Совершенствование технологии получения белковых изолятов из подсолнечного жмыха и их использование для повышения пищевой ценности мучных кондитерских изделий
На правах рукописи
ВОРОНОВА Наталья Сергеевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ИЗОЛЯТОВ ИЗ ПОДСОЛНЕЧНОГО ЖМЫХА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ МУЧНЫХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар - 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный технологический университет»
| Научный руководитель: | кандидат технических наук Ильчишина Нелли Викторовна |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук Тимофеенко Татьяна Ильинична кандидат технических наук Безуглая Ирина Николаевна |
| Ведущая организация: | ГНУ Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии |
Защита состоится 10 ноября 2011 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. А, комн. Г-251.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 10 октября 2011 г
Ученый секретарь
диссертационного совета
канд. техн. наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность проблемы. Пищевой статус россиян характеризуется дефицитом белка. Учитывая популярность мучных кондитерских изделий у населения и их неполноценность по содержанию белка, следует, что повышение пищевой и биологической ценности этой группы продуктов имеет существенное значение для потребителей и является актуальной задачей. Перспективным источником пищевого белка являются вторичные ресурсы масложировой промышленности, получаемые при переработке семян подсолнечника, в том числе подсолнечные жмыхи. Наиболее ценными свойствами подсолнечного жмыха являются высокое содержание белка, отсутствие токсичных и антипитательных веществ, низкая себестоимость.
К сожалению особенности технологического процесса на маслодобывающих прессовых предприятиях – очистка семян от примесей, обрушивание и отделение плодовой оболочки, а также измельчение, нагрев измельченного материала, отжим масла, и как следствие, глубокая денатурация белков семян исключает возможность получения из них пищевых белковых продуктов без дополнительной обработки, повышающей биологическую ценность и технологические характеристики белков.
На основании вышеизложенного, исследования белкового комплекса подсолнечного жмыха, разработка способов регулирования его функционально-технологических свойств и повышения биологической ценности с целью использования при производстве мучных кондитерских изделий повышенной пищевой ценности является актуальным.
1.2 Цель работы и задачи исследований. Целью работы является совершенствование технологии получения белковых изолятов из подсолнечного жмыха и их использование для повышения пищевой ценности мучных кондитерских изделий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение, систематизация и анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
- исследование физиолого-биохимических показателей и аминокислотного состава белков современных гибридов семян подсолнечника с различным жирнокислотным составом и подсолнечного жмыха в качестве источника белковых веществ;
- исследование химического состава и функциональных свойств белковых изолятов, полученных из семян подсолнечника и подсолнечного жмыха;
- выбор ферментных препаратов на основании исследования протеолитической активности растительных протеаз (РП) пророщенных семян гибридного (высокоолеинового и высоколинолевого) подсолнечника и подсырной молочной сыворотки (ПМС) с целью использования их в качестве модифицирующих агентов для регулирования функционально - технологических свойств белковых изолятов;
- оптимизация условий гидролиза и разработка технологической схемы получения белкового изолята подсолнечного жмыха последовательной ферментативной модификацией с использованием сывороточных и растительных протеаз (СиРП), обеспечивающих повышение биологической ценности и улучшение функционально-технологических свойств изолята;
- анализ изменений электрофоретических фракций состава белков при получении модифицированного белкового изолята из подсолнечного жмыха (МБИ), как показателя степени гидролиза белковой молекулы;
- исследование влияния модификаций на изменение аминокислотного состава полученного пищевого белка, его биологическую ценность и функционально-технологические свойства;
- исследование влияния модифицированного СиРП белкового изолята на физико-химические показатели, пищевую и биологическую ценность мучных кондитерских изделий;
- разработка рецептур и технологии приготовления мучных кондитерских изделий с МБИ повышенной пищевой и биологической ценности;
- разработка и утверждение технической документации на МБИ и новые мучные кондитерские изделия повышенной пищевой и биологической ценности с его использованием;
- оценка экономической эффективности производства и реализации мучных кондитерских изделий с добавлением МБИ, полученного с использованием СиРП.
1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально доказана возможность применения растительных протеаз пророщенных подсолнечных семян и ферментов подсырной молочной сыворотки для получения из подсолнечного жмыха модифицированных белковых изолятов с повышенной биологической ценностью и улучшенными функционально-технологическими свойствами.
Экспериментально определены и оптимизированы условия проведения ограниченного протеолиза белков МБИ сывороточными и растительными протеазами. Дана качественная характеристика получаемых модифицированных белковых изолятов, позволяющая оценить их биологическую ценность по сравнению с исходным белковым изолятом подсолнечного жмыха.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена достоверность выдвинутой гипотезы о том, что ферментативная модификация сопровождается определенной деструкцией белковых глобул: происходит их «разрыхление» и деполимеризация протеазами, что подтверждается появлением ряда новых низкомолекулярных белковых компонентов.
Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность и эффективность применения МБИ, полученных по усовершенствованной технологии, в качестве добавки при создании мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности. Установлено положительное влияние полученного МБИ на реологические показатели затяжного теста и пищевую ценность мучных кондитерских изделий.
Подана заявка и получен приоритет № 2011130585 от 21.07.2011 в Роспатент на предполагаемое изобретение «Модифицированный белковый изолят подсолнечного жмыха».
1.4 Практическая значимость. Разработан способ направленной последовательной ферментативной модификации белковых изолятов подсолнечного жмыха. Даны характеристики функционально - технологических свойств полученного МБИ, их его относительная биологическая и пищевая ценность.
На основе анализа и обобщения результатов, теоретических и экспериментальных исследований, показана целесообразность применения модифицированных СиРП изолятов подсолнечного жмыха повышенной биологической ценности и улучшенными функционально-технологическими свойствами при производстве мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности.
1.5 Реализация результатов исследования. Разработана и утверждена техническая документация на МБИ: технические условия (ТУ 9116-568-87634221-2011) и техническая инструкция (ТИ ТУ 9146-058-0267862-2011).
Способ модификации белковых изолятов подсолнечного жмыха с целью повышения биологической ценности и улучшения технологических свойств, апробирован в условиях Учебно-научно-производственного комплекса Института пищевой и перерабатывающей промышленности Кубанского государственного технологического университета.
Разработана и утверждена техническая документация на новый вид мучного кондитерского изделия - затяжное печенье «Лучик» (ТУ 9131-324-02067862-2011, ТИ, РЦ 9131-057-02067862-2011).
Выпуск пробной партии и лабораторные испытания нового вида затяжного печенья «Лучик» проведены в Проблемной научно-исследовательской лаборатории кафедры технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства Института пищевой и перерабатывающей промышленности Кубанского государственного технологического университета. Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанного нового вида мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности составляет 1,8 млн. руб. при реализации 1000 тонн в год.
Теоретические положения диссертационной работы использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам: «Биохимия», «Биохимия и товароведение масличного сырья», «Пищевая химия», «Пищевые и биологически активные добавки», «Технология производства мучных кондитерских изделий».
1.6 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на: Международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2009г.), Международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (г. Краснодар, 2009г.), II Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (г. Ульяновск, 2010г.), научно-методичеcких cеминарах кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ (2008-2010 гг).
1.7 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, подана заявка и получен приоритет на патент РФ на изобретение.
1.8 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 116 страницах компьютерного текста, содержит 21 таблицу и 14 рисунков. Список литературы включает 185 источника, в том числе 32 – иностранных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. Объектами исследования служили семена гибридного подсолнечника с различным жирнокислотным составом запасных триацилглицеролов (ТАГ). Гибрид НК Ферти – с высоким содержанием в ТАГ олеиновой кислоты (78%) и гибрид НК Брио – с высоким содержанием линолевой кислоты (46%); производственный подсолнечный жмых, полученный на маслопрессовом предприятии ООО «Светлый путь» (ст. Платнировская Краснодарского края); белковый изолят (ТУ 9116-568-87634221-2011), полученный из подсолнечного жмыха. Опытные партии семян были получены путем выращивания растений в одинаковых почвенно- климатических условиях на опытных полях ВНИИМК (г. Краснодара, 2008-2010 гг.). При проведении исследований использовали подсырную молочную сыворотку, полученную на сыродельном комбинате «Ленинградский» (ст. Ленинградская, Краснодарский край).
2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методики, рекомендуемые ВНИИЖ и ГОСТы на семена и жмыхи, а также современные инструментальные методы биохимического, физико-химического и микробиологического анализа.
Общий азот и азот белковых фракций определяли по микрометоду Къельдаля. Аминокислотный состав белков исследовали на автоматическом ионном анализаторе Милихром А-02; электрофоретический состав белков– методом высокоэффективного капиллярного электрофореза на анализаторе «Капель – 103 Р». Активность протеаз оценивали по Ансону в модификации Плешкова Е.П. Относительную биологическую ценность (ОБЦ) белков определяли с применением тест - организма Tetrachymena pyryphormis по методу Игнатьева И.Д. Функционально-технологические свойства белковых продуктов: жироудерживающую (ЖУС), водоудерживающую (ВУС), жироэмульгирующую (ЖЭС) и пенообразующую (ПОС) способности, стойкость пены (СП) определяли по стандартным методикам, рекомендованным в пищевой промышленности. Определение массовой доли целлюлозы и зольного остатка вели методами, регламентируемыми ГОСТ 13496.2 и ГОСТ 26226, соответственно. Общую протеолитическую активность ферментных препаратов определяли по ГОСТ 20264.2-88.
Выделение липидов из исследуемых объектов проводили исчерпывающей экстракцией диэтиловым эфиром по Сокслету, содержание связанных липидов - по методу Фолча. Жирнокислотный состав запасных липидов определяли на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором и интегратором «Кристалл 2000 М».
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
Оценку результатов экспериментальных исследований проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 и 8.0 for Windows. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.
3 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исследование физиолого-биохимических показателей современных гибридов семян подсолнечника с различным жирнокислотным составом и подсолнечного жмыха в качестве источника белковых веществ. К настоящему времени накоплен значительный практический опыт по получению белковых веществ из семян подсолнечника. На начальном этапе работы ставилась задача - получение белковых изолятов из семян гибридного подсолнечника с различным жирнокислотным составом, исследование влияния состава жирных кислот липидов семян на количество белка и его свойства в получаемых изолятах. В дальнейшем, исследовали белковые изоляты, получаенные из гибридных семян и производственного подсолнечного жмыха. В таблице 1 представлен химический состав исследуемых семян подсолнечника и подсолнечного жмыха.
Таблица 1 – Химический состав и относительная биологическая ценность исследуемых семян гибридного подсолнечника и подсолнечного жмыха, % СВ
| Показатели | Объекты исследования | ||
| НК Брио | НК Ферти | Жмых подсолнечный | |
| Влага Целлюлоза Белок (N6,25) Жир Зола Относительная биологическая ценность | 9,7 2,7 24,6 59,7 3,5 113,6 | 10,4 3,2 33,1 57,2 3,7 115,2 | 7,7 19,3 35,9 17,7 6,4 104,7 |
В результате проведенных исследований жирнокислотного состава изучаемых семян подсолнечника было установлено, что семена гибрида НК Ферти содержат в составе запасных липидов - 78,5% олеиновой кислоты, а семена гибрида НК Брио - 46,5% линолевой кислоты, при этом содержание белка в семенах олеинового типа (НК Ферти) на 34,6 % выше, чем в семенах линолевого подсолнечника (НК Брио).
Исследуемый производственный подсолнечный жмых имел однородную структуру без посторонних примесей, запаха, плесеней и горечи. Содержание белка в подсолнечном жмыхе составляло 35,9%.
Сопоставляя полученные нами данные по исследуемым объектам, как источникам белковых изолятов, перед нами стояла задача сравнить белки, получаемые из семян подсолнечника и подсолнечного жмыха, определить их качество, функциональные свойства, целесообразность получения модифицированных белковых продуктов и возможные области использования.
3.2 Исследование химического состава и функциональных свойств белковых изолятов, полученных из семян подсолнечника и подсолнечного жмыха. Основные характеристики полученных белковых изолятов гибридных семян и жмыха представлены в таблице 2. Полученные путем осаждения 0,1М раствором НCl исследуемые белковые изоляты имели порошкообразную рассыпчатую консистенцию, белый со слегка сероватым оттенком цвет, чистый обезличенный запах, кисловатый вкус.
Таблица 2 – Химический состав и относительная биологическая ценность полученных белковых изолятов гибридных семян подсолнечника и подсолнечного жмыха, % СВ
| Показатели | Белковые изоляты: | ||
| НК Брио | НК Ферти | Подсолнечный жмых | |
| Влага Белок (N6,25) Жир Целлюлоза Зола Относительная биологическая ценность | 7,0 69,9 1,7 0,1 0,5 180 | 7,1 81,1 1,5 0,2 0,7 198 | 7,8 85,7 1,4 0,4 1,3 117 |
Возможно более полному выделению белков при получении изолята из семян линолевого типа препятствует образование липид-белковых комплексов между белковыми молекулами и липидными компонентами. Косвенно на это указывает высокое содержание связанных липидов в семенах гибрида НК Брио - 69%, против 46% у семян гибрида НК Ферти. В таких условиях снижаются гидрофильные свойства белков, поэтому изолят линолевых семян имеет более высокие значения ЖУС и ЖЭС (таблица 3).
Таблица 3 – Функционально – технологические свойства белковых изолятов гибридных семян и подсолнечного жмыха
| Функциональные свойства, % | Белковый изолят: | ||
| Брио | Ферти | Подсолнечный жмых | |
| ЖУС ВУС ЖЭС ПОС СП | 320 176 75 29 41 | 280 246 70 24 46 | 150 189 48 22 43 |
Белковый изолят подсолнечного жмыха по функциональным свойствам и относительной биологической ценности уступает изолятам из нативных семян. У белковых изолятов семян гибридного подсолнечника ЖУС более чем в 2 раза, а ЖЭС в 1,5 раза больше, чем у белкового изолята подсолнечного жмыха. В то же время, получение и модификация белковых изолятов из подсолнечного жмыха более технологически целесообразно и экономически выгодны, по сравнению с использованием для этих целей масличных семян. Поэтому в дальнейших исследованиях использовать подсолнечный жмых для получения белковых изолятов и направленного регулирования их свойств.
3.3 Обоснование выбора ферментных препаратов и исследование их протеолитической активности. Ферментативная модификация растительных белковых изолятов применяется для регулирования их функциональных свойств и биологической ценности.
На основании проведенного анализа научной и технической литературы по использованию протеолитических ферментов для модификации белковых веществ, нами были выбраны протеазы пророщенных семян подсолнечника – РП и протеолитические ферменты подсырной молочной сыворотки - ПМС. Для получения препарата растительных протеаз использовали водную вытяжку из пророщенных гибридных семян подсолнечника.
В результате проведенных исследований установлены оптимальные условия для проращивания гибридных семян подсолнечника и получения ферментной вытяжки с максимальной протеиназной активностью (ПА). Время выдержки семян при проращивании - 72 часа, температура - 270C.
1 – гибрид НК Брио; 2 – гибрид НК Ферти
Рисунок 2 - Динамика изменения протеолитической активности пророщенных семян подсолнечника
Изучение динамики протеолитической активности пророщенных семян исследуемых гибридов подсолнечника с различным жирнокислотным составом НК Ферти и НК Брио (рисунок 2) показало, что максимальной активностью - 10,64 ед. ПА, обладает гибрид НК Ферти (высокоолениновый). Полученной ферментной вытяжкой проводили обработку белкового изолята исследуемого подсолнечного жмыха.
Использование ПМС, содержащей протеолитически активные молочнокислые бактерии и сычужный фермент, представляется обоснованным и целесообразным и может являться альтернативой использованию дорогостоящих промышленных ферментных препаратов. Используемая в работе сыворотка имела протеолитическую активность - 10,12 ед. ПА.
3.4 Оптимизация условий гидролиза и разработка технологической схемы получения белкового изолята подсолнечного жмыха.Поиск оптимальных параметров проведения гидролиза белкового изолята подсолнечного жмыха ПМС и РП осуществляли по 3х факторному эксперименту (рисунки 3, 4).
Рисунок 3 – Зависимость глубины гидролиза сывороточными протеазами от времени, гидромодуля и температуры
Рисунок 4 – Зависимость глубины гидролиза растительными протеазами от времени, гидромодуля и температуры
Факторами, оказывающими наибольшее влияние на выход небелкового азота (У, %) при гидролизе белкового изолята ПМС являются: температура, оС (фактор Х1), время, мин (фактор Х2) и гидромодуль (соотношения белкового изолята и ферментного препарата) (фактор Х3).
Анализ, полученных частных зависимостей (рисунки 3 и 4) показал, что наибольшее значение функции получено в следующих параметрах проведения процесса при использовании: ПМС температура – 35-37оС, время 40-42 минут, гидромодуль 8:1 (небелковый азот 9,09 – 9,07%); и РП температура – 25-27 оС, время 45-47 минут, гидромодуль 3:1 (небелковый азот 8,60– 8,62 %).
Классическая схема получения белкового изолята из подсолнечного жмыха заключается в экстракции белка диспергирующим агентом с последующим осаждением его в изоэлектрической точке соляной кислотой. Усовершенствованная схема получения белковых изолятов по предлагаемой технологии (рисунок 5) дополнительно включает последовательную обработку сывороточными и растительными протеазами с последующей термообработкой для остановки гидролиза и сушкой модифицированного белкового изолята.
Жмых подсолнечный
Рисунок 5 - Схема получения модифицированных белковых изолятов
3.5 Влияние ферментативной модификации белковых изолятов на биологическую ценность и функционально-технологические свойства. Ограниченный протеолиз белковых биополимеров, по мнению исследователей, приводит к «разукрупнению» исходных субъединиц белков (вследствие деструкции четвертичной структуры) и «гидрофобизации», т.е. образуются белковые ассоциаты с новыми технологическими свойствами.
Растворимость белка – одно из наиболее важных функциональных свойств растительных белковых продуктов. Из приведенных данных в таблице 4 видно, что все виды модификаций приводят к изменению соотношений растворимого и нерастворимого белка. Наиболее существенные изменения, в сторону увеличения растворимости белка, наблюдаются при последовательной модификации сывороточными и растительными протеазами (СРП).
Таблица 4 – Изменение растворимости белка при различной модификации
| Белок (а.с.в.), % | До модифи-кации | Виды модификации протеазами | ||
| ПМС | РП | СРП | ||
| - суммарный - нерастворимый - растворимый | 84,38 28,19 56,19 | 89,50 31,69 57,81 | 87,63 30,19 57,44 | 90,62 32,56 58,06 |
Электрофоретические исследования модифицированных белков показали, что ферментативная модификация сопровождается определенной деструкцией белковых глобул: происходит их «разрыхление» и деполимеризация протеазами, что подтверждается появлением ряда новых низкомолекулярных белковых компонентов. В исходных белках выделяется 11 фракций белковых компонентов. В белках модифицированных отдельно РП и ПМС имеются соответственно 17 и 19 электрофоретически разнородных компонентов, имеющих меньшую молекулярную массу. Белки при последовательной комплексной модификации характеризуются еще большей неоднородностью и включают 21 белковый компонент. Общая площадь электрофоретических спектров увеличивается от 20,89 mAU•сек в исходных белках до: 24,20; 28,73 и 39,65 mAU•сек в модифицированных белках (соответственно РП, ПМС и СиРП), что можно объяснить добавлением белков модифицирующих агентов (ферментов). В целом, обработка белковых изолятов подсолнечного жмыха СиРП позволяет получить большее количество новых белковых компонентов по сравнению с использованием отдельно сывороточных и растительных протеаз. Очевидно, проявляется суммарный протеолитический эффект действия протеаз (растительных, сычужных и микробных), обладающих различной субстратной специфичностью по отношению к пептидным связям между определенными аминокислотами в белковых молекулах.
Анализируя результаты жидкостной хроматографии по аминокислотному составу исследуемых модифицированных белковых изолятов, таблица 5, следует отметить некоторое возрастание относительной доли незаменимых аминокислот в исследуемых образцах модифицированных белковых изолятов по сравнению с исходным белком подсолнечного жмыха.
Так содержание лизина возрастает во всех вариантах модификации, а при обработке последовательно сывороточными и растительными препаратами – практически вдвое по сравнению с исходным образцом. Комплексная модификация приводит и к увеличению доли метионина, лейцина и изолейцина (в 1,3, 1,4 и 1,5 раза соответственно). Одновременно происходят изменения и в содержании заменимых аминокислот: уменьшается относительная доля глютаминовой аминокислоты в 1,3 раза и несколько снижается доля аспарагиновой; в то же время доля пролина и аланина пропорционально увеличивается, что можно объяснить взаимным превращением этих аминокислот (глютамат служит предшественником пролина, аспарагиновая кислота - аланина).
Увеличение массовой доли незаменимых аминокислот в модифицированных образцах можно объяснить за счет добавления белковых веществ самих модифицирующих препаратов: растительная ферментная вытяжка. Кроме ферментативных аминокислот могут дополнительно содержаться и синтезируемые аминокислоты проростков семян. Используемая для модификации подсырная сыворотка наряду с ферментами содержит и казеиновую пыль (в среднем 0,5%) - частицы белка казеина размером менее 1мм.
Таблица 5 – Изменения аминокислотного состава белковых изолятов при различной модификации
| Аминокислоты | Содержание аминокислот, мг/г белка | |||
| до модифи-кации | Виды модификаций | |||
| ПМС | РП | СРП | ||
| Незаменимые аминокислоты В том числе: лизин фенилаланин лейцин изолейцин метионин валин гистидин аргинин треонин | 252,72 11,95 32,42 18,42 16,18 18,71 42,76 24,83 43,03 44,42 | 276,04 21,68 20,32 25,17 23,13 22,75 30,58 31,49 47,03 53,89 | 272,99 18,33 28,13 24,53 20,23 13,62 38,51 26,76 48,93 49,95 | 282,00 23,57 27,51 23,48 24,63 23,93 40,91 30,81 44,44 33,72 |
| Заменимые аминокислоты В том числе: аланин пролин глицин серин глютаминовая кислота аспарагиновая кислота тирозин | 456,04 42,44 46,17 51,26 42,73 148,70 97,12 27,62 | 442,29 50,14 47,02 42,59 50,13 138,13 78,14 26,14 | 445,47 50,49 48,43 48,74 50,48 136,72 77,34 35,27 | 442,14 50,87 49,35 44,53 49,51 137,38 76,72 33, 78 |
Отмеченные взаимные превращения аминокислот могут быть объяснены наличием в составе используемых модифицирующих реагентов не только протеолитических ферментов. Ферментная вытяжка из семян подсолнечника представляет комплекс различных ферментов образующихся при прорастании, в том числе, вероятно, синтетаз и трансфераз аминокислот. Сыворотка наряду с сычужным ферментом (смесь химозина и пепсина) содержит и различные ферментные комплексы молочнокислых бактерий.
В исследуемых модифицированных белковых изолятах определяли относительную биологическую ценность (ОБЦ) (рисунок 6).
Модификация ферментами во всех используемых вариантах приводит к росту ОБЦ исходного белкового изолята. Очевидно, вследствие структурных изменений белковых молекул и образования некоторого количества низкомолекулярных полипептидов и аминокислот под действием протеаз, такие белки лучше усваиваются тест - организмом (Tetrahymena pyriphormis).
 | Рисунок 6 - Относительная биологическая ценность модифицированных белковых изолятов: 1 – исходный белковый изолят; 2 - модифицированный РП; 3 - модифицированный ПМС; 4 – модифицированный СиРП |
Последовательная модификация СиРП позволила увеличить ОБЦ на 39,3% по сравнению с исходным изолятом, что является лучшим результатом в исследуемых вариантах.
Таким образом, результаты проведенных исследований объективно подтверждают целесообразность использования предложенных модифицирующих агентов для улучшения качества белкового изолята подсолнечного жмыха.
Исследование функциональных свойств модифицированных белковых изолятов показало, что модификация способствует их направленному изменению (таблица 6).
Белковые изоляты, модифицированные ПМС и СиРП, превосходят исходный изолят и изолят, модифицированный РП по ПОС, СП, ЖУС. Одновременно наблюдается снижение ВУС исследуемых белков.
Таблица 6 – Функционально-технологические свойства белковых изолятов различной модификации
| Образец | Функциональные свойства,% | ||||
| ЖУС | ВУС | ЖЭС | ПОС | СП | |
| Белковый изолят, исходный Модифицированный изолят: ПМС РП СиРП | 150 203 138 215 | 189 89 120 78 | 48 75 63 80 | 22 53 28 60 | 43 52 37 53 |
Полученные результаты можно объяснить гидрофобизацией белковой молекулы за счет увеличения неполярных аминокислот в составе исследуемых образцов (лейцина, изолейцина, метионина, аланина, пролина), в результате которой гидрофильность исходных белков снижается.
3.6 Влияние модифицированного СиРП белкового изолята на физико-химические показатели, пищевую и биологическую ценность мучных кондитерских изделий. В ходе дальнейших исследований комплексно МБИ вводили в рецептуру затяжного печенья «Лучик», с целью повышения его биологической ценности и улучшения реологических показателей теста. Дозировка белковой добавки составляла 2 и 4% к массе муки. Пробная лабораторная выпечка осуществлялась на кафедре технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства. Контролем служил ГОСТ 24901-89 на затяжное печенье «Крокет».
Органолептическая оценка качества затяжного печенья показала, что при внесении МБИ образцы имели приятный вкус и аромат, отличались гладкой поверхностью и правильной формой. Результаты анализа физико-химических показателей разработанного затяжного печенья «Лучик» с внесением в рецептуру МБИ приведена в таблице 7.
Положительным эффектом от введения в рецептуру затяжного печенья МБИ является уменьшение щелочности с увеличением количества вносимой белковой добавки и, важно отметить, что намокаемость затяжного печенья увеличивается с увеличением вносимой белковой добавки (таблица 7).
Таблица 7 – Физико-химические показатели затяжного печенья с внесением модифицированного белкового изолята.
| Показатели | «Крокет» ГОСТ 24901-89 (контроль) | С внесением модифицированного белкового изолята, % | |
| 2 | 4 | ||
| Влажность, % Щелочность, град Намокаемость, % Содержание,%(а.с.в) белка жира углеводов Относительная биологическая ценность, % Энергетическая ценность, ккал | 4,2 1,5 137 8,0 8,8 72 59 399,2 | 3,0 1,1 139,3 8,8 8,9 71,5 67 401,3 | 3,1 0,9 151,3 9,8 8,5 72,3 76 404,9 |
Полученные данные показывают, что с внесением МБИ в затяжное тесто пищевая и биологическая ценность готовых изделий повышается по сравнению с контрольным образцом за счет внесения белкового изолята.
Разработаны и утверждены комплекты технической документации на затяжное печенье «Лучик», обогащенное МБИ, включающие технические условия и технологическую инструкцию и рецептуру на разработанный вид печенья. По разработанной нормативной документации проведены выпуск пробной партии и лабораторные испытания нового вида затяжного печенья «Лучик» в Проблемной научно-исследовательской лаборатории кафедры технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства Института пищевой и перерабатывающей промышленности Кубанского государственного технологического университета.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанного нового вида мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности составляет 1,8 млн. руб. при реализации 1000 тонн в год.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Выполнены комплексные исследования, позволяющие научно обосновать и экспериментально подтвердить целесообразность применения модифицированного белкового изолята подсолнечного жмыха, полученного по усовершенствованной технологии в качестве добавки при выработке мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности.
1. Впервые исследованы физиолого-биохимические характеристики современных гибридов подсолнечника высокоолеинового – НК Ферти, высоколинолевых – НК Брио и подсолнечного жмыха, в качестве источников белковых веществ. Белки подсолнечного жмыха (35,9%) биологически полноценны по составу и содержанию аминокислот, при этом содержание незаменимых аминокислот на 59,4 мг/г выше, чем у исследуемых гибридов (НК Брио - 163,27мг/г, НК Ферти – 193,68мг/г), что позволяет рекомендовать подсолнечный жмых как сырье для получения белковых веществ.
2. Установлено, что белковый изолят из семян линолевого гибрида НК Брио по количеству белка - 69,9%, уступает изолятам из семян высокоолеинового гибрида НК Ферти и производственного жмыха - 81,1 и 85,7% соответственно. Экспериментально установлено, что белковые изоляты из семян гибридного подсолнечника по ЖУС в 2 раза, а по ЖЭС в 1,5 раза превосходят белковый изолят подсолнечного жмыха.
3. Впервые установлена протеолитическая активность пророщенных семян гибрида НК Ферти (10,44 ед.ПА), против (7,67 ед.ПА) у гибрида НК Брио и подсырной молочной сыворотки (10,12 ед.ПА), что позволяет рекомендовать их использование в качестве самостоятельных модифицирующих агентов и в совместном применении.
4. Разработана усовершенствованная технология получения белковых изолятов из подсолнечного жмыха, включающая последовательную ферментативную модификацию белковых изолятов с использованием протеаз подсырной молочной сыворотки и растительных протеаз. Установлены, оптимальные условия модификации молочной сывороткой: температура – 35-37оС, время 40-42 минут, гидромодуль 8:1; растительными протеазами: температура – 25-27 оС, время 45-47 минут, гидромодуль 3:1.
5. Выявленные изменения электрофоретических спектров белков при модификации СиРП свидетельствуют об ограниченном протеолизе исходных белков, что подтверждается увеличением белковых компонентов в два раза.
6. Исследован аминокислотный состав и относительная биологическая ценность белкового изолята подсолнечного жмыха. В белках модифицированных СиРП установлено возрастание относительной доли незаменимых аминокислот – лизина, метионина, лейцина и изолейцина в 2,0; 1,3; 1,4 и 1,5 раза соответственно; и увеличение относительной биологической ценности на 39,3%, по сравнению с исходным белковым изолятом.
7. Впервые установлено и количественно оценено влияние модификации СиРП белковых изолятов подсолнечного жмыха на его функционально-технологические свойства. Выявлено возрастание ЖУС в 1,4 раза и ЖЭС 1,7 раза, ПОС в 2,7 раза и ПС в 1,2 раза, что позволяет рекомендовать полученные изоляты при производстве мучных кондитерских изделий.
8. Установлено, что внесение в рецептуру затяжного печенья белкового изолята модифицированного СиРП в количестве 4,0% к массе муки, приводит к повышению относительной биологической ценности на 17%, уменьшению щелочности на 0,6% и увеличению намокаемости на 14,3% затяжного печенья.
9. Разработаны и утверждены комплекты технической документации на белковый изолят подсолнечного жмыха (ТУ 9116-568-87634221-2011, ТИ ТУ 9146-058-0267862-2011) и новые мучные кондитерские изделия повышенной пищевой ценности (ТУ 9131-324-02067862-2011, ТИ, РЦ 9131-057-02067862-2011).
10. Подана заявка и получен приоритет № 2011130585 от 21.07.2011 в Роспатент на предлагаемое изобретение «Модифицированный белковый изолят подсолнечного жмыха».
Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанного нового вида мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности составляет 1,8 млн. руб. при реализации 1000 тонн в год.
Список публикаций по теме диссертации:
- Безверхая Н.С. Химический состав и энергетическая питательность подсолнечного жмыха полученного на малотоннажных маслопрессовых линиях / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина, В.Г. Щербаков // Матер. межд. науч.-практич. конф. «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность», КубГАУ, Краснодар, 2009. - С.68.
- Безверхая Н.С. Фосфолипиды подсолнечника современной селекции в хлебопекарной промышленности / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина, В.Г. Щербаков // Матер. межд. науч.-практич. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века», КубГТУ, Краснодар, 2009. – С.218.
- Безверхая Н.С. Влияние ферментативной модификации на функциональные свойства белковых продуктов, полученных из подсолнечного жмыха / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина, В.Г. Щербаков // Матер. II межд. науч.-практич. конф. «Аграрная наука образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». МСХРФ,ФГОУ ВПО УГСА, Ульяновск, 2010. – С.122.
- Безверхая Н.С. Биологическая ценность семян подсолнечника и продуктов их переработки / А.Н. Бердина, Н.В. Ильчишина, Н.С. Безверхая // Известия вузов. Пищевая технология, №5-6, 2008. – С.44-45.
- Безверхая Н.С. Сравнительная характеристика двух биотипов гибридного подсолнечника с различным жирнокислотным составом запасных липидов / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина, С.Г. Ефименко, В.Г.Щербаков // Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2010. – С.17-19.
- Безверхая Н.С. Сравнение относительной биологической ценности белковых продуктов полученных различной модификацией / Н.С. Безверхая, Ю.Б. Станчас // Сборник студ. науч. раб. отмеч. нагр. Вып.11, ч.1, КубГТУ, Краснодар, 2010. – С.16.
- Безверхая Н.С. Изменение липопротеинового комплекса семян подсолнечника современной селекции в процессе их созревания /А.Н. Бердина, Н.С. Безверхая, Д.О. Задорожний // Труды Кубанского государственного аграрного университета, №5 (26), 2010. – С.144 -147.
- Безверхая Н.С. Влияние ферментативной модификации подсолнечных белковых изолятов на их аминокислотный состав и биологическую ценность / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина, А.Н. Бердина // Труды Кубанского государственного аграрного университета, №6 (27), 2010. – С.187-189.
- Безверхая Н.С. Влияние ферментативной модификации белкового изолята из подсолнечного жмыха на качество мучных кондитерских изделий / Н.С. Безверхая, Н.В. Ильчишина // Известия вузов. Пищевая технология, №4, 2011. – С.46-47.
