалів, відбувається більш активний транспорт вологи до зародка та ендосперму зерна. Також завдяки розпаду пероксиду на воду і кисень, зерно більш активно дихає. Логічним результатом цього є значна активація біохімічних процесів. Також штучне середовище, яке створює активована вода, є найбільш прийнятним для інтенсивного процесу пророщування, у порівнянні з іншими активаторами росту. Про активний перебіг біохімічних процесів в зерні при використанні активованих водних розчинів також свідчить підвищений вміст простих цукрів, відповідні результати наведені в табл. 2. Таблиця 2 Вміст простих цукрів, % Назва досліджуваного матеріалу Солод ячмінний Солод кукурудзяний Солод пшеничний Солод сорговий 25 Час активації води, хв. 0 30 60 0 30 60 0 30 60 0 30 60 Середнє значення Ефект 7,57 9,17 8,00 3,90 4,16 4,33 5,97 9,83 7,70 5,70 9,17 6,33 1,60 0,43 0,26 0,43 3,86 1,73 3,47 0,63 Тобто, можна припустити, що утворення та активація ферментів, розщеплюючих крохмаль, йде більш жваво, а це забезпечить необхідний ступінь оцукрювання крохмалю при наступному затиранні. Пророщений з використанням активованих розчинів зерновий матеріал має підвищений вміст амінокислот. Це можна пояснити тим, що процес пророщування скорочується, як наслідок - амінокислоти накопичуються стабільно та не ресинтезуються, як у випадку з більш 2 UA 77182 U довгостроковим пророщуванням, тобто не відбувається так званий процес перерозчинення. Отриманий ефект по окремих амінокислотах наведений в табл. 3. Таблиця 3 Ефект зміни вмісту амінокислот в зерні пророщеному з використанням запропонованого активатора росту Амінокислота Лізин Гістидин Аргінін ГАМК Аспарг. кисл. Треонін Серин Глутам. кисл. Пролін Гліцин Аланін Цистин Валін Метіонін Ізолейцин Лейцин Тирозин Фенілаланін Сума 5 10 Ефект, % (ячмінь) 14,286 6,164 11,280 20,755 18,926 16,733 21,003 23,980 27,273 12,500 18,907 6,098 23,346 28,431 30,000 19,529 72,549 15,074 20,912 Ефект, % (пшениця) 32,113 47,005 35,929 21,591 46,840 56,308 60,788 10,146 39,071 54,678 49,378 68,841 38,375 58,084 43,882 41,826 46,233 40,568 47,040 Одним з важливих факторів ефективного пророщування є вологість зернового матеріалу. Оскільки, при використанні активованих розчинів, за рахунок подрібнення кластерних структур води на молекулярному рівні покращується транспорт вологи всередину зерна, таким чином концентрація амінокислот зростає в зразках з підвищеним вмістом вологи, у цьому випадку підтверджується закономірність, що чим більше вологість зернового матеріалу, тим вище розчинність білків. Наведені в табл. 4 дані свідчать про збільшення ступеня розчинення білків в зразках з більшою вологістю, що підтверджує ефективність використання активованих розчинів. Таблиця 4 Вплив вологості матеріалу на ступінь розчинення білків Замочувальна рідина Водопровідна вода Активована вода Активована вода 15 20 25 Час активації, хв. Вологість матеріалу, % 0 30 60 40 43 46 Ступінь розчинення білків, % 39,9 44,2 46,1 Умови, які підтримуються протягом процесу пророщування (тепло, волога), найбільш сприятливі для життєдіяльності наявних на насінні мікробів, які здатні розмножуватися протягом всього процесу. Вказані мікроби можуть мати небажаний вплив на продукти пророщування. Пояснюється це тим, що мікроорганізми, проникаючи в травмоване насіння, спричиняють його хвороби і загибель. Тому підбір та використання якісного і нешкідливого антисептичного препарату є досить важливим завданням, яке має на меті покращити якість пророщуваного матеріалу. Одним з можливих механізмів впливу активованої води на бактерії та патогенні і умовнопатогенні мікроорганізми є зміна зовнішніх шарів клітини, яка робить доступними рецептори для реактогенних ензимів, наприклад лізоциму. Вільні радикали утворюють пролом в клітинній стінці, що призводить до втрати виборної проникності. Пероксид, який входить в склад 3 UA 77182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 активованої води викликає у мікроорганізмів руйнування поверхневих структур та внутрішніх мембран. Руйнація цитоплазматичної мембрани впливає на роботу ряду пов'язаних з мембраною ферментів, наприклад дегідрогеназ, та знижує ефективність роботи систем репарації ДНК. Бактеріоцидна активність пероксиду водню і активованої води, в першу чергу, пов'язана з їх високою окисною здатністю, а також з дією токсичних продуктів, які виникають при пероксидному окисленні ліпідів. Пероксидне окиснення впливає на білки рибосом, викликаючи їх руйнування. Руйнуванню структури мембран сприяють і утворені надперекисні сполуки. Дія пероксиду водню або активованої під дією плазми води викликає локальну руйнацію цілісної клітинної стінки і порушення проникності бактеріальних клітин вже в перші хвилини контакту. Так, в складі активованих розчинів, як було зазначено вище, є пероксид водню та надперекисні сполуки. Пероксид водню є загальноприйнятим класичним антисептиком. Потрапляючи в клітини під дією ферментів (пероксидази та каталази) він розщеплюється на воду і кисень, що має протимікробну дію, але при цьому в клітинах не залишається шкідливих хімічних сполук, тож не виникає хімічного забруднення зернового матеріалу. Таким чином, крім інтенсифікатору росту активовані розчини можуть виступати, як антисептики процесу пророщування різноманітних зернових культур, з метою отримання принципово якісного солоду. Відомо, що стічні води при виробництві пророщеної зернової сировини мають схильність до закисання, тому їх досить часто підлуговують. В запропонованій корисній моделі це виключено, оскільки активовані розчини мають початкову лужність (рН 8-10), яка перешкоджає прокисанню. До того ж, при використанні як замочувальної рідини розчинів хімічних сполук на процес промивання зерна витрачається значна кількість води, а при використанні активованих розчинів 3 промивання не потрібне, що дозволяє скоротити витрати води в 2-3 рази (з 10 до 3-5 м /т, в залежності від технологічного обладнання), що є позитивним результатом ефективного водоспоживання. Корисну модель пояснюють приклади. Приклад 1. Беруть очищений та відсортований зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.), який після промивки та зняття спливу замочують звичайною водою (контрольний варіант), використовуючи повітряно-водний спосіб; температура замочувальної рідини складає 14 °C. Співвідношення зерна і замочувальної фракції складає 1:3. Пророщування проводять при температурі 18 °C, висота шару 50 мм. Двічі на добу проводять ворушіння. Тривалість пророщування складає 7 діб. Пророщений матеріал сушать при температурі 65-85 °C, протягом 8 годин. Приклад 2. Спосіб аналогічний прикладу 1. Зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.) замочують водою, активованою під дією контактної нерівноважної плазми протягом 10 хв. Тривалість солодоростіння складає 6,5 діб. Незначний час активації води дає низьку ефективність дії активованих водних розчинів на процес пророщення. Приклад 3. Спосіб аналогічний прикладу 1. Зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.) замочують водою, активованою під дією контактної нерівноважної плазми протягом 30 хв. Тривалість пророщування складає 5,5 діб. Приклад 4. Спосіб аналогічний прикладу 1. Зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.) замочують водою, активованою під дією контактної нерівноважної плазми протягом 60 хв. Тривалість пророщування складає 5 діб. Приклад 5. Спосіб аналогічний прикладу 1. Зерновий матеріал (ячмінь, пшениця, жито, сорго та ін.) замочують водою, активованою під дією контактної нерівноважної плазми протягом 90 хв. Тривалість пророщування складає 5 діб. Отримані дані свідчать про те, що при достатньо високій концентрації пероксидних сполук, процес економічно нецілеспрямований внаслідок більш тривалої обробки водних розчинів. В табл. 5 наведений ефект зміни енергії та здатності проростання при використанні запропонованого активатора росту при пророщуванні різноманітних зернових культур. 4 UA 77182 U Таблиця 5 Ефект зміни енергії та здатності проростання при використанні запропонованого активатора росту Ефект зміни енергії Ефект зміни здатності Культура проростання, % проростання, % Пшениця с. "Тимофіївка» 2,6-12 2,2 Пшениця фуражна 6-8 Овес с. "Полонез» 7,6-27,2 10,8-22 Жито с. "Богуславка» 5,6-7,8 1,8-3 Сорго с. "Тразерко» 9,6-10,8 1,8-4,2 Кукурудза гібридна "ЛГ-3232» 16-23,3 5,6-17,6 Кукурудза гібридна "Меркурій-Кларіка» 16-23,2 26,4-29,6 Ячмінь с. "Скарлетт» 20-22,2 17,6-18,8 Ячмінь с. "Пеяс» 11,4-14,4 6,4-8,6 Ячмінь фуражний 8,4-12,4 33,6-39,6 Соняшник с. "Ранок» 10 1,2-6,8 Гречка с. "Любава» 4,4-7,6 3,2-32 Квасоля с. "Узбецька» 4-18 5,6-7,2 Квасоля с. "Рисова» 1,6-3,6 14,4-17,6 Просо с. "Лілове» 2,4-4,6 8,8-9,8 Просо с. "Янтарне» 2,4-5,2 6-42 Чечевиця с. "Турецька» 3,2-9,2 3,6-9,6 Горох с. "Альфа» 6,8-11 2,4-8 5 10 15 20 25 30 На графічних зображеннях показаний вплив концентрації пероксиду в активному розчині на енергію (фіг. 1) та здатність (фіг. 2) проростання сільськогосподарських культур. Слід відмітити, що при сушінні пророщеного матеріалу температура сушіння є достатньою для повної термодеструкції пероксиду водню та надперекисних сполук, які вміщено в активованій воді. Як результат - готовий кінцевий продукт не має в своєму складі привнесених токсичних хімічних речовин, тож є хімічно чистим та безпечним продуктом для подальшої переробки та застосування при приготуванні дієтичної продукції, наприклад, дитячого харчування. При пророщуванні насіння складові частини активованої води інактивуються через 7 діб, не забруднюючи навколишнє середовище. Таким чином, пропонований спосіб дозволяє отримати високоякісний дієтичний продукт, в більш короткі строки (3-5,5 діб, в залежності від зернової культури) та без домішок хімічних речовин, антисептиків та гормональних стимуляторів росту по екологічно чистій та безпечній технології, в якій не використовуються токсичні та імуномодифікуючі речовини. В результаті більш активного перебігу біохімічних процесів в зерні, при використанні активованих розчинів, в пророщеному матеріалі підвищується вміст легкозасвоюваних організмом людини речовин. Продукт має значно підвищений вміст амінокислот та простих цукрів, що є важливим технологічним результатом при виробництві продукції з високим вмістом біологічно активних речовин. Високоякісний пророщений зерновий матеріал забезпечує нормалізацію загального обміну речовин і виведення токсинів та шлаків з організму, згідно з літературними джерелами. Запропонований спосіб є досить економічним, оскільки затрати на виробництво активованих водних розчинів в 5-20 разів менші ніж на приготування складних ростостимулюючих сумішей та розчинів хімічних речовин. До того ж речовини, які використовують як ростостимулятори потребують специфічних умов зберігання, а це теж значно підвищує собівартість готової продукції. Крім того в багатьох випадках ростостимулятори мають досить вузьконаправлену дію, а активовані розчини можна застосовувати практично при пророщуванні більшості зернових культур. Також даний спосіб може бути застосовуваний при пророщуванні досить широкого кола сільськогосподарських культур, що значно спрощує процес їх специфічного пророщування. В табл. 5 наведені відповідні дані. Використання даного способу пророщування зернового матеріалу дозволить розширити технологічні можливості виробництва високоякісної зернової сировини, підвищити якість, харчову цінність та екологічну безпеку продукту та значно скоротити витрати на виробництво. 35 5 UA 77182 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб пророщування зернових культур з використанням водних розчинів, оброблених холодною плазмою, що включає замочування зерна у водних розчинах, які обробляють шляхом пропускання через них постійного струму, який відрізняється тим, що як замочувальну рідину використовують водний розчин, активований під дією холодної плазми, оптимальний час активації 30-60 хв., параметри рН=9-10, вміст пероксидних сполук 300-700 мг/л, що використовують як інтенсифікатор та дезінфектант процесу проростання зернових культур. 6 UA 77182 U 7 UA 77182 U 8 UA 77182 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9