автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.10, диссертация на тему:Фракционирование клеточного сока люцерны с получением кормовых и пищевых белковых концентратов

Р " МОСКОВСКАЯ ГООГДАРСТБЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

КИРЕЕВА ВАЛЕРИЯ ВАСИЛЬЕВНА

УД( 636.085.7:036.94

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНОГО СОКА ЛЮЦЕРШ С ПОЛУЧЕНИЕМ КОРМОВЫХ И ПИЩЕВЫХ БЕЛКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

05.T8.I0 - Технология витаминных, ферментных

и белковых препаратов, чат и табака

АВТОРЕвЕРАТ

диссертации на соискание ученоР. степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете и Центральной научна-исследовательской лабрра тории комплексной переработки растительного сырья УААН

НтучниЯ руководитель - доктор технических наук

МЛ.КОГАЖВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

¿едущая опганизация - Научно-производственное

объединение "Биопрепарат" (г. Ростов-на-Дону)

К 063.51.04 при Московской государственной академии пщввых производств по адресу: г. Москва, А-80, Волоколамское шоссе, ТТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии пищевых производств.

Автореферат разослан " //" фг£рО//!-1 Т994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук.

профессор А.П.нечаев

кандидат сельскохозяйственных наук В.Р.МЗНИЦКИЯ

За-цита состоится Л 7994 г.

в 40 час. на заседании специализированного совета

доцент

А.И.Садова

i. оецля характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время проблема ликвидации дефицита белка остается наиболее актуально!! в ¡.r.ipa. Более 6С£ человечества питается неудовлетворительно, не получал, в частности, достаточного количества белка. По статистический оценкам ФА0/00Н продовольственна' обеспеченность болкоы в мира составляет 76$, причем на доле белков ^цветного происхождения приводится 35^ ( Ряо/ит, 1973).

Абсолютный дефицит кормового белка в нашей страня составляет 6 млн т или 16-18'' от потребности. Кроме этого существует так называем^ "скрыпй дефщнч1", возникпщий в связи с нека-чэстЕенностью используемого протеина. Оценка последствий абсолютного и скрытого дефицита белка показывает, что недобор животноводческой продукции в среднем по стране достигает 40%.

Эффективность решения этой задачи определяется одновременным использованием как традиционных, так и качественно новых ыэтодов производства пищи. Несмотря на определенные успехи, достигнутые в области иивотноводстка и птицеЕодстга, проблема ликвидации дефицита белка остазтся нерешенной в связи с особенность» функционирования систеш "растениэ-иивотноб-чаловек", позволяемой трансформировать растительные белки в животные с коэффициентом конверсии, на превышающим 15-25/5 (Пири Н.У., IS30). Зто обстоятельство обусловило возрастание вникания исследователей к возможности производства и непосредственного использования в питании человека белков из нетрадиционных источников. В настоящее время разработано много методов получения концентратов и изоля-тоз кормового и пищевого назначения из белоксодаржащвго сырья. Среди них особое внимание удаляется переработке вегетативной массы растений. Зеленые растения являются практически неогрпни-

3

ценным резервом белков, содержащихся в удобной для извлечения форме и обладшцих высокой биологической ценностью Шаыаева Е.М., Высоцкий В.Г., 1986).

Вопросам разработки технологии и оборудования для выделения кормовых и пищевых концентратов из зеленых растений уделяется большое внимание во зесем шре. Разработано несколько технологических процессов - "Про-Ксан-П" (США),"Ведекс"(Венгрия) и др., обеспечивающих производство этих продуктов в опытно-промьшленных условиях (Колер Г.О.,Бикофф е.М.,1979,Кох Л.,Мадл ©.,1985). Однако несмотря на многочисленные исследования, которые ведутся в этом направлении, крупномасштабная промышленная технология фракционирования белков ¡глеточного сока с получе зм высококачественных кормовых и пищевых белков отсутствует, Это связано с тем что существующие способы производства белка недостаточно эффективны. Они имеют высокую энергоемкость и, как правило, позволяют получать денатурированный белок с относительно низкими биологической ценность» и функциональными СЕОйстгаыи, что затрудняет его использование в продуктах питания.

В то же вреь-а фракционирование белков клеточного соха может быть осуществлено с помощью гидромеханической обработки, используемой в пщеЕой промышленности, в частности, для стерилизации молока. Преимуществом данного способа является возможность коагуляция белкоз ь более нягких, по сравнению с традиционными способами, условиях (Ангюс Р.еВандер Г.,1971). Однако в литератур© отсутствуют данные о аго применении дал получения пищевых белков из сока растений.

Цель уаботы состояла в разработке эффективной технологии фракционирования клеточного сока растений, основанной на его гидромеханической обработке с получением коршгзыя и шцамк белковых концентратов с гысокой биологической ценность».

4

Задачи исследования:

•-сравнительно изучить влияние способа фракционирования клеточного сока на физико-химические и биохимические показатели, а также на биологическую ценность белковых концентратов;

-определить оптимальные режимы фракционирования клеточного, сока;

-провести анализ потенциальной безвредности белковых концентратов и определить соответствие требованиям, предъявляемым к кормовым белково-Еитаминным концентратам и пищевым продуктам;

-провести расчет ожидаемого годового экономического эффекта от внедрения технологического процесса.

Научная новизна работы заключается в установлении закономерности коагуляции хлорогигастных и цитоплазматических белков при гидромеханическом воздействии на клеточный сок из листо-стебельной биомассы, определении режимов и параметров получения белковых препаратов.

Разработан способ гидромеханической обработки клеточного сока, позеолящий получать фракции хлоропластных и цитоплазматических белков в более мягких, по сравнению с традиционной термообработкой, условиях.

Изучены физико-химические, биохимические и токсикологические свойства белковых концентратов, представлена количественная оценка влияния способа фракционирования на их качество.

Практическая значимость работы состоит в разработке экономически эффективной технологии фракционирования клеточного сока растений, включающей получение вксококачествени'« кормовых и пмцеБьгх белков способом гидромеханической коагуляции.

Технология фракционирования клеточного сока растений реализована на опытно-проыывленной линии. Расчетной экономический

эффект от внедрения разработанной технологии составляет по

5

изменяемым показателям 10,37 тыс.руб по ценам 1991 года при сроке окупаемости линия 3 года.

Полученные результаты передана в НПО "Корма" (г.Москва), где использованы для обоснования и разработки эффективной технологии влажного фракционирования зеленых растений.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложен на Шсесоюзной конференции "Химия пищевых веществ, свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах" (Могилев, 1990), на Всесоюзной конференции "Разработка комбинированных продуктов питания" (Кемерово, 1991), на юбилейной научно-технической конференции Масличные семена, масла, яиры: перспективы совершенствования техники и технологии производства и переработки" (Санкт-Петербург, 1993).

Публикации.По материалам диссертации опубликовано Ь работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы из 195 наименований, в тоы числе 40 на иностранных языках. Работа содержит 172 страницы машинописного текста, 35 таблиц, 25 рисунков и приложения.

2. ОБЗОР ШЕРА1УШ

Рассмотрено производство кордового и пищевого белка из листостебельной биомассы растений при использовании различных лабораторных и промышленных способов фракционирования клеточного сока. Приведены дшшые о составе и свойствах выделяемых' белково-витаминных концентратов и пищевых продуктов.

з. шода и шг&иш иссэдэадш

Клеточный сок получали на опытно-промышленной линии РИСХМа (ДПЕУ) методом влажного фракционирования листостебельной биомассы (Долгов И.А., Новиков Ю.й., Яцко М.А., 1976).

Исследования по ' определению оптимальных режимов коагуля-

6

ции хлоропластных (ХП5) и цитоплаэматических (ЦП!) фга.;циЛ проводили способами гидромеханической обработки, изоэлсктрнчес-кого осаждения и комбинированного воздействия.

Гидромеханическую обработку клеточного сока выполняли на установке, включающей гидромеханический коагулятор, разработанный в Проблемной лаборатории ДТУ (РЛСХЛ) (Фомин и.И., Лроцен-ко Г.П., 19о5). Схема установки приведена на рис. Т.

Гидромеханический коагулятор представляет собой полый корпус Т, внутри которого установлен ротор 2, выполнений в а:ьт,е чаши, иыещей форму секторов с лопатками 3,3. Крчлка. 4 корпуса Т, с лопатками 3,5 образуют между собой в месте установки лопаток кольцевую полость. Для ввода жидкости кршка 4 снабжена патрубком 5 и патрубком 7 - для отвода коагулята. Ротор 2 укреплен на валу с>, установленном на подаипннках 9. Привод ротора 2 осуществляется через муфту ТТ электродвигателем Т2. Установка вклкчавт также насос ТЗ, емкости Т4.Т5, кран То и термометр 77.

Коагуляция происходит без использования внешнего теплоносителя за счет энергии, передаваемой жидкости лопатками гидроустройства, приводимого в движение механическим способом.

Установка работает следумцим образом.

Клеточный сок при помоги насоса ТЗ по входному патрубку б поступает в центральную часть ротора 2 и далее через вальцевнй зазор - на лопатки 3 и 5, Устройство выполняет роль коагулятора. Под действием непрерывного движения сока, его перемешивания в кольцевых зонах между пазами и выступами лопаток при вращении ротора, а также центробежных сил образуются высокоскоростные вихри жидкости, ■б них внутренние слои жидкости взаимодействует друг с другом,внешние - с поверхностью ротора и его кры'пки. За счет этих механических усилий интенсифицируются процессы агрегации

7

В<с Л Схе;<а устеясгки для коагуляции клеточного сока

растений: 1-корпус; 2-ротор; 3,5-лопатки;

4-крышка; 6,7-патрубки; 8-вал;•9-подзипники;

Ю-уплотнение; П-муфта; ХЕ-элзктродвигауель;

13-иасос; 14-расходная емкость; 15-мерная емкость; 16-крон; 17-термометр.

белковых молекул.

Процесс сопровождается нагревом жидкости, температура коагулята на выхода из устройства регистрируется термометром.

Коагулят выбрасывается в патрубок 7 и далее поступает а накопительную емкость. Скорость вращения ротора постоянна. Регуляция интенсивности обработки осуществляется путем тиснении [исхода жидкости ( fy ), проходящей через устройство. Обработку сока проводили в режиме fy =50.т0~2-20.ю~2кг/с (f- 30-90°С).

Изоэлектрическое осаздение выполняли с помощью введения соляной кислоты для установления pri равныы 6,0-3,0.

При комбинированном воздействии клеточный сок на первой

о

стадии подвергали гидромеханической обработке (^=50.10 -40. Т0~2кг/с ("fc'= 30-50°С), на агорой - изозлектрическо.чу оспя-

дению (рЯ 4,5-3,0).

Исследования по определения экспозиции разделения белковых фракций проводили с отстоем коагулята после первой и второй стадий обработок сока. Б опытах использовали флотационную установку, спроектированную и выполненную в iliii'Ji КЗК ДГТУ.

Электрофоретическу;< подвижность и молекулярные веса изучаемых фракций определяли методом электрофореза в ПААГ с ДДС-натрия ( L<wr>t; U.K. , Т970), оптические спектры поглощения - на спектрофотометре "Seckman (США).

^ препаратах определяли содержание сырого протеина, белка, сырого яира, сырой клетчатки, сырой золы, B3d, кальция, фосфора, легкоги.дрэлизуешх углеводов, микроэлементов по регламентированным ГОСТами методикам. Содержание хлорофилла устанавливали на спектрофотометре "Sfjekoi'M"tаминокислотный состав исследовали с помощью автоматического анализатора AAA-oal после гидролиза проб с о-н соляной кислотой а течение 24ч при ^ = 1Г5°С.

Определение остаточного содержания ионов тяжелых металлов и мышьяка проводили методом газожидкостной хроматографии, пестицидов - с помощью тонкослойной хроматографии.

При микробиологическом исследовании препаратов устанавливали общее микробное число, микологическую и бактериальную обсеменен-ность.

Содержание афлатоксинов определяли методом тонкослойной хроматографии.

Переваримость белковых фракций определяли по методу Сател-ли С. с сотр. (1979), в котором используется четырехферментный гидролиз препаратов <л if ¿¿to трипсином, химотрипсином, пептида-зой и бактериальной протеазой, .Атакуемость белоксодеркащих фракций пепсином и трипсином - по методу, предусматривающее двух-стадийный последовательный гидролиз препаратов (Покровский A.A., Ертанов И.Д.,1965).

Расчетные показатели биологической ценности белковых фракций вычисляли по уравнению Митчела-Блока (1946) и Хансена-Зггума коэффициент использования белка (У) - по методу Бражникова A.M..Рогова И.А. и сотр. (1984). Коэффициент эффективности С-PtH. определяли по методу Сателли С. и сотр. (1979). Расчет валовой энергии производили по методическим рекомендациям ЕАСХШ1Л (1984). Обобщенный показатель качества рассчитывали по методу Новикова D.ffi. ,Коганова М.М. и сотр. (1988).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили общепринятым методом (Лакин Г.4., 1990).

При проведении экспериментов использовали вегетативную массу люцерны синегибридной сорта "Ианычская", I укоса, выращенной на удобренных полях в учебно-опытном хозяйстве "Рассвет" Аксай-. ского района Ростовской области. Листо-стебельная биомасса "скашивалась в фазе бутонизации в период с мая по ишь.

. •■ Ю - " '

' 4. результату иссвдошший

4.1.Влияние способа коагуляции на разделение хлоропластной и цитоплаэматической фракций белков клеточного сока

Проведенные исследования по изучению процесса фракционирования белков клеточного сока растений с помощью гидромеханической обработки, изоэлектрического осавдения и комбинированного воздействия позволили установить существенное влияние способа фракционирования на состав и свойства получаемых концентратов.

Определение параметров коагуляции ХП5 и ЦП® и режимов их разделения показало, что при обработке клеточного сока всеми использованными способами наблодалось снижение содержания белка и хлорофилла в надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования, в результате коагуляции бэлнов. При этом снижение содержания белка имело две четковыраженные волны, соответствующие коагуляции ХП5 и ЦП£, снижение содержания хлорофилла - одну, соответствующую коагуляции ХП5. В качестве параметра эффективности разделения фракций использовали зависимости й.п и " максимумы

которых соответствовали оптимальным значениям величины расхода видкости { ^ Ни фиксированной температуре)- ^¡>1 кислотнос-

ти среды рНо^. при которых растворенные в сугшрнатанте белки в наименьшей степени пигментированы хлорофиллом (рис. - 2).

Наименее пигментированные белки были получены при использора-нии способа гидромеханической обработки. Оптимальным режимом для разделения фракций было значение

^¿=4б.1СГ2кг/с(^=40оС).' При этом 72,3% белка клеточного сока концентрировалось в хлоропластной фракции и 27,7% - в цчтоплазматической (табл. I).

С наибольшей интенсивностью белки ХП5 коагулировали при 4б,25.10~2кг/с(^ш^=37,5оС): содержание белка составляло С8£, хлорофилла - при =48,75 Л0"2кг/с( =32,5°С) - 91,С".

I I

<

7 £ 5 V

3 *

/ а

_______х

¿3 "15 "¿0 35 «О ¿О 69 \ ?0'**'/с 90 Ю 70 60 30 40 & го *?Сй(ул

90 ю то во ео уо &> ¡о -к С

Рис.2 Содержание белка и хлорофилла в супернатантах, подученных после гидромеханической обработки и цантритугироеакия клеточного сока: —— белок(С^)} - - хлорофилл (Сад)'

I 2

Таблица I

Оптимальный реаии разделения ХПЗ и ЦП8 и оптимальное содержание в них белка и хлорофилла

Вид обработки

Гидромеханическая 45 (40) 4,0 72,3 27,7 91,0 9,0

Изоэлектричэское 5,25 3,0 69,8 30,2 89,3 10,7

осагщенио

Комбинированное 45 (40)

воздействие 4,0 72,3 27,7 91,0 9,0

Термообработка 45 2,7 77,3 22,7 91,2 8,8

Таблица 2

Параметры процессов коагуляции белков клеточного сока

Вид обработки

I пщг<В | />*й»2$ ! ; /как /кл ^тах&хл } »

Ш\ * №1 * * кг?Г'1 *

(п.ч)_Длу дч;_

у,

Гйдромехани- 46,25 31,

ческая (37,5) (67

Изоэлектричес- 5,375

кое осаждение

Комбинированное 46,

воздействие (37

Термообработка (47,5) (62;5)

68,0 32,0 48,75 (32,5)

3,975 67,2 32,8

3,975 68,2 31,8 ,48,75 (32,5)

70,3 29,7 (32,5)

36. (57

91,6 8,4 5,625 4,125 86,5 13,5

4,125 91,6 8,4 (57,5) 92,0 8,0

В ЦПФ при ^»иа,2£=31,25.Ю"2кг/е (¿.noiZ5=67,5°C) содержание белка составляло 32$, хлорофилла при =36,25.10-2кг/с(¿««иг 1и ®

57,5°С) - В,4$> (табл. 2).

Установлено, что несмотря на происходящее повышение температуры клеточного сока, процессы коагуляции белков при гидромеханической обработке отличались от процессов, протекающих при паро-контактном способе нагрева. Отличия заключались в значениях температуры, необходимой для коагуляции белковых фракций и распределении белка мевду ними и, очевидно, определялись особенностями гидромеханического воздействия на обрабатываемый материал. Механизм гидромеханического воздействия основан на процессах, происходящих при возникновении кавитации, гидравлического удара и молекулярной трения перемещающихся одна относительно другой поверхностей жидкости, интенсифицирующих агрегацию белковых частиц. Механические усилия и развивающийся в процессе трения нагрев действуют одновременно,Вызывая коагуляцию белков клеточного сока в более мягких, по сравнению с традиционной термообработкой, условиях, определяемых кратковременностью воздействия (Г-2,2-3,4с) при более низкой температуре (¿%f »40°С);(при термообработке ^=55-60°С). В результате происходило перераспределение белка мезду фракциями и увеличивался выход ЦП®, составлявший 27,7$, ь тоЬремя как при термообработке выход цитоплазматичаских белков составлял 22,7%.

4.2. Определение режимов разделения белков ХП5 и ЦШ.

При определении экспозиции разделения фракций установлено, что при гидромеханической обработке и используемом в качестве контроля нагреве клеточного сока процесс отделения ХПФ завершался через 2100с. В условиях изоэлектрического осаждения агрегация макромолекул протекала более медленно, кривые содержания белка п,¡ходили на стационарный уровень при экспозиции, равной 2700с.

I k

Отделение осадка ЦПФ при использовании методов гидромеханической обработки, изоэлектрического осаждения и комбинированного воздействия завершалось через 2700с.

Зависимость разделения белков от времени отстоя аппроксимировали с помощью уравнения гиперболы второго порядка. Рассчитанные по уравнению ожидаемые значения содержания белка в коагуляте хорошо согласовались с эмпирическими значениями-'"«о, 97.

Полученные экспериментально оптимальные значения параметров фракционирования клеточного сока - рН«/4 и X использова-

ли для получения препаратов белковнх фракций. Контролем служили препараты хлоропластных белков, полученных нагревом до 53°С паро-контактным способом, цитоплазматкческих - повторной термообработкой при 80°С или изоэлектрическим осаждением белков коричневого сока I (рН 3,8).

4.3. $мзико-химические свойства белковых концентратов

При изучении физико-химических" свойств белковых концентратов определяли их спектральные характеристики и электрофоретическую подвижность.

Изучение спектральных характеристик выявило различие спектров поглощения белковых фракций в зависимости от способа их получения. Спектры поглощения всех препаратов имели максимумы при «=202-20бнм, .•}1=270-280нм. В хлоропластных фракциях при » 677нм наблюдался пик, соответствующий поглощению хлорофилла.

В спектрах поглощения ЦП® максимум при отсутствовал, но наблвдался пик при Х$ =33б-338нм, обсловленмнй поглощением феноль-ных соединений. Препараты цитоплазматичесюсс белков, получоных при гидромеханической и комбинированной обработках, содеряялн наименьшее остаточное количество фенольних соединений.

При электрофорезе в ПЛАТ и ДДС-натрил цитоплгзматические

I 5

белки клеточного сока разделялись на с-16 фракций (рис. 3).

ЩФ

60

*0

401

30

го

10 — V 3 т V Ркс . 3. Электрофоретииеские спектры белков ЦПФ:

1-препарат, полученный^гидромеханическим способом;

2-изоэлектрическим осавдениеа; 3-комбинированным воздействием; 4-контрояь (термообработка с последующим изоэлектрическим осаждением; 5-контроль (двухстадийная термообработка). 4 .

Максимальное число фракций - Го- зарегистрировано в препарате, полученном при гидромеханической обработке, минимальное -Ь - в результате из©электрического осаждения. Молекулярные веса варьировали в диапазоне 10-70 кД. Белки с молекулярным весом " 55 кД, представленные большми субъединицами РБМ, составляли 22,0-33,Максимальное•содержание этой фракции имел препарат, выделенный в результате гидромеханической обработки.

Сравнительный анализ здектрофоретических спектров показал, что способ фракционирования оказывал влияние на количественный состав изучаемых фракций. Наиболее сходным с клеточным соком по составу фракций был препарат, полученный после гидромеханической коагуляции - коэффициент корреляции по отношению к соку ** -0,963, для ЦП®, ввделенной при изоэлектрическом, осавдении I" » 0,Ь5о, при комбинированнш воздействии ^ - 0,953.

Различия в физико-химических свойствах определили различия в химическом составе белковых фракций.

4.4. Биохимическая характеристика белковых концентратов

Содеряание сырого протеина и белка в ХПФ варьировало в зависимости ач способа фракционирования (коэффициент варьирования С</ * 12,6% и 18,3? соответственно). Но по значениям данных в других показателей химического состава ХП5»" полученные всеми использованными способами, не уступали ГШ. Содержание протеина и белка в ЦП5 было выше, чем в соответствующих им хлоропластных и отличалось при использовании различных способов коагуляции ( С г = 29,3 и 17,С? ). Самые высокие значения данных показателей были в препарате, полученном в результате гидромеханической обработки - 73,74 и 68,20!? . Требованиям, предъявляемым к пищевым белкам, по показателям химического состава соответстго-вали препараты растворимых белков, полученные при гидромеханической и комбинированной обработках клеточного сока.

В белках ХП5 первой лимитирующей была сумма серосодержащих аминокислот, но величина г« скорое отличалась в препаратах, выделенных различными способами ( Су = 29,5*? ). Второй лимитирующей был изолейцин, что по опубликованным данным установлено для црепарата "Вепекс" , Содержание треонина а лизина таэте варьировало ( Се =* 16,38 н 7,9.7? соответственно ) . Максимальные значения НАН/ЭАК = 1,04 и сбалансированности аминокислотного состава С=1,015 имела фракция, полученная гидромеханически?« способом.

Сравнение аминокислотного состава ХПЗ и Щ5 показало, что препараты, выделенные всеми использованными способами, отличались более низким содержанием изолейцина н лейцина , но по содержания лизина и суммы ароматических аминокислот превышали ПЗК.

В ЩФ первой лимитирузщей была такхе сумка серосодерчедих

аминокислот, второй - изолейцин, но величина их скоров была выше, чем в соответствующих хлоропластных. Содержание данных аминокислот варьировало в зависимости от способа фрадционирования и было наибольшим во фракции,-.»полученной при гидромеханической обработке. Она также была лучда сбалансирована по аминокислотному составу (С=1,2й). Наибольшую величину НАК/ЗМ=1,04о имела ЦП$, выделенная после комбинированного воздействия.

По значениям расчетных показателей биологической ценности ) и коэффициентов использования (У) ХПФ уступали ЦПФ и отличались в зависимости от способа коагуляции. Препарат, выделенный при гидромеханической обработке, по величине/'^.» = 7о,58 превосходил остальные, но уступал по значениям показателей ВР+ем У С табл. 3)

Таблица 3

Расчетные показатели въ, У ХПФ и ПЗК из клеточного сока

!__Вид обработки__I

Показатель!Гидромеха_,Иэоэлектри_!Комбин,ф0_ !ТеЕМ00б_ ,ПЗК

'ническая !ческое !ванное воз- !работка !

!_¡осаждение {действие ! _!_

8Ип-В 72,65 74,60 72,66 71,18 73,72 76,56 53, То 7о,56 63,7й 49,93 У 0,393 0,331 0,393 0,402 0,442

Среди ЦПЬ максимальные значения всех показателей наблюдались в препарате, выделенном гидромеханическим способом -Мг/Г =97,12; Л^.] =60,99; 9 =0,653 (табл. 4).

При сравнении показателей биологической ценности белковых фракций, полученных различными способами, основывались на совокупности показателей, при этом принимали во внимание•величину

, учитывающей не только скор первой лимитирующей, но и аминокислотный состав. Исходя из этого был сделан вывод, что гидромеханическая обработка клеточного сока позволяет получать

I 8

Таблица 4

Расчетные показатели В1Г и Г ЦПФ клеточного сока

Показатель :_Вид обработки_

.Тидромехани-:Изоэлектри- :Комбиниро-:Термообработ-:ческая :ческое осаж-:ванное :ка с последута-: :дение гвоэдейст- :цим изоэлект-

: : :виё :рическим осаж-

:_ : : :дением

В(/„.ц 97,12 89,55 95,67 94,53

<5^., 80,99 76,11 80,37 70,82

У 0,653 0,604 0,638 0,604

гидромеханическая обработка клеточного сока позволяет получать

ХПФ и ЦПФ с лучшими показателями биологической ценности.

Для хлоропластных белков была также рассчитана величина валовой энергии. Наибольшее ее значение наблюдалось в препарате, полученном при изоэлехтрическом осаждении: ВЭ=1,77б мДх.кг""*.

Переваримость ХПФ н ЦПФ,- определенная методом четырехфер-ментного гидролиза, показатели атакуемости белков пепсином и трипсином, а также соответствующие величины полувремени гидролиза имели различные значения. Наиболее эффективно переваривались препараты, полученные гидромеханическим способом. Переваримость ХПФ составляла 63,8$ и приближалась к ПЗК (65,6$), НПФ - составляла 76,92?, уступала казеину (84,1656), но была близкой к белкам соевого концентрата (78,8?).

Все исследуемые фракции белков переваривались пепсином лучше, чем трипсином, при этом хлоропластные белки уступали цито-плазматическим. Самая высокая переваримость наблюдалась для препарата, выделенного гидромеханическим способом (35,4*0, что превышало переваримость Казеина (33,9^) и соевого концентрата (32,3*) трипсином - для препарата, полученного с помощью комбинированного воздействия (11,4^).

Коэффициент эффективности белка С-Р£Ц , учитивапгций колебания уровня аминокислот и переваримости белков, для ЩФ бил всте,

чем дня ХПФ. Максимальное его значение наблюдалось во фракции, ' выделенной гидромеханическим способом, и составляло 2,738.

Анализ совокупности показателей, характеризующих физико-химические и биохимиоские свойства белковых концентратов, показал, что способ фракционирования клеточного сока оказывал влияние на их качественный и количественный состав. По данным химического и аминокислотного анализа, переваримости и атакуемости белков протеолитическими ферментами, а также показателям биологической ценности препараты хлоропластних и цитоплазматичвских белков, полученные гидромеханическим способом, превосходили остальные. Высокие показатели биологической ценности препаратов, по-видимому, определялись воэмсзшоетью коагуляции в более мягких, по сравнению с пароконтактным способом, условиях. Совместное действие механического и теплового воздействий обеспечивало коагуляцию при более низкой температуре. Кроме того, щадящие условия достигались за счет кратковременного нагрева и отсутствия зон локального перегрева, неизбежных при использовании традиционных способов термообработки.

• 4.5. Определение безвредности и биологической ценности белковых концентратов

Исследования по определенна ориентировочной безопасности концентратов хлоропластних и цитоплазматичвских белков, полученных способом гидромеханической обработки клеточного сока, показали, что уровень бактериальной обсемененности, а также содержания плесневых грибов и дрожжей в концентратах был значительно нижа, чем в листостебельной биомассе. При гидромеханической обработке происходила стерилизация препаратов, вероятно, за счет механического и теплового воздействий, приводящих к коагуляции

протоплазмы микроорганизмов и их разрушении. В результате проис-

2 0

ходило снижение уровня бактериальной и грибной.флоры в препаратах ниже допустимого для белковых концентратов.

По содержанию афлатоксинов, остаточному количеству ионов тяжелых металлов и мнзьяка, а также хлорорганнческих пестицидов - альдрина, гептахлора, гексахлорциклогексана, ДДТ (ДЦД и ДДЭ) -препараты изучаегшх белков не превышали прздельно допустимого уровня.

При исследовании возможного токсического действия и биологической ценности пищевого белкового концентрата, полученного при фракционировании клеточного сока гидромеханическим способом, на белых линейных крысах-самцах установлено, что введение препарата в рацион не оказывало неблагоприятного действия на организм животных■ При исследовании биологической ценности определяли коэффициент эффективности белка РЕЯ . Величина данного показателя была раЕнаРЕК =2,2 и составляла 6855 по сравнению с казеином (2,5).

4.6. Оценка качества белковых концентратов

Для количественной оценки влияния способов фракционирования клеточного сока на качество белковых концентратов использовали обобщенный показатель качества (1Р , который наряду со стационарными характеристиками биологической ценности препарата учитывает его соответствие санитарно-гигиеническим нормам. Для ХП5 использовали показатель качества К, включающий также характеристику витаминной части концентрата. 0. влиянии способа обработки клеточного сока на показатели качества белковых концентратов свидетельствует сравнение коэффициентов варьирования: для хлороплост-ных концентратов ¿V =24,455, для цитоплазматичеешпс ¿^=34,0$. Максимальные значения показателей качества имели цнтоплазмати-чесяий и 'соответствующий ему хлоропластниЯ концентраты, полученные способом гидромеханической обработки. По значениям &Р

2 1

цитоплаэматический концентрат был на уровне соевого белкового концентрата (2,2.10~2), хлоропластный - имел обобщенный показа-таль качества К=1,18.Ю и превосходил контрольный препарат Ш*1,0.1СГ3) (табл. 5,6).

Таблица 5

Показатели качества ЙР , 1/ и К хлоропластних концентратов

Способ фракционирования! йР .10"^ ! 1/.КГ3 1 К.Ю"3

Гидромеханическая обработка 1,399 0,778 1,18

Изоэлектрическое осавдение 0,777 0,775 0,775

Комбинированное воздействие 1*399 0,778 1,18

Термообработка 1,246 0,767 1,00 Таблица б

Показатели качества (ИР цитоплазматических концентратов и пищевых продуктов

Способ фракционирования ! .10

-2

Гидромеханическая обработка

Изоэлектрическое осаждение

Комбинированное воздействие

Термообработка с после-дущим изоэлектрическим освящением

Казеин

Соевый концентрат

2,336 1,205 1,552

1,197 5,49 2,20

фракционирование клеточного сока растений способом гидромеханической коагуляции позволяет получать концентраты хлоропластних и цитоплазматических белков, качество которых превосходит препараты, выделяемые традиционными и другими способами, и не уступает кормовым белково-Битаминным концентратам и пищевым продуктам. Препарат цитоплазматических белков соответствует требо-

2 2

ваниям, предъявляемым к пищевым белкам, что подтверждено в заключении Ростовского-на-дону областного центра санэпиднадзора и по заключении Ростовского-на-Дону противочумного института безвреден и обладает высокой биологической ценностью.

4.7. Описание технологической схемы фракционирования клеточного сока

Полученные экспериментальные данные о выделении кормоЕых и пищевых белковых концентратов, их составе, свойствах и биологической ценности легли в основу разработки промышленной технологии фракционирования белков клеточного сока растений. Разработанная технлогия предусматривает получение кормовых и пищевых белковых концентратов с высокой биологической ценностью. Технологический процесс (рис. 4) состоит из следующих операций: стабилизация рИ клеточного сока; очистка сока от механических примесей и грубых включений; коагуляция клеточного сока гидромеханическим способом; выделение фракции хлоропластных белков из скоагулироЕанного клеточного сока методом отстоя; коагуляция отделенного коричневого сока I'гидромеханическим способом; ввделелнив цитоплаэматической фракции белков методом отстоя; промывка цитоплазыатнческой фракции; отделение промытой белковой фракции; сушка хлоропластного (кормового) и цитоплазматического (пищевого) концентратов.

Технология фракционирования белков клеточного сока, основанная на его гидромеханической обработке, реализована на опытно-промьшеняой линии, производительностью 2,77кг/с (Ют/ч), расположенной на учебно-опытном полигоне ДГГУ. Разработаны и утверждены в установленном порядке рекомендации по получению и использованию кормовых и пищевых белковых концентратов. Полученные результаты переданы в НПО "Корма" (Москва), где использованы для обоснования и разработки эффективной технологии элпяного фракционирования зеленых растений.

2 3

Клеточный Очистка

сок

(рН«б,8-7,2

ПШромеха-

ническая

коагуляция

£«45.10~2, кг/с

X -2,2с

Отстой ■ ФТССс

Кормовой Сушка

концентрат Г=150°С

■Хлоропластная фракция

Коричневый сок II

Коричневый сок I_

-г—

Ггдромеха-

ническая

Коагуляция

«25.10""2 кг/с (?'«80°С) •3,4с

I

т

Отстой Гс2700с

Пищевой Суика Отстой Промывка

концентрат Й15С°С ?«2700с

Цитоплазмати-ческая фракция

« вода

(рН»4,0-4,2)

Рис. 4 Технологическая схема фракционирования белков • клеточного сока с получением кормового и пищевого белковых концентратов

На основе результатов работы линии проведен расчет ожидаемого годового экономического эффекта от внедрения разработанной технологии по изменявши элементам. Расчет показал, что экономический эффект при производительности линии 3,33кг/с (12т/я) и.работе в течение 150 дней составляет 10,37тыс.руб г год (по ценам 1991г.) что превосходит технологии "Про-Ксан-П" по затратам на производство 1000кг концентратов по изменяемым показателям. Срок окупаемости линии составляет 3 года.

Таким образом, технология фракционирования клеточного сока растений, основанная на коагуляции белков гидромеханическим способом, по выходу белка, качеству продуктов и технико-экономичес-

■■■;■■'' 2 4

кой эффективности является перспективной для получения кормовых и пищевых белковых концентратов из листостебельной массы растений.

ВЫВОДЫ

1. Установлено существенное влияние способов фракционирования клеточного сока - гидромеханической обработки,'изоэлектричес-кого осаждения, комбинированного воздействия » на состав и свойства выделяемых кормовых и пищевых белковых концентратов.

2. Определены оптимальнме режимы и параметры коагуляции и разделения хлоропластньгс и нитоплазматических фракций белков :

= 45-10Лг/с и'ср^С) ; рН 0р* = 5,25 .

3. Установлена возможность использования способа гидромеханической обработки для фракционирования клеточного сока растений. Показано, что при данном способе совместное механическое и термическое воздействия способствуют интенсификации пропееса агрегации белковых частиц и разделения хлороачастной и цитоплазматической фракций в более мягких, по сравнению с традиционно Г* термообработкой, условиях - при более низкой температуре »40°С) и относительно кратковременном термическом воздействии - Т - 2,2-3,4 с.

4. Токсикологическая оценка препаратов показала, что по содержанию остаточных количеств антиалиментарных н токсических веществ хлоропластные и цлтоплазматические фракции соответствуют требованиям, предъявляемым к кормовым белково-витеминным концентратам и пищевым продуктам.

5. Показано, что максимальными значениями обобщенного показателя качества4 который народу с характеристиками биологической ценности учитывает соответствие препарата санитарно-гигиеническим нормам, обладают концентраты кормовых и пищевых белков, выделенные гидромеханическим способом. По маре увеличения значений показателей качества способы фракционирования располагается в последовательности: термообработка, изоэдехтрическое осацденив, комбинированное воздействие, гидромеханическая обработка.

6. Разработана технология фракционирования клеточного сока растений, предусматривающая получение белкоаых концентратов, основанная на использовании гидромеханического способа коагуляции. Ценный способ позволяет получать концентрат кормовых белков, который по показателям качества превосходит препараты, выделенные традиционными способами, и не уступает ПЗК, а также пищевой концентрат', который по своему качеству близок к белкам соевого концентрата.

7.Технология гидромеханического фракционирования клеточного сока реализована на опытно-промышленной линии, производительностью 2,77кг/с (Ют/ч) по листостебельной биомассе. Результаты переданы в НПО "Корма" (г.лЬсква), где использованы для обоснования и разработки эффективной технологии влажного фракционирования зеленых растений.

а.Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения гидромеханической технологии получения белковых концентратов составят по изменяемым показателям 10,37 тыс.руб (по ценам 1991 года) при сроке окупаемости линии 3 года.

СПИСОК РАБОТ, ОПУШаОЗАНШХ ПО Ш ДИССЕРТАЦИИ

Х.Пройдак Н.И., Киреева Б.а. Сравнительная оценка различных способов выделения цитоплазматических фракций белков из зеленого сока люцерны //Тезисы докладов на Ш Всесоюзной научно-техничэс-кой конференции "Разработка процессов получения комбинированных продукта питания"..-<1., 19оо.-С.55-53.

2.11ройдак Н.И.,Киреева З.В. Количественная и качественная оценки различных способов выделения белковых фракций из сока кицерны //Ростов н/Д, 19оо,-9с,- Деп. во ВНИИГЭИагропром "636.

3.Пройда;: Н.И.,Киреева В. В. Исследование процесса выделения хлоропластных и цитоплазматических фракций белков из растительного сока//Ростов н/Д,19оо.-37с,-Деп. во ¿¡ШТШагропром »Ъ40.

4.Киреева В.В., Чемкинов С.В. Исследование процесса разделения белковых фракций сока люцерны //Производство протеиновых концентратов из зеленых растений.- Ростов н/Д, 19ъ9.-С.113-120.

5.Киреева 3.3. Количественная характеристика различных способов получения белковых фракций из сока люцерны //Производство протеиновых концентратов из зеленых растений.-Ростов н/Д, 1969.- С.129-135.

о.Киреева З.Б. Выделение фракции цитоплазматических белков из сока зеленых растений тепловым способом //Гостов н/Д, 1939,-6с.- Деп. во ЗШИГЭИагропром М55.

7.Пройдак Н.И..Киреева В.В. слияние гидрокарбоната натрия на выход цитоплазматической фракции белков из сока люцерны //Ростов н/Д, 19о9.-6с.-Деп. во ВНИИГЭИагропром Моб.

б.Киреева Б.В. Получение и биохимическая характеристика белковых концентратов из клеточного сока люцерны //Результаты системных исследований при проектировании сельскохозяйственных малин.- Ростов н/Д, 1992.- С.ГОЬ-Ш.