Введение к работе
Актуальность работы. Питательные потребности организма не всегда могут быть удовлетворены обычной пищей. Зачастую болезнь, травма, недомогание способствуют дефициту питательных веществ. Ухудшение самочувствия, остановка процесса лечения и значительный рост осложнений - это лишь некоторые последствия неправильного питания. В группу особого риска входят пациенты с хроническими заболеваниями, дети и пожилые люди, поскольку они наиболее часто испытывают сложности с потреблением и усвоением пищи. В связи с этим большое внимание уделяется специализированным продуктам лечебного назначения, которые являются крайне важными для поддержания здоровья, а иногда даже жизненно необходимыми. Продукты специального назначения предназначены для систематического употребления в составе пищевых рационов, которые позволяют сохранить и укрепить здоровье за счет наличия в их составе веществ, обладающих способностью оказывать благоприятный эффект на физиологические функции и процессы обмена веществ в организме.
Рацион, включающий в себя продукты питания, обладающие лечебными свойствами, такие как функциональные и специализированные продукты питания, способствуют благоприятному течению заболевания, повышению защитных свойств организма, активизирует течение анаболических процессов, что в конечном итоге ведет к восстановлению здоровья. Согласно литературным данным, при некоторых заболеваниях в рацион питания включают специализированные и лечебные продукты, что является одним из методов, позволяющий предупреждать развитие тяжелых последствий болезни. К числу таких заболеваний относятся наследственные нарушения аминокислотного обмена, в том числе гистидинемия, фенилкетонурия, тирозинемия, алкаптонурия и другие. В основе генезиса заболеваний, обусловленных нарушением аминокислотного обмена, лежит избирательное снижение активности того или иного фермента, участвующего в метаболизме аминокислот, поступающих с пищей.
На данный момент активное выявление детей с такой патологией как гистидинемия только начинается и довольно быстро прогрессирует; при полном отсутствии фермента заболевание проявляется в первые месяцы жизни и нередко приводит к смертельному исходу. Профилактика заболевания основана на выявлении гетерозиготных носителей патологического гена с помощью нагрузочных тестов и на ранней биохимической диагностике патологии, то есть выявлении биохимического дефекта до возникновения клинических симптомов. Последнее осуществляется с помощью программы тотальных скринирующих исследований.
Степень проработки темы исследований. Исследования по созданию специализированных лечебных продуктов питания для детей с наследственным нарушением аминокислотного обмена обобщены в трудах Т.Э. Боровик, К.С. Ладодо, П.Ф. Крашенинина, В.И. Круглика и других ученых.
Анализ научных литературных данных показал, что для детей, больных гистидинемией, в других странах создаются специальные лечебные продукты питания по определённым технологиям, а в России подобных отечественных продуктов как таковых не существует, что является актуальным на данный момент.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы является исследование биотрансформации гистидина в гидролизатах молочных белков с использованием L-гистидин-аммоний-лиазы и разработка технологии белкового концентрата для специализированных продуктов лечебного назначения.
Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи исследований:
провести сравнительную оценку по физико-химическим свойствам, химическому составу и биологической ценности белков растительного и животного происхождения;
определить оптимальные параметры ферментативного гидролиза белков коровьего молока протеолитическими ферментами;
исследовать кинетику процесса биотрансформации гистидина под действием L-гистидин-аммоний-лиазы;
разработать технологию удаления транс-уроканиновой кислоты и аммиака из полученного гидролизата белков коровьего молока;
разработать технологию молочно-белкового концентрата;
исследовать состав и свойства молочно-белкового концентрата, разработать техническую документацию и дать оценку экономической эффективности.
Научная новизна работы:
выявлено, что в процессе протеолитического гидролиза ферментным комплексом, состоящим из химотрипсина, карбоксипептидазы А, лейцинаминопептидазы и аланинаминопептидазы при фермент-субстратном соотношении 1:20 при температуре 50±1С, активной кислотности среды 7,6 ±0,05 и продолжительности 8±0,05 ч происходит максимальное высвобождение гистидина из полипептидной цепи;
установлено, что в ходе ферментативной реакции происходит интенсивное накопление конечных продуктов биотрансформации аминокислоты гистидина (транс-уроканиновой кислоты и аммиака);
изучены кинетические процессы биотрансформации свободной циклической аминокислоты гистидина, содержащейся в гидролизате белков коровьего молока;
подобраны оптимальные технологические параметры очистки полученного гидролизата белков коровьего молока от продуктов биораспада циклической аминокислоты гистидин;
показано, что при температуре 80±5С в течение 1,5 ч наблюдается полное удаление аммиака из реакционной смеси;
установлена продолжительность хранения молочно-белкового концентрата, освобожденного от аминокислоты гистидин - 180 суток при температуре плюс 20±2 С;
рассчитана экономическая эффективность выработки продукции.
Практическая значимость работы. Исследованы закономерности
ферментативного гидролиза белков коровьего молока протеолитическими ферментами, а также процесс биотрансформации гистидина под действием L- гистидин-аммоний-лиазы. Практическая ценность работы состоит в разработке технологии получения молочно-белкового концентрата без аминокислоты гистидин - для детей, больных гистидинемией. Подана заявка на выдачу патента (№ 2012146705 от 01.11.2012 «Способ получения функционального белкового продукта для больных гистидинемией»). В установленном порядке подготовлен комплект технических условий и технологических инструкций.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2007-2013 годы», государственный контракт № 12.527.11.0008.
Методология и методы исследования. Отбор проб и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809, ГОСТ 9225. Массовую долю сухих веществ определяли по ГОСТ 30648.3. Плотность молока определяли молочным ареометром АМТ - ГОСТ 3625. Для количественного и качественного определения аминокислотного состава использовали систему на базе высокоэффективного жидкостного хроматографа (аминокислотный анализатор) Aracus PMA GmbH. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) «RAPID N ELEMENTAR», работающего по методу Дюма - сжигания пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для количественного определения массовой доли амминого азота использовали метод Лоури. В данном методе сочетаются две реакции. Первая - биуретовая реакция. Во второй реакции (собственно реакция Фолина) задействован реактив Фолина-Чокальтеу. Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Молекулярно- массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Просмотр и фотографирование гелей проводили на УФ- трансиллюминаторе TCP-20M («Vilber Lourmat», США) при длине волны излучения - 312 нм. Аминокислотную последовательность образованных пептидов определяли с помощью автоматического секвенатора, работающего по методу Эдмана. Биотрансформацию гистидина проводили статическим методом в термостате с перемешиванием, при температуре 30±2С и рН 7,50± 0,01 (фосфатный буфер). Массовую долю аммиака и транс-уроканиновой кислоты определяли методом капиллярного электрофореза с помощью системы «КАПЕЛЬ 105». Для определения водорастворимых витаминов использовали метод капиллярного электрофореза системы «КАПЕЛЬ 105». Определение жирорастворимых витаминов проводили методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографией на хроматографе «Милихром» со спектрофотометрическим детектором и спектральным диапазоном 190-360 нм. Очистку гидролизата с целью удаления транс-уроканиновой кислоты и аммиака проводили с помощью ротационного испарителя ИР-1ЛТ и ферментативной реакции в присутствии уроканиназы с каталитической активностью 100000 МЕ/мг белка. Массовую долю макро- и микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Микробиологические показатели определяли в соответствии с СанПиН 2.3.4.551, СанПиН 2.3.2.1078, ГОСТ 9225, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 10444.11, ГОСТ Р 50480.
Степень достоверности и апробация работы. Основные положения диссертации получили одобрение на научно-практических конференциях, в том числе: на Всероссийской конференции студентов и аспирантов «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (г. Кемерово,
-
-
г.), Инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (г. Кемерово, 2011 г.), Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых учёных «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2011 г.), VI Всероссийской научно- практической конференции с международным участием «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2011 г.), III Международной научно-практической конференции «В мире научных открытий» (г. Москва,
-
г.), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2012 г), IX Международной научно-практической конференции «Наука в современном мире» (г. Москва, 2012 г.), Международной молодёжной конференции «Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (г. Кемерово, 2012 г).
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ и 2 электронные работы, в том числе шесть статей в отраслевых журналах, рекомендованных ВАК: «Техника и технология пищевых производств», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Молочная промышленность», «Современные проблемы науки и образования», «Фундаментальные исследования».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, аналитический обзор, организация, объекты и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, результаты и выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 108 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы и 22 рисунка. Список литературы включает 157 наименований.
Похожие диссертации на Исследование и разработка технологии белкового концентрата на основе гидролизатов белков молока
-
