авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«2 ОГЛАВЛЕНИЕ Список сокращений...................................................................................................... 5 ...»

-- [ Страница 2 ] --

Важен выбор растворителя при выработке концентратов белков. В частно сти, таким растворителем может служить вода, нетоксичная по своей природе, способная растворять многие неблагоприятные для питания человека факторы сырья. Существенным недостатком использования воды в качестве растворителя оказывается ее низкая избирательность по отношению к белкам, в этом случае во дорастворимые фракции белков оказываются экстрагированы вместе с безазоти стыми веществами. Для решения этой проблемы часто применяют термическую коагуляцию белков, негативно влияющую на функциональные свойства готового продукта. Альтернативным решением может быть проведение экстракции небел ковых соединений в среде со значением рН, соответствующим среднему значе нию изоэлектрических точек присутствующих в системе белков (Рис.1.7). Необ ходимым условием является минимальная растворимость азота в избранных пре делах рН.

Рис. 1.7 - Кривые растворимости (°) и осаждения (•) азота у бобовых Кривые растворимости показывают минимальную растворимость белков бобовых культур при рН 4-5 (изоэлектрическая точка). Причем белки гороха и люпина имеют большую растворимость в нейтральной области, чем белки сои.

В некоторых случаях при получении белкового концентрата имеет смысл заниматься только извлечением из исходного сырья антипитательных компонен тов. Получаемый продукт, богатый помимо белков и липидной фракцией, называ ется жировым концентратом. Однако сразу поднимается вопрос о его сроках хра нения, которые могут быть ограничены вследствие протекания процессов окисле ния липидов. Существуют запатентованные шведскими учеными методы получе ния рапсовых белковых концентратов, предусматривающие извлечение липидов на конечной стадии (Сосульский Ф.) [93].

Наиболее близким к изучаемому в данной работе является запатентованный Мустакасом и Сонсом способ получения соевого концентрата в кислой среде [93].

При рН 4,6 растворяют муку в десятикратном объеме воды, проводят экстрагиро вание небелковых соединений в несколько стадий с использованием процесса промывки, разделяют твердую и жидкую фазы, промывают осадок, проводят нейтрализацию щелочью до рН 6,8 и направляют на сушку. Получаемый продукт имеет высокую растворимость, но имеет привкус бобовых [93, 40].

По способу, предложенному Блайхером, муку люпина (сорт Lupinus mutabi lis) обезжиривают гексаном и получают хлопья с содержанием белка 52%, экстра гирование проводят этанолом при соотношении растворитель : мука = 8:1, и по лучают концентрат с содержанием белков 67% и 0,5% алкалоидов против 4% ал калоидов в исходном сырье [93].

Известна работа по получению соевого белка с применением ферментатив ных процессов, в которой гидролиз сопутствующих белкам углеводных соедине ний проводят в растворе, а продукты гидролиза и белковые соединения разделяют на мембранах [141]. Однако такой процесс требует сложного аппаратурного оформления и характеризуется большим расходом воды.

В немецком национальном центре исследования жиров получены белковые концентраты люпина, содержащие более 70% белка и 0.1-0.2% алкалоидов. Для удаления токсичных хинолизидиновых алкалоидов и других небелковых соедине ний использовали водноспиртовую экстракцию обезжиренных гексаном хлопьев люпина (Lupinus rautabilis) [149].

1.6.1 Перспективы использования ферментативной биоконверсии в пищевой технологии Процесс превращения субстрата путем биоконверсии более экономичен и не предполагает сложных методов обработки, в отличие от химического синтеза. Тер мин «биоконверсия» включает не только процессы «чистой» конверсии одного вещества в другое, но и такие сложные процессы, как биологическая очистка сточ ных вод, объектов природы (почв, водоемов), детоксикация пищевых продуктов и кормов, трансформация органических субстратов в белковые корма и пищевые продукты и пр. В этих случаях речь не идет о получении продукта точного хими ческого состава, определяются лишь допустимые границы концентрации конвер тируемого субстрата или целевого продукта, например, допустимая концентрация нефтяных загрязнений, или нижний предел содержания белка в кормовом продук те [64].

Гидролитические ферменты микробного происхождения способны разру шать многие антипитательные компоненты в растительном сырье, такие как фи тин, выполняющий запасающую и связывающую функцию в зерне растений, цел люлоза, гемицеллюлозы и лигнин, выполняющие защитную функцию и др. (Ferket P.R., Middelton T., 1999).

Способ предобработки зерна и время его хранения влияют на количество структурных и запасных полисахаридов, присутствующих в растительной био массе [133].

Гидролиз исходного сырья ферментами различной субстратной специфич ности широко используется в биотехнологии. В Каунасском технологическом университете предложена технология ферментативной обработки структурных полимеров экструдированной пшеницы и ржи [159]. В Московском государствен ном университете пищевых производств проведены исследования влияния амило литических и цитолитических ферментов на физико-химические свойства ржаной муки [139]. Ксиланазы и амилазы применяют для улучшения качества хлебного мякиша и усовершенствования процесса изготовления полуфабрикатов [60, 169].

Смеси ферментов предложены для получения растительных экстрактов [55], для повышения эффективности биоконверсии лигнина [37].

Посредством водного экстрагирования небелковых компонентов и антипита тельных факторов, осуществляемого в кислой среде, происходит концентрация со ставляющих исходной муки в жировой концентрат белков. По предлагаемой техно логии данный процесс сочетается с направленной деструкцией запасных и структур ных полисахаридов исходного сырья ферментными препаратами и является по сути их биотрансформацией, сопровождающейся переходом этих веществ из нераствори мого состояния в растворимое [47]. При этом повышается биологическая ценность белков, сконцентрированных в целевом продукте, их усвояемость достигает 90%, против 60% в исходном сырье. Полученные на базе люпина продукты обладают ле чебно-профилактическими свойствами: растительные белки снижают накопление атерогенных фракций липопротеидов у лиц, страдающих сердечно-сосудистыми за болеваниями [101], конглютин люпина может применяться для лечения диабета II типа [54].

Технологические процессы, связанные с необходимостью обработки расти тельного сырья на различные цели, в современной биотехнологии не обходятся без применения ферментов. Большой популярностью пользуются ферменты ком пании Новозаймс, которые были в числе других использованы в настоящей рабо те.

На европейской конференции по получению биотоплива финскими учены ми представлена работа о применении термофильных ферментных систем для увеличения выхода этанола из субстратов, богатых лигноцеллюлозами. Особое внимание уделено использованию Целлюкласта в комплексе с Новозимом [156].

Испанскими учеными оценивалось влияние температуры и рН среды на константу Михаэлиса реакции разложения целлобиозы, катализируемой Цел люкластом. Исследована кинетика процесса в различных условиях. Установлено, что фермент проявляет максимальную активность при рН 4,9 [150].

Для выделения пектиновой фракции из киви английскими учеными пред ложен способ, предусматривающий обработку субстрата Целлюкластом 1,5.

Определена оптимальная дозировка фермента. Полученный пектин можно ис пользовать в качестве функционального ингредиента или стабилизатора [163].

В Югославском технологическом университете исследован процесс прора щивания ячменного солода. Целлюкласт добавлялся на различных стадиях про цесса в целях улучшения свойств солода и сокращения времени замачива ния [162].

Специалистами компании Новозаймс проведены исследования процесса би одеградации растительной биомассы в процессе производства биотоплива (Sandra T. Merino, Joel Cherry). Предварительная обработка проводилась в кислотных или щелочных средах и модифицировала состав биомассы, делая ее более доступной ферментам. Кислотная предобработка разрушала большинство гемицеллюлоз, то гда как значительная часть целлюлозы и лигнина не была затронута. Обработка в щелочной среде привела к модификации и перераспределению лигнина.

Результаты гидролиза предварительно обработанного кукурузного корма смесью ферментов, содержащей целлюлазу из культуры T. Reesei (Целлюкласт 1,5L) с добавлением целлобиозы (Новозим 188), приведены на рис.1.8. Непромы тый предварительно обработанный кислотой материал был более стойким к гид ролизу, вероятно вследствие присутствия ингибиторов, которые блокировали действие ферментов. В то время как целлюлоза из непромытого корма была гид ролизована в большем количестве с возрастающей ферментативной дозировкой, обе щелочные предобработки показали стабилизацию гидролиза целлюлозы, ве роятно из-за стерического барьера удаленных гемицеллюлоз или лигнина.

Конверсия целлюлозы, % Рис. 1.8 - Сравнительная ферментативная обработка гранулированной биомассы с использованием Целлюкласта 1,5 и Новозима Динамика гидролиза промытого () и непромытого () корма, предварительно обработанного кислотой. Динамика гидролиза корма, предварительно обработанного щелочью, проведенного первым () и вторым ( ) способом.

Добавление гемицеллюлазной активности способно улучшить гидролизуе мость целлюлозы в этих случаях, но увеличивает стоимость добавленной актив ности [157].

1.6.2 Характеристика ферментов и мультиэнзимных композиций, используемых для гидролиза растительного сырья Эффективной может быть биоконверсия углеводсодержащих компонентов муки люпина ферментными препаратами, содержащими комплекс гидролитиче ских ферментов эндо и экзо-типов.

Известно, что гидролазы делят на два типа по характеру протекания процес са расщепления субстрата. Каталитический акт, инициированный эндо ферментом, сопровождается неупорядоченной деструкцией молекулы полимера на фрагменты с различной молекулярной массой, при этом резко снижается вяз кость полимерного раствора. Напротив, действие экзо-ферментов приводит к от делению от определенного конца молекулы субстрата фрагментов равной величи ны, этот процесс характеризуется постепенным снижением вязкости раствора по лимера [49].

Молекула целлюлозы включает в себя до 2000 структурных единиц и явля ется линейным полимером глюкозы. Это остовый полисахарид, нерастворимый в воде. Гемицеллюлозы - составляющие растительной биомассы, растворимы в ще лочах и имеют разветвленное строение. В воде пентозаны, глюканы и др. геми целлюлозы имеют большую растворимость, чем целлюлоза и набухают [133].

Гидролиз целлюлозы проводят посредством перевода твердого субстрата в дисперсию с определенной величиной частиц дисперсной фазы, необходимой для проведения гидролиза с той или иной скоростью.

Как правило, расщепление целлюлозы проводят ферментными препаратами, содержащими комплекс целлюлаз эндо-типов (например, эндоглюканаза) и экзо типов (например, целлобиогидролаза), проявляющих синергизм действия:

где S - субстрат, Gn – целлоолигосахариды, G2 – целлобиоза, G – глюко за [83].

Целлюлазные молекулы имеют углеводные остатки, обеспечивающие сорб цию фермента и скольжение по поверхности субстрата [64].

К деструкции гемицеллюлоз до олигомеров приводит действие ксиланазы (или эндо-1,4--D- ксиланазы КФ 3.2.1.8) и маннаназы (эндо-1,4- -D- маннаназы КФ 3.2.1.78). Эндо-ферменты таким образом подготавливают субстрат для дей ствия ферментов, отщепляющих боковые радикалы – это галактозидаза, арабино зидаза и др. Оптимальная температура для гемицеллюлаз 50-70°С [45].

Молекулы ксиланаз имеют молекулярную массу 10-80 кДа, в зависимости от принадлежности фермента к тому или иному семейству (К. 10 в основном кис лые ферменты с большой молекулярной массой, К.11 – щелочные ферменты с мо лекулярной массой до 30 кДа). Оптимальный рН этих ферментов находится в диапазоне 59 ед [152].Оптимум рН маннаназ лежит в более кислой области 35,5.

Трудность представляет разрушение лигноуглеводных комплексов, образу емых молекулами гемицеллюлоз и лигнина. В текстильной промышленности для решения этой проблемы и придания полотну гидрофильных свойств используют комплексы ферментов с амилолитической и пектолитической активностью [3].

Для эффективной деполимеризации гемицеллюлоз можно использовать композицию ксиланаз и маннаназ. Отмечено, что ксиланазы более эффективны при индивидуальной экспозиции с субстратом, чем маннаназы [102]. По данным Makkonen H., Nakas J применение арабинофуранозидазы в смеси с ксиланазой приводит к достаточно полному удалению ксилана [160].

При проведении гидролиза растительного сырья целлюлазами происходит деградация биоматериала, приводящая к высвобождению субстратов для действия других ферментов, в частности для ксиланаз и маннаназ. Есть данные об ускоре нии расщепления глюкуроноксилана и маннана в системе с целлюла зой [61,62,168].

В природе существуют целлюлазные комплексы, имеющие в своем составе помимо целлюлаз ферменты с иной субстратной специфичностью и поверхност ные некаталитические белки, которые получили название целлюлозосвязываю щие домены. Именно эти структуры подготавливают целлюлозу к началу катали тического акта, отделяя фибриллы от растительных волокон [121].

Гидролиз крахмала проходит под действием -амилазы, наряду с гидроли тическим процессом в системе происходят реакции трансгликозилирования, ко нечные продукты которых (олигосахариды) подхватываются в гидролитический процесс, увеличивая таким образом степень расщепления крахмала. В результате гидролиза быстро снижается вязкость раствора, при этом расщепляются олигоса хариды, содержащие не менее трех мономеров глюкозы. Продуктами гидролиза амилопектина могут быть помимо олигосахаридов и декстрины с разветвленной цепью [64, 91].

Кроме целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина в растительном сырье присут ствуют неусвояемые олигосахариды, которые в силу своей термостабильности не удаляются при проведении предобработки сырья традиционными методами [110].

Обработка сырья ферментными препаратами получила большое распро странение в кормопроизводстве, с ее помощью можно решить проблему удаления термостабильных и устойчивых к химическим воздействиям соединений [76].

Внесение в систему, к примеру, фитазы с целью снижения антипитательных свойств обеспечивает освобождение не только фитат-связанного фосфора, но также белков, макро- и микроэлементов.

Ферментные препараты получают как метаболиты при искусственном куль тивировании микроорганизмов – микробов (преимущественно, бациллярных) и грибов: актиномицетов (Actinomyces, Streptomyces) или мицелиальных (Aspergil lus, Trichoderma, Mucor, Penicillum и др.).

Во Всероссийском государственном центре качества и стандартизации ле карственных средств для животных и кормов (ФГУ ВГНКИ), Москва проведен анализ российского и зарубежного рынков ферментных препаратов, применяемых сегодня в животноводстве (Табл. 1.17). Французские ферментные препараты (Ро бавио Эксель, Макс и др.) обладают ксиланазной и глюканазной активностями и разработаны для комбикормов, имеющих в своем составе люпин, горох и различ ные продукты переработки сои.

Таблица 1.17 – Характеристика ФП для кормопроизводства Наименование препарата Фирма и страна- Основные ферментативные производитель активности МЭК СХ-1 (2 группы) ООО «Сиббиофарм», г. ЦА, АА МЭК СХ-2 (2 группы) Бердск, ОАО «Восток», Ки- ЦА, ГлА, АА МЭК СХ-3 (2 группы) ровская обл., Россия;

КсА, ГлА, Пектин-лиазная МЭК ЦГАП АО «Биосинтезе», Латвия ЦА, АА, ГлА, ПА МЭК Вилзим (4) ЦА, КсА, ГлА, ПА Ксиланаза (2 группы) ОАО «Восток» Ксиланазная активность Целловиридин (4 группы) ООО «Сиббиофарм», Целлюлазная активность ОАО «Восток», Россия;

АО «Биовет», Болгария Протосубтилин (2 группы) ООО «Сиббиофарм» Протеазная активность ОАО «Восток», Россия;

АО «Биосинтезе», Латвия Амилосубтилин (2 группы) ООО «Сиббиофарм», Амилолитическая актив ОАО «Восток», ность АО «Биосинтезе», Латвия Фансет ООО «Агрфен», г. Казань, АА, ПА Нист Россия АА,ПА Гимизим ЦА, КсА, АА Фекорд (добавки жидкие) НФЦ АО «Бесмед- ЦА, КсА, ГлА, (АА) (7 вариантов) препараты», Беларусь КСИБЕТЕН АО «Биовет», Болгария ЦА, КсА, ГлА Авизим (9 вариантов) «Финнфидс ОУ», Финлян- КсА, ГлА, ПА (АА) Порзим (5 вариантов) дия КсА, ГлА, (ПА) (АА) Эконаза (5 вариантов) «Рэхм Энзайм Финлянд (КсА), ГлА ОУ», Финляндия Натургрэйн Нт (6 вариан- БАСФ, Германия КсА, (ГлА) тов) ФитА Натуфос (2 варианта) Финаза Р «АВ Энзаймс ГмбХ», Гер- ФитА мания Кемзайм (6 вар – сух и жид) Кемин Европа НВ, Бельгия ЦА, КсА, ГлА Белфид Белдем С.А., Бельгия Ксиланазная активность Биозим (2 варианта – Франклин Продакт Ин- КсА, ГлА Сухой и жидкий) тернэйшнл BV, Нидерланды Хостазимы (2 варианта) Био Фид плюс (2) Ново Нордиск, Дания КсА, ГлА, Пентозаназа Энерджекс (2) ГлА, Пектиназа Ронозим А (4 варианта) «Рош Витамины Лтд», ЦА, КсА, ГлА Швейцария;

ЦА, КсА, ГлА, -А Ронозим Р «Новозаймс А/С», Дания Фитаза Роксазим Г2 Хоффманн Ла Рош АГ, ЦА, КсА, ГлА Швейцария Ровабио Эксель Авентис Анимал Нутришн КсА, ГлА (2 варианта) Рон Ровабио Ксилан Пуленк СА, Франция Ксиланазная активность Оллзайм (4 варианта) Оллтек ИНК, США Глюканазная активность Вегпро (2 варианта) ЦА, КсА, ПА Условное обозначение активностей: це ллюлазная - ЦА;

ксиланазная - КсА;

протеолитическая - ПА;

амилазная - АА;

-глюканазная - ГлА;

пектиназная - Пе кА;

фитазная – ФитА [133].

В составе Мультизимов, предложенных Биотехнологической компанией Восток, присутствуют глюканаза, пектинлиаза, ксиланаза и протеаза. Однако пек тинлиаза не достаточно эффективна в отношении структур пектина, насыщенных метильными радикалами, поэтому при воздействии на субстрат происходит де градация только низкометоксилированных пектинов. В составе препарата отсут ствует галактозидаза, ответственная за гидролиз труднодоступных олигосахари дов в растительной биомассе. Поэтому такой состав Мультизимов не позволяет в полной мере освободить растительный субстрат от антипитательных компонен тов [110].

Известен способ получения белково-углеводной биологически активной кормовой добавки, предусматривающий обработку суспензии зерновой дробины с содержанием твердой фазы не менее 10 мас.%. мультиэнзимной композицией на основе ксиланазы, целлюлазы, нейтральной протеазы и -глюканазы (Патент RU №2391857, МПК A23J1/18, A23J1/12, C12N1/16, C12N1/20, дата приоритета 19.05.2008, опубл. 20.06.2010) [111].

Создана мультиэнзимная композиция для комбикормовой продукции, со держащей повышенный уровень белковых растительных кормов. В запатентован ной работе оценивали действие на растительный субстрат галактозидазы при уровне активностей от 70-150 ед/г и эндополигалактуроназы – 800-1300 ед/г по содержанию в ферментолизате олигосахаридов и растворимого пектина. Была разработана композиция, содержащая галактозидазу и эндополигалактуроназу с установленными активностями. В ее состав помимо указанных компонентов вхо дили целлюлазы и ксиланазы с варьируемыми пределами активностей. В резуль тате исследований авторы смогли выявить допустимые диапазоны активностей этих ферментов: А (целлюлазы) = 300-750 ед/г;

А (ксиланазы) = 1500-3750 ед/г.

Комплекс ферментов целлюлазы, ксиланазы, полигалактуроназы и галактозидазы повышает норму выхода растительных белковых кормов в комби кормовую продукцию, сокращает дефицит белка для животноводства и снижает содержание антипитательных веществ в исходном сырье (Патент RU №2388818, МПК С12N9/00, A23K1/00, дата приоритета 24.04.2008, опубл. 10.05.2010) [110].

На основании анализа литературных данных можно сделать вывод о том, что низкоалкалоидный пищевой люпин поздней селекции может составить кон куренцию сое в силу своей доступности, дешевизны и отменного качества выде ленного из него белка. Проведение гидролиза углеводной фракции люпиновой муки комплексом ферментов на стадии экстрагирования небелковых соединений позволит улучшить качество готовой продукции и создать конкурентоспособные на рынке продукты питания, в том числе препараты белков и комбинированные про дукты.

1.6.3 Цели и задачи исследования При производстве концентратов растительного белка обычно из исходного сырья (муки, шрота) удаляют безазотистые экстрактивные соединения. Также может производиться предварительное извлечение липидов растительного сырья с помощью экстракции растворителем или механического отжима масла. Однако при высоком содержании в исходном сырье нерастворимых полисахаридов не удается достичь высокой концентрации белка в готовом продукте.

Цель - разработка технологии концентрата белков люпина с использованием направленной энзиматической деструкции полисахаридов исходного сырья, тех нологии и рецептур ферментированных продуктов сложного сырьевого состава на его основе с функциональными свойствами, предназначенных для питания раз личных групп населения, включая лиц, страдающих лактазной недостаточностью.

Для повышения выхода белка при получении белкового концентрата на ста дии экстрагирования небелковых соединений было решено провести фермента тивный гидролиз углеводного комплекса люпиновой муки в кислой среде отдель ными ферментами или их композицией. Данный подход позволит получить бел ковую пасту с высоким содержанием белка и люпиновую белковую основу, кото рая в дальнейшем совместно с молочным сырьем или индивидуально ферменти руется молочнокислыми бактериями в целях создания комбинированного кисло молочного продукта или аналога кисломолочного продукта.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- подобрать ферментные препараты с целью увеличения степени биоконвер сии полисахаридов исходной муки;

- оптимизировать параметры процесса экстрагирования небелковых соеди нений из муки люпина в кислой среде в присутствии гидролитического фермента;

- составить мультиэнзимные композиции и исследовать процесс экстраги рования небелковых соединений из муки люпина в их присутствии;

- провести анализ функционально-технологических свойств полученного белкового концентрата и подтвердить возможность его использования в качестве ингредиента кисломолочного продукта с исследованием органолептических, структурно-механических свойств сгустков и их влагоудерживающей способно сти;

- составить рецептуры и разработать технологию ферментированных про дуктов сложного сырьевого состава функционального назначения;

исследовать процесс ферментирования растительной и молочно растительной основы, органолептические, физико-химические, структурно механические показатели, влагоудерживающую способность сгустков и микро биологические показатели разработанных ферментированных продуктов;

- исследовать свойства ферментированных продуктов в процессе хранения и определить допустимые сроки их годности;

- рассчитать биологическую и энергетическую ценность продуктов;

- разработать инвестиционный проект производства концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе;

- разработать проект технической документации (СТО) на ферментирован ные продукты сложного сырьевого состава с функциональными свойствами.

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Организация проведения эксперимента Работа велась на кафедре Технологии молока и Пищевой биотехнологии ИХ и БТ НИУ ИТМО и в ГНУ «ВНИИЖ» РАСХН и в соответствии с представленной схемой проведения исследований (рис 2.1).

В ходе эксперимента определяли: 1 – активную кислотность;

2 – массовую долю (м. д.) сырого протеина в белковой пасте и сыворотке;

3 – м. д. влаги;

4 – титруемую кислотность сыворотки;

5 – плотность сыворотки;

6 – м. д. сырого жи ра в пасте;

7 – м. д. сырой клетчатки в пасте;

8 – м. д. общего сахара;

9 – состав моно- и дисахаридов в люпиновой сыворотке;

10 – влагоудерживающую способ ность препарата;

11 – жироудерживающую способность;

12 –динамику кислото накопления;

13 – влагоудерживающую способность сгустков;

14 – структурно механические показатели;

15 – микробиологические показатели;

16 – состав ор ганических кислот;

17 – органолептические показатели.

На начальном этапе работы сформулированы цель и задачи исследования, отрабатывалась технология получения концентрата белков люпина при рН изо электрической точки белков. Проводился подбор ФП для проведения биоконвер сии структурных и запасных полисахаридов люпиновой муки на стадии экстраги рования небелковых соединений.

Определяли наиболее эффективный в отношении субстрата ФП. Методом униформ-ротатабельного планирования проводилась оптимизация параметров процесса экстрагирования в присутствии выбранного ФП целлюлазы.

На втором этапе составляли МЭК из набора ФП с оптимальной дозировкой целлюлазы в своём составе, исследовали их воздействие на субстрат, и с помо щью хроматографирования супернатанта (люпиновой сыворотки) оценивали эф фективность их использования. На третьем этапе изучались функционально технологические свойства концентрата белков люпина и возможность использо вания препарата в качестве ингредиента кисломолочного продукта.

Научное обоснование выбора объектов исследования и анализ информации, касающейся:

химического состава применения ферментных препаратов основных направлений семян различных сортов для проведения биоконверсии использования продуктов люпина отечественной переработки люпина растительных полимеров углеводной селекции природы Подбор ферментных препаратов (ФП) и создание мультиэнзимных композиций (МЭК) в целях увеличения степени биоконверсии целлюлозы и некрахмалистых полисахаридов Отработка технологии концентрата белков люпина при рН изоэлектрической точки белков (1-7) Исследование действия ФП различной субстратной специфичности на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина (1-7) Оптимизация параметров процесса экстрагирования в присутствии фермента (1-7) Исследование процесса экстрагирования в присутствии МЭК (1-9) Анализ функционально- Разработка технологии аналога кисломолочного продукта технологических свойств белкового из муки люпина и комбинированного кисломолочного препарата(10,11) продукта с функциональными свойствами (12-17) Разработка рецептуры и технологии кисло- Исследование влияния растительного компо молочного продукта с добавлением концен- нента смеси на метаболическую активность трата белков люпина (12,13,14,17) микроорганизмов закваски (15,16,17) Исследование потребительских свойств полученных продуктов Органолептические Физико-химические показатели Структурно-механические показатели (17) свойства (14) (1,12,13) Расчет себестоимости новых продуктов Разработка проектов технической документации (СТО) на новые продукты Рис.2.1 - Схема проведения исследований На следующем этапе разрабатывали состав растительной и молочно растительной основы, обеспечивающий наилучшие органолептические и струк турно-механические характеристики готовых продуктов. В процессе ферментации исследовали динамику кислотонакопления, изменение вязкостных свойств сме сей, оценивали влияние растительного компонента смеси на метаболическую ак тивность закваски.

В дальнейшем исследовали показатели качества ферментированных про дуктов в процессе хранения и устанавливали допустимый срок их годности в со ответствии с МУК 4.2.1847-04. На конечном этапе рассчитывали биологическую и энергетическую ценность продуктов, разрабатывали проект технической доку ментации (СТО) на производство аналога КМП и комбинированного КМП из му ки люпина и обезжиренного молока.

При проведении экспериментов применяли общепринятые в исследователь ской практике методы физико-химического, микробиологического, реологическо го анализа. Экспериментальные исследования проводили в трех-пятикратной по вторности. Статистическую обработку результатов проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel 2010 и Mathcad 15.0.

2.2 Объекты исследования Объектами исследования служили цельносмолотая мука из семян люпина узколистного сорта «Снежеть», пастообразный концентрат белков люпина, люпи новая сыворотка, сухой концентрат белков люпина, сгустки и образцы обогащен ного белковым концентратом кисломолочного продукта;

растительная и молочно растительная основы с различным соотношением белков люпина и молока, а так же сгустки и образцы ферментированных продуктов, полученные путем скваши вания смесей йогуртовой закваской, выработанные по предложенным рецептурам.

Для выработки продуктов использовалось следующее сырье: мука люпина узколистного по ТУ 9196-006-11951678-01, предоставленная ВНИИ люпина, г.

Брянск;

вода питьевая по СанПиН 2.1.4.1074-01;

отечественные ФП целлюлаз, ксиланаз и амилаз заявленной активности по соответствующим ТУ, зарубежные ФП целлюлазы и ксиланазы заявленной активности, предоставленные АО "Novozymes" (характеристика в Приложении 1);

сухое обезжиренное молоко по ГОСТ Р 52791;

закваска «СТБп» производства ВНИИЖ РАСХН.

2.3 Методы исследований Исходя из поставленных задач, при исследовании используемого сырья и готовых продуктов, определяли следующие показатели (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Объекты исследования и контролируемые показатели Объект исследования Контролируемые показатели Методы исследований Суспензия муки в воде Активная кислотность ГОСТ Р 53359- Пастообразный концен- Массовая доля сырого протеина ГОСТ 13496.4- трат белков люпина Массовая доля сырого жира ГОСТ 13496.15- Массовая доля клетчатки ГОСТ Р 52839- Содержание влаги ГОСТ 13586.5–93, ГОСТ 29144- Люпиновая сыворотка Массовая доля сырого протеина ГОСТ 13496.4- Титруемая кислотность ГОСТ 3624- Плотность ГОСТ 3625- Массовая доля общего сахара ГОСТ 3628- Состав моно- и дисахаридов ГОСТ Р 53766- Сухой концентрат бел- Влагоудерживающая способность Методики ВНИИЖ ков люпина Жироудерживающая способность Сгустки и образцы обо- Титруемая кислотность ГОСТ 3624- гащенного белковым Влагоудерживающая способность концентратом кисломо- Структурно-механические показатели лочного продукта Органолептические показатели ГОСТ Р 51331- Растительная и молочно- Активная кислотность ГОСТ Р 53359- растительная основы Сгустки и образцы фер- Титруемая кислотность ГОСТ 3624- ментированных продук- Влагоудерживающая способность тов Структурно-механические показатели Микробиологические показатели ГОСТ 10444.

11-89, ГОСТ 10444.12-88, ГОСТ 30347 97, ГОСТ Р 52814-2007, ГОСТ 53430- Состав органических кислот ГОСТ 54684- Массовая доля белка ГОСТ 25179– Органолептические показатели ГОСТ Р 51331- Показатели безопасности ГОСТ 23452-79, ГОСТ 30178-96, ГОСТ 30711 2001, ГОСТ Р 53774- В таблице 2.3 использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 10444.11-89 Продукты пищевые. Методы определения молочнокис 1.

лых микроорганизмов.

ГОСТ 10444.12-88 Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и 2.

плесневых грибов ГОСТ 13496.4-93 Корма, комбикорма, комбикормовое сырьё. Методы 3.

определения содержания азота и сырого протеина ГОСТ 13496.15-97 Корма, комбикорма, комбикормовое сырьё. Методы 4.

определения содержания сырого жира ГОСТ 13586.5–93 Зерно. Метод определения влажности 5.

ГОСТ 23452-79 Молоко и молочные продукты. Методы определения оста 6.

точных количеств хлорорганических пестицидов ГОСТ 25179–90 Молоко. Методы определения белка 7.

ГОСТ 29144-91 Зерно и зернопродукты. Определение важности (базовый 8.

контрольный метод) ГОСТ 30178-96 Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод 9.

определения токсичных элементов ГОСТ 30347-97 Молоко и молочные продукты. Методы определения 10.

Staphylococcus aureus ГОСТ 30711-2001 Продукты пищевые. Методы выявления и определения 11.

содержания афлатоксинов В1 и М ГОСТ 3624-92 Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы 12.

определения кислотности ГОСТ 3625-84 Молоко и молочные продукты. Методы определения плотно 13.

сти ГОСТ 3628-78 Молочные продукты. Методы определения сахара 14.

ГОСТ Р 51331-99 Продукты молочные. Йогурты. Общие технические усло 15.

вия ГОСТ Р 52814-2007 Продукты пищевые. Метод выявления бактерий рода 16.

Salmonella ГОСТ Р 52839-2007 Методы определения содержания сырой клетчатки с 17.

применением промежуточной фильтрации ГОСТ Р 53359-2009 Молоко и продукты переработки молока. Метод опре 18.

деления pH ГОСТ 53430-2009 Молоко и продукты переработки молока. Методы микро 19.

биологического анализа ГОСТ Р 53766-2009 Продукция соковая. Определение сахарозы, глюкозы, 20.

фруктозы и сорбита методом высокоэффективной жидкостной хроматографии ГОСТ Р 53774-2010 Молоко и молочные продукты. Иммуноферментные ме 21.

тоды определения наличия антибиотиков ГОСТ 54684-2011 Продукция соковая. Определение органических кислот 22.

методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии Функционально-технологические свойства концентрата белков люпина бы ли определены по методикам ВНИИЖ.

Влагоудерживающую способность сгустков определяли центрифугировани ем образцов в течение 30 мин, определяя через каждые 5 мин объем выделившей ся сыворотки.

Определение структурно-механических показателей сгустков проводилось на ротационном вискозиметре «Реотест-2», с использованием измерительного ци линдра N.

Исследования микробиологических показателей и показателей безопасности ферментированных продуктов проведены в Испытательном центре ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии.

Определение массовой доли общего сахара в супернатанте, состава моно- и дисахаридов в супернатанте, состава органических кислот в ферментированных продуктах проводилось в ФБУ «Тест-СПб».

ГЛАВА 3 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА БЕЛКОВ ЛЮПИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОКОНВЕРСИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ Микробиологическую биоконверсию растительного сырья проводят с це лью получения кормов, обогащенных белком и ферментами, белковых пищевых продуктов, а также для детоксикации пищевых продуктов и кормов [18]. Вырабо танные белковые продукты оценивают по содержанию сырого протеина (содер жание всех форм азота·6,25) в соответствии со шкалой: изолят белков – не менее 85%;

концентрат – не менее 65%;

белковый продукт – не менее 30% сырого про теина на с. в. [64]. Концентраты белков в отличие от изолятов содержат некоторое количество -каротина и пищевых волокон, соотношение которых в продукте можно контролировать проведением ферментативного гидролиза суспензии на стадии экстрагирования.

При разработке технологии получения концентрата белков люпина за осно ву была принята схема, применяемая при переработке соевого шрота (рис. 3.1).

Сырьем для получения концентрата является цельносмолотая мука из семян лю пина узколистного сорта «Снежеть» (табл. 3.1).

Таблица 3.1 - Характеристика люпиновой муки сорта «Снежеть»

Наименование показателя Характеристика Структура сыпучий гомогенный продукт без включений Цвет От светло-желтого до желтого Массовая доля влаги, %, не более Массовая доля сырого протеина, с.в. %, не менее Водорастворимые протеины % от общего про- теина Массовая доля жира, с. в. %, не более Массовая доля клетчатки, сухого обезжирен- 4, ного вещества %, не более ВУС,% ЖУС,% Жироэмульгирующая способность Стабильность эмульсии Технологический процесс Параметры и показатели Приемка Люпиновая мука В соответствии с ТУ 9196-006-11951678- Вода питьевая В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074- ФП Целлюлазы В соответствии с ТУОП 64-13-162- ФП Ксиланазы В соответствии с ТУ 9291-019-77388084- Получение растительной основы Составление гидромодуля Соотношение мука : вода 1: Экстрагирование небелковых соединений Температура воды (55±2) °С в присутствии целлюлазы или МЭК рН = 4,44,5;

продолжительность 40 минут;

частота вращения мешалки 500 об/мин Резервуар с рубашкой и мешалкой, насос Центрифугирование 3500 об/мин 15 мин Промывка белковой пасты соотношение паста : промывная вода 1: 6;

рН = 4, Емкость с мешалкой, насос Отделение промывной воды Получение суспензии с концентрацией сухих веществ 10% Сепаратор, насос Нейтрализация рН = 6,8-6, Емкость с мешалкой, насос Диспергирование t=60-65С;

10 мин при 24000 об/мин Распылительная сушка получение препарата белков с остаточной влажностью 4-5% t сушильного агента на входе = 175С180С = 70С80С t сушильного агента на выходе Рис. 3.1 - Технологическая схема процесса получения люпинового белкового концентрата Подготовка сырья заключается в очистке люпиновой муки от металлопри месей и калибровке её до однородного гранулометрического состава с помощью дозатора - просеивателя.

На первой стадии технологического процесса люпиновая мука, поступаю щая из исходного бункера сырья, проходит стадию непрерывного взвешивания, после чего проводится её смешивание с водой. В подготовительной емкости и во всех последующих технологических емкостях необходимо установить мешалки для предотвращения возможного разделения суспензии.

Величина гидромодуля существенно влияет на технико-экономические по казатели процесса получения белкового концентрата из люпина, в частности на расход воды и энергозатраты при работе оборудования [8]. На основании суще ствующих литературных данных в эксперименте использовалось соотношение мука : вода в диапазоне 1:10 1:20, рекомендуемое для проведения аналогичного процесса при переработке соевого шрота.

С целью экстрагирования небелковых соединений кислотность полученной суспензии люпиновой муки доводится до изоэлектрической точки белков с ис пользованием разбавленной соляной кислоты. Изоэлектрическая точка белков люпина лежит между рН 4,4 и 4,5. Температура процесса должна соответствовать оптимальной температуре действия применяемой мультиэнзимной композиции.

Если мука имеет высокое содержание жиров (более 10%), то необходимо экстрагировать их до проведения водного экстрагирования небелковых соедине ний, особенно если в производстве используется мука, полученная из семян лю пина сорта L. mutabilis [155].

Для разделения фаз используется горизонтально-шнековая декантерная центрифуга со скоростью вращения 3500 об/мин. Рекомендуемое время проведе ния процесса – 15 минут. Разделение суспензии на сыворотку и белковую пасту осуществляется под действием центробежной силы, возникающей в результате вращения шнека центрифуги. Скорость отделения частиц белка подчиняется за кону Стокса.

Затем преципитат разбавляется водой в соотношении 1 : 6 и при непрерыв ном перемешивании происходит промывание белковой пасты. Растворимые ве щества в процессе промывки удаляются, и тем самым достигается максимальная чистота конечного продукта. Промывку проводят в кислой среде во избежание растворения протеина в промывной воде.

Люпиновый белковый концентрат выходит с участка сушки в виде порошка с показателем чистоты, превышающим 90%. Сушка белковой дисперсии выпол няется в распылительной сушильной установке, где получают сухой порошок со средним размером частиц около 50 мкм и остаточной влажностью 4~5 %. При по мощи поршневого нагнетательного насоса жидкость закачивается под давлением до 500 бар к системе сопел высокого давления, размещенной в верхней части рас пылительной сушилки, и распыляется в виде мелких капель. Горячий воздух осушитель подается в верхнюю часть сушилки через воздушный распылитель, обеспечивающий оптимальное смешивание выходящих мелких капель с горячим воздухом. Капли, содержащие белок, далее в камере распылительной сушки пре вращаются в сухие частицы и выносятся выходящим воздухом через нижнее от верстие сушилки в рукавный фильтр для сбора и выгрузки. Порошок движется к упаковочной машине, где он упаковывается в мешки, которые пригодны для хра нения и дальнейшей транспортировки.

Австралийские ученые проводили тепловую сушку белкового концентрата люпина. Лабораторная оценка продуктов сушки при высоких температурах пока зала, что белковая фракция имеет непривлекательный коричнево – бурый цвет, этот факт ограничивает использование этого метода в пищевой промышленности.

Тепловой процесс провоцирует реакцию Майара, в результате снижается пищевая ценность белка. Этот аспект процесса сушки белкового концентрата, связанный с качеством продукта, должен быть изучен впоследствии [155].

3.1 Отработка технологии получения белкового концентрата 3.1.1 Систематизация экспериментальных данных и установление норм расхода сырья при получении белкового концентрата Эксперимент проводится с целью подтверждения предположения о том, что при гидролитическом расщеплении гемицеллюлоз и клетчатки, увеличится сте пень экстрагируемости небелковых соединений и, соответственно, содержание сырого протеина в конечном продукте.

Систематизация экспериментальных данных, полученных при проведении экстрагирования небелковых соединений из муки люпина без введения ФП, при ведена в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Физико-химические показатели пасты и сыворотки, полученные без введения ФП (контрольная проба) при 50 °С, гидромодуль 1: Количе- Количе- Плот- Содержание Влажность Содержа- Титруе ство ство сы- ность сырого про- белковой ние сухих мая кис белко- воротки, сыво- теина в па- пасты, % веществ в лотность вой пас- мл ротки, сте, % на с. сыворотке, сыворот ты, г кг/м3 в. ки, Т % 278 ± 20 1270 ± 20 1003 ± 1 50,40 ±1,30 75,22±1,06 1,30±0,36 15,3±1, Баланс по сухим веществам составлен с использованием данных контрольной пробы (1):

МмукиСВмуки Бмуки= МконцСВконц Бконц+ МсывСВсывБсыв (1) Выход белка: (МконцСВконц Бконц ·100) / (МмукиСВмуки Бмуки ) = 83,8% (2) Потери белка с сывороткой по формуле (2):

П сыв = (МсывСВсывБсыв ·100) / (МмукиСВмуки Бмуки ) = 12,8% При проведении водного экстрагирования небелковых соединений из люпиновой муки в изоэлектрической точке белков большинство полисахаридов остается в нерастворимом виде, что не позволяет получить белковый концентрат с высоким содержанием протеина. В этом случае содержание сырого протеина в полученной белковой пасте (контрольная проба) составило 50,4 % в пересчете на с. в. (табл. 3.2).

Согласно материальному балансу процесса в белковой пасте концентрирует ся до 84% белка, содержащегося в исходном субстрате, а потери белка с сыворот кой составляют 12% и более.

Полученные данные позволяют установить нормы расхода сырья и нормы выхода продуктов при получении концентрата белка люпина на эксперименталь ной установке. Эти данные представлены в таблице 3.3.

Расчет норм расхода сырья и норм выхода продуктов при получении кон центрата белков люпина на экспериментальной установке приведен ниже (гидро модуль 1:15).

Для проведения эксперимента готовили водную суспензию муки в соотно шении 100 г муки и 1500 мл воды. Белковый раствор доводится до изоэлектриче ской точки с использованием пятипроцентной соляной кислоты в количестве мл. В результате проведения ряда последовательных опытов получена белковая паста массой 210 г с содержанием сухих веществ 19,8% и люпиновая сыворотка объемом 1280 мл.

Полученная белковая паста подвергается промывке при соотношении паста : промывная вода 1:10 и затем направляется на сепаратор для отделения промыв ной воды. Масса сухих веществ белковой пасты с учетом потерь на сепарирова ние:

Mп 0,8 СВпасты 0, Мсв = 100 (3) Масса белковой суспензии, выходящей из сепаратора, рассчитывается с учетом десятикратного разбавления водой.

Из сепаратора белковая суспензия направляется на распылительную сушку.

Массу сухого концентрата белков люпина с содержанием сухих веществ 96% рас считывают по формуле (4):

Мсв М= (4) Масса испаренной влаги при сушке рассчитывается по формуле (5):

W = Мпр(1 - СВпасты ) = 286 (1 ) = 256,2 г (5) СВгот.пр Таблица 3.3 - Нормы расхода сырья и нормы выхода продуктов при получении концентрата люпинового белка на экспериментальной установке Загружено Масса сырья, кг Получено Масса продукта, кг Люпиновая мука Концентрат белка 0,1 0, Вода питьевая Влага, испаренная 1,5 0, при сушке НСI-5% ная Сыворотка 0,02 1, Потери 0, Итого: Итого:

1,62 1, Или в пересчете на 1 кг концентрата белка сухого:

Загружено Масса сырья, кг Получено Масса продукта, кг Люпиновая мука Концентрат белка 3,3 Вода питьевая Влага, испаренная 50,3 8, при сушке НСI-5% ная Сыворотка 0,6 42, Потери 1, Итого: Итого:

54,2 54, На данном этапе исследования отработана технология концентрата белка лю пина и получены нормы расхода сырья и нормы выхода продуктов.

3.1.2 Подбор ферментных препаратов и расчет их дозировок В углеводную фракцию семян люпина входят клетчатка (11%), гемицеллюло зы и пектины (в сумме 10%), небольшая доля крахмала (4%). Для проведения био конверсии балластных биополимеров люпиновой муки, то есть их перевода в жидкую фазу (сыворотку), необходимо комплексное воздействие на субстрат ферментов различной субстратной специфичности. На основании литературных данных и с учетом опыта применения ферментных препаратов в различных от раслях промышленности для гидролиза углеводной фракции муки люпина были подобраны следующие российские и зарубежные ферментные препараты:

1. Целловиридин Г20х (ТУ 9291-008-05800805-93) – выделенный из культу ры Trichoderma reesei комплексный препарат, состоящий из эндо--1,4-глюканазы, эндо--1,3-1,4-глюканазы, целлобиогидролазы, целлобиазы, -1,3-глюканазы и ксиланазы. Стандартизуется по активности целлюлазы, оптимум действия при рН 4,5-5,5 и температуре 50°С [63]. Целловиридин Г20х имеет хорошо сбалансирован ный ферментный состав и помимо ксиланазы (арабиноксиланазы), бета-глюканазы и целлюлазы содержит маннаназу, полигалактуроназу и кислую протеазу;

оптима лен для потребителя с экономической точки зрения;

наиболее тщательно изучен в России [103].

2. Целлюлаза-100 (ТУ - 64-13-162-90) – выделенный из культур Asp.foetidus и Т. viride препарат, включает эндо--1,4-глюканазу, -1,3-глюканазу, целлобиогид ролазу, целлобиазу, ксиланазу, полигалактуроназу, эндо--1,3-1,4-глюканазу, пек тинэстеразу. Стандартизуется по целлюлазной и пектолитической активностям. Со путствуют хитиназа, кислая протеаза [63].

3. -Амилаза (-1,4-глюкан-4-глюканогидролаза) - эндо-фермент, воздей ствующий на а-1,4-гликозидные связи в молекулах крахмальных полисахаридов.

4. Дистицим БА-Т Специал - эндо-фермент, разрывает 1,4--D-гликозидные связи в молекуле крахмала с образованием декстринов и олигосахаридов. Интер вал активности фермента лежит в пределах рН 4,5-8,0, оптимальное действие при рН 5,0-6,5 в присутствии субстрата. Температурный оптимум действия – 85-90С, активность фермента 950 ед/мл. Препарат обладает высокой термостабильностью и кислотоустойчивостью.

5. Celluclast BG – выделенный из культуры грибов T. reesei целлюлолитиче ский ферментный препарат, стандартизирован по целлюлазе. Предоставлен АО "Novozymes A/S" (Дания) [150].

6. Pentopan Mono BG (ксиланаза эндо-1,4-) – выделенный из культуры гри бов A. Oryzae препарат ксиланазы. Предоставлен АО "Novozymes A/S" [167].

Деградацию некрахмалистых полисахаридов наиболее эффективно можно провести в присутствии комплексных цитолитических систем, в состав которых входят целлюлазы эндо- и экзо-типов и эндоглюканазы (Целлюлаза-100, Целлови ридин, Целлюкласт). Разрушению лигноуглеводных комплексов и гемицеллюлаз совместно с целлюлазами способствует препарат ксиланазы (Пентопан Моно). Для гидролиза крахмала подобраны амилолитические ферменты, активные в области средних (а-амилаза) и высоких (Дистицим БА-Т Специал) температур.

В таблице 3.4 представлена характеристика препаратов, используемых в данной работе.

Таблица 3.4 – Характеристика используемых ферментных препаратов Наименование препарата Ферментативная активность (А) Celluclast BG (препарат стандартизирован Целлюлазная: 3500 ед/г;

по целлюлазе) Препарат предоставлен АО "Novozymes A/S" (Дания) Целлюлаза-100 (препарат стандартизирован Целлюлазная: 540 ед КМЦ/мл;

присутствуют по целлюлазе) ксиланазная и -Глюканазная активности, со путствующие ферменты - хитиназа, кислая протеаза;

Целловиридин Г20х (препарат стандартизи- Целлюлазная: 200 ед КМЦ/мл;

присутствуют рован по целлюлазе) ксиланазная и -Глюканазная активности, содержит манна назу, полигалактуроназу и кислую протеазу;

Пентопан Моно (препарат стандартизиро- Ксиланазная: 2500 ед КС/мл ван по ксиланазе) Препарат предоставлен АО "Novozymes A/S" (Дания) -амилаза (-1,4-глюкан-4- Амилолитическая: 750 ед/г;

глюканогидролаза, К.Ф.3.2.1.1) Дистицим БА-Т Специал (препарат стан- Амилолитическая: 950 ед/г дартизирован по -амилазе) За основу расчетов дозировок ферментных препаратов выбрана оптималь ная концентрация раствора Целлюлазы-100 (0,2%), применяемая при проведении ферментативного гидролиза структурных полимеров яблочной мезги по [63].

Концентрация Целлюкласта, эквивалентная по целлюлазе концентрации Целлюлазы-100, рассчитывается по формуле (6):

(целлюлаза 100) Конц.(целлюлаза 100) 540 0, = =0,031% (6) (целл.юкласта) Концентрация Целловиридина Г20х, эквивалентная по целлюлазе концен трации Целлюлазы-100 составит 0,54%.

Дозировка целлюлолитических ферментных препаратов в расчете на 100 г сырья по (7):

Афермента Конц.фермента =1,08 ед/г (7) сырья Аналогично проведен расчет для амилолитических ферментных препаратов.

Рекомендуемая концентрация Дистицима БА-Т Специал составляет 0,07% к массе сырья.

Концентрация -амилазы, эквивалентная концентрации Дистицима БА-Т Специал по (6):

( ДистицимБАТСпециал) Конц.( ДистицимБАТСпециал) 950 0, = =0,09% ( амилаза ) Дозировка амилолитических ферментных препаратов в расчете на 100 г сы рья по формуле (7) составит 0,7 ед/г.

Рекомендуемая концентрация Пентопана Моно составляет 0,2% к массе сырья.


Дозировка ксиланазы в расчете на 100 г сырья составит 5 ед/г.

3.1.3 Исследование действия целлюлолитических ФП на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина Эффективность биоконверсии углеводсодержащих компонентов, входящих в состав муки люпина, оценивалась по содержанию сырого протеина в получен ном жировом концентрате, а также по увеличению содержания сырого протеина по сравнению с данными контрольной пробы (без введения ФП) и с данными по исходному сырью.

Нативная мука сорта «Снежеть» имеет содержание сырого протеина 46,04% на с.в. В таблице 3.5 приведены физико-химические показатели продуктов, полу ченных при совместном проведении экстрагирования небелковых соединений и ферментативного гидролиза суспензии с помощью целлюлолитических фермен тов. Эксперимент проводился при температуре 50 °С и рН 4,44,5, гидромодуле : 10. Используемый диапазон рН находится в области изоэлектрической точки белков и обеспечивает минимальные потери белка при разделении нерастворимой и растворимой фракции субстрата.

Таблица 3.5 - Физико-химические показатели белковой пасты и сыворотки, полученные с использованием целлюлолитических ФП Наименование Содержание Содержание Влажность Содержание Содержание сы ферментного сырого про- жира в пасте, белковой сухих ве- рого протеина в препарата теина в пасте, % на с.в. пасты, % ществ в сы- сыворотке, % на % на с.в. воротке, % с.в.

Целлюлаза-100 53,28±1,10 10±1 77,87±0,53 2,00±0,80 34,00±1, Целлюкласт 49,95±1,09 09±1 79,21±0,55 1,91±0,35 30,39±1, Целловиридин 48,80±1,90 10±1 74,20±0,60 1,83±0,25 32,00±1, ФП Целлюлаза-100 показал наилучший результат в данных условиях ведения гидролиза. Снижение содержания сырого протеина в получаемом продукте при воздействии препарата Целловиридин может быть связано с наличием сопутствующей протеазной активности, приводящей к потере продуктов гидролиза белка в процессе экстрагирования.

Расчет потерь белка с сывороткой по (8):

Псыв(Целлюкласт) = МсывСВсывБсыв100/(МмукиСВмукиБмуки) = 17,6% (8) Псыв(Целловиридин) = 18,1%;

П сыв(Целлюлаза-100) = 21% Количественное определение содержания сырого протеина в сыворотке, проведенное в опытах с целлюлазами, позволяет сделать вывод о том, что потери белка в среднем составляют 19%.

Методом Сокслета определено содержание липидов в белковой пасте, полу ченной в опытах с целлюлазами. Некоторая часть липидов вместе с белковыми молекулами сконцентрировалась в пасте, что привело к увеличению содержания жира в конечном продукте на 3-4% по сравнению с исходной мукой.

Массовая доля сырой клетчатки в белковой пасте составляет (5±1) % на с.в., для ее определения использовался метод Геннеберга и Штомана. Клетчатка со ставляет около 15% от всех углеводов люпина. Помимо клетчатки фракция угле водов включает гемицеллюлозы и пектиновые вещества, пентозаны, крахмал. Ис ходя из данных материального баланса, около 20% клетчатки подверглось био конверсии с образованием растворимых углеводов.

При получении белкового концентрата по данной технологии возможно ис пользование алкалоидного растительного сырья, так как процесс ферментативной деструкции полисахаридов люпиновой муки способствует динамичному экстра гированию алкалоидов.

Перспективно применение водного экстрагирования небелковых соедине ний в присутствии гидролитических ферментов при получении кормовых концен тратов и составляющих кормов. Как известно, в животноводстве для кормления молодняка используется растительное сырье с невысоким содержанием структур ных полисахаридов. Поэтому увеличение биодоступности комплекса раститель ных полимеров, входящих в состав продуктов переработки люпина, является од ной из актуальных задач кормопроизводства.

3.1.4 Исследование действия ферментных препаратов различной субстратной специфичности на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина В состав углеводной фракции субстрата входят такие полисахариды как крахмал, ксилан, гемицеллюлозы и пектиновые вещества. Поэтому применение ферментных препаратов -амилазы и ксиланазы имеет преимущество. При темпе ратуре 50°С, и гидромодуле 1: 10 проведена экспозиция суспензии с имеющимися ферментами, результаты эксперимента представлены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Физико-химические показатели продуктов экстрагирования небелковых соединений из муки люпина с различными ФП Наименова- Дозировка Содержание Влажность Сухие веще- Плотность ние ФП ФП, ед/г сырого про- пасты, % ства сыво- сыворотки, теина в пасте, ротки, % кг/м % на с. в.

Контроль - 50,40±1,30 75,22±1,06 1,30±0,36 1003± Дистицим 51,9±1,30 76,53±1,06 1,42±0,33 1004± Специал 0,7±0, -Амилаза 48,2±1,10 71,60±0,35 0,99±0,36 1003± 5±1 53,02±1,20 78,55±0,88 1,73±0,32 1005± Пентопан Моно 25±1 52,25±1,09 76,50±1,30 1,75±0,5 1005± Использование целлюлаз и ксиланаз при экстрагировании небелковых со единений в исследуемых условиях приводит к наилучшим результатам. Худший результат получен с ферментными препаратами -амилазы, что может быть свя зано с более низким содержанием крахмала в нативной муке по сравнению с со держанием других высокомолекулярных соединений углеводной природы, и со ответственно с меньшим вкладом -амилазы в биоконверсию. Для повышения эффективности использования ферментов необходимо подобрать оптимальные условия ведения процесса.

3.2 Оптимизация условий ведения процесса экстрагирования небелковых соединений с ферментным препаратом целлюлазы Эксперименты проводились на трех уровнях, при осуществлении всех воз можных комбинаций из трех факторов по схеме полного факторного эксперимен та. Использовалось униформ-ротатабельное планирование.

На содержание сырого протеина в продукте (y, %) изучалось влияние трех факторов: температуры (z1) в диапазоне 50-60°С;

дозировки ФП Целлюлаза- (z2) в диапазоне 0,54-1,62 ед/г;

соотношения вода : мука (z3) в количестве 10:1;

15:1;

20:1. Экспозиция суспензии с ФП проводилась в течение 40 минут.

Эксперимент, нацеленный на определение оптимальных условий процесса, можно адекватно описать полиномом второго порядка. Уравнение регрессии в та ком случае имеет вид (9):

y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b11x12 + b22x22 + b33x32 (9) Применим линейное преобразование (10) для перехода от переменных z1,…, zk к новым – x1,…,xk:

xj = (zj – zj0) / zj;

j = 1,2, …, k, (10) где точка с координатами z10, …, zk0 – центр плана или основной уровень;

zj– интервал варьирования по оси zj. Для переменных x1,…,xk верхний уровень равен +1, нижний уровень -1;

координаты центра плана равны нулю.

Для сокращения числа опытов используется композиционный план, ядро которого составляет полный факторный эксперимент 2k при k5. Для описания нелинейной зависимости необходимо добавить 2k звездных точек, расположен ных на координатных осях факторного пространства.

Чтобы информация для эквидистантных точек плана оставалась постоянной в интервале 0 1подбираются значения произвольных констант 2 и 4.

Во избежание вырождения информационной матрицы в ротатабельный план вводят точки, лежащие на сфере с нулевым радиусом – n0 (точки в центре плана).

При 2 = 1 имеем:

4 = k (n + n0 ) / ((k + 2) n) (11) Для ротатабельного униформ-плана при k = 3 значение звездного плеча (расстояния от центра плана до звездной точки) составляет 1,682;

радиус сферы, на котором находятся точки ядра плана я =1,73;

число опы тов в центре плана n0 = 6.

Специфический характер матрицы для ротатабельных планов позволяет по лучить формулы для расчетов коэффициентов уравнения регрессии (12) [13].

где, ;

(12) N – число опытов, k – число факторов, Yu – результат u-го эксперимента, u – текущий номер опыта, i, j – номер фактора (j i).

При использовании ротатабельного плана второго порядка дисперсию вос производимости определяем по опытам в центре плана по (13):

(13) Число степеней свободы дисперсии воспроизводимости равно fвоспр = (n0-1) = 5.

Матрица планирования эксперимента приведена в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – План и результаты эксперимента Факторы в натуральном масштабе Факторы в безразмерном масштабе № z1 z2 z3 x1 x2 x3 y 1 60 1,62 20 1 1 1 46, 2 50 0,54 20 -1 -1 1 44, 3 50 1,62 20 -1 1 1 55, 4 60 0,54 20 1 -1 1 46, 5 60 1,62 10 1 1 -1 45, 6 50 0,54 10 -1 -1 -1 48, 7 50 1,62 10 -1 1 -1 49, 8 60 0,54 10 1 -1 -1 46, 9 46,6 1,08 15 -1,682 0 0 48, 10 63,41 1,08 15 1,682 0 0 46, 11 55 0,172 15 0 -1,682 0 50, 12 55 1,99 15 0 1,682 0 53, 13 55 1,08 6,6 0 0 -1,682 53, 14 55 1,08 23,41 0 0 1,682 58, 15 55 1,08 15 0 0 0 60, 16 55 1,08 15 0 0 0 59, 17 55 1,08 15 0 0 0 55, 18 55 1,08 15 0 0 0 59, 19 55 1,08 15 0 0 0 59, 20 55 1,08 15 0 0 0 57, Рассчитываем коэффициенты уравнения регрессии второго порядка и их ошибки по (12):

b0 = 58,516;

b1 = -1,1942;

b2 = 1,1279;

b3 = 0,7943;

b12 = -1,5338;

b23 = 1,4887;

b13 = -0,1088;

b11 = -4,5957;

b22 = -3,0592;

b33 = -1,733;

sbj = 1,01;

sbuj = 1,32;

sbjj = 0, Значимость коэффициентов уравнения регрессии определяем по критерию Стьюдента. После отсева незначимых коэффициентов, получено уравнение ре грессии (14):

y = 58,52 – 4,59x12 – 3,06x22 – 1,73x32 (14) Остаточную дисперсию определяем по формуле (15):

=4,87, (15) где l – число значимых коэффициентов в уравнении регрессии.

Число степеней свободы остаточной дисперсии f ост = N - l = 20 - 4 = 16.

Адекватность уравнения регрессии определяют по критерию Фишера (16):

F = sад2 / sвоспр2, где sад2 = (sост2fост – sвоспр2fвоспр) / fад = 5,815 (16) Число степеней свободы дисперсии адекватности:

fад = fост – f воспр =16-5 = Уравнение адекватно, если FFтабл (f1,f2), где f1 – число степеней свободы диспер сии адекватности, f2 – число степеней свободы дисперсии воспроизводимости.

F = 5,815/2,79 = 2,08;


Fтабл = 4, FFтабл (f1,f2), значит полученное уравнение адекватно эксперименту.

Перейдем от кодированных значений факторов (x1,x2,x3) к натуральным:

y = 58,52 – 4,59((z1-55)/5)2 – 3,06((z2 – 1,08)/0,54)2 – 1,73((z3 – 15)/5) После преобразования получено уравнение регрессии с натуральными зна чениями факторов (17):

y = -522,77 – 0,183z12 – 10,515z22 – 0,069z32 + 20,19z1 + 22,71z2 + 2,07z3 (17) Поверхности отклика имеют форму эллиптического параболоида. Коорди наты оптимума (максимум) лежат в центре плана.

На рис.3.2 построены поверхности отклика и изолинии сечений зависимо сти содержания сырого протеина в пасте от температуры экстрагирования и гид ромодуля, от температуры и дозы фермента, от гидромодуля и дозы фермента.

Сырой протеин, % на с. в.

Сырой протеин, % на с. в.

Сырой протеин, % на с. в.

Рис.3.2 - Поверхности отклика и изолинии сечений зависимости содержания сырого протеина от исследуемых факторов В ходе исследования установлены оптимальные параметры совмещенного процесса экстрагирования небелковых соединений в изоэлектрической точке и ферментативного расщепления балластных веществ люпиновой муки целлюлоли тическим ферментом: температура 55С, гидромодуль 1 : 15, дозировка фермента 1,08 ед/г.

При проведении процесса в оптимальных условиях содержание сырого протеина в целевом продукте в среднем возрастает на 12 % по сравнению с ис ходной мукой и на 8-9 % по сравнению с контрольным продуктом.

3.3 Исследование влияния совместного применения ферментных систем на экстрагируемость небелковых соединений из люпиновой муки Возможность использования ферментных препаратов в технологии получения белкового концентрата люпина ограничивается, прежде всего, необходимостью строгого соблюдения реакции среды в диапазоне рН 4,4-4,5. Если значение актив ной кислотности данной полидисперсной системы составляет 4,7, то наиболее мно гочисленная фракция запасных глобулинов люпина с константой седиментации 7S –конглютин - останется в супернатанте. Произойдет осаждение легуминоподоб ного -конглютина с константой седиментации 11S. Таким образом, достижение изоэлектрической точки -конглютина (4,5) является необходимым условием по лучения белкового концентрата. В состав жидкой фазы в данном случае войдут альбумины, часть -конглютина и -конглютин.

Промышленность выпускает ряд цитолитических ферментных препаратов, в том числе Целловиридин и Целлюлазу-100. Целловиридин имеет высокую целлю лазную активность и практически свободен от пектиназы. Возможно, этот факт по влиял на результат кислотной экстракции белка в ходе экспозиции с Целловириди ном Г20х (табл.3.5). В Целлюлазе-100 представлены обе активности, причем состав пектолитического комплекса идентичен Пектофоетидину, а целлюлолитического – Целловиридину, поскольку препарат Целлюлаза-100 получают путем совместного культивирования продуцента пектофоетидина и продуцента целловиридина.

В качестве сопутствующих ферментов присутствуют -1,3- и -1,3-1,4 глюканаза, -глюкозидаза, ксиланаза, хитиназа, что создает предпосылки для широ кого применения препарата при переработке растительного и микробного сы рья [63]. Присутствие крахмала в составе углеводной фракции люпиновой муки обусловливает применение амилолитических ферментных препаратов – амилазы и Дистицима БА-Т Специал. Их применение для гидролиза целлюлозо содержащего сырья в комплексе с системами целлюлолитического действия по данным [36] увеличивает степень деградации целлюлозы, обеспечивает разложе ние гемициллюлоз (на 80-90%) до пентоз и гексоз и гидролизует -глюкан с обра зованием глюкозы.

Для составления композиций были отобраны наиболее эффективные фер ментные препараты с различной субстратной специфичностью. В состав компо зиций входит целлюлаза в оптимальной дозировке 1,08 ед/г и амилаза либо кси ланаза в рекомендованной либо повышенной дозировке.

Таблица 3.8 - Состав мультиэнзимных композиций, использованных для ферментативного гидролиза Номер композиции Состав композиции 1,08±0,02 ед/г ферментного препарата «Целлюлаза-100» и 0, ед/г «Дистицим БА-Т Специал»

1,08±0,02 ед/г ферментного препарата «Celluclast BG» и 5± ед/г «Pentopan Mono BG»

1,08±0,02 ед/г ферментного препарата «Celluclast BG» и 25± ед/г «Pentopan Mono BG»

Принимая во внимание свойства данных ферментных систем и их поведение в процессе экстрагирования, были предложены следующие параметры биоконверсии балластных веществ исходного сырья в жидкую фазу: температура 55°С;

рН 4,5;

гидромодуль 1 : 15;

продолжительность процесса 40 мин.

Полученные результаты приведены в табл. 3.9.

Таблица 3.9 - Физико-химические показатели белковой пасты и сыворотки при использовании композиций ферментных препаратов Композиция Содержание сырого про- Влажность белковой Сухие вещества сы теина в пасте, % на с. в. пасты, % воротки, % 1 54,90±1,40 76,19±1,03 1,72±0, 2 56,04±1,10 80,56±0,44 1,78±0, 3 51,88±1,30 74,69±0,46 1,88±0, При проведении экстрагирования небелковых соединений из муки люпина МЭК №2 содержание сырого протеина в целевом продукте возрастает примерно на 10 % по сравнению с исходной мукой и на 6 % по сравнению с контрольным продуктом.

3.3.1 Применение многостадийной обработки суспензии гидролитическими ферментами Водная среда позволяет провести многосубстратную биоконверсию в одну стадию с помощью комплексного воздействия различных гидролитических фер ментов. Но не исключено, что одностадийная обработка ферментами может при вести к ингибированию действия одного фермента продуктами реакции, катали зируемой другим ферментом. Поэтому направление дальнейших исследований связано с изучением влияния на комплекс полисахаридов одностадийной обра ботки люпиновой муки смесью ферментных систем и многостадийной обработки муки указанными ферментными препаратами с целью выявления наиболее эф фективного и мало затратного способа получения белкового концентрата.

Для проведения многостадийной обработки на каждой стадии эксперимента создавались оптимальные условия для воздействия определенного ФП на субстрат. Первый вариант обработки осуществлялся следующим образом:

обработка Целлюкластом проводилась при 40° С и рН 4,8 в течение 40 мин, затем суспензия была подвергнута постепенному нагреву до 70°С (такой температурный режим позволяет частично инактивировать целлюлазу и приблизиться к температурному оптимуму действия ФП Пентопан Моно). На второй стадии процесса при 70° С была внесена ксиланаза (соотношение концентраций ФП стандартной активности принято равным 1:1), обработка суспензии также длилась 40 мин.

Второй вариант включал следующие стадии:

- обработка ксиланазой при температуре 50° С и гидромодуле 1 : 15 при рН 4,8 в течение 30 минут.

- внесение ФП Целлюкласт (соотношение концентраций ФП стандартной активности принято равным 1:1). Обработка проводилась 30 минут.

Полученные результаты приведены в табл. 3.10.

Таблица 3.10 - Физико-химические показатели белковой пасты и сыворотки, полученные при проведении экстрагирования в одну или несколько стадий Вариант многоста- Содержание сырого про- Влажность белко- Сухие вещества дийной обработки теина в пасте, % на с.в. вой пасты, % сыворотки, % Вариант 1 50,57±1,09 79,96±0,53 1,95±1, Вариант 2 49,96±1,20 76,60±0,66 2,00±0, Следует отметить, что в условиях проведенных экспериментов не удалось выявить существенных различий в действии одиночного фермента Целлюкласта и используемых МЭК с оптимальной дозировкой Целлюкласта в их составе.

Повышенное содержание ФП Пентопан Моно в составе МЭК 3 по сравнению с МЭК 2 приводило к снижению содержания сырого протеина в белковой пасте. Это может быть связано с изменением экстрагируемости белковых соединений и их переходом в раствор при повышенной концентрации Пентопана Моно и\или с ингибированием действия Целлюкласта продуктами гидролиза, образующимися при гидролизе полисахаридов ФП Пентопан Моно. Многостадийная обработка оказалась менее эффективной по сравнению с одностадийной.

3.3.2 Исследование углеводного состава люпиновой сыворотки В результате ферментативной биоконверсии углеводного комплекса люпи новой муки МЭК №2 при рН изоэлектрической точки белков и последующем ме ханическом разделении твердой и жидкой фазы была получена сыворотка с со держанием сухих веществ 2%.

В люпиновую сыворотку практически полностью переходят, так называе мые, безазотистые экстрактивные вещества семян люпина (витамины, органиче ские кислоты, растворимые углеводы, некоторые биологически активные веще ства), низкомолекулярные азотистые соединения (аминокислоты, пептиды, аль буминовая фракция белков), и липиды, высвобождаемые из исходного субстрата в процессе гидролитического разрушения клеточных структур.

В образце люпиновой сыворотки проанализировано суммарное содержание азотистых соединений, водорастворимых углеводов и определён их компонент ный состав. Общее содержание азота составило 4,8% или 0,096% в пересчете на исходную сыворотку. Согласно материальному балансу процесса в белковой па сте концентрируется до 84% белка, содержащегося в исходном субстрате, а поте ри белка с сывороткой составляют 12%.

Анализ суммарного содержания водорастворимых углеводов был проведен по методу Бертрана. Массовая доля общего сахара (в расчете на инвертный) в сы воротке, полученной при проведении эксперимента в несколько стадий, составила 0,5%.

Анализ компонентного состава моно- и дисахаридов проводился методом ВЭЖХ по ГОСТ Р 53766-2009 «Продукция соковая. Определение сахарозы, глю козы, фруктозы и сорбита методом высокоэффективной жидкостной хроматогра фии». Анализ супернатанта проводился на жидкостном хроматографе фирмы «Стайер» с рефрактометрическим детектором, на колонке, заполненной сорбен том «Luna NH2 5µ» фирмы «Phenomenex». В качестве подвижной фазы использо валась смесь ацетонитрил-вода, взятые в объемных соотношениях 77 : 23 [42]. Ре зультаты исследования приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 – Состав моно- и дисахаридов люпиновой сыворотки Наименование показателя Массовая концентрация, г/дм Сахароза 3,4±0, глюкоза 0,3±0, Фруктоза 0,3±0, Соотношение компонентов в смеси «сахароза : глюкоза : фруктоза» по дан ным хроматографирования для люпиновой сыворотки (с содержанием водорас творимых углеводов 0,5% по методу Бертрана) составляет 10:1:1.

Химический состав исходной муки с содержанием сухих веществ 90% и сы воротки с содержанием сухих веществ 2%, полученной в результате фермента тивной обработки субстрата, представлен в таблице 3.12.

Суммарное количество моно- и дисахаридов в супернатанте по данным ма териального баланса процесса увеличилось в 2,06 раза по сравнению с суммар ным количеством растворимых углеводов исходного субстрата–цельносмолотой люпиновой муки, что свидетельствует об эффективности разрушения полисаха ридов в процессе ферментативной обработки.

МмукиСВмукиУмуки= МсывСВсывУсыв 100·0,92·0,034 1280·0,02·0, 3,12 6, Таблица 3.12 – Химический состав исходной муки и полученной люпиновой сыворотки Наименование показателя Значение показателя, % Значение показателя, % на с.в.

Исходная мука:

Общий азот 6,62 7, Сырой жир 6,39 7, Сырая клетчатка 4,00 4, Безазотистые экстрактивные веще 37,40 41, ства, в том числе:

Моно- и дисахариды 3,10 3, Сыворотка:

Общий азот 0,096 4, Сырой жир 0,89 44, Сырая зола 0,01 0, Безазотистые экстрактивные веще 0,5 ства, в том числе:

Сахароза 0,34 Моносахариды 0,06 Изучен характер гидролитических изменений и установлено, что разрушение некрахмалистых полисахаридов в процессе гидролиза приводит к росту концен трации растворимых моно- и дисахаридов и частичному высвобождению молекул жира. Тем не менее, в конечном продукте содержание липидов остается на до вольно высоком уровне, так как только часть липидов переходит в сыворотку в процессе удаления водорастворимых соединений, а относительная концентрация белков и липидов в целевом продукте по сравнению с исходным субстратом воз растает. Для снижения концентрации липидов и соответствующего увеличения содержания белка в целевом продукте необходимо исследовать способы более полного извлечения липидной фракции.

3.4 Изучение функционально-технологических свойств препарата Важной характеристикой белков являются функциональные свойства, во многом определяющие возможность применения белка, эффективность его ис пользования. Под функциональностью понимают набор свойств, способствующих образованию желательного цвета, вкуса, запаха, текстуры, питательной ценности продукта.

По методикам ВНИИЖ были определены функционально-технологические свойства концентрата белков люпина, полученного в результате экстрагирования небелковых соединений из муки люпина совместно с гидролитической обработ кой суспензии мультиэнзимной композицией. Также был проведен сравнитель ный анализ полученных данных с функционально-технологическими свойствами муки люпина нативной сорта «Снежеть» (табл. 3.13).

Таблица 3.13 - Функционально-технологические свойства белкового препарата люпина и люпиновой муки Образец ВУС, % ЖУС, % Мука люпина 210±15 97± Концентрат белков люпина 317±15 409± Экстрагирование небелковых соединений из цельносмолотой муки в кислой среде при рН изоэлектрической точки белков, совмещенное с процессом гидроли за углеводных соединений ферментными препаратами целлюлолитического и ксилолитического действия позволяет повысить функционально-технологические свойства готового продукта. Так, влагоудерживающая способность возросла в 1, раза, а жироудерживающая способность в 4,2 раза по сравнению с исходной му кой.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА, ОБОГАЩЕННОГО КОНЦЕНТРАТОМ БЕЛКОВ ЛЮПИНА В современной пищевой технологии главенствующая роль принадлежит развитию функционального питания. Большое распространение получили обога щенные белком и различными микронутриентами поликомпонентные продукты на основе молочного сырья, что связано с содержанием в молоке всех пищевых веществ, необходимых для поддержания жизни и здоровья человека [104]. Внед рение технологий комбинированных продуктов из нетрадиционного сырья и обо гащенных белком продуктов решает многие задачи, стоящие перед пищевой про мышленностью, это и снижение уровня дефицита белка в питании и создание продуктов с повышенной пищевой и биологической ценностью [143].

На данном этапе исследования велась разработка рецептуры и технологии кисломолочного продукта с добавлением белкового концентрата люпина.

При разработке технологии получения кисломолочных продуктов c исполь зованием концентрата белков люпина в качестве функционального ингредиента за основу была принята схема, применяемая при выработке кисломолочных продук тов (рис. 4.1) [80].

Опытные образцы продукта получают на основе пастеризованного молока путем внесения жидкой йогуртовой закваски, белкового концентрата люпина, по следующего перемешивания смеси, термостатирования ее до образования сгустка с хорошо сформированной структурой и достижения титруемой кислотности от 75 до 80 °Т.

Технологический процесс Параметры и показатели Приемка Молоко сухое обезжиренное В соответствии с ГОСТ Р В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01, Вода питьевая ГОСТ Р 51232- Концентрат белков люпина закваска «СТБп» В соответствии с ТУ 9229-369-00419785- Подготовка сырья Восстановление сухого обезжиренного молока tводы = 45 °С Установка для растворения сухих компонентов, центробежный молокоочиститель Выдержка восстановленного молока при t =4 - 8 °С 3-4ч Емкость Пастеризация t = (92 ± 2) °C с выдержкой 2 - 3 мин ОПУ Охлаждение до температуры ферментации Температура ферментации (42±2) °С ОПУ, насос Внесение белкового концентрата и закваски Внесение концентрата, перемешивание в количестве 0,3 - 1 % от массы смеси перемешивание 10-15 мин Резервуар с рубашкой и мешалкой Внесение закваски, перемешивание в количестве 3 - 5 % от массы смеси перемешивание 10-15 мин Резервуар с рубашкой и мешалкой Розлив в тару Розлив смеси Насос, автомат для розлива Ферментация Ферментация смеси до достижения титруемой кислотности продукта от 75 до 85 °T Термостатная камера Фасовка, упаковка, маркировка Фасовка готового продукта Фасовочный аппарат Охлаждение и хранение Охлаждение до t=(4±2)°C Холодильная камера Рис. 4.1 - Операционная схема процесса получения кисломолочного продукта с концентратом белков люпина Эксперименты проводились с использованием сухого обезжиренного моло ка, восстановленного до м. д. белка 3%, и с использованием цельного молока с м.

д. белка 2,8±0,2 %, жира 3,6±0,1 %. В ходе эксперимента проводили измерения титруемой кислотности смеси, вязкости и водоудерживающей способности полу ченных сгустков, оценивали органолептические показатели.

4.1 Анализ органолептических показателей кисломолочных продуктов Кисломолочные продукты были получены с добавлением 0,3%, 1% и 2% белкового препарата, с целью выявления максимальной дозы внесения были изу чены органолептические, структурно-механические показатели и пищевая цен ность целевого продукта.

Профилограммы вкуса, запаха, консистенции и цвета представлены на рис. 4.2.

бобовых Рис.4.2 - Профилограммы органолептических показателей кисломолочных продуктов с различной массовой долей белкового препарата Полученные сгустки были плотными и имели выраженный кисломолочный вкус и запах. При внесении препарата в количестве более 1% наблюдается легкий бобовый привкус, продукт приобретал кремовый оттенок.

4.2 Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на обезжиренном молоке Динамика кислотонакопления образцов с препаратом белков люпина (КБЛ) приведена в табл.4.1.

Таблица 4.1 – влияние дозы внесения белкового препарата на динамику кислотонакопления смеси Доля КБЛ, Продолжительность сквашивания, ч % 0 2 3 4 5 о Титруемая кислотность, Т - 21±1 42±1 55±1 65±1 75±1 85± 0,3 21±1 42±1 52±2 65±1 75±1 80± 1,0 23±2 44±1 50±2 65±2 75±1 80± 2,0 25±1 40±2 50±1 63±1 73±2 80± За 6 часов сквашивания обезжиренного молока кислотность достигла значе ния 85 оТ для контрольного образца и 75-80 оТ для образцов с концентратом. Вне сение препарата в различном количестве незначительно влияет на процесс кисло тонакопления за исследуемый период времени.

Характеристика влагоудерживающей способности сгустков представлена на рис.4.3.

Рис. 4.3 - Влагоудерживающая способность сгустков, выработанных на обезжиренном молоке Лучшее отделение сыворотки наблюдается у контрольного образца. Введе ние концентрата в возрастающем количестве приводило к увеличению влаго удерживающей способности у образцов за счет увеличения содержания белкового компонента в конечном продукте.

При последовательном увеличении градиента скорости сдвига и последова тельном его уменьшении проводилось определение вязкости и касательного напряжения образцов продуктов [22, 138].

На рис. 4.4 представлены графики изменения эффективной вязкости в про цессе сквашивания при постоянной скорости сдвига (27 с-1) для образцов на обез жиренном молоке с внесением белкового препарата люпина в количестве 0,3%;

1,0% и 2,0%.

Рисунок 4.4 - Изменение коэффициента эффективной вязкости в процессе ферментации при постоянном градиенте скорости сдвига Внесение белкового концентрата в возрастающем количестве приводит к ро сту эффективной вязкости сгустков и снижению их способности к восстановле нию структуры.

После окончания сквашивания и охлаждения продукта были проведены ис следования вязкости и тиксотропных свойств контрольного образца и образцов с белковым препаратом по методу петель гистерезиса. Образцы на обезжиренном молоке подвергали деформированию на ротационном вискозиметре в интервале величин градиентов скорости от 3 до 1312 с-1 при последовательном увеличении градиента скорости и при уменьшении его (рис. 4.5).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.