Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор научной, технической и патентной информации 10
1.1 Рациональное использование источников белка на фоне его прогрессирующего дефицита в питании 10
1.2 Состав семян различных сортов люпина отечественной селекции 18
1.2.1 Фракционный состав белков люпина 21
1.2.2 Характеристика углеводной и липидной фракций 25
1.3 Алкалоиды люпина, их физические и антибактериальные свойства. Технологические методы снижения алкалоидности 27
1.4 Применение методов современной биотехнологии для повышения биологической ценности белков растительного происхождения 33
1.5 Основные направления использования продуктов переработки люпина в пищевой промышленности и сельском хозяйстве 36
1.5.1 Использование белка люпина в молочной промышленности 38
1.5.2 Использование люпиновой муки в макаронной и кондитерской промышленности 43
1.5.3 Использование белка люпина в мясной промышленности и сельском хозяйстве 45
1.6 Технология белковых концентратов из растительного сырья 47
1.6.1 Перспективы использования ферментативной биоконверсии в пищевой технологии 51
1.6.2 Характеристика ферментов и мультиэнзимных композиций, используемых для гидролиза растительного сырья 54
1.6.3 Цели и задачи исследования 60
Глава 2 Объекты и основные методы исследований 62
2.1 Организация проведения исследования 62
2.2 Объекты исследования 64
2.3 Методы исследований 65
Глава 3 Технология получения концентрата белков люпина с использованием биоконверсии растительного сырья 68
3.1Отработка технологии получения белкового концентрата 72
3.1.1 Систематизация экспериментальных данных и установление норм расхода сырья при получении белкового концентрата 72
3.1.2 Подбор ферментных препаратов и расчет их дозировок 75
3.1.3 Исследование действия целлюлолитических ФП на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина 78
3.1.4 Исследование действия ферментных препаратов различной субстратной специфичности на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина 80
3.2 Оптимизация условий ведения процесса экстрагирования небелковых соединений с ферментным препаратом целлюлазы 81
3.3 Исследование влияния совместного применения ферментных систем на экс-трагируемость небелковых соединений из люпиновой муки 86
3.3.1 Применение многостадийной обработки суспензии гидролитическими ферментами 88
3.3.2 Исследование углеводного состава люпиновой сыворотки 90
3.4 Изучение функционально-технологических свойств препарата 93
Глава 4 Разработка технологии кисломолочного продукта, обогащенного концентратом белков люпина 94
4.1 Анализ органолептических показателей кисломолочных продуктов 96
4.2 Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на обезжиренном молоке 98
4.3 Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на цельном молоке 105
Глава 5 Разработка рецептуры и технологии ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе 110
5.1 Изучение динамики кислотонакопления растительной основы 117
5.2 Изучение динамики кислотонакопления молочно-растительной основы с различным соотношением белков молока и люпина 119
5.3 Влияние соотношения молочного и растительного белков в суспензии на вла-гоудерживающую способность сгустков 120
5.4 Исследование вязкостных и тиксотропных свойств ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе 122
5.5 Исследование влияния растительного компонента смеси на метаболическую активность микроорганизмов закваски 134
5.6 Органолептический анализ ферментированных продуктов. Подбор наполнителя 138
5.7 Идентификация продуктов и установление их сроков годности 141
Глава 6 Исследование пищевой и биологической ценности продуктов 144
6.1 Расчет показателей биологической ценности белковой составляющей концентрата белков люпина и ферментированных продуктов 144
6.2 Характеристика жирно-кислотного состава концентрата белков люпина 151
6.3 Характеристика пищевой и биологической ценности продуктов, обогащенных белковым концентратом люпина 153
Глава 7 Технико-экономическая часть 155
7.1 Маркетинг 156
7.2 Организационный и производственный план 162
7.3 Расчет показателей экономической эффективности проекта 166
Выводы 172
Заключение 175
Литература
- Характеристика углеводной и липидной фракций
- Систематизация экспериментальных данных и установление норм расхода сырья при получении белкового концентрата
- Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на обезжиренном молоке
- Влияние соотношения молочного и растительного белков в суспензии на вла-гоудерживающую способность сгустков
Введение к работе
Актуальность темы. С увеличением роста населения проблема нехватки ресурсов белка становится очень важной, акцент перемещается на потребление качественного белка растительного происхождения. Учитывая опыт многих стран мира, где осуществлено производство белковых концентратов и изолятов (преимущественно соевых), целесообразно внедрять наукоемкие технологии в области получения пищевых белков, извлеченных из отечественного натурального сырья. Так, возможно создание конкурентоспособных на мировом рынке продуктов питания с высоким содержанием белкового компонента, в том числе комбинированных продуктов, отвечающих самым взыскательным требованиям со стороны потребителя. Низкоалкалоидный пищевой люпин поздней селекции может составить конкуренцию сое в силу своей доступности, дешевизны и отличного качества выделенного из него белка. Безопасность и высокая пищевая ценность этого сырья подтверждена исследованиями Юрченко Н.А., Махотиной И.А., Богатыревой Ж.И., Артюхова А.И., Короля В.Ф. и др.
В основу рабочей гипотезы положено предположение о том, что применение ферментативного гидролиза углеводного комплекса люпиновой муки на стадии экстрагирования небелковых соединений способствует повышению выхода белка. Данный подход позволяет получить концентрат белков и растительную основу, которая в дальнейшем совместно с молочным сырьем или индивидуально ферментируется молочнокислыми бактериями в целях создания комбинированного кисломолочного продукта (КМП) или аналога КМП с функциональными свойствами и с повышенной пищевой ценностью.
Цель и задачи исследования. Цель - разработка технологии концентрата белков люпина с использованием направленной энзиматической деструкции полисахаридов исходного сырья, технологии и рецептур продуктов сложного сырьевого состава на его основе с функциональными свойствами, предназначенных для питания различных групп населения, включая лиц, страдающих лактазной недостаточностью. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
подобрать ферментные препараты с целью увеличения степени биоконверсии полисахаридов исходной муки;
оптимизировать параметры процесса экстрагирования небелковых соединений из муки люпина в кислой среде в присутствии гидролитического фермента;
составить мультиэнзимные композиции и исследовать процесс экстрагирования небелковых соединений из муки люпина в их присутствии;
провести анализ функционально-технологических свойств полученного белкового концентрата и подтвердить возможность его использования в качестве ингредиента кисломолочного продукта с исследованием органолептических, структурно-механических свойств сгустков и их влагоудерживающей способности;
составить рецептуры и разработать технологию ферментированных продуктов сложного сырьевого состава функционального назначения;
исследовать процесс ферментирования растительной и молочно-растительной основы, органолептические, физико-химические, структурно-механические показатели, влагоудерживающую способность сгустков и микробиологические показатели разработанных ферментированных продуктов;
исследовать свойства ферментированных продуктов в процессе хранения и определить допустимые сроки их годности;
рассчитать биологическую и энергетическую ценность продуктов;
разработать инвестиционный проект производства концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе;
разработать проект технической документации (СТО) на ферментированные продукты сложного сырьевого состава с функциональными свойствами.
Научная новизна. Показано, что применение ферментативного гидролиза углеводного комплекса люпиновой муки на стадии экстрагирования небелковых соединений способствует повышению выхода белка. Установлено влияние температуры, гидромодуля и дозировки гидролитического фермента на степень извлечения небелковых соединений из муки люпина в кислой среде. Проведена оптимизация условий ведения процесса экстрагирования и получено уравнение регрессии, адекватно описывающее зависимость содержания сырого протеина в продукте от указанных факторов.
Получены зависимости изменения органолептических, физико-химических и структурно-механических показателей обогащенного продукта от массовой доли (м. д.) белкового концентрата.
Установлены закономерности изменения физико-химических, структурно-механических и органолептических показателей ферментированных продуктов в зависимости от соотношения молочного и растительного компонентов в смеси. Выявлен характер изменения реологических свойств продуктов в зависимости от скорости сдвига, что может быть использовано при определении параметров технологических процессов обработки сгустка.
Получены уравнения, характеризующие зависимость коэффициента эффективной вязкости в интервале величин градиентов скорости от 3 с-1 до 1312 с-1 от соотношения растительного и молочного компонентов в смеси.
Показано, что соотношение молочных и растительных компонентов в смеси равное 1:1 позволяет получить комбинированный продукт с высокими органолептиче-скими и реологическими характеристиками, с хорошей влагоудерживающей способностью сгустков.
Практическая значимость. Разработаны рецептуры и технология, составлен проект технической документации (СТО) на производство комбинированного КМП и аналога КМП. Зарегистрирована заявка на изобретение РФ № 2014104656 «Способ получения кисломолочного продукта на растительной основе».
Проект поддержан грантом Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «УМНИК» в номинации «Медицина будущего. Биотехнологии», договор №165ГУ1/2013; грантом правительства Санкт-Петербурга серия ПСП № 13235 в 2013 г.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на 10-й международной конференции «Масложировая индустрия - 2010» (СПб, 2010 г), международной НПК «Культура люпина - его возможности и перспективы» (Брянск, 2012 г), НПК профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ и НИУ ИТМО в 2010-2013 гг., II Всероссийском конгрессе молодых ученых (СПб, 2013 г), VII Международном Форуме «От науки к бизнесу» (СПб, 2013 г), Международной конференции «Современные тенденции в развитии пищевой биотехнологии» в рамках проекта TEMPUS-DEFRUS (СПб, 2013 г), VI МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (СПб, 2013 г).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в
том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- научное обоснование параметров процесса экстрагирования небелковых
соединений из муки люпина, проведенного совместно с обработкой субстрата
гидролитическим ферментом или композицией ферментов различной субстратной
специфичности;
- влияние процесса энзиматической деструкции полисахаридов на
функционально-технологические свойства белкового концентрата; результаты
исследования органолептических, физико-химических и структурно-механических
свойств обогащенного белковым концентратом кисломолочного продукта;
- обоснование состава растительной и молочно-растительной основы для
получения ферментированных продуктов с хорошими потребительскими свойствами и
с повышенной биологической ценностью;
- результаты исследования органолептических, физико-химических, структурно-
механических показателей и влагоудерживающей способности сгустков
ферментированных продуктов.
Структура и объем диссертации. Работа включает 7 глав и состоит из введения, обзора литературы, методологии исследования, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 120 страницах основного машинописного текста и содержит 78 таблиц и 48 рисунков. Список литературы включает 172 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
Характеристика углеводной и липидной фракций
Ученые Института питания и пищевой технологии (Чили) проводили оценку качества белка люпина на юношах-добровольцах при норме потребления 0,4; 0,6 и 0,8 г/кг массы в сутки. Качество белка люпина (т. е. его усвояемость человеческим организмом) оценивали по балансу азота и сравнивали с яичным белком. Результаты оценки показали, что коэффициент усвояемости чистого белка люпина составил 77 %.
В Университете del Pais Vasco (Испания) изучали возможности приготовления белковых концентратов из люпиновой муки путем экстракции при рН 11,0 и осаждения при рН 4,0. Содержание белка в полученных концентратах составило 90 %. Метод приготовления концентратов способствовал снижению антипитательных веществ до минимального уровня, не обнаруживаемого с помощью приборов.
Институтом микробиологии, биохимии и анализа (Польша) предложен способ повышения пищевой ценности препаратов белка люпина, экстрагированного из обезжиренной муки, полученной из семян желтого низкоалкалоидного люпина var. Topaz. Способ предусматривает применение гидролиза и последующего ре-синтеза с использованием ферментативного модификатора [123].
По данным СибНИПТИП, введение люпинового концентрата в мягкие сыры делает продукт полезным, дает положительный эффект от их употребления, значительно (до 12 - 15 %) экономит молочное сырье, позволяет сгладить сезонность производства. Наряду с этим относительно низкая стоимость люпинового концентрата и высокие функционально-технологические свойства позволяют расширить спектр его использования в молочной, мясной, кондитерской отраслях пищевой промышленности [147].
Много уникальных свойств люпина не представляли бы для бизнеса никакого интереса, если бы не еще одно существенное его преимущество: наряду с соей по содержанию белка нет другой такой культуры в природе, как люпин. Килограмм люпина стоит, как правило, в два раза дешевле, чем килограмм полножирной сои или соевого шрота. Соя очень прихотлива к почвенно-климатическим условиям, а в мире мало территорий, имеющих подходящий для нее климат. И покупая комбикорма и мясо, полученные с использованием сои, приходится оплачивать стоимость ее транспортировки из далекого Приморья или вообще из Бразилии. Мировой кризис показал опасность расточительных подходов в экономике, поэтому руководство Министерства сельского хозяйства РФ сделало акцент на импортозамещении [12].
Исследование функциональных и реологических свойств белка люпина (Технический университет Португалии; Институт научных исследований в пищевой промышленности Австралии; Институт технологов пищевой промышленности США; Центр научных исследований биопродуктов Мексики) - растворимости, гелеобразующей, влаго-и жиросвязывающей, пенообразующей способности, стабилизирующих свойств и др. - показало, что белки люпина во многом идентичны белкам сои [123, 161].
В Иллинойском национальном центре сельскохозяйственных исследований были изучены реологические свойства суспензии обезжиренной муки люпина белого и вязкоэластичные свойства белков люпина, полученных путем ультрафильтрации. Выявлены особенности поведения этих систем при деформации, сходные с поведением белков пшеничной клейковины в аналогичных условиях [153, 154].
Эксперименты по выявлению аллергических реакций на бобовые культуры были проведены в мадридском исследовательском центре. Обнаружена перекрестная активность между белками люпина и вики [165].
Определены коэффициенты корреляции между содержанием фенольных соединений и антиоксидантной активностью люпина узколистного, произрастающего в Западной Канаде [164].
Каждый из известных ныне видов люпина имеет свои особенности адаптации. В нечерноземной полосе с большой относительной влажностью произрастают желтый и узколистный сорта люпина. Узколистный люпин развивается в условиях дерново-подзолистых легкосуглинистых почв северных агроландшаф-тов. Его период вегетации от 70 до 110 дней, сумма активных температур составляет 1900С. На песчаных почвах, отличающихся повышенной кислотностью, в условиях, где сумма активных температур от 2100С произрастает желтый люпин [12, 78].
Многие бобовые культуры не достаточно продуктивны в черноземной полосе. Исключением является люпин белый, отлично адаптированный к условиям с пониженной влажностью. Перечисленные виды люпина можно возделывать на европейской территории России, узколистный люпин – на Урале и в Сибири [119].
Несмотря на то, что многочисленные опыты по кормлению животных, птицы и рыб с необрушенными и обрушенными семенами люпина всех трех видов доказали возможность замены шротов, белковых компонентов животного происхождения, полножирной сои экструдированной смесью люпина с двунулевым рапсом, комбикормовые заводы, птицеводческие и животноводческие предприятия отказываются вводить его в рационы. Чаще всего из-за субъективных причин, главная из которых в большинстве случаев — наличие в нем ядовитых веществ — алкалоидов. Хотя в потребляемом картофеле содержание алкалоида соланина составляет 0,004%, что является нормой и никого не беспокоит. Если сделать пересчет на сухое вещество, то в семенах современных сортов люпина мы обнаружим такое же количество алкалоидов, что и в клубнях картофеля. В мире производятся тысячи тонн продуктов с включением малоалкалоидного люпина как пищевого компонента, из них много продуктов для диетического питания и спортсменов. Большое количество этих продовольственных товаров находится и на прилавках российских магазинов, они имеют санитарно-эпидемиологическое заключение. Содержание алкалоидов в семенах люпина кормового принято считать допустимым в пределах 0,1-0,3%. По данным ВНИИ кормов, токсичное действие алкалоидов не проявляется при их содержании до 0,22%, при этом все гистологические и гематологические показатели остаются в норме, продуктивность животных не снижается. Пятигорской государственной фармацевтической академией по результатам исследований острой токсичности семян узколистного люпина с содержанием алкалоидов от 0,02 до 0,73% на белых мышах сделано заключение: согласно табуляции классов токсичности семена узколистного люпина относятся к 5 классу, как и поваренная соль. В сортах всех трех видов люпина, выведенных во ВНИИ люпина, количество алкалоидов стабильно не превышает 0,02-0,085%. При их содержании 0,04% дегустационная оценка семян не обнаруживает горького привкуса [12].
Проблема белковой недостаточности вызвала огромный научно-практический интерес к изысканиям дополнительных сырьевых источников белка как молочного (молочно-белковые, сывороточно-белковые и др.), так и немолочного происхождения (растительные жиры, белки, плодово-ягодные и овощные наполнители и т.п.). Последние играют особую роль, так как в настоящее время не предполагается их дефицита. Рядом специалистов (И.А. Рогов, А.Б. Лисицын, Л.В. Антипова, В.В. Прянишников, В.Ю. Астанина и др.) показано, что среди отечественных источников белков растительного происхождения весьма близки по свойствам и перспективны бобовые: нутовые, чечевица, люпин. Эти культуры вполне могут заменить сою на отечественном рынке [9].
Систематизация экспериментальных данных и установление норм расхода сырья при получении белкового концентрата
Сырьем для производства макарон служит пшеничная мука, белковая составляющая которой отличается недостатком незаменимых аминокислот, таких как метионин и триптофан. Сравнительно низкое содержание в ней клетчатки, витаминов и микроэлементов вызывает необходимость повышения пищевой и биологической ценности этого продукта. Одним из способов решения этой проблемы является использование люпиновой муки, обладающей определенными функциональными свойствами.
В Государственном НИИ хлебопекарной промышленности проводили исследование, в котором использовали муку пшеничную хлебопекарную высшего сорта и муку люпиновую, полученную из обезгорченных семян люпина путем их измельчения до размера частиц менее 250 мкм. Макаронные изделия в виде лапши изготавливали на лабораторном прессе и высушивали при температуре воздуха 35...40 С. Люпиновую муку добавляли к пшеничной в количестве 0,25; 0,50; 1,0; 5,0; 10,0; 15,0; 25,0 %. Контролем служили изделия из пшеничной хлебопекарной муки.
Исследуемая люпиновая мука по сравнению с пшеничной характеризуется высоким содержанием белка — 37,5 %, клетчатки — 15,5 %, желтого пигмента — 7,0 мг -каротина на 100 г сухого вещества. Поэтому она может быть использована как для обогащения макаронных изделий, так и для улучшения их цвета.
Испытания готовой продукции по органолептическим и физико-химическим показателям позволили отметить, что использование люпиновой муки приводило к появлению привлекательного желтого цвета макаронных изделий. Вкус и запах продукта не изменялся; при варке до готовности изделия не слипались между собой. Но повышалась кислотность макаронных изделий, увеличивалось содержание сухих веществ в варочной воде и снижалось количество поглощенной воды, характеризующееся коэффициентом увеличения массы изделий во время варки. Тем не менее качество макаронных изделий с люпиновой мукой в количестве до 15 % соответствовало требованиям ГОСТ Р 51865-2002 [116].
В Воронежской ГТА ведутся разработки технологий функциональных продуктов питания на базе люпина. Изучены некоторые функциональные свойства белков бобов люпина, определяющие поведение сырья при переработке в пищевые продукты; обеспечивающие желаемую структуру, технологические и потребительские свойства пищевых продуктов. Была определена стабильность эмульсии люпиновой муки (СЭ). Выявлено, что люпиновая мука обладает низкой пено-образующей (ПС) и эмульгирующей (ЭС) и достаточно высокой жиросвязываю-щей способностью (ЖС).
Потребовалась определенная модификация исследуемой муки в целях применения ее в мучной и хлебопекарной промышленности. Была составлена смесь муки люпина с меланжем в соотношении 1:3 и проведено сравнение функционально-технологических свойств меланжа и комбинированной смеси. Установлено, что для обеспечения необходимой консистенции смеси, соответствующей меланжу, количество которого в опытных пробах сокращается на 7,5%, дозировка люпиновой муки в меланж должна составлять 30%. Внесение люпиновой муки снижает функциональные свойства меланжа. Так, ЭС снижается на 1,5, СЭ - на 1,5, ЖС - на 20 и ПС - на 100%.
Известно, что продукты неполного гидролиза белка, где основной массой являются пептиды, обладают более высокой, чем аминокислоты и нативный белок, пенообразующей способностью. С целью нивелирования отрицательного воздействия люпиновой муки провели биомодификацию люпиново-меланжевой смеси нейтразой и получили гидролизат. Соотношение компонентов в смеси запатентовано [112]. В ходе гидролиза определяли активную кислотность, содержание растворимого белка, пептидов и аминокислот. В состав полученного гидролизата вошли, %: пептиды - 42,4, аминокислоты -7,1, белки - 5,5, декстрины - 33, клетчатка -11, липиды - 7 и зола - 4.
Установлено, что за 150 мин гидролиза ПС увеличилась на 28, ЖС - на 56, ЭС - на 20%. При выработке полуфабрикатов по предложенной технологии изменялась их плотность (плотность яично-сахарно-люпиновой массы снизилась на 4%, а бисквитного теста - на 2%), в результате время начала расслаивания яично-сахарно-люпиновой массы замедлилось на 5 мин.
Был разработан новый продукт - бисквит «Милашка», патент РФ №2328855 [109]. По сравнению с контролем, он обладал лучшими органолептиче-скими показателями, имел янтарно-желтый цвет, приятный вкус и аромат. При разработке рецептурного состава продукта были учтены данные по аминокислотному скору компонентов, повышен скор лимитирующей аминокислоты (лизина) на 21,2% [113].
Была исследована цветность фаршей, выработанных из мясного сырья с добавлением в качестве экономического компонента муки из бобов люпина и сои. Отклонение в цветовых характеристиках образцов с добавками было незначительным. Также проводили измерение рН указанных многокомпонентных систем, значение водородного показателя при введении добавок из бобовых не менялось [7].
В Могилевском государственном университете продовольствия была разработана технология получения белоксодержащей добавки из зерна люпина. Данная добавка представляет собой однородный порошок светло-желтого цвета без посторонних включений с содержанием белка не менее 45%.
Авторами была изучена возможность применения белоксодержащей добавки из зерна люпина при производстве вареных колбас. Некоторые технологические свойства добавки из зерна люпина были исследованы на модельных фарше-вых системах: измельченные говядина и свинина при фиксированном соотношении, выбранном на основе предварительных исследований, с различными количествами вводимой добавки — от 12 до 52 % в гидратированном виде, вводимой на стадии куттерования. Фаршевые системы составляли без дополнительного введения традиционных функциональных добавок.
Гидратацию осуществляли в соотношении 1:3. Результаты экспериментальных исследований по определению водосвязывающей способности фарша в зависимости от доли замены основного сырья доказывают целесообразность применения добавки из зерна люпина в составе комбинированных вареных колбас в количестве 16-24 % [20].
Кроме использования люпина для пищевых целей его можно добавлять в комбикорма, так как он является высокопитательной культурой (табл. 1.16). При скармливании люпина свиньям его добавляют до 22,8 % с содержанием алкалоидов до 0,06 % [69].
Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на обезжиренном молоке
Эффективность биоконверсии углеводсодержащих компонентов, входящих в состав муки люпина, оценивалась по содержанию сырого протеина в полученном жировом концентрате, а также по увеличению содержания сырого протеина по сравнению с данными контрольной пробы (без введения ФП) и с данными по исходному сырью.
Нативная мука сорта «Снежеть» имеет содержание сырого протеина 46,04% на св. В таблице 3.5 приведены физико-химические показатели продуктов, полученных при совместном проведении экстрагирования небелковых соединений и ферментативного гидролиза суспензии с помощью целлюлолитических ферментов. Эксперимент проводился при температуре 50 С и рН 4,44,5, гидромодуле 1 : 10. Используемый диапазон рН находится в области изоэлектрической точки белков и обеспечивает минимальные потери белка при разделении нерастворимой и растворимой фракции субстрата.
Таблица 3.5 - Физико-химические показатели белковой пасты и сыворотки, полученные с использованием целлюлолитических ФП Наименованиеферментногопрепарата Содержание сырого протеина в пасте, % на с.в. Содержание жира в пасте, % на с.в. Влажность белковой пасты, % Содержание сухих веществ в сыворотке, % Содержание сырого протеина в сыворотке, % на с.в.
Методом Сокслета определено содержание липидов в белковой пасте, полученной в опытах с целлюлазами. Некоторая часть липидов вместе с белковыми молекулами сконцентрировалась в пасте, что привело к увеличению содержания жира в конечном продукте на 3-4% по сравнению с исходной мукой.
Массовая доля сырой клетчатки в белковой пасте составляет (5±1) % на св., для ее определения использовался метод Геннеберга и Штомана. Клетчатка составляет около 15% от всех углеводов люпина. Помимо клетчатки фракция углеводов включает гемицеллюлозы и пектиновые вещества, пентозаны, крахмал. Исходя из данных материального баланса, около 20% клетчатки подверглось биоконверсии с образованием растворимых углеводов.
При получении белкового концентрата по данной технологии возможно использование алкалоидного растительного сырья, так как процесс ферментативной деструкции полисахаридов люпиновой муки способствует динамичному экстрагированию алкалоидов.
Перспективно применение водного экстрагирования небелковых соединений в присутствии гидролитических ферментов при получении кормовых концентратов и составляющих кормов. Как известно, в животноводстве для кормления молодняка используется растительное сырье с невысоким содержанием структурных полисахаридов. Поэтому увеличение биодоступности комплекса растительных полимеров, входящих в состав продуктов переработки люпина, является одной из актуальных задач кормопроизводства. 3.1.4 Исследование действия ферментных препаратов различной субстратной специфичности на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина
В состав углеводной фракции субстрата входят такие полисахариды как крахмал, ксилан, гемицеллюлозы и пектиновые вещества. Поэтому применение ферментных препаратов -амилазы и ксиланазы имеет преимущество. При температуре 50С, и гидромодуле 1: 10 проведена экспозиция суспензии с имеющимися ферментами, результаты эксперимента представлены в таблице 3.6.
Использование целлюлаз и ксиланаз при экстрагировании небелковых соединений в исследуемых условиях приводит к наилучшим результатам. Худший результат получен с ферментными препаратами -амилазы, что может быть связано с более низким содержанием крахмала в нативной муке по сравнению с содержанием других высокомолекулярных соединений углеводной природы, и соответственно с меньшим вкладом -амилазы в биоконверсию. Для повышения эффективности использования ферментов необходимо подобрать оптимальные условия ведения процесса. 3.2 Оптимизация условий ведения процесса экстрагирования небелковых соединений с ферментным препаратом целлюлазы
Эксперименты проводились на трех уровнях, при осуществлении всех возможных комбинаций из трех факторов по схеме полного факторного эксперимента. Использовалось униформ-ротатабельное планирование.
На содержание сырого протеина в продукте (y, %) изучалось влияние трех факторов: температуры (z1) в диапазоне 50-60С; дозировки ФП Целлюлаза-100 (z2) в диапазоне 0,54-1,62 ед/г; соотношения вода : мука (z3) в количестве 10:1; 15:1; 20:1. Экспозиция суспензии с ФП проводилась в течение 40 минут. Эксперимент, нацеленный на определение оптимальных условий процесса, можно адекватно описать полиномом второго порядка.
Влияние соотношения молочного и растительного белков в суспензии на вла-гоудерживающую способность сгустков
Проведены исследования структурно-механических свойств дисперсии концентрата белков люпина в процессе ферментации. Измерения проводились при комнатной температуре.
С увеличением времени ферментации коэффициент эффективной вязкости плавно увеличивается и достигает максимума за 3-4 ч, что говорит о процессе структурообразования в системе (рис. 5.5). Измерения проводили при скорости сдвига, равной 27 с-1.
Образцы подвергали деформированию на ротационном вискозиметре в ин -1 тервале величин градиентов скорости от 3 до 1312 с при последовательном увеличении градиента скорости и при уменьшении его [57, 87].
Кривые течения на прямом ходу аналога кисломолочного продукта, ферментированных комбинированных продуктов с различным соотношением молочных и растительных белков приведены на рис. 5.6.
С повышением напряжения сдвига наблюдается понижение вязкости, что говорит о неньютоновском (псевдопластическом) характере течения вещества. На графиках можно выделить области с наибольшей предельной вязкостью щ практически неразрушенной структуры и наименьшей вязкостью Т]т предельно разрушенной структуры [74, 90].
Как известно, вязкость неньютоновских материалов при заданных температуре и давлении не остается постоянной, а зависит от скорости деформации, поэтому зависимость напряжения от скорости сдвига имеет нелинейный характер [90]. Аномалия вязкости связана со структурой жидкости и ее изменением при течении. При малых скоростях сдвига наблюдается наибольшая вязкость жидкости - структура вещества разрушается и полностью восстанавливается; с увеличением скорости разрушение структуры начинает преобладать над восстановлением, при этом происходит все большая ориентация частиц в направлении течения и вязкость резко уменьшается [11, 22].
Течение сопровождается разрушением агломератов частиц дисперсной фазы. На участках кривых течения аналога КМП и комбинированного продукта с соотношением СОМ/КБЛ 25/75 в диапазоне скоростей сдвига от 9 с до 729 с зависимость между напряжением и скоростью сдвига имеет аномальный характер.
Введение восстановленного обезжиренного молока до 25% в состав рецептуры продукта приводит к уменьшению текущих значений коэффициента эффективной вязкости. При внесении обезжиренного молока в состав ферментированного продукта в количестве 50% и более зона аномальной вязкости сокращается и наблюдается в диапазоне скоростей сдвига от 9 с до 437,4 с .
На рис. 5.7 приведены графики изменения коэффициента эффективной вязкости от градиента скорости деформации для аналога кисломолочного продукта, кисломолочного продукта на обезжиренном молоке (контроль) и комбинированного продукта с соотношением СОМ/КБЛ 50/50.
На реограмме получена петля гистерезиса, поэтому по У. Л. Уилкинсону рассматриваемую систему можно отнести к системам, в которых связь между напряжением и скоростью сдвига зависит от времени действия напряжения (тиксотропные жидкости).
Вязкость аналога кисломолочного продукта выше, чем контрольного продукта. Площадь петли гистерезиса комбинированного продукта с соотношением СОМ/КБЛ 50/50 больше, данный продукт характеризуется более низкой способностью к тиксотропному восстановлению, чем аналог КМП и контрольный продукт.
Значения коэффициента эффективной вязкости на обратном ходу меньше, чем на прямом ходу, что свидетельствует о разрушении структуры материала в процессе испытания. По соотношению текущих значений данных величин при одной и той же скорости сдвига на прямом и обратном ходу можно судить о способности вещества к тиксотропному восстановлению.
На рис. 5.8 изображены графики зависимости коэффициента эффективной вязкости от градиента скорости деформации для комбинированных продуктов с соотношением СОМ/КБЛ 25/75 и 75/25 в сравнении с графиком для аналога кисломолочного продукта. Комбинированные продукты обладают менее выраженными тиксотропными свойствами, по сравнению с аналогом и контрольным продуктом.
Комбинирование в составе ферментированного продукта растительного сырья с восстановленным обезжиренным молоком в возрастающем количестве приводит к падению вязкости. Зависимость коэффициента эффективной вязкости при определенной скорости сдвига от процентного соотношения растительного и молочного белков в смеси можно описать прямой кх+Ь.
Структурообразовательные процессы в рассматриваемых дисперсных системах можно охарактеризовать по методу Грин-Вельтмана по соотношению эффективной вязкости до и после разрушения структуры, а также с помощью метода Павловского, отслеживая изменение вязкости при постоянной скорости вращения ротора вискозиметра [51].
Образцы продуктов с различным соотношением СОМ/КБЛ деформировали при постоянной скорости сдвига, равной 27 с-1, в течение 2 минут. Полученные зависимости изменения коэффициента эффективной вязкости продуктов от времени представлены на рис. 5.11.
