Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Милорадова Елена Васильевна
Продукты ферментативной модификации соевой муки: научные и практические аспекты получения и применения в пищевых технологиях
СпециальностиЦ 05.18.01 - Технология обработки, хранения иапереработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции иавиноградарства
05.18.07 Ц Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
доктора технических наук
Москва 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО
Московский государственный университет пищевых производств
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Траубенберг Светлана Евгеньевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Колпакова Валентина Васильевна
доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАСХН,
заслуженный деятель науки РФ,
Римарева Любовь Вячеславовна
доктор технических наук
Савенкова Татьяна Валентиновна
Ведущая организация: НОУ ДПО Международная промышленная академия
Защита состоится л июня 2010 г. в _____часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУВПО Московский государственный университет пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе,11, ауд.302, корпус А.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.
Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю Совета.
Автореферат разослан л ____ ______ 2010г.
Ученый секретарь Совета Белявская И.Г.
к.т.н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Проблема обеспечения человечества продовольствием и, в частности, полноценным пищевым белком сохраняет свою актуальность и в 3-ем тысячелетии.
Общепризнанным путем в ликвидации дефицита белка, устранения его качественной неполноценности и улучшения пищевой ценности продуктов питания является использование новых его источников.
Среди всех сельскохозяйственных культур первое место в мире в общей массе белка занимает пшеница, дающая 71 миллион тонн белка, соя занимает второе место, с производством белка 62,7 миллиона тонн. Однако пшеничный белок для пищевых целей используется на 74%, а соевый белок, по оценкам ФАО не более, чем на 10%, поэтому основным резервом белкового питания населения в мире признана соя.
Соевые белки отличаются уникальным аминокислотным составом, практически не уступающим белкам животного происхождения, что отмечено в документах Всемирной Организации Здравоохранения.
Пищевое использование сои высокими темпами растёт во всех ведущих странах мира и составляет по 5-8% в год. Ежегодно 85% от урожая семян сои перерабатывается для получения двух основных продуктов: соевого масла и соевого шрота. В условиях повышенного интереса общества к вопросам питательности пищевых продуктов белок сои получает все большее признание как высокопитательный, функциональный и рентабельный пищевой ингредиент, позволяющий дополнять и улучшать пищевую ценность готовой продукции, одновременно снизить ее себестоимость. По данным специалистов Института питания РАМН недостаточное поступление легкоусвояемых форм белка в рационах питания приводит к нарушению иммунной устойчивости организма.
В настоящее время соевый рынок также активно развивается и в России. Однако, объемы отечественного производства семян сои явно недостаточны для удовлетворения растущих потребностей промышленности и населения в продуктах их переработки.
Большой вклад в развитие российских технологий по применению растительного сырья в пищевых продуктах, создавших теоретические и практические основы выделения пищевых белков внесли работы ученых:
Диановой В.Т., Доморощенковой М.Л., Дубцовой Г.Н., Браудо Е.Е., Высоцкого В.Г., Красильникова В.Н., Колпаковой В.В., Неклюдова А.Д, Римаревой Л.В., Румянцевой Г.Н., Страшненко Е.С., Толстогузова В.Б., Телишевской Е.Я., Цыгановой Т.Б. и др..
Применение соевых белковых продуктов в пищевой промышленности России распространяется в основном на производство мясных и молочных продуктов (по данным консалтингового агентства Market Advice 85% соевого белкового сырья), и только 15% приходится на другие отрасли пищевой промышленности (хлебопекарную, кондитерскую).
В свете этого актуальной является проблема обогащения соевым белком других категорий пищевых продуктов и повышения эффективности использования соевого сырья, в первую очередь соевой муки, которая является вторичным продуктом производства соевого масла, содержит в своем составе до 50% полноценного белка, и которая гораздо дешевле, чем соевые белковые изоляты и концентраты.
Для решения этой проблемы необходим комплексный подход к разработке технологических решений для той или иной отрасли пищевой промышленности который должен основываться, с одной стороны, на разработке научных и практических основ модификации соевой муки с целью повышения пищевой ценности, с другой, на характеристике ее функциональных свойств, имеющих важное значение для обеспечения гарантированного качества пищевых продуктов по физико-химическим и органолептическим показателям.
Одним из наиболее перспективных путей для расширения области применения соевой муки в пищевой промышленности является использование направленного биокатализа на основе протеолитических ферментных препаратов различного происхождения, обеспечивающего наиболее полное извлечение белка, получение продуктов ферментативной модификации соевой муки с прогнозируемыми изменениями химического состава и технологических функциональных свойств. Решению этой проблемы и посвящена данная работа.
Об актуальности направления говорит и то, что работа проводилась в рамках следующих программ: инновационной научно-технической программы Министерства общего и профессионального образования РФ Создание современных технологических систем для производства пищевых и кормовых продуктов (1997-1999г.); Прецизионные технологии и системы (1999г.), Экспертные технологии и международное научное сотрудничество (1999г.), Научные исследования высшей школы по технологии живых систем (2000-2002г.), Научное и научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования (2002г.), межведомственной аналитической целевой программы Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2010г.) Рособразования РФ.
Целью настоящей работы является решение комплекса научно-практических задач, связанных с разработкой подходов к получению продуктов ферментативной модификации соевой муки на основе направленного биокатализа, обеспечивающего более полное и рациональное использование соевого сырья в пищевой промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработать научные основы технологии получения продуктов ферментативной модификации соевой муки с использованием протеолитических ферментных препаратов различного происхождения и мультэнзимных композиций (МЭК);
- выбрать способ сушки и обосновать режимы получения продуктов ферментативной модификации соевой муки в виде порошков различной цветовой гаммы;
- дать биохимическую характеристику продуктов ферментативной модификации соевой муки как основы целесообразности их применения для создания продуктов повышенной пищевой ценности;
- исследовать функциональные свойства продуктов ферментативного гидролиза соевой муки для выбора области их применения в рецептурах пищевых продуктах. Провести исследования по созданию нового ассортимента продуктов для пищеконцентратной, молочной, хлебопекарной, крндитерской промышленностей, производства соусов, напитков на основе соков;
- разработать технологические решения для применения продуктов ферментативной модификации соевой муки в технологии пищевых продуктов и кормов;
- разработать техническую документацию и рекомендации по получению продуктов ферментативного гидролиза соевой муки и их применению для создания новых видов пищевых изделий.
Основные положения, представляемые к защите:
- научно обоснованная технология применения направленного биокатализа для получения продуктов ферментативной модификации соевой муки, обеспечивающая расширение области применения соевого сырья в пищевой промышленности;
- научно-методологический подход к выбору ферментных препаратов, формированию МЭК и мониторингу эффективности их действия при ферментативной обработке соевой муки;
- совокупность данных по характеристике химического состава продуктов ферментативной обработки соевой муки с позиций пищевой ценности и их функциональных свойств, являющаяся обоснованием целесообразности их применения в пищевых технологиях для создания нового ассортимента продуктов и интенсификации технологических процессов их производства;
- научно-обоснованные технологические решения по созданию новых продуктов питания повышенной пищевой ценности на основе использования в их рецептурах продуктов ферментативной модификации соевой муки.
Научная новизна. Научно обоснованы технологические решения для получения и применения в пищевых технологиях продуктов ферментативной модификации соевой муки.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена технология переработки соевой муки на основе направленного биокатализа, обеспечивающего регулирование химического состава и функциональных свойств полученных продуктов ферментативной модификации соевой муки для применения в пищевой индустрии.
Экспериментально установлено влияние процесса ограниченного биокатализа на функциональные свойства (мутность, эмульгирующую и пенообразующую способности, стабильность пены) полученных продуктов. Получены математические зависимости, характеризующие взаимосвязь между составом МЭК и технологическими функциональными свойствами, позволяющие получать продукты ферментативной модификации соевой муки, обладающие заданными технологическими характеристиками с ориентацией на применение в соответствующих отраслях пищевой промышленности.
Получены зависимости, характеризующие влияние ряда факторов на накопление продуктов ферментативного гидролиза соевой муки (растворимого белка, аминного азота, свободных аминокислот), анализ которых позволил обосновать и разработать режимы модификации соевой муки для получения продуктов, имеющих повышенную пищевую и биологическую ценность по сравнению с исходной соевой мукой.
Расширены представления о каталитических свойствах и эффективности действия отдельных ферментов и их композиций на модельных и природных субстратах и оценена роль каждого из ферментов в процессах биокатализа.
Обоснован подход к формированию мультэнзимных композиций на основе ферментных препаратов протеолитического действия различного происхождения для получения продуктов модификации соевой муки, имеющих различную биологическую ценность и отличающиеся по функциональным свойствам.
Дана биохимическая характеристика продуктов ферментативного гидролиза соевой муки (фракционный состав белков, состав и содержание свободных аминокислот, углеводов, изофлавонов, состояние липидного компонента, в.т.ч. состав и содержание фосфолипидов и жирных кислот) с позиции целесообразности их использования в рецептурах пищевых продуктов.
Методом SE-HPLC и гель-хроматографии выявлены различия в распределении белка по молекулярной массе в продуктах ферментативного гидролиза, полученных при действии ферментных препаратов различного происхождения и МЭК на модельный и природный субстрат.
Впервые получены данные и зависимости, характеризующие состояние липидного компонента соевой муки и продуктов ее ферментативной модификации в процессе хранения.
Получены данные и зависимости, характеризующие влияние способа и условий сушки ферментативного соевого гидролизата на состав, физико-химические и органолептические свойства сухих продуктов, анализ которых, позволил обосновать выбор способа сушки.
Новизна научных концепций ряда технических решений подтверждена авторским свидетельством и 2 патентами.
Практическая значимость. Разработана технология применения направленного биокатализа для получения продуктов ферментативной модификации соевой муки различного химического состава, обладающих повышенной пищевой ценностью по сравнению с исходной соевой мукой и определенными функциональными свойствами (такими как пенообразующая способность, стабильность пены, эмульгирующая способность), что обеспечивает расширение области применения соевого сырья в пищевой промышленности.
Разработана принципиальная технологическая схема производства продуктов ферментативной модификации соевой муки. Определены условия проведения основных стадий технологического процесса. Разработаны рекомендации по его реализации в условиях как маслоэкстракционных заводов, так и других пищевых предприятий (пищеконцентратных, хлебозаводов и т.д.).
Разработана техническая документация на производство продуктов ферментативной модификации соевой муки. Проведена промышленная апробация и выпуск опытной партии продуктов ферментативной модификации соевой муки в условиях АО Колосс, Лобинского маслоэкстракционного завода и ООО Ростагрокомплекс.
Показана целесообразность применения продуктов ферментативной модификации соевой муки для создания новых продуктов питания повышенной пищевой ценности. Разработано 14 новых видов пищевых продуктов с использованием продуктов ферментативной обработки и кормовая добавка на основе соевой пасты - вторичного продукта ферментативной обработки соевой муки. Разработанные технологические решения прошли промышленную апробацию на 5 пищевых предприятиях. Разработана техническая документация на новые виды пищевых изделий.
Показана целесообразность и разработаны технологические решения для применения продуктов ферментативной обработки соевой муки при производстве кексов и вафель для полной замены дорогостоящего и скоропортящегося сырья - меланжа. Установлено, что применение разработанной рецептуры при производстве этих мучных кондитерских изделий способствует интенсификации технологического процесса и удлинению сроков хранения при гарантированном качестве и высоких потребительских свойствах по органолептическим и физико-химическим показателям.
В результате производственных испытаний и дегустационной оценки в условиях АО Колосс, АО Моспищекомбинат, ООО Ростагрокомплекс, НПФРосма, НПФНовтэкс показана целесообразность применения ферментативных соевых гидролизатов в рецептуре деликатесных соусов и приправ, майонезов, экструдированные продукты, супы и даны рекомендации по внедрению.
Разработаны рецептуры и предложены технологические решения для получения инстант- напитков массового применения (на основе соков) и для специализированных групп населения (фитнес- напитки ), а также низкожирного йогуртового напитка, имеющего повышенную пищевую ценность.
Разработаны технологические рекомендации по использованию вторичного продукта ферментативной модификации соевой муки (соевой пасты) в составе питательных сред для производства кормовых дрожжей.
Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по направлениям: Производство продуктов питания из растительного сырья, и Технология пищевых продуктов функционального и специализированного назначения, Биотехнология, бакалавров и магистров по направлению Технология продуктов питания (в курсах Пищевая химия, Общие принципы переработки растительного сырья, Технология отрасли, при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международных и республиканских научно-технических конференциях, симпозиумах, форумах: Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК (Киев, 1991г.); Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК
(Москва, 1995г.); Прикладная биотехнология на пороге ХХ века (Москва, 1995г.); Пищевая промышленность на пороге ХХ1 века (Москва, 1996г.); Пищевая промышленность- 2000 (Казань, 1996); Энергоресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья (Минск, 1996г.); Технологии и продукты здорового питания (Москва, 2007г.); Высокоэффективные пищевые технологи, методы и средства для их реализации (Москва, 2006г.); Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли (Москва, 2008г.); Биотехнология. Вода и пищевые продукты, в рамках Московского международного конгресса Биотехнология: состояние и перспективы развития (Москва, 2008г.); молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ Биохимическая физика (Москва, 2008г.); Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты (Москва, 2009г.); межрегиональных научно-практических конференциях: Пищевая промышленность 2000 (Казань, 1996г.); всероссийских научно- практических конференциях: Перспективы развития пищевой промышленности России (Оренбург, 2005г.); молодых ученых и Ш школы им. Академика Н.М.Эмануэля по проблеме Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты (Москва, 2008г.) Инновационные технологии в пищевой промышленности (Самара, 2009г.); научно-практических семинарах, юбилейных конференциях МГУПП: Применение современных физико-химических и биотехнологических методов при производстве пищевых продуктов (2001, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована 41 работа, в том числе 13 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 - в зарубежных книжных изданиях (монографиях) и 23 статьи в материалах конференций, конгрессов, форумов, семинаров, научных трудах институтов; в 3 патентах и авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, основные результаты исследований, выводы, список цитированных источников (482 наименования), объем 385 страниц основного текста, содержит 88 таблиц, 83 рисунка; приложения.
Личное участие автора - непосредственное участие на всех этапах постановки задач, проведения экспериментов, теоретического анализа, обобщения результатов, формулирования выводов и положений, а также апробации разработанной продукции.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Изложена актуальность выбранного научного направления, сформулирована сущность решаемой научной проблемы, раскрыта научная новизна работы и ее практическая значимость.
Глава 1. Научные и технологические аспекты использования сои в качестве дополнительного сырьевого ресурса для создания пищевых продуктов, обладающих повышенной пищевой ценностью.
На основании опубликованных в литературе данных проведен анализ современного состояния в области переработки сои и технологических аспектов модификации соевого сырья для повышения эффективности его применения при производстве пищевых продуктов. Рассмотрен состав сои и роль ее основных компонентов с позиции оценки пищевой ценности. Обобщены результаты исследований отечественных и зарубежных авторов, характеризующие сою как перспективный источник растительного сырья для создания новых видов пищевых продуктов. Проведен сравнительный анализ исследований в области применения различных методов обработки соевого сырья (химических, физических, ферментативных) для получения продуктов модификации с целью применения при производстве пищевых продуктов.
Глава 2. Обоснование целесообразности применения направленного биокатализа для получения продуктов модификации соевой муки, ориентированных на применение в конкретных отраслях пищевой промышленности.
С учетом несбалансированного пищевого рациона для подавляющей части населения нашей страны в последние годы наблюдается тенденция расширения использования нетрадиционных видов сырья в технологии традиционных продуктов питания массового спроса. С точки зрения повышения пищевой и биологической ценности использование соевых белковых продуктов в пищевой промышленности оправданно и целесообразно для создания нового ассортимента продуктов поскольку, с одной стороны, соевый белок по аминокислотному составу близок к животному белку, а, с другой стороны, он не содержит холестерина в отличие от сырья животного происхождения. Применение соевых белков целесообразно и с точки зрения его невысокой стоимости. Термин соевые белки в настоящее время обычно используют при характеристике потенциально пригодных в пищу сухих соевых продуктов, полученных в результате фракционирования из семян сои.
Среди соевых белков самым дешевым продуктом является соевая мука (обезжиренная, полуобезжиренная), которая может быть получена путем переработки соевого шрота или жмыха, являющихся побочными продуктами, получаемыми после извлечения масла из семян сои или непосредственно измельчением белого лепестка.
Широкое применение соевой муки в большинстве отраслей пищевой промышленности сдерживается наличием в ней специфического вкуса, а также тем, что введение ее в рецептуры часто является невозможным из-за неблагоприятного влияния на технологический процесс, потребительские свойства и качество конечного продукта по органолептическим и физико-химическим показателям. Это может быть устранено путем использования направленного биокатализа для получения продуктов ферментативной модификации соевой муки различного состава и различного целевого назначения.
Для этого необходимо использовать такие ферментные препараты и сформировать такие МЭК использование которых позволит проводить расщепление белковой молекулы с образованием свободных аминокислот и пептидов различной молекулярной массы и получать продукт с большей или меньшей степенью растворимости белка, а также с необходимой степенью гидролиза присутствующих в соевой муке крахмала и некрахмальных полисахаридов, с ориентацией на определенные отрасли промышленности - производство пищеконцентратов, мучных кондитерских изделий, напитков, сухих завтраков, молочных продуктов, майонезов и т.д..
В зависимости от отрасли применения можно ориентировать процесс получения продуктов модификации с учетом дальнейшего использования либо собственно гидролизата (растворимая часть), либо гидролизованной муки (высушивание продукта без отделения растворимой части). При этом необходимо учитывать, что для их применения с целью создания нового ассортимента продуктов повышенной пищевой ценности, необходимо знать, какую роль могут играть продукты ферментативной модификации соевой муки в технологическом процессе, что в конечном итоге будет определять качество продукта и его потребительские свойства. Для этого необходимо подбирать такие ферментные препараты и такие МЭК, чтобы получать продукты модификации, обладающие определенными функциональными свойствами. Не менее важно и то, что продукты ферментативного гидролиза крахмала и некрахмальных полисахаридов будут придавать вкусовые качества и вместе с продуктами гидролиза белка будут в дальнейшем участвовать в реакции образования ароматических веществ и меланоидиновых пигментов в процессе сушки. Поэтому необходима разработка режимов сушки для их получения что позволит регулировать цвет продуктов модификации (от золотистого до коричневого) в зависимости от области применения.
Достоинством технологии получения продуктов модификации соевой муки с использованием направленного биокатализа является возможность получать продукты с прогнозируемым составом и функциональными свойствами, ориентированные на применение в конкретных отраслях пищевой промышленности, а также простота реализации технологических решений без особых дополнительных затрат, которые могут быть реализованы как в условиях маслоэкстракционных заводов, так и в рамках существующих пищевых предприятий.
На рис.1 представлена общая структурная схема проведения эксперимента, которая иллюстрирует взаимосвязь этапов работы, начиная с анализа состояния вопроса и заканчивая разработкой конкретных технологий.
Глава 3. Объекты и методы исследования.
В работе использовали соевую дезодорированную обезжиренную и полуобезжиренную муку, полученную от различных производителей, характеристика которой представлена в табл.1,
Таблица 1
Характеристика соевой муки
компоненты | Содержание, массовая доля, % | ||||
Проба 1 | Проба 2 | Проба 3 | Проба 4 | Проба 5 | |
Белок | 43,6-44,6 | 43,5-44,2 | 44,5-45,0 | 46,4-47.0 | 51,4-52,0 |
Углеводы, в т.ч.: | 33,3-35,5 | 36,6-37,7 | 38,6-38,9 | 34,8 | 26,5-32,3 |
Зола | 4,4-4,9 | 4,8-4,5 | 4.5-5.0 | 5,1-5,5 | 5,5-6,5 |
ипиды | 8,0-9,0 | 3,6-3,7 | 2,0-2,5 | 3,0-4,0 | 1,0-2,0 |
Влага | 9,0-9,2 | 9,2- 9,5 | 9,0-9,5 | 9,0-9,5 | 8,0-9,0 |
ферментные препараты фирмы Erbsloeh: Бирзим Чилл и Бирзим П7; фирмы Novo Nordisk, Дания: Нейтраза, Флавозим, Вискозим L; Вышневолоцкого завода ферментных препаратов: Протосубтилин Г10х, Г 20х, Амилоризин П10х; Пектофоетидин П10х, Ксилоглюканофоетидин П10х, предоставленные лабораторией промышленного биокатализа АО Биотехнология; протеолитическую активность ферментных препаратов определяли по методу Ансона в модификации Рухлядевой, амилолитическую - по методу Рухлядевой. Общий белок определяли методом Къельдаля, растворимый белок - методами Лоури и биуретовым, фракционный состав белка - методом гель-фильтрации. Фракционирование проводили на колонке (2,2x35), заполненной гелем Toyopearl gel HW-55F, аминокислотный состав анализировали на аминокислотном анализаторе модели 835 фирмы Hiнtachi, белково-полипептидный состав полученных гидролизатов анализировали методом SE-HPLC на жидкостном
Рис.1.Структурная схема исследований
хроматографе Стайер-SYSTEM фирмы Аквилон (Россия), содержание свободных аминокислот в продуктах гидролиза соевой муки проводили методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1100.Общий сахар определяли дихроматным методом, редуцирующие сахара - методом Шорля, сондержание общих углеводов и растворимых углеводов - антроновым методом. Состав углеводов в гидролизатах анализировали по ГОСТ Р 4.1.1672-03 с использованием метода ВЭЖХ. Определение микробиологических показателей проводили по стандартным методикам, которые применяются в микробиологических исследованиях в соответствии с правилами и нормами СанПиН 2.3.2. 1078-01.
Выделение общих липидов из исследуемых объектов осуществляли методом Блайя и Дайера, содержание вторичных продуктов окисления оценивали по реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой. Определение состава ФЛ проводили
методом ТСХ, стеринов - спектрофотометрически, пероксидов - йодометрически, жирнокислотный состав липидов проводили методом газовой капиллярной хроматографии по ГОСТ Р 51483-99.
Функциональные свойства продуктов ферментативной модификации соевой муки определяли по следующим методикам: растворимость по Calderon 2000, мутность оценивали по методу Deeslie и Cheryan, пенообразующую способность и стойкость пены по Johnson&Brekke, эмульгирующие свойства по Pearce &Kinnsella.
Качество готовых изделий оценивали по общепринятым для промышленности показателям.
Обработку экспериментальных данных выполняли с использованием методов математической статистики. Все опыты проводили не менее, чем в трех повторностях. Математическое планирование и обработку экспериментальных данных осуществляли методом центрального униформ - рототабельного планирования с последующей графической интерпретацией параметров оптимизации с помощью программ Excel, MatStat и Statistica.
Глава 4. Научно-практические аспекты ферментативной модификации белков соевой муки с использованием протеолитических ферментных препаратов различного происхождения.
На основании изучения химического состава соевой муки (обезжиренной, полуобезжиренной), полученной от различных производителей, установлено, что содержание в ней ценного белка составляет 43,5-52,0% (табл.1).
Проведение ферментативного гидролиза белка соевой муки будет способствовать повышению пищевой и биологической ценности продукта за счет увеличения содержания в растворимой части (гидролизате) свободных аминокислот и полипептидов различной молекулярной массы. Известно, что характер распада белков зависит от природы субстрата, происхождения ферментных препаратов и условий проведения ферментативного гидролиза.
В этой связи для ферментативной модификации были выбраны ферментные препараты, бактериального (Протосубтилин Г10х, Г20х, Бирзим П7, Нейтраза), растительного (Бирзим Чилл,) и грибного (Флавозим) происхождения, которые различаются, субстратной специфичностью и эффективностью ферментативного гидролиза. Еще одним фактором для выбора ферментных препаратов была их доступность на российском рынке.
В результате исследования кинетики действия ферментных препаратов на модельном субстрате в условиях изолированного соевого белка (ИСБ) установлено, что все могут быть использованы с достаточной степенью эффективности для гидролиза соевого белка.
Однако, в условиях реального субстрата, а именно соевой муки, ферментные препараты могут вести себя по-другому, так как при протеолизе мучной суспензии атакуемость белков может быть снижена в силу наличия ингибирующих факторов (липидов, полисахаридов, остаточных количеств ингибиторов белковой природы и др.), и имеющей место компартментализации белков. В этой связи была изучена кинетика действия ферментных препаратов при использовании в качестве субстрата- соевой муки (проба1).
Исследование условий гидролиза белков соевой муки ферментными препаратами Бирзим П7, Бирзим Чилл, Нейтраза, Флавозим.
Для выбора оптимальной дозировки ферментных препаратов и концентрации субстрата была исследована зависимость скорости реакции гидролиза муки от количества вносимых ферментных препаратов и субстрата. (рис.2).
Результаты кинетических исследований позволили выбрать оптимальные условия действия ферментных препаратов Бирзим П7 и Бирзим Чилл при гидролизе белков соевой муки: для Бирзим П7- концентрация 0,5 ед.ПС/г муки, концентрация субстрата 100 мг/мл; для Бирзим Чилл- концентрация 0,3 ед.ПС/г, муки, концентрация субстрата 100-130 мг/мл. Известно, что каталитические свойства многих ферментов можно | |
Рис.2. Зависимость начальной скорости реакции гидролиза от концентрации субстрата под действием: а) Бирзим П7; б) Бирзим Чилл. | описать в рамках модели Михаэлиса - Ментен, связывающей начальную скорость реакции, максимальную |
скорость реакции и исходную концентрацию субстрата.
Применение уравнения Михаэлиса-Ментен позволяет количественно характеризовать эффективность действия ферментов, сравнить их действие на одинаковый субстрат. Значение Кm с определенными оговорками позволяет оценить сродство различных ферментов к субстратам. Однако, принимая во внимание, что выбранные ферментные препараты являются не высокоочищенными, а субстрат соевая мука является сложным многокомпонентным субстратом, рассчитанные кинетические параметры - константу Михаэлиса и максимальную скорость начальной реакции мы называли кажущимися- Km(каж), Vmax(каж).
Для расчета Km(каж) и Vmax(каж) исследованных ферментных препаратов использовали экспериментальные кинетические зависимости и известные математические методы преобразования уравнения Михаэлиса-Ментен (Лайнуивера - Берка, Эди - Хофсти, Вульфа - Августинсона).
Таким образом, несмотря на принятые допущения, полученные при проведении экспериментальных и расчетно-графических работ, кажущиеся константы Михаэлиса и Vmax(табл.2) могут косвенно свидетельствовать о различном сродстве изучаемых ферментных препаратов к субстрату, что позволяет сделать предположение о целесообразности совместного применения данных ферментных препаратов для эффективного гидролиза соевой муки.
Таблица 2
Кинетические параметры Km и Vmax для ферментных препаратов Бирзим П7 и Бирзим Чилл, полученные различными математическими методами преобразования уравнения Михаэлиса-Ментен
№ п/п | Методы преобразования | Ферментный препарат | |||
Бирзим П7 | Бирзим Чилл | ||||
Кm, мг/мл | Vmax, мг/млмин | Кm, мг/мл | Vmax, мг/млмин | ||
1 | айнуивера - Берка | 200 | 0,02 | 133 | 0,01 |
2 | Эди - Хофсти | 258 | 0,022 | 142 | 0,01 |
3 | Вульфа ЦАвгустинсона | 250 | 0,02 | 150 | 0,01 |
4 | Средние значения кинетических параметров | 236 | 0,021 | 142 | 0,01 |
При формировании МЭК-1, концентрации ферментных препаратов Бирзим П7 и Бирзим Чилл уменьшали по дозировке протеолитической активности в 2 раза, по сравнению с той концентрацией, которая имела место в случае применения индивидуального ферментного препарата.
Гидролиз вели в течении 10 часов, при температуре 50С, рН=8, концентрация муки в суспензии составляла 100 мг/мл. Ферментные препараты вносили одновременно в начале гидролиза. Из рис. 3 видно, что эффект от применения МЭК-1 оказался более позитивным, чем от применения одного ферментного препарата. Так, через 8-10 часов гидролиза содержание аминного азота в гидролизате, полученном под действием МЭК составляло 1,100 мг/мл, что на 57% и 10% выше, чем при применении соответственно ферментных препаратов Бирзим Чилл и Бирзим П7 при их отдельном внесении в дозировке вдвое большей, чем в составе МЭК, что свидетельствует об их синергизме при их действии на белок соевой муки.
Рис.3. Динамика накопления аминного азота при использовании:
а) Бирзим Чилл, б) Бирзим П7, в) МЭК-1 (Бирзим Чилл+ Бирзим П7).
Таким образом, полученные экспериментальные данные показывают, что применение МЭК-1 при гидролизе дает возможность получить выход продуктов ферментативной реакции по накоплению аминного азота при уменьшении в 2 раза дозировок ферментных препаратов в МЭК на 15-50% больше, чем при раздельном применении ферментов и почти на 35% больше ожидаемого эффекта.
На основании кинетических исследований выбраны оптимальные условия действия ферментных препаратов Нейтраза и Флавозим при гидролизе белков соевой муки (проба5). Установлено, что максимальная скорость гидролиза наблюдается при концентрации ферментного препарата Нейтраза 0,6 ед. ПС/г муки и концентрации субстрата 100 мг/мл, ферментного препарата Флавозим - 1,0 ед. ПС/г муки и концентрации субстрата 100 мг/мл.
С применением расчетно-графических методов получено, что средние кажущиеся Кm и Vmax для выбранных ферментных препаратов составили: для Нейтразы - Km(каж) и = 225,0 мг/мл; Vmax(каж) = 37,8 . 103 мг/млмин; для Флавозима - Km(каж) = 196,0 мг/мл; Vmax(каж)= 19,3 . 103 мг/млмин.
Оценка средних численных значений кинетических параметров для данных ферментных препаратов позволяет прийти к заключению, что они с достаточной эффективностью могут быть использованы для гидролиза белков соевой муки как отдельно, так и в составе МЭК.
С учетом различного характера действия ферментных препаратов, включая различную селективность к пептидным связям и разное сродство к субстрату, с целью повышения степени биоконверсии белка, методом математического планирования на основе униформ-рототабельных планов проводили оптимизацию состава мультэнзимных композиций (МЭК), состоящих из ферментных препаратов Нейтраза и Флавозим (МЭК-2), и для Бирзим П7 и Флавозим (МЭК-3).
Критерием для оценки эффективности гидролиза белка соевой муки под действием МЭК-2,3 являлось количество аминного азота и накопление растворимого белка в гидролизатах. В качестве факторов, были выбраны: х1 - дозировка ферментного препарата Нейтраза или Бирзим (ед. ПС/г муки), х2 - время внесения ферментного препарата Флавозим, х3 - дозировка ферментного препарата Флавозим (ед. ПС/г муки).
На основании полученных результатов эксперимента с помощью программы STATISTICA 6,0 была построена поверхность отклика зависимости накопления аминного азота от исследуемых факторов (рис.4,6) и контурная диаграмма накопления растворимого белка от исследуемых факторов (рис.5,7).
Рис. 4. Накопление аминного азота при ферментативной модификации соевой муки МЭК-2. | Рис.5. Накопление растворимого белка при ферментативной модификации МЭК-2 |
Анализ полученныз зависимостей показывает, что при внесении Нейтразы и Флавозима при гидролизе белков соевой муки происходит непрерывное нарастание аминного азота и растворимого белка (рис.4,5). Такой характер зависимости может быть обусловлен характером действия используемых ферментных препаратов и имеющимися у них дополнительными активностями, вызывающими высвобождение белков из белково-полисахаридных комплексов.
При гидролизе соевой муки ферментными препаратами Бирзим П7 и Флавозим (рис.6) получено, что аминный азот нарастает в ходе гидролиза, а затем снижается, а растворимый белок (рис.7) начинает снижаться уже при малых дозировках ферментных препаратов, что свидетельствует об ином характере действия ферментного препарата Бирзима П7, по сравнению с Нейтразой в составе МЭК -2.
Рис.6.Накопление аминного азота при ферментативной модификации соевой муки МЭК-3. | Рис.7. Накопление растворимого белка при ферментативной модификации соевой муки МЭК-3 |
Такой характер, вероятно, обусловлен наличием побочных активностей у ферментного препарата Бирзим П7, которые вызывают гидролиз белково-полисахаридных комплексов.
На основании проведенных исследований обоснованы следующие МЭК для проведения ферментативного гидролиза: МЭК-1 ( Бирзим П7 и Бирзим Чилл), МЭК-2 ( Нейтраза и Флавозим) и МЭК-3 (Бирзим П7 и Флавозим).
Исследование условий ферментативного гидролиза соевой обезжиренной муки ферментным препаратом Протосубтилин Г10х.
Из производимых в России ферментных препаратов протеолитического действия был выбран Протосубтилин Г10х. Установлено, что соевая обезжиренная мука (проба 2) представляет собой сырье сложного состава, в нее, помимо белка, входят высокомолекулярные полисахариды (12% крахмал, 5,% гемицеллюлоза, и др.). Присутствие последних в субстрате вероятнее всего оказывало влияние на процесс ферментативного гидролиза белков под действием протеаз. Внесение ферментных препаратов амилолитического, ксиланазного действия может повысить степень ферментативного гидролиза белков за счет их высвобождения из связанного состояния и будет способствовать повышению пищевой ценности.
Установлено, что комплексное применение ферментных препаратов Протосубтилин Г10х и Амилоризин П10х (МЭК-4) приводит к повышению эффективности гидролиза, по сравнению с действием каждого ферментного препарата в отдельности, а совместное применение ферментных препаратов Протосубтилин Г10х и Ксилоглюканофоетидин П10х (МЭК-5) не приводит к интенсификации процесса гидролиза белков соевой муки (проба 3). Установлено, что за 6-8 часов гидролиза соевой муки МЭК происходит накопление редуцирующих веществ, что с одной стороны, способствует приданию вкуса готовым гидролизатам, а с другой стороны, при понлучении сухого продукта, будут определять цвет и аромат продукта вследствие реакции меланоидинообразования.
Различный характер действия протеолитических ферментных препаратов и их МЭК позволит получать продукты ферментативной модификации различного состава с заведомо заданными характеристиками для их использования в различных отраслях пищевой промышленности.
Результаты проведенных исследований, представленные в главе 4, легли в основу разработки технологии получения продуктов ферментативной модификации соевой муки для их применения в пищевой промышленности.
Глава 5. Биохимическая характеристика продуктов ферментативной модификации соевой муки как основа целесообразности их применения для создания продуктов повышенной пищевой ценности.
Исследование фракционного состава белков продуктов ферментативного гидролиза соевой муки с использованием метода гель-хроматографии. Для оценки степени протеолиза белка и характеристики его фракций использовали метод гель-хроматографии. Модификацию белков полуобезжиренной соевой муки проводили ферментными препаратами Бирзим Чилл, Бирзим П7 и МЭК-1 в течение 8 часов при ранее выбранных условиях.
Анализ распределения водорастворимых белков соевой муки по фракциям показывает, что белки исследуемого образца соевой муки разделяются на три основные фракции (табл. 3).
При фракционировании белков соевой муки (проба 1), подвергнутой модификации ферментным препаратом Бирзим Чилл, обнаруживается 6 фракций, ферментным препаратом Бирзим П7 - 7 фракций, а, как видно из рис.8, при использовании МЭК-1 - 8 фракций.
Таблица 3
Молекулярная масса белков соевой муки
Фракции | Объем элюата, см3 | Молекулярная масса, Да | % от общего количества |
I пик | 32 Ц 60 | Больше 700000 (выход декстрана синего) | 30,77 |
II пик | 84 - 108 | 55000 - 8000 | 47,25 |
III пик | 128 - 156 | Низкомолекулярные азотные соединения | 21,98 |
Рис. 8. Гель-хроматограмма белков соевой муки после гидролиза МЭК-1
Таким образом, анализ распределения водорастворимых белков полуобезжиренной соевой дезодорированной муки и муки, подвергнутой ферментативному гидролизу ферментными препаратами Бирзим П7, Бирзим Чилл и их МЭК по фракциям, показывает, что под действием ферментных препаратов протеолитического действия происходит глубокий гидролиз белков соевой муки, при этом фермент активно гидролизует как высокомолекулярные белки, переводя их из нерастворимого в растворимое состояние, так и средне- и низкомолекулярные белки, а также пептиды с накоплением значительного количества промежуточных продуктов гидролиза и низкомолекулярных азотистых соединений.
Исследование продуктов ферментативной модификации соевой муки методом SE-HPLC.
Для оценки эффективности действия ферментных препаратов Бирзим П7, Нейтраза, Флавозим и их МЭК на ИСБ и белок соевой муки (проба 5) проводили сравнительную оценку молекулярно-массовых распределений белка, полученных методом SE-HPLC.
Данные по молекулярному распределению белков в ферментативных гидролизатах (табл.4) показывают, что за 8 часов гидролиза образуются пептиды и олигопептиды различной молекулярной массы и аминокислоты в различном соотношении. Ферментный препарат Бирзим П7 медленнее расщепляет высокомолекулярные белки сои, а Флавозим, обладая эндо- и экзопептидазными активностями, осуществляет достаточно глубокий гидролиз белков соевой муки.
Увеличение продолжительности гидролиза до 17 часов позволяет получать гидролизаты, содержащие в основном пептиды, олигопептиды и аминокислоты, имеющие молекулярную массу менее 45 КДа.
Существенные отличия наблюдаются и в ферментативных гидролизатах, полученных под действием МЭК-2,3.
Таблица 4
Фракционный состав белков соевой муки и ее гидролизатов, полученных с помощью протеолитических препаратов за 8 и 17 ч гидролиза
Время удерживаниямин | Молекулярная масса, кДа | Соевая мука | Продукты ферментативного гидролиза, полученные под действием | |||||||||
Нейтраза | Бирзим | Флавозим | МЭК-2 Нейтраза + Флавозим | МЭК-3 Бирзим + Флавозим | ||||||||
8,0 | 17,0 | 8,0 | 17,0 | 8,0 | 17,0 | 8,0 | 17,0 | 8,0 | 17,0 | |||
5,8 | Более 130 | 14,1 | 4,9 | 2,9 | 16,4 | 12,7 | 23,6 | 21,7 | 12,2 | 2,7 | 8,9 | 8,5 |
7,5 | 45-130 | 41,2 | 27,7 | 2,3 | 12,9 | 3,6 | 14,8 | 12,2 | 1,7 | 0,0 | 9,7 | 9,2 |
10,8 | 25-45 | 23,5 | 18,4 | 51,1 | 27,4 | 37,5 | 27,7 | 23,4 | 30,4 | 49,7 | 28,6 | 29,9 |
12,2 | 15-25 | 11,7 | 40,8 | 36,2 | 37,1 | 39,9 | 25,5 | 34,2 | 45,8 | 36,8 | 42,3 | 41,6 |
16,8 | 5-15 | 9,4 | 8,2 | 7,5 | 6,1 | 6,2 | 5,5 | 6,1 | 7,8 | 10,7 | 7,7 | 8,2 |
20,2 | Менее 1,5 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 2,7 | 2,3 | 1,9 | 0,0 | 2,7 | 2,5 |
Так, в гидролизате, полученном при действии МЭК-2, преобладают белки и пептиды с молекулярной массой 25-45 кДа (30,4%) и 15-25 кДа (45,8%). В течение следующих 9 ч продолжают накапливаться белки и пептиды с молекулярной массой 25-45 кДа (49,7%) и 15-25 кДа (36,8%), а также короткие олигопептиды с молекулярной массой 5-15 кДа. А при действии МЭК-2,3 наблюдается другое соотношение белков этих фракций :25-45 кДа (28,6%) и 15-25 кДа (42,3%). Через 9 ч гидролиза сохраняется достигнутое соотношение фракций.
Методом SE-HPLC показан различный характер действия исследуемых ферментов Нейтраза, Бирзим и Флавозим и мультэнзимных композиций на их основе на изолированный соевый белок и белки соевой муки. Более глубокий гидролиз высокомолекулярных белков осуществляется с участием ферментного препарата Нейтраза и МЭК-2.
Таким образом, в результате проведенных исследований можно констатировать, что разработанные условия и режимы получения белковых гидролизатов ИСБ и соевой муки позволяют получить гидролизаты существенно различающиеся фракционным составом, что в свою очередь, обусловливает в дальнейшем их различные функциональные свойства (растворимость, пенообразующую, эмульгирующую способность и другие) в условиях технологического процесса производства различных продуктов питания.
Изучение аминокислотного состава продуктов ферментативного гидролиза соевой муки. Для более полной характеристики белковой части продуктов гидролиза соевой муки под действием ферментных препаратов Бирзим П7, Бирзим Чилл, МЭК-1, Нейтраза и Флавозим исследовали состав свободных аминокислот. В результате проведенных исследований установлено, что все образцы муки (проба 1), подвергнутые ферментативному воздействию, содержат широкий набор аминокислот, однако их распределение в образцах различно.
Установлено, что при сравнении аминокислотного состава гидролизатов, полученных при действии отдельных ферментных препаратов Бирзим П7 и Бирзим Чилл, наблюдается значительная разница, обусловленная их действием на различные виды пептидной связи в молекуле белка соевой муки, что является подтверждением различной субстратной специфичности ферментных препаратов Бирзим П7 и Бирзим Чилл по отношению к пептидным связям белка сои и является обоснованием их совместного применения для получения соевых ферментативных гидролизатов. Так, содержание гистидина, треонина, аланина, триптофана и изолейцина в гидролизате, полученном под действием МЭК-1 выше в 1,6 - 3,2 раза по сравнению с содержанием этих аминокислот в гидролизатах, полученных с использованием отдельных ферментных препаратов.
Данные по содержанию свободных аминокислот в гидролизатах, полученных под действием ферментных препаратов Бирзим П7, Нейтраза и Флавозим показывают, что доля незаменимых аминокислот от их общего количества наибольшая у гидролизата, полученного с помощью ферментного препарата Нейтраза и составляет 81%, в то время как для Флавозим и Бирзим П7 - 67,5 и 77,7% соответственно.
Установлено, что содержание валина, лейцина и изолейцина, которые являются наиболее важными аминокислотами, входящими в состав напитков для лиц, занимающихся спортом, наибольшее в гидролизате, полученном с использованием ферментного препарата Нейтраза составляет 54,4%.
Принимая во внимание, что ферментные препараты Бирзим П7 имеют ряд побочных активностей и могут вызывать деградацию крахмала и некрахмальных полисахаридов, содержащихся в соевой муке проводили анализ углеводного состава продуктов ферментативной модификации соевой муки. Установлено, что за 8 часов гидролиза белков соевой муки (проба 1) ферментными препаратами Бирзим П7 и Бирзим Чилл происходит накопление содержания РВ по сравнению с мукой в 1,2-1,3 раза, и это является положительным моментом, так как, известно, что редуцирующие вещества играют важную роль в технологических процессах, способствуют приданию вкуса готового гидролизата, а кроме того, при получении сухого продукта, вследствие реакции меланоидинообразования будут определять цвет и аромат продукта.
Для более полной характеристики продуктов модификации соевой муки (проба 4) определяли содержание некоторых углеводов. Методом ВЭЖХ установлено, что в гидролизате содержится фруктоза, глюкоза, сахароза, мальтоза, стахиоза в следующих количествах соответственно: 1,20%, 0,34%; 13,06%; 0,58%; 11,14% .
Поскольку большая доля углеводов приходится на стахиозу, которую относят к олигосахаридам сои с бифидогенным действием, поэтому продукты ферментативной модификации соевой муки можно отнести к категории функциональных продуктов. И это очень важно, с точки зрения, расширения области применения соевого сырья при производстве функциональных пищевых продуктов. Кроме того, многие диетологи все большее внимание уделяют положительному влиянию соевых олигосахаридов для профилактики ряда заболеваний.
На основании исследования химического состава в соевой муки (проба 1) установлено, что массовая доля ипидов в ней составляет 8-9%. В этой связи для более полной характеристики химического состава ПФМСМ с точки зрения пищевой ценности исследовали состав и содержание фосфолипидов и жирных кислот.
Установлено, что в гидролизованной муке массовая доля ФЛ от общего количества липидов составляет 24,8%1,3%, а в гидролизате 12,41,4%.
При исследовании количественного соотношения фракций ФЛ, рассчитанных на неорганический фосфор (Р), было отмечено, что во всех анализируемых образцах было обнаружено 9 фракций фосфолипидов (табл.5).
Таблица 5
Состав фосфолипидов
| Фракция, % Р | Соевая полуобезжиренная мука (n*=15) | Гидролизованная мука (n*=29) | Ферментативный гидролизат (n*=21) |
ФХ СМ ФХ ФС ФИ ФЭ ФГ КЛ+ФК | 3,90,6 4,250,65 31,41,2 15,30,95 5,20,85 24,451,45 3,60,4 12,01,8 | 3,550,50 3,80,45 36,30,9 14,10,6 5,650,45 23,60,85 3,50,3 6,350,8 | 6,601,85 11,850,9 25,11,45 7,400,65 6,30,70 19,151,65 4,80,8 13,551,8 |
Методом газовой капиллярной хроматографии изучен жирнокислотный состав гидролизованной соевой муки (проба 4). Установлено, что она содержит широкий спектр насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Особенно важным является то, что содержание линолевой кислоты, которая является незаменимой и не синтезируется в организме человека, составляет 48%.
Говоря о применении продуктов переработки соевого сырья в пищевой промышленности, немаловажное значение имеет то, что семена сои являются одним из редких продуктов, содержащих изофлавоны, которые сконцентрированы в гипокотиле сои и отсутствуют в масле, в связи с этим исследовали содержание изофлавонов в продуктах ферментативного гидролиза соевой муки методом ВЭЖХ. На рис.9. представлена хроматограмма изофлавонов соевого гидролизата.
Время удерживания, мин
Рис.9. ВЭЖХ хроматография гидролизата обезжиренной соевой муки, полученного обработкой в течение 4 ч МЭК-2.
Установлено, что в ферментативном гидролизате соевой муки (проба 5) содержатся следующие основные изофлавоны: даидзеин и глицитеин (в пересчете на даидзеин) - 137,3 мг/100 г гидролизата, а также генистеин - 90,4 мг/100 г гидролизата, которые являются природными антиоксидантами.
Таким образом, на основании биохимической характеристики продуктов ферментативного гидролиза соевой муки (фракционный состав белков, состав и содержание свободных аминокислот, углеводов, изофлавонов, состояние липидного компонента, в.т.ч. состав и содержание фосфолипидов и жирных кислот) обоснована целесообразность проведения ферментативной обработки соевой муки для получения продуктов повышенной пищевой ценности для их применения в рецептурах пищевых изделий.
Глава 6. Разработка научных и практических подходов к технологии получения и применения продуктов ферментативной модификации соевой муки в пищевой промышленности.
Разработка научных и практических основ получения порошкообразных продуктов ферментативной модификации соевой муки.
С точки зрения наиболее полного использования всех сухих компонентов соевого гидролизата сушка является одним из эффективных способов. Готовый продукт, упакованный герметично, может сохраняться в определенных условиях продолжительное время, будет занимать гораздо меньшее пространство в складском помещении, чем жидкий продукт, и упаковка сухого гидролизата будет дешевле, чем тара для жидкого продукта. Проводили исследования по выбору типа и рационального режима сушки, обеспечивающего качество сухого продукта, с целью его дальнейшего применения при производстве пищевых продуктов.
Установлено, что раснпылительная и сушка на инертных телах позволяли получать порошки без значительных потерь и достаточно хорошего качества. Порошки имели удовлетворительную растворимость, хорошую сыпучесть. Однако в процессе хранения порошок, полученный на распылительной сушилке, быстро набирал влагу и слеживался, кроме того, в процессе сушки наблюдалось пылеобразование, в отличие от сушки на инертных телах. Это связано, с размером частиц (рис.10).
а б
Рис.10. Дифференциальная и интегральная кривые распределения частиц по размерам в сухих гидролизатах, полученных при использовании а) сушки на инертных телах; б) распылительной сушки.
Сравнительный анализ качества сухого гидролизата, полученного методом распыления и на инертных телах, показал возможность его сушки с использованием любого из этих видов, однако для получения порошка более высокого качества предпочтительнее использовать сушку на инертных телах.
В отличие от сушки твердых объектов при сушке жидких материанлов происходят глубокие изменения, в процессе которых формирунются важнейшие свойства высушенного продукта.
Для вынбора рационального температурного режима сушки соевого гидролизата на инертных телах и получения порошков различной цветовой гаммы использовали гидролизат, полученный с помощью МЭК -5. Температуру на выходе из сушильной камеры меняли в интервале от 53С до 103C. Установлено, что влажность сухих гидролизатов уменьшалась по мере возрастания температуры (табл.6). Низнкая влажность гидролизата является хорошим показателем, так как в материалах с низкой влажностью инфицирующая микрофлора развивается гораздо реже, чем в материалах с высокой влажностью. При увеличении температуры происходило уменьшение количества аминного азота и редуцирующих сахаров.
Кроме того, менялся цвет получаенмых порошков от белого до золотистого, что можно объясннить реакцией меланоидинообразования продукты которой сущенственно улучшают вкус и запах продуктов.
Получение гидролизатов с различными оттенками дает широкую возможность применения их при производстве различных продуктов от майонезов, где желателен белый цвет, до соусов, где целесообразнее использовать гидролизат с золотистым цветом.
Таблица 6
Физико-химические показатели сухих соевых гидролизатов и рекомендуемые области применения.
на выходе из сушильной камеры | Показатели, массовая доля | Содержание | Цвет | Область применения |
53С | влага,% | 9 | Белый | Майонез подливки |
Nам, мг% | 1400 | |||
РВ, % | 0,935 | |||
63С | влага,% | 7,7 | Белый | майонез подливки |
Nам, мг% | 1350 | |||
РВ, % | 0,853 | |||
73С | влага,% | 6,9 | кремовый | майонез соуса подливки |
Nам, мг% | 1325 | |||
РВ, % | 0,798 | |||
83С | влага,% | 6,3 | кремовый | майонез соуса подливки |
Nам, мг% | 1300 | |||
РВ, % | 0,75 | |||
93 C | влага,% | 6,2 | Светло- коричневый | соуса приправы |
Nам, мг% | 1285 | |||
РВ, % | 0,73 | |||
103 C | влага, % | 6,2 | золотистый | соуса приправы |
Nам, мг% | 1275 | приправы | ||
РВ, % | 0,71 |
Характеристика ферментативных соевых гидролизатов по показателям функциональности как основы выбора области их применения.
Функциональные свойства продуктов ферментативного гидролиза белкового сырья зависят от физико-химических свойств исходного белка, специфичности используемой протеазы, условий проведения гидролиза, степени гидролиза, молекулярно-массового распределения.
Прозрачность напитков и соков - важная составляющая при контроле качества готовой продукции. Изменение прозрачности косвенно свидетельствует об изменении растворимости компонентов гидролизата, в том числе белков. Помутнение гидролизата свидетельствует о нестабильности белков и начале формировании флоккул, что в дальнейшем при длительном наблюдении приводит к формированию осадка.
Проводили исследования по изменению мутности растворов гидролизатов в широком диапазоне рН. Установлено, что наименьшей прозрачностью исследуемые ферментативные соевые гидролизаты обладают в диапазоне рH 2,86-3,8, что необходимо учитывать при использовании гидролизатов для обогащения напитков с пониженным значением рН. Кроме того, проводили оценку прозрачности гидролизатов, полученных с применением различных ферментных препаратов в течение 7,5 часов гидролиза.
Установлено, что изменение прозрачности гидролизата, полученного с помощью ферментных препаратов Бирзим П7 и Флавозим свидетельствует о постепенном гидролизе белков сои и смещении изоэлектрической точки получаемых пептидов в щелочную зону рН при использовании Бирзим П7, и в слабо щелочную зону рН при использовании Флавозим. Изменение прозрачности гидролизата, полученного с помощью ферментного препарата Нейтразы, свидетельствует о более глубоком гидролизе белков сои указанным препаратом, что соответствует данным по молекулярному распределению белков и смещении изоэлектрической точки получаемых пептидов в нейтральную зону рН.
Проведены исследования по влиянию рН растворов на пенообразующую способность (ПО), стойкость пены и эмульгирующую (ЭС) способность гидролизатов, полученных под действием ферментных препаратов Бирзим П7, Нейтраза и Флавозим в течении 7,5 часов гидролиза. Эти результаты легли в основу разработок по получению ферментативных соевых гидролизатов с заданными свойствами с использованием МЭК-2,3. В зависимости от соотношения ферментных препаратов в составе МЭК определяли такие функциональные свойства как пенообразующая способность, стойкость пены, эмульгирующие свойства с использованием метода униформ - рототабельного планирования. На основании полученных результатов эксперимента с помощью программы STATISTICA 6,0 были построены поверхности отклика. На рис.11 в качестве примера представлены кривые зависимости ЭС от дозировок ферментных препаратов в составе МЭК.
Установлено, что при действии МЭК-2 на белки соевой муки эмульгирующая способность уменьшается с увеличением дозировок ферментов, а при использовании МЭК-3 эмульгирующая способность наоборот возрастает,а затем наблюдается спад.
Для получения гидролизатов соевой муки (проба 5), обладающих наилучшей прозрачностью (мутностью) в более широком диапазоне рН с целью их дальнейшего применения в рецептурах прозрачных напитков проводили гидролиз соевой муки под действием МЭК-2,3 в течение 8 и 16 часов (рис.12).
Б |
Рис.11. Влияние состава МЭК на эмульгирующие свойства : а - МЭК Ц2 ; б - МЭК-3.
Рис.12. Влияние рН на оптическую плотность соевых гидролизатов, полученных под действием МЭК -2.
Установлено, что при 8-часовом гидролизе белков соевой муки (проба 5) под действием МЭК минимальная оптическая плотность наблюдается в нейтральной среде. После 16 часов гидролиза наблюдается большая прозрачность полученных растворов в кислой области. Таким образом, белки и пептиды гидролизатов, полученные за 8 часов гидролиза и нерастворимые в кислой зоне рН, начинают растворяться после 16 часов гидролиза. Эта зависимость наблюдается и для МЭК-2, и для МЭК-3, что говорит о целесообразности применения таких ПФМСМ для обогащения кислых напитков.
Результаты проведенных исследований позволяют прогнозировать состав продуктов ферментативной модификации соевой муки и направленно регулировать их функциональные свойства для создания инновационных пищевых продуктов.
Принимая во внимание то, что соевая мука (проба 1) представляет собой сложный многокомпонентный по составу продукт, в котором протекает комплекс биохимических, гидролитических, химических и других процессов на протяжении всего срока ее годности проводили исследования по стабильности липидного компонента соевой муки и продуктов ее ферментативной модификации в процессе их хранения. Жиры и масла, особенно содержащие остатки ненасыщенных (линоленовой, линолевой, олеиновой) ЖК, окисляются кислородом воздуха, что приводит к снижению качества, разрушению биологически ценных компонентов пищевого продукта и образованию в них токсичных соединений. Отечественными исследователями - Эмануэлем Н.М., Бурлаковой Е.Б., Лясковской Ю.Н., Ржавской Ф.М. доказано, что механизмы окислительной порчи жиров, представляющие собой свободнорадикальные процессы с выраженным разветвлением, различаются, как правило, только способом инициирования свободных радикалов. Известно, что начальными продуктами окисления являются разнообразные по строению пероксиды и гидропероксиды, получившие название первичных продуктов окисления, которые часто оценивают по содержанию продуктов, взаимодействующих с 2-тиобарбитуровой кислотой. На рисунке 13 представлена динамика содержания ТБК-активных продуктов при хранении ПФМСМ на протяжении 3-х месяцев.
Установлено, что показатель достаточно стабилен в анализируемых продуктах. Показано, что содержание продуктов окисления в гидролизованной муке достоверно ниже, чем в гидролизате на протяжении всего срока хранения. Вероятно, это вызвано тем, что в гидролизованной муке общее содержание SH- аминокислот, которые способны ингибировать процессы окисления, выше, чем в гидролизате. | |
Рис. 13 Изменение интенсивности ПОЛ в процессе хранения продуктов: 1 - гидролизата соевой муки; 2 - гидролизованная мука. |
Проведены исследования по хранению ПФМСМ в различных типах упаковки. Показано, что в процессе хранения соевой обезжиренной муки и продуктов ее ферментативной модификации протекают гидролитические и дегенерационные процессы при длительном хранении в различных видах упаковки, влияющие на общее содержание липидов, их способность образовывать комплексы с белками, состав и содержание фосфолипидов, вследствие этого целесообразным являлось внесение препаратов, содержащих -каротин в состав этих сухих продуктов, антиоксидантные свойства которого описаны в литературе.
В настоящее время ещё не полностью изучен механизм окислительных процессов, протекающих в системах с промежуточной влажностью. Присутствие влаги может существенно модифицировать как лабильность липидов, так и их взаимодействие с антиоксидантами. В этой связи проводили исследования по влиянию каротиноида Betanat на процессы окисления, происходящие при хранении продуктов ферментативной модификации соевой муки, которые оценивали по содержанию ТБК- АП. Установлено, что использование каротиноида позволяет увеличить сроки хранения сухих соевых гидролизатов до 1,5 месяца. Однако в случае необходимости дальнейшего их использования необходим дополнительный поиск средств защиты их липидного компонента с целью увеличения сроков хранения.
На основании результатов проведенных исследований в совокупности с результатами исследований, представленных в главах 4 и 5, разработана технология получения продуктов модификации соевой муки на основе направленного биокатализа, обеспечивающего регулирование химического состава и функциональных свойств полученных продуктов ферментативной модификации соевой муки для применения в пищевой индустрии.
Разработана принципиальная технологическая схема получения ПФМСМ (рис.14), которая достаточно проста и экономична, реализация которой в условиях пищевой промышленности не требует больших энергетических затрат и может осуществляться, как непосредственно на предприятиях, выпускающих продукты питания (мучные кондитерские изделия, пищевые концентраты), так и на маслоэкстракционных заводах.
В технологической схеме кроме повышения степени гидролиза биополимеров соевой муки за счет оптимизации стадии ферментативного гидролиза, в работе предусмотрен вариант, основанный на направленном изменении исходных технологических свойств сырья с использованием интенсивных способов теплового воздействия (ИК-обработка), поскольку, происходящие в ходе ИК-обработки сои процессы повышают доступность белкового комплекса к ферментативному воздействию, скорее всего за счет денатурации белка, при которой белковая молекула развертывается, что способствует открытию пептидных цепей. Кроме того, при определенных режимах микронизации происходит снижение содержания веществ, негативно влияющих на дальнейший ход технологического процесса. В сое, к таким компонентам относятся ингибиторы трипсина, содержание которых, в зависимости от сорта, может колебаться от 15 до 56 г инактивированного трипсина на 1кг продукта. Поэтому, в случае использования соевой муки, имеющей высокое содержание ингибитора трипсина, предусмотрена ее предварительная обработка ИК лучами.
Установлено, что предварительная обработка соевой муки (проба 3) методом ИК-энергоподвода способствует снижению ингибитора трипсина в соевой муке, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние на эффективность последующего ферментативного гидролиза, при котором происходит увеличение содержание аминного азота в гидролизатах, кроме этого предварительная обработка является эффективным средством подавления развития инфицирующей микрофлоры.
Разработана технологическая инструкция и технические условия на ПФМСМ, утвержденные на ООО Ростагрокомплекс.
Проведена опытная выработка продуктов ферментативной модификации соевой муки в промышленных условиях на АО Колосс, ООО Ростагрокомплекс и Лобинского маслоэкстракционного завода.
На основании результатов исследований химического состава и функциональных свойств ПФМСМ, полученных с использованием отдельных ферментных препаратов и разработанных МЭК, определены направления их применения в конкретных отраслях пищевой промышленности с учетом ожидаемого социального и технологического эффекта (табл.7).
Глава 7. Разработка нового ассортимента и технологий пищевых продуктов и кормов с использованием продуктов ферментативной модификации соевой муки.
В настоящее время в литературе приводятся данные о том, что продукты ферментативного гидролиза растительного сырья целесообразно использовать в качестве составляющих пищевых продуктов, таких как соуса, напитки, хлебобулочные изнделия и некоторые другие. Исследования по биохимической характеристике продуктов ферментативного гидролиза показали, что они, помимо полноценного белка, содержат водорастворимые пептиды, свободные аминокислоты и углеводы, в том числе глюкозу и сахарозу, липиды, фосфолипиды изофлавоны и их можно использовать для повышения пищевой ценности пищевых продуктов. Кроме того, продукты ферментативной модификации соевой муки имеют различные технологические функциональные свойства и могут быть использованы для различных категорий пищевых продуктов. В связи с вышеизложенным продукты модификации соевой муки использовали для повышения пищевой и биологической ценности пищевых продуктов, улучшения качества пищевых продуктов и сокращения расхода основного сырья, замены животного белка на растительный, интенсификации технологического процесса.
Рис.14. Принципиальная схема получения ферментативной модификации соевой муки для применения в составе пищевых продуктов и комбикормов.
Таблица 7
Применение ПФМСМ в производстве пищевых изделий.
Отрасль промышленности | Социальный и технологический эффект | Пищевые изделия | Ферментные препараты и МЭК рекомендуемые для получения ПФМСМ |
пищеконцентратная | Замена дорогостоящего сырья и животного белка на растительный, снижение содержания холестерина. | Концентраты супов | Протосубтилин Г10х |
Сухой соус | |||
Смеси пряностей для мясных блюд | Протосубтилин+ Ксилоглюканофоетидин | ||
Майонез сухой | |||
Сухой соус Луковый с мясом | Протосубтилин Г10х и Амилоризин | ||
Соус белый яичный | Протосубтилин+ Ксилоглюканофоетидин | ||
Соус белый | Нейтраза | ||
Майонез сухой | Бирзим П7 + Флавозим | ||
Повышение пищевой ценности | Фитнес напиток | Бирзим П7 | |
Готовый сухой завтрак | Протосубтилин+ Ксилоглюканофоетидин | ||
Производство мучных кондитерских изделий | Замена дорогостоящего сырья и животного белка на растительный, снижение содержания холестерина, интенсификация технологического процесса, увеличение сроков годности. | Кекс Российский, вафельные листы. | Бирзим П7+ Бирзим Чилл |
Производство майонеза | Замена дорогостоящего сырья и животного белка на растительный, снижение содержания холестерина. | Майонез | Нейтраза |
Молочная | Повышение пищевой ценности | Низкожирный йогуртовый напиток | Нейтраза+Флавозим |
Соковая | Напиток на основе сока | Нейтраза+Флавозим | |
Кормовая | Питательные среды для производства кормовой добавки | Вискозим |
Разработка технологических решений для создания нового ассортимента мучных кондитерских изделий.
В рецептуре мучных кондитерских изделий в качестве структурообразователя используют меланж, который содержит белок, фосфатиды и другие вещества. Кроме того, содержание холестерина в нем достаточно высокое и составляет 570 мг %. Меланж является достаточно дорогостоящим продуктом с ограниченным сроком хранения и его применение связано с определенными технологическими трудностями.
Проводили исследования по влиянию продуктов ферментативного гидролиза соевой муки, взамен меланжа, на качество вафельных листов, дрожжевых кексов и сроки их хранения.
Показано, что применение соевой гидролизованной муки в рецептурах кексов взамен меланжа позволяет интенсифицировать процесс брожения теста, и приводит к сокращению времени приготовления теста на 30 минут. При этом кексы по органолептическим и физико-химическим свойствам не отличаются от контроля (рис. 15, 16). Кроме того, использование гидролизованной муки способствует замедлению процесса их черствения.
Рис.15. Фотография кексов с заменой меланжа соевой гидролизованной мукой: 1 - контрольный образец, 2 - замена меланжа на 25%, 3 - замена меланжа на 50%, 4 - замена меланжа на 100%. | Рис.16. Балльная оценка описательных терминов кексов с различными дозировками соевой гидролизованной муки. |
Производственные испытания, проведенные на ОАО Серпуховхлеб по выпечке кексов л Российский показали, что использование гидролизованной соевой муки при приготовлении кексов позволяет полностью заменить меланж, при этом получить кексы по органолептическим и физико-химическим показателям качества не уступающие контролю, а также сократить время брожения теста на 30 мин.
При приготовлении вафель, в рецептуру которых включен ферментативный гидролизат взамен меланжа, было отмечено, что опытные пробы вафель имели интенсивно окрашенный цвет, вызванный реакцией меланоидинообразования и пониженную влажность, по сравнению с контролем. Для получения вафельных листов по цвету идентичных контролю сокращали время выпечки вафель на 20%. Показано, что вафли имели хорошо пропеченный вид без большого количества оттеков.
Разработан проект технологической инструкции по производству вафель с использованием ферментативного соевого гидролизата.
Разработка нового ассортимента и технологии сухих приправ, соусов, готовых завтраков и майонеза.
Некоторыми исследователями отмечается, что продукты ферментативной модификации соевой муки способны стимулировать деятельность органов пищеванрения, подобно мясным бульонам. В связи с этим проводили исследования по возможности применения соевых ферментативных гидролизатов при производстве приправ и деликатесных соусов. Производственные испытания проводили на АО "Колосс", НПФ лРосма, НПФ НОВТЭКС, ООО Ростагрокомплекс.
Показана возможность частичной замены яичного порошка (20%), который является дорогостоящим компонентом, в рецептурах деликатесных соусов и приправ, соевым гидролизатом, полученным с использованием ферментных препаратов Протосубтилин П10х и Ксилоглюканофоетидин П10х. Результаты исследований проверены в условиях АО Колосс. Разработаны и утверждены технологические рекомендации по применению ферментативного гидролизата соевой муки при производстве л Соуса белого яичного.
Показана целесообразность применения соевого гидролизата, полученного с применением ферментного препарата Протосубтилин Г10х при производстве сухого майонеза. В условиях АО "Моспищекомбинат" дегустационная комиссия дала высокую оценку качества майонеза с добавлением 15% соевого гидролизата взамен сухого молока. Было отмечено, что вкус и запах опытных образцов был более приятным и пикантным. Так же отмечено, что применение соевого ферментативного гидролизата в составе майонеза оказало благоприятное воздействие на стабильность эмульсии.
В производственных условиях на ООО Ростагрокомплекс показана целесообразность применения продуктов ферментативной модификации соевой муки, полученных под действием ферментного препарата Нейтраза, в рецептуре майонеза. Дегустаторами опытные образцы получили положительную оценку и даны рекомендации по внедрению этой рецептуры в производство.
Совместно с кафедрой "Процессы и аппараты пищевых произнводств" МГУПП проведены лабораторные испытания по примененнию гидролизатов соевой муки в качестве пищевой добавки при понлучении экструдированного продукта "Готовый завтрак". Нанесение добавки на экструдат осуществляли простым напыленинем.
Полученный экструдированный продукт имел светло-желтый цвет, обладал приятным ароматом, по органолептическим показателям качества не уступал контрольному образцу. Анализ аминокислотного состава показал, что в рензультате напыления пищевой добавки из соевой муки в экструдате значительно увеличилось содержание свободных аминокислот (в 1,6 раза), в том числе и незаменимых. По большинству незаменимых аминокислот (валин, лейцин, метионин, треонин, фенилаланин) их содержание возросло в 1,3-1,6 раз, содержание изолейцина в 1,8 раза. Значительно возросло сондержание лизина - на 48%. Очевидно, что применение соевого гиднролизата при производстве готового завтрака позволит существенно сбалансировать аминокислотный состав полученных продуктов за счет внесения растворимого белка и свободных аминокислот, в том числе и незаменимых.
Разработка рецептуры и технологических решений для получения инстант напитков массового применения (на основе соков) и напитков для специализированных групп населения (фитнес напитки).
Анализ рынка напитков для лиц, занимающихся любительским спортом и фитнесом, показал отсутствие на российском рынке напитков функционального назначения. Из многочисленных функциональных ингредиентов, рекомендуемых специалистами для сохранения физической формы и стимуляции деятельности мышечной ткани человека с постоянной или временной физической нагрузкой, были отобраны следующие компоненты и разработана рецептура фитнес-напитка (табл. 8).
Таблица 8
Рецептура фитнес-напитка (на 1 порцию 15г)
| Компонент | Содержание данного компонента в напитке | Компонент | Содержание данного компонента в напитке |
Соевый гидролизат | 8,0г | ейцин | 0,6г |
Инулин | 0,7г | Mg | 0,17г |
актулоза | 0,7г | Na | 0,2г |
Яблочный пектин | 1г | K | 0,2г |
ипоевая кислота | 0,025г | P | 0,3г |
-карнитин | 0,1г | Сахарная пудра | 1,5г |
Апилак | 0,01г | Веторон | 2,5мг |
Валин | 0,4г | Витаминный премикс 961 | 0,1г |
Аланин | 0,34г | Вкусоароматическая добавка | 0,3г (малина) |
Изолейцин | 0,4г |
Полученный сухой напиток расфасован по 15г в 1 пакет и герметично упакован. На 1 пакет напитка требуется 250 мл воды. Для удовлетворения 30% суточной потребности в аминокислотах и других функциональных ингредиентах необходимо выпить 250мл до тренировки и 250мл в течение всего периода тренировки.
Для разработки сокосодерщих напитков, обладающих повышенной пищевой ценностью, выбраны следующие компоненты - витаминно-минеральный премикс Валетек-4 и ферментативный соевый гидролизат. Путем расчета для обеспечения необходимой доли рекомендуемой нормы потребления (РНП) определено, что витаминно-минеральный премикс необходимо вносить в количестве 886 мг на 1 л напитка. (Рекомендуемая норма потребления белка, по данным Института питания РАМН, составляет 15-20 г на 1 кг массы тела среднего человека.)
Принимая во внимание растворимость сухого ферментативного гидролизата в кислой зоне рН, а также то, что исследуемый нами гидролизат содержит белок и продукты его гидролиза в легко усвояемой форме, в рецептуру сокосодержащего напитка гидролизат вводили в количестве 5 кг на 1 т напитка.
Рецептура специализированного сокосодержащего напитка, в состав которого входят соевый гидролизат и витаминно-минеральный комплекс в количествах, удовлетворяющих суточные потребности взрослого человека на 10-30 % представлена в табл.9.
Таблица 9
Рецептура сокосодержащего напитка
№ п/п | Компонент | Содержание данного компонента в напитке, кг | Суточная потребность, % |
1 | Концентрированный апельсиновый сок | 150,0 | |
2 | Сироп сахарный | 70,0 | |
3 | Соевый гидролизат | 1,0 | 10,0 |
4 | Витаминно-минеральный премикс | 1,0 | 30,0 |
5 | Вода | 774,0 | |
ИТОГО | 1000,0 л |
Разработка технологических решений для создания низкожирного йогуртового напитка, обогащенного аминокислотами и изофлавонами соевого гидролизата.
Разработана рецептура йогуртового напитка на основе пастеризованного гомогенизированного молока с жирностью 0,5% (табл.10) В качестве закваски применяли симбиотическую закваску молочнокислых бактерий (МКБ) для йогурта, содержащую культуры Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricum.
По органолептическим показателям йогуртовый напиток имел цвет от молочного до светло-кремового, вкус и запах приятный, свойственный кисломолочному продукту.
Пищевая ценность разработанного напитка следующая: массовая доля %,
влага - 83,7; жир- 0,5; белок - 11.86 ; углеводы- 3,91.
Таблица 10
Рецептура йогуртового напитка
№ п\п | Компоненты | Содержание, % |
1 | Молоко обезжиренное | 88,4 |
2 | Фибрулоза | 3,0 |
3 | Соевый гидролизат | 1,3 |
4 | Стабилизатор Grinsted SB 550A | 1,3 |
5 | Молоко сухое | 8,0 |
Итого | 100 |
Полученный низкожирный йогуртовый напиток имеет повышенную пищевую ценность, поскольку в его состав входят белки, пептиды и аминокислоты, а также ценные биологически активные изофлавоны растительного происхождения.
Разработка научных и практических основ использования вторичного продукта ферментативной модификации соевой муки (пасты) в питательных средах при культивировании дрожжей для создания кормовой добавки.
С целью определения возможного применения соевой пасты, являющейся отходом при получении соевого ферментативного гидролизата, в составе питательных сред для культивирования микроорганизмов проводили исследования ее химического состава. Установлено, что соевая паста содержит ценные питательные вещества: белок, углеводы, минеральные вещества и может быть использована в кормопроизводстве, а также в качестве компонента питательных сред для культивирования микроорганизмов (табл.11).
Для увеличения биодоступности углеводов проводили их предварительный гидролиз с помощью ферментного препарата Вискозим L.
Полученная в результате культивирования дрожжей C.tropicalis кормовая белковая добавка высушена на распылительной сушилке.
Характеристика кормовой белковой добавки, полученной путем культивирования дрожжей С. tropicalis представлена в табл. 12.
Таблица 11
Состав соевой пасты
Показатель | Массовая доля, % | |
1. | Влажность | 77,0 |
2. | Общий белок | 11,0 |
3. | Общие углеводы | 7,3 |
4. | ипиды | 2,0 |
4. | Зола | 2,7 |
5. | Общий фосфор по Бриггсу | 0,7 |
Итого | 100 |
Таблица 12
Органолептические и физико-химические показатели кормовой белковой добавки
Наименование показателя | Характеристика |
Внешний вид | Порошок |
Цвет | От светло-жёлтого до коричневого |
Запах | Свойственный продукту, без посторонних запахов |
Структура | Сыпучий гомогенный продукт без включений |
Размер частиц | 100% через сито с отверстиями диаметром 10 мм |
Содержание, г на 100 гАСВ | |
Влажность | 7,8 |
Сырой протеин | 36,2 |
Фосфор | 2,7 |
Проведены исследования по аминокислотному составу кормовой добавки. Установлено, что она богата такими незаменимыми аминокислотами как аргинин, метионин, лейцин, изолейцин, тирозин, валин и фенилаланин. Кроме этого, методом ВЭЖХ исследован жирнокислотный состав кормовой добавки. Установлено, что содержание линолевой кислоты, которая относится к незаменимым жирным кислотам и необходима для нормальной жизнедеятельности организма, составляет 47,74% .
Высокое содержание протеина и жирных кислот в кормовой белковой добавке позволяет ее включать в рационы кормов.
Приведенные исследований являются основой для создания малоотходной технологии переработки соевого сырья для применения в пищевой и комбикормовой промышленности.
Выводы и рекомендации.
1. Разработана научно-обоснованная технология получения продуктов ферментативной модификации соевой муки различного состава и различного целевого назначения для создания новых продуктов повышенной пищевой ценности, интенсификации технологического процесса, частичной или полной замены дорогостоящего сырья в рецептурах, замены животного белка на растительный, снижение уровня холестерина.
2. Проведены экспериментально-аналитические исследования кинетики действия протеолитических ферментных препаратов различного происхождения и различной степени очистки в условиях модельного субстрата (ИСБ) и соевой муки и оптимизация состава МЭК с использованием протеолитических ферментных препаратов различного происхождения; а также протеолитических ферментных препаратов с ферментными препаратами амилазного и ксиланазного действия на основании которых выбраны оптимальные условия проведения ферментативной обработки соевой муки с целью расширения области ее применения в технологии продуктов питания.
3. Дана биохимическая характеристика состава продуктов ферментативной модификации соевой муки, полученных при использовании протеолитических ферментных препаратов различного происхождения и мультэнзимных композиций различного состава.
- Методом SE-HPLC и гель-хроматографии показано, что при ферментативной обработке соевой муки происходит глубинный гидролиз белков соевой муки различной степени. Ферменты гидролизуют, как высокомолекулярные белки, переводя их из нерастворимого состояние в растворимое, так и средне- и низкомолекулярные белки, а также пептиды с накоплением значительного количества промежуточных продуктов гидролиза различной молекулярной массы.
- Показано, что продукты ферментативной модификации соевой муки содержат широкий набор свободных аминокислот, в том числе все незаменимые аминокислоты.
- Методом ВЭЖХ дана характеристика углеводного состава продуктов ферментативного гидролиза соевой муки. Установлено в них высокое содержание олигосахаридов, в том числе стахиозы, относящихся к классу соединений , которые обладают пребиотическим действием.
- Получены данные, характеризующие состояние липидного компонента соевой муки и продуктов ее ферментативной модификации. Методом газовой капиллярной хроматографии дана оценка жирнокислотного состава гидролизованной муки, в т.ч. по содержанию полиненасыщных жирных кислот.
- Установлено, что в ферментативном гидролизате соевой муки содержатся изофлавоны- даидзеин и глицитеин, являющиеся натуральными антиоксидантами.
4. Получены данные и зависимости по влиянию параметров сушки на химический состав продуктов ферментативной модификации соевой муки, на основании чего разработаны рекомендации по их получению в виде порошков, обладающих повышенной пищевой ценностью и различающихся по влажности, химическому составу и цветовой гамме, что расширяет возможности их применения при производстве инновационных продуктов (как традиционных и функциональных пищевых продуктов массового применения, так и продуктов для специализированных групп населения)
5. Дана характеристика продуктов ферментативной модификации соевой муки по состоянию липидного компонента на протяжении трех месяцев хранения. Показано, что содержание ТБК-активных продуктов, по которому оценивали интенсивность ПОЛ, достаточно стабильно в анализируемых продуктах ферментативной модификации соевой муки при хранении на протяжении 3-х месяцев. Установлено, что в составе фосфолипидов в анализируемых образцах, происходят изменения их количественного соотношения на протяжении 3-х месяцев хранения.
6. Получены новые данные по характеристике функциональных свойств продуктов ферментативной модификации - пенообразующая способность, стабильность пены, эмульгирующая способность, растворимость, мутность (прозрачность). С использованием методов математического планирования эксперимента разработаны рекомендации по применению направленного биокатализа при переработке соевой муки, позволяющего получать продукты ферментативной модификации соевой муки, обладающие заданными функциональными свойствами с ориентацией в конкретных отраслях пищевой промышленности.
7. Разработана принципиальная технологическая схема производства продуктов ферментативной модификации соевой муки. Определены условия проведения основных стадий технологического процесса. Разработаны рекомендации по его реализации в условиях, как маслоэкстракционных заводов, так и других пищевых предприятий (пищеконцентратных, хлебозаводов и т.д.). Разработана техническая документация (ТУ и ТИ) на продукты ферментативной модификации соевой муки. Проведена промышленная апробация и выпуск опытной партии в условиях АО Колосс, Лобинского маслоэкстракционного завода и ООО Ростагрокомплекс.
8. Научно обоснована целесообразность применения ПФМСМ в рецептурах продуктов питания для создания новых продуктов питания повышенной пищевой ценности. Разработано 14 новых видов пищевых продуктов с использованием продуктов ферментативной модификации соевой муки, разработанные технологические решения прошли промышленную апробацию на 5 пищевых предприятиях.
На основе анализа полученного экспериментального материала и промышленной апробации показана целесообразность использования продуктов ферментативной обработки соевой муки при приготовлении мучных кондитерских изделий, пищевых концентратов, соусов, супов, приправ, экструдированных продуктов и майонеза. Разработана техническая документация на новые виды пищевых изделий.
- Установлено, что применение продуктов ферментативной модификации соевой муки в рецептурах кексов и вафельных листов взамен меланжа, позволяет интенсифицировать технологический процесс, при этом получить готовые изделия гарантированного качества по органолептическим и физико-химическим свойствам
- Разработаны рецептуры нового сокодержащего напитка на основе апельсинового сока и напитка Талисман для лиц, занимающихся фитнесом.
- Разработана рецептура и технология кисломолочного йогуртового напитка, полученного путем сквашивания смеси молока и соевого гидролизата.
- На основании промышленной апробации предприятием ООО Ростагрокомплекс рекомендована к внедрению технология производства майонеза.
9. Разработаны технологические рекомендации по использованию соевой пасты, который является вторичным продуктом ферментативной обработки соевой муки в составе питательных сред для выращивания микроорганизмов.
Разработана рецептура питательной среды для выращивания дрожжей и технологические рекомендации по получению на их основе белковой кормовой добавки с высоким содержанием протеина и жирных кислот.
Основные публикации по диссертационной работе
В зарубежных книжных изданиях
1. Shishkina L.N. State of lipid component of soybean flour during storage [Text]/ Shishkina L.N., Traubenberg S.E., Miloradova E.V., Kozlova A.A./ chapter 11 in book New trends in Biochemical Physics Research,- p.101-109 /Eds S.D. Varfolomeev at al.,
New York,- Nova Science Publishers,- 2007,- 463 p.
2. Shishkina L.N.State of lipid component of soybean flour enzymatic hydrolizates during storage [Text]/ Shishkina L.N., Miloradova E.V., Badichko E.A., Traubenberg S.E // in part 1 in book Advanced Biologically Active Polyfunctional Compounds and Composites: Health, Cultural Heritage and Environmental Protection/ Eds N.Lekishvili. at al., New York,- Nova Science Publishers, 2010( в печати)
Публикации в изданиях, рекомендованные ВАК РФ
- Траубенберг С.Е. Кинетика гидролиза соевой обезжиренной муки ферментным препаратом Бирзим П7 [Текст]/ Траубенберг С.Е., Вяльцева И.В., Милорадова Е.В., Козлова А.А. //Известия ВуЗов. Пищевая технология,- 2005,-№ 2-3(285-286),- С.54-56.
- Шишкина Л.Н., Влияние центрифугирования на состояние липидной компоненты соевого гидролизата [Текст]/ Шишкина Л.Н., Козлова А.А., Милорадова Е.В.// Известия вузов. Пищевая технология, - 2006,-№1(290), - С.25-27
- Милорадова Е.В., Воздействие ферментного препарата Бирзим П7 на компоненты лецитинированной соевой обезжиренной муки [Текст]/ Милорадова Е.В., Козлова А.А., Вяльцева И.В., Трауберберг С.Е., Шишкина Л.Н.. Хранение и переработка сельхозсырья, -2006,- №3,-С. 35-37
- Траубенберг С.Е.. Ферментативный гидролиз как инструмент для повышения пищевой ценности продуктов растениеводства [Текст]/ Траубенберг С.Е., Милорадова Е.В. Алексеенко Е.В., Бадичко Е.А.// Хранение и переработка сельхозсырья,- 2007, - № 5,- С.62-65
- Милорадова Е.В. Некоторые аспекты создания импорто-замещающих технологий продуктов переработки сои [Текст] // Хранение и переработка сельхозсырья, 2008,- № 11.-С.65-67
- Траубенберг С.Е.., Влияние гидролиза и центрифугирования на состояние липидного компонента соевой муки [Текст] / Траубенберг С.Е.., Бадичко Е.А., Милорадова Е.В., Шишкина Л.Н// Известия вузов. Пищевая технология, - 2008, - № 5-6, - С. 36-38.
- Милорадова Е.В. Исследование биохимических характеристик продуктов ферментативного гидролиза соевой муки [Текст]/ Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е., Бадичко Е.А., Иванушкин П.А.//Вестник МИТХТ,- 2009, - №2, - Т. 4, - С. 89-94.
- Милорадова Е.В. Влияние вида упаковочных материалов на состояние липидного компонента соевой муки при ее хранении [Текст]/ Хранение и переработка сельхозсырья ,- 2009, -№ 2,- С.39-40.
- Милорадова Е.В. Исследование действия ферментных препаратов Нейтраза и Флейворзайм на белок соевой муки [Текст]/ Милорадова Е.В., Иванушкин П.А., Вяльцева И.В., Воеводина О.С// Хранение и переработка сельхозсырья, - 2009,- № 3,-С. 45-48.
- Милорадова Е. В. Комплексная обработка соевой полуобезжиренной муки ферментными препаратами с различным спектром действия с целью повышения ее пищевой ценности [Текст]// Хранение и переработка сельхозсырья, - 2010,- № 3,-C.45-47.
- Милорадова Е.В. Влияниеапрепарата с -каротином на биохимические показатели соевых гидролизатов в процессе хранения [Текст]/ Траубенберг С.Е., Бадичко Е.А., Милорадова Е.В., Шишкина Л.Н. // Известия вузов. Пищевая технология, - 2010, - № 2 (в печати)
12. Милорадова Е.В. Сравнительное изучение ферментативных гидролизатов изолированного соевого белка и соевой муки методом SE-HPLC [Текст]/
Милорадова Е.В., Иванушкин П.А., Ананьев А.А., Траубенберг С.Е., А.В. Софьин.//Вестник МИТХТ,- 2010, - (в печати)
13. Милорадова Е.В. Получение кормовой белковой добавки на основе продуктов переработки сои [Текст] /Милорадова Е.В., Иванушкин П.А., Вяльцева И.В. Хранение и переработка сельхозсырья, - 2010,- № 4 ( в печати)
Статьи и материалы конференций
- Мартанчикова М Влияние соевых гидролизатов на качество пшеничного
хлеба [Текст]/ Мартанчикова М., Пивцаева М.М., Милорадова Е.В. Попадич И.А //В сб. Республиканской научно-технической конф. Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК, Киев,-КТИПП, -1991.- С.300.
- Милорадова Е.В. Влияние инфракрасной обработки на эффективность
ферментативного гидролиза соевой муки [Текст]/ Милорадова Е.В., Фуголь О.А., Кузьмина Т.Д., Уколова Н.А.//Тезисы докладов международной научно-технической конференции Прикладная биотехнология на пороге ХХ века века, Москва,1995. -С.73.
- Траубенберг С.Е. Получение и применение соевых ферментативных
гидролизатов [Текст]/ Траубенберг С.Е., Пивцаева М.М., Милорадова Е.В.,
Фуголь О.А.// Международная конференция Научно-технический прогресс в
перерабатывающих отраслях АПК, М., 1995. -С.151.
- Милорадова Е.В. Ферментативные соевые гидролизаты: получение и
применение [Текст]/ Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е., Пивцаева М.М.,
ысюк Ф.А.//в науч. трудах МГАПП, -ч.1,1996,- с.34-38.
- Милорадова Е.В.Разработка условий ферментативного гидролиза соевой
обезжиренной муки для получения соевых гидролизатов [Текст]/ Милорадова
Е.В., Фуголь О.А., Кузьмина Т.Д., Белых М.В //Международная научно-
техническая конференция, посвященная 65- летию МГАПП УПищевая
промышленность на пороге ХХ1 века,- Москва ,-1996, -С. 139-140.
- Фуголь О.А. Повышение эффективности ферментативного гидролиза
белковосодержащего сырья [Текст]/ Фуголь О.А., Милорадова Е.В., Климова
М.А//Межрегиональная научно-практическая конференция УПищевая промышленность- 2000Ф.- Казань,- 1996, -С.143.
7. Фуголь О.А. Использование протеолитических ферментов для получения соевого ферментативного гидролизата [Текст]/ Фуголь О.А., Милорадова Е.В., Лепешкина Н.Д.// Междрегиональная научно-практическая конференция Энергоресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, Минск, 1996, -С. 101-105.
8. Милорадова Е.В. Повышение пищевой ценности муки и ферментативных гидролизатов на ее основе под действием ИК- лучей [Текст]/ Милорадова Е.В., Фуголь, Траубенберг С.Е// В Сб. статей Применение современных физико-химических и биотехнологических методов при производстве пищевых продуктов,- М.: МГУПП,- 2001, -С.109-113.
9. Козлова А.А. Разработка способа получения пищевкусовой добавки на основе соевого ферментативного гидролизата. [Текст]/ Козлова АА, Чернобровина АГ, Бадичко Е.А, Милорадова Е.В.// В Сб. докладов молодых ученых МГУПП Всероссийской научно-технической конференции- выставки Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации,- М.:, МГУПП,- ч П,- 2004, - С.60-64
10. Вяльцева И.В. Модификация белков соевой муки ферментным препаратом Бирзим П7 [Текст]/ Вяльцева И.В., Милорадова Е.В. Козлова А.А., Куликова Н.Е.// Всероссийская научно- практическая конференция Перспективы развития пищевой промышленности России, -Оренбург,- 2005, - С.113-115.
11. Траубенберг С.Е. Биотехнологические методы модификации соевой муки для пищевых продуктов [Текст]/ Траубенберг С.Е., Милорадова Е.В.//В сб. научных трудов МГУПП, -.том 1, Москва,- 2005, -С. 349-360.
12. Минаева С.С.Разработка функционального напитка для фитнеса на основе соевого гидролизата [Текст]/ Минаева С.С., Козлова А.А., Вяльцева И.В., Милорадова Е.В., Шендеров Б.А// В Сб. материалов юбилейной студ. научн. Конф. , МГУПП,- 2005, -С.35-38
13. Козлова А.А.Изменение липидной компоненты соевой муки при ее гидролизе протеолитическими ферментными препаратами [Текст]/ Козлова А.А., Шишкина Л.Н., Милорадова Е.В. //Труды У ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ Биохимическая физика, 2005,- С.45-49.
14. Милорадова Е.В. Ферментативный гидролиз Цперспективный метод модификации компонентов соевого сырья для применения в пищевых продуктах [Текст]/ Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е., Шишкина Л.Н.// В Сб. докладов 1У международной конф. Цвыставки Высокоэффективные пищевые технологи, методы и средства для их реализации, М.,- 2006,- ч.1, - С.41-42.
15. Иванушкин П.А. Исследование некоторых функциональных свойств ферментативного соевого гидролизата [Текст]/ Иванушкин П.А., Песчаницкая Е.В., Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е.// В Сб. материалов Y международной научно-практической конференции Технологии и продукты здорового питания, - ч. 1. -2007, -С.152-155.
16. Милорадова Е.В. Изменение белкового, углеводного и липидного компонентов соевой обезжиренной муки при получении ферментативных гидролизатов [Текст]/ В Сб. материалов Y международной научно-практической конференции Технологии и продукты здорового питания,- 2007,- ч.1.- С.113-116.
17. Милорадова Е.В. Получение биологически активной добавки к пище в виде ферментолизатов соевых белков [текст]/ Милорадова Е.В., Иванушкин П.А., Воеводина О.С.//Сборник докладов У1 научно-технической конференции с международным участием Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли, М.: ГОУ ВПО: МГУПП, - 2008. -С. 85-90.
18. Иванушкин П.А Питательные среды для молочнокислых бактерий с использованием отходов производства соевых ферментализатов [текст]/ Иванушкин П.А., Милорадова Е.В., Турукина О.А.// Международная научно-практическая конференция Биотехнология. Вода и пищевые продукты, в рамках Московского международного конгресса Биотехнология: состояние и перспективы развития, Москва: ЗАО Экспо-биохим-технологии, РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2008.- С.- 96.
19. Бадичко Е.А Влияние каротиноидов на окислительные реакции в соевых гидролизатах в процессе хранения[текст]/ Бадичко Е.А., Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е.., Шишкина Л.Н..// В сб. материалов всероссийской конференции молодых ученых и Ш школы им. Академика Н.М.Эмануэля по проблеме Окисление, окислительный стресс и антиоксидатны, Москва, 2008.-С.150-152.
20. Бадичко Е.А. Состояние липидного компонента соевой муки и её гидролизатов в процессе хранения [Текст] / Бадичко Е.А., Милорадова Е.В., Траубенберг С.Е., Шишкина Л.Н. // В сб. материалов на VIII ежегодной, Международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ Биохимическая физика, Москва, 2008. - С. 18-21.
21. Милорадова Е.В. Ферментативная трансформация продуктов переработки сои [Текст] /Труды МГУПП, вып 1, Москва,-2008,- С.177-187.
22. Милорадова Е.В. Обогащение йогуртового напитка аминокислотами и изофлавонами соевого ферментативного гидролизата [Текст]/ Иванушкин П.А., Кухтеева Е.А., Милорадова Е.В.//В сб. материалов УП международной научно-практической конференции и выставке Технология и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты, -М.: МГУПП, 2009, -С.237-240.
23. Иванушкин П.А. Действие протеолитических препаратов различного происхождения на изолированный соевый белок [Текст]/ Иванушкин П.А., Тубашова О.Г., Милорадова Е.В., Вяльцева И.В.// Всероссийская конференция с международным участием Инновационные технологии в пищевой промышленности, Самара, СамГУ,- 2009. -С. 71-73
Патенты и А.С.
1. А.С. № 1751603. Способ получения пищевой добавки/ Попадич И.А., Траубенберг С.Е., Пивцаева М.М., Милорадова Е.В.опубл.2.02.1992,бюл.№8.
2. А.С. 1738227.Способ приготовления пищевого экструдированного продукта/ Бабенко В.Е., Траубенберг С.Е., Плаксин Ю.М., Милорадова Е.В., опубл.07.06.1992, бюл.21.
3. Патент № 1750603.Способ получения пищевой добавки /Попадич И.А., Траубенберг С.Е., Пивцаева М.М, Милорадова Е.В.. заявл.16.05.1990;опубл.30.07.1992,бюл.№28
Автор выражает свою признательность и благодарность д.х.н., проф., зав. лаб. Физико-химических проблем радиобиологии и экологии Института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН Л.Н. Шишкиной за ценные советы при проведении совместных исследований.
Список сокращений:
ПФМСМ - продукты ферментативной модификации соевой муки
СМ- соевая мука
АСВ- абсолютно сухое вещество
МЭК - мультиэнзимная композиция
ИСБ- изолированный соевый белок
КДа- килодальтон
АО - антиоксидант, антиоксидантный
АОА - антиокислительная активность
АПА - антипероксидная активность
КЛ - кардиолипин
ФХ - лизоформы фосфолипидов
ПОЛ - перекисное окисление липидов
ТБК - АП (ТБК - активные продукты) - продукты, реагирующие с 2-тиобарбитуровой кислотой
СМ - сфингомиелин;
ФИ - фосфатидилинозит ;
ФК - фосфатидная кислота
ФЛ - фосфолипиды ;
ФС - фосфатидилсерин;
ФХ - фосфатидилхолин
ФГ- фосфатидилглицерин;
ФЭ - фосфатидилэтаноламин;
ОЛ - общие липиды.
ПО- пенообразующая способность
ЭС- эмульгирующая способность
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям