автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.10, диссертация на тему:Разработка ферментативного способа обработки облепихового шрота и применение в пищевой промышленности

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ЛЯШЕНКО Елена Викторовна

УДК 664.85.004.8:577.154.1:582.866

РАЗРАБОТКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО СПОСОБА ОБРАБОТКИ ОБЛЕПИХОВОГО ШРОТА И ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.18.10. —Технология витаминных,

ферментных и белковых препаратов, чая и табака

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва—1991

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте лицевой промышленности

Ияучинд гутгоиптргеедь: доктор технические наук,__

профессор С.Е.ТРАУБЕНБЕРГ

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор И.М.ГРАЧЕВА;

доктор технических наук, профессор И.М.СКУРИХИН

Ведущая организация: Научно-производственное объединение "Биотехнология"

Задщта состоится " 2} " ^Ъ^рЯЛЯ 1992 года в . час

на заседании Специализированного совета К 063.51.0^ Московско го ордена Трудового Красного Знамени технологического институ та пищевой промышленности по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, дом II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печать учреждения, просим направлять в Ученый совет института.

Автореферат разослан *<=?<?" 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент А. И. СЕДОВА

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАЫЛН

ест..... /

' "Актуальность теш. Одной из важнейших задач, стоящих перед ищевой промышленностью нашей страны является улучшение снабже-ия населения продуктами питания, совершенствование структур зеортимента, повшевие качества и пищевой и биологической цен-эсти изделий в соответствии с современной концепцией науки о итании, рациональное использование сырья на основе внедрения алоотходных и безотходных технологий.

Большой вклад в решение этих задач вносят исследования, глючащие теоретические и практические аспекты биотехнологии.

Среди продуктов микробиологического синтеза важная роль ринадлежит ферментный препаратам, применение которых в шще->й промышленности дает больше преимущества, способствуя ин-шсификации технологических процессов, улучшений качества и зеличению выхода продукции, нанбо'лоа аффективной переработке <рья.

В последние года многие исследователи в различных странах гра уделяют большое вникание поиску новых источников сырья для щевых целей, в той числе использовании различных отходов и юричных продуктов переработки сельскохозяйственного и плодо->-ягодного сырья. В процессе технологической обработки в эти гадукты переходит значительное количество ценных компонентов ¡ходного сырья (витаминов, минеральных веществ, пищевых воло-(Н, белков и др.), что позволяет отнести их к дополнительным [рьевым ресурсам для пищевой промышленности. Поэтому разработ-I научно обоснованных рекомендаций для их рационального приметил в пищевой промышленности является актуальной задачей.

Среди вторичных продуктов переработки плодово-ягодного

сырья большого внимания заслуживает облегихошй шрот, который образуется в значительном количестве в процессе получения обле-пахового масла. Облепиха является источником целого ряда вах-"няЯяи Диплщ'ииш'.ии интишдгр-доацяипшта, чтп пДумтниЯО ев не-зауряднуп популярность среди населения.

Многие биологически активные вещества облепихи присутству от в облелиховом шроте (витамины, р -каротин, богатый группово состав яшгидов, полиневасшценные кирше кислоты, флавоноиды и др.). И хотя на этот продукт разработаны технические условия (17 426-9-68 "Шрот облешшшый лицевой"), используется об в ш щввой прошшленности малоэффективно. В большой степени это свя заво с теи, что в нем велика нэусвояемая доля продукта (более 50$). Наличие в ней некрахмалистых полисахаридов (в первую очс редь, клетчатки и гемицеллолоэ) является резервом для повышен! пищевой ценности облепихового шрота я расширения его функций, как добавки цри производстве продуктов питания.

Решения этих вопросов и посвящена настоящая работа. Она проводилась в рамках научно-исследовательских теи, выполняемы: по заказу Государственного комитета РСФСР по дедам науки и вш шей шкода.

Цель щ задачи исследования. Целы» работа являлось научно! обоснование и разработка ферментативного способа обработки об лепихового шрота для повышения эффективности его применения при производстве пкцевых продуктов.

В соответствии с поставленной цельо была определены осно ше задачи исследования:

- изучение химического состава облепихового шрота, полученного с Бийсного витаминного завода;

- применение ферментных препаратов целлюлолитического и

гемщеллюлазного действия, для гидролиза некрахмалистых полиса-рвдов шрота и выбор препарата для дальнейших исследований;

- изучение кинетики действия ферментного препарата пекто-фоетидин ЩОх на полисахарида облепихового шрота, обоснование выбора факторов интенсификации процесса гидролиза и разработка условий ферментативного гидролиза под действием пектофоетидина ЩОх для повышения пищевой и биологической ценности продукта;

- изучение химического состава гидролизата облепихового шрота;

- изучение дэтоксицирущих свойств облепихового шрота и продуктов его ферментативной обработки;

- применение продуктов ферментативной обработки облепихового шрота при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий и экстру дарованного рисового продукта;

- разработка технологических рекомендаций по осуществлению ферментативного способа обработки облепихового шрота для применения в пищевой промышленности.

Научная новизна. Научно обоснован ферментативный способ обработки облепихового шрота для повышения его пищевой и биологической. ценности.

Получены данные по динамике накопления редуцирующих Сахаров при гидролизе полисахаридов облепихового шрота ферментными препаратами целлокандин ГЕОх, ксилоглюканофоетидин ЩОх, цито-роземин Пх, пектофоетидин ПТОх и мультэнзимными композициями на их основе, анализ которых позволил обосновать выбор комплексного ферментного препарата пектофоетидин ЩОх.

Получены зависимости, характеризующие кинетику действия

/

ферментного препарата пектофоетидин ЩОх на некрахмалистые полисахариды облепихового шрота. На основании анализа этих зави-

симостей и полученных кинетических характеристик обоснована целесообразность проведения предварительной активации пектофоети-•динагдюх в прцоутствиц-шнов—му* -я мятяштойр^ой ппедобработ-ки облепихового шрота для интенсификации процесса гидролиза.

Экспериментально обоснованы условия активации ферментного препарата пектофоетвдин ШОх в присутствии ионов п/' для повышения КМЦ(осах.) активности на 4СЙ.

Получены данные по влиянию различных способов предобработки облепихового шрота (разваривание под давлением, размол на шаровой мельнице, обработка на дезинтеграторной установке) на динамику накопления Сахаров в гидролизатах. показано, что осуществление ферментативной обработки облепихового шрота разработанным способом приводит к повышению пищевой и биологической ценности растворимой части продукта (увеличение содержания сахе ров в 5,4-»б,6 раза, белка - на 4055, свободных аминокислот - в 3,5 раза). Показана возможность интенсификации процесса гидролиза полисахаридов облепихового шрота при использовании молочной сыворотки и вода, подвергнутой униполярной электрохимической обработке.

В опытах ¡п г&т показана способность продуктов, полученных на основе частичного гидролиза облепихового шрота, снижать свинцовую интоксикацию на 35-40$.

Практическая значимость. Разработан ферментативный способ обработки облепихового шрота для применения в пищевой промышле! ности. Показана целесообразность использования частично гидрол! зованного облепихового шрота при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий ~ для обогащения пищевыми волокнами, сахараш, витаминами, белком, аминокислотами, минеральными веществами, лшщцами; для улучшения качества изделий и интенси-

:икации процесса тестоприготовления (положительное решение на голучение патента (заявка Л 4897403/13 от 28.12.90) от 11.07.91 г.).

Показано, что применение ферментативных гидролизатов из «Злепихового шрота в качестве одного из компонентов вкусовой [обавки при производстве экструдированного рисового продукта ¡пособствует повышению его пищевой и биологической ценности положительное решение на получение авторского свидетельства заявка № 4813855/13 от 13.04.90) от 27.03.91 г.).

Разработаны технологические рекомендации по осуществлению ¡ерментативного способа обработки облепихового шрота для приме-[ения в пищевой промышленности.

Результаты исследований проверены в условиях производства а экспериментальном булочно-кондатерском комбинате "Звездный" [ хлебозаводе г.Снечкус, в лаборатории кафедры "Процессы и ап-:араты" МТШШ.

Применение частично гидролизованного облепихового шрота ри производстве пшеничного хлеба дает возможность сократить в едептуре количество жира и сахара, без увеличения расхода ос-:овного сырья (муки) увеличить на 1% выпуск хлебобулочных изде-ий при одновременном повышении их качества и пищевой и биологи-еской ценности.

Апробация работа, результаты работы были представлены на аучно-технической конференции "Биотехника и биотехнология" Тамбов, 1990), на всесоюзном совещании "Реализация научно-тех-ической программы "Витаминазация пищи" (Углич, 1990), на Все-оюзной конференции по пищевой химии (Москва, 1991), на Респуб-иканской научно-технической конференции "Разработка и внедрэ-ие высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудова-ия и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатываю-

щие отрасли АПК" (Киев, 1991) и на 8-м Всесоюзном семинаре "Де-зинтеграторная технология" (Киев, 1991).

Публикации, результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах, имеется решение Государственной научно-технической экспертизы изобретений на выдачу авторского свидетельства и решение патентной экспертизы Госпатента СССР о выдаче патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит . из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и прялогений. Работа изложена на 196 стр. основного текста, в том числе содержит 16 рис. и 30 таблиц. Список литературы включает 304 источника отечественных и зарубежных авторов.

(ЗДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во ввепении обоснована актуальность темы и определены основные задачи исследования, сформулированы новизна и практическая значимость полученных результатов.

В обзоре литературы рассмотрены современные представления о свойствах и механизме действия ферментов, гидролизущих некрахмалистые полисахарида. Обобщены данные научно-технической литературы по применению целлшолитических ферментных препаратов в пищевой промывшэнности.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ I. Объекты и метода исследования

Объектами исследования служили облепиховый шрот (ТУ 426-9-8! "Шрот облепиховый пищевой"), полученный с Бийского витаминного завода, промышленный ферментный препарат пектофоетидин ЩОх,

цитороземин Пх, ксилоглюканофоетидин ШОх и целлокандин ПОх опытной наработки. Характеристика ферментных препаратов представлена в табл.1.

Таблица I

Характеристика ферментных препаратов

Ферментный препарат

! Каталитическая актив- ! |___а°£ТЬ_9Д/£_____{

АФБ ! КМИоГпт ¡эндо—1,4*^4 5 ] ! "^осах.1_глтаназа1

* опт !

по АФБ! по АФБ !

___1___

Целлокандин ПОх 182,4

цитороземин Пх 5,2

Ксилоглюканофое-тидан ШОх 24,3

Пектофоетидин ШОх 6,5

1351,0 755,0 40-55 4,0-5,4

74,0 47,5 40-50 5,0-5,5

640,0 440,0 50-60 6,2

116,8 150,0 45-50 4,5-5,5

Ферментный препарат пектофоетидин был охарактеризован дополнительно по эндополигалактуроназной активности (56,0 ед/г), зкзополигалактуроназной (275,0 ед/г), пектолитической (36,0ед/г), протеолитической (16,0 ед/г).

Активность ферментов определяли: по фильтровальной бумаге (Мандельс-Веб ер, 1969), КМЦ-осахариващую (Мандельс-Вебер,1969), эндоглюканазную - вискозиметрически (Клесов ,19.80), экзополига-лактуроназную - йодометрическим методом, эндополигалактуроназ-ную - вискозиметрически, пектолитическую - интерферометрическим методом (Рухлядева, Полыгалина,1981), прогеолитическую - по методу Ансона в модификации Рухлядевой (Грачева,1982).

Определение общего азота и белка осуществляли методом Къельдаля (Грачева,1982).

Содержание растворимого белка по методу Лоури (Грачева, 1982).

Содержание редушрущих Сахаров определяли по методу Шорля (Чижова, 1975) и Щомодьи ( во/псу, 1952), растворимых углево-

- в -

дов и крахмала - антроновым методом (Рухлядева, Полыгалина, 1981).

Содержание жира определяли ускоренным экстракционным гравиметрическим методом (Армяков, ТВД7) •_

Содержание клетчатки определяли методом Кюршнера и Ганека (Ермаков, 1987).

Определение общего количества гемицеллюлоз осуществляли методом, основанным на гидролизе гемицеллюлоз до Сахаров, общее количество которое оценивали по методу Бертрана (Ермаков,1987).

Содержание пектиновых веществ определяли карбазольным методом (Ермаков, 1987).

Состав жирных кислот определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе Ре г Ain - £tme* 900 .

Групповой состав липвдов определяли методом тонкослойной хроматографии с использованием денситометрии (Кузнецов, Семенова, 1975).

Анализ аминокислотного состава проводили на аминокислотное анализаторе Hiiach; -835.

Состав Сахаров определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе "ЛХМ-80".

Определение витаминов проводили по методикам, разработанным Институтом Питания АМН СССР (Скурихин, 1988).

Определение макро-микроэлементов проводили методом эмиссионного и атомно-абсорбционного спектрального анализа (Скурихин, Грибовская, 1979) и переменно-токовой полярографии по ГОСТ 26929-85, ГОСТ 26934-86.

Продукты расщепления белка определяли методом гельфильтра-ции (Детерман, 1977).

Определение комплексообразущей способности по свинцу про-

водили методом комплексонометрш (Каминская, 1978)*

Качество хлеба оценивали по общепринятым показателям (Пуч-кова, 1982).

Обработку экспериментальных данных проводили с использованием методов математической статистики (Грачев, 1978).

2. Изучение химического состава облепихового шрота

Анализ результатов исследования показал, что облепиховый шрот богат белком, лшщдами, пищевыми волокнами (табл.2), £ -каротином (25 мг/ЮО г), содержит витамины Вр В2» С, РР, целый ряд макро- и микроэлементов ( /г , л& , £Ь , , Л , & ),в составе жирных кислот значительную часть составляют . -..ненасыщенные кислоты (пальмитоолеиновая, олеиновая, лшолевая, лино-леновая). Однако неусвояемая доля продукта достаточно высока (более 50$), почти половину в ней составляют некрахмалистые полисахариды, что снижает возможности его применения в качестве добавки при производстве пищевых продуктов.

Таблица 2

Химический состав облепихового шрота

Компонент

Содержание, г/100 г

растворимый пектин Лигнин Липиды Зола

Влажность

Белок Клетчатка Гемицеллгалоза Общий сахар

в том числе редуцирующие вещества Пектиновые вещества

в том числе протопектин

20,00 ± 3,42 И,00 ±0,03 9,20 ±0,04 0,92 ± 0,05 0,85 ± 0,04 1,19 ± 0,06 0,43 ± 0,04 0,76 ± 1,14 30,20 ± 1,60 24,90 ± 2,18 3,18 ± 0,30 2,70 ± 0,14

С этой точки зрения нам представлялось перспективным проведение частичного ферментативного гидролиза некрахмалистых по-лисяхпридцн, ц imfinym ичн|1ндь-дттп--пг1птпт11гттта ттргутргтя латкпуу-

вояемыми сахарами. С другой стороны, при таком варианте ферментативной обработки часть некрахмалистых полисахаридов шрота сохраняется в виде компонентов пищевых волокон, которым как известно, принадлежит важная роль в рационе питания человека.

3. Исследование процесса ферментативного гидролиза полисахаридов облепихового шрота

Для исследования были выбраны ферментные препараты целлю-долитического и гемвделлюлазного действия (табл.1).

Гидролиз полисахаридов облепихового шрота вели в течение 8-ми часов выбранными ферментными препаратами и мультэнзимными композициями (МЭК), составленными на их основе, при рН = 5,0, i = 50 °С.

Концентрация облепихового шрота составила 150 мг/мл. О действии ферментных препаратов и МЭК судили по накоплению редуцирующих Сахаров в гидролизате. Как показали проведенные исследования применение ферментных препаратов способствует гидролитическому расщеплению некрахмалистых полисахаридов облепихового шрота и увеличению содержания усвояемых углеводов в гидролиза-тах (рис.1).

Показано, что проведение гидролиза полисахаридов шрота ферментными препаратами целлоканцин ПОх в пектофоетидин ЩОх и МЭК на основе пектофоетвдина ЩОх и ксилоглюканофоетидина ЩОх, а также ксилоглюканофоетвдина ЩОх и цитороземина Пх способствует увеличению редуцирующих Сахаров в гвдролизатах в 2,9-3,7 раза, и через 6-8 часов гидролиза общее их количество в пересчете на глюкозу составляет 372-464 мг/ЮО мл гидролизата.

Сравнительный анализ полученных данных показал, что применение МЭК для гидролиза полисахаридов облепихового шрота не дает весьма ощутимых положительных результатов по сравнению с применением отдельных ферментных препаратов (пектофоетидином ЩОх и целлокандином ПОх). Очевидно, это объясняется тем, что еще не найден оптимальный количественный и композиционный состав МЭК.

Принимая во внимание, что разрабатываемый ферментативный способ обработки шрота предназначен, в первую очередь, для применения на пищевых предприятиях, и использование МЭК может быть невыгодно с экономической точки зрения, и кроме того, может создавать определенные сложности в практической реализации, создание многокомпонентных ферментных композиций вряд ли целесообразно. Поэтому мы не пошли по пути оптимизации состава МЭК, а решили использовать другие резервы повышения эффективности ферментативного гидролиза: проведение предварительной активации ферментного препарата и предобработки субстрата для повышения его атакуемости ферментами.

Для дальнейших исследований был выбран ферментный препарат пектофоетидин ЩОх, который широко используется во многих пищевых технологиях. Кроме того, пектофоетвдин ЩОх является препаратом, обладающим комплексом ферментативных активностей - цел-люлолитических, гемицеллюлазных.пектолитических, протеолитичес-ких, что обусловливает широкий спектр его действия на биополимеры облепихового шрота и может иметь поэтому немаловажное значение для повышения пищевой и биологической ценности получаемого продукта.

4. Разработка условий гидролиза полисахаридов облепихового шрота ферментным препаратом пектофоетидин ЩОх

4.1. Изучение условий активации ферментного

препарата пектофоетидин ШОх

Известно влияние различных физико-химических воздействий на активность ферментных препаратов.

Вами было изучено влияние ионов и предварительной

тепловой обработки водного раствора ферментного препарата на КМЦ(осах.) активность. Было установлено, что добавление ионов

(5 10"%) к раствору ферментного препарата приводит к увеличению КМЦ(осах)-активности на 25д2$, а проведение тепловой обработки в определенном температурном режиме ( ¿з40°С; г = я 20 мин) в присутствии ионов Мдг* приводит к увеличению активности на 40 ± 4Й.

Таким образом, предварительная активация ферментного препарата может быть одним из факторов повышения эффективности ферментативной обработки облепихового шрота.

Целесообразность проведения предварительной тепловой обработки раствора пектофоетидина ЩОх в присутствии ионов М^*была обоснована при изучении кинетики действия ферментного препарата на полисахариды облепихового шрота.

4.2. Изучение кинетики действия ферментного препарата пектофоетидин ШОх на полисахарида облепихового

шрота

В кинетических исследованиях кроме предварительной активации ферментного препарата проводили и размол шрота в шаровой мельнице, принимая во внимание, что некрахмалистые полисахарида в целлюлозосодержащем растительном сырье имеют низкую реакционную способность. Были изучены следующие варианты гвдролиза: контроль (шрот без обработки, ферментный препарат без активации) (I); шрот после обработки в шаровой мельнице; ферментный препарат•без активации (2); шрот после обработки в

lapoBoS мельнице; предварительная тепловая активация ферментно-•о препарата в присутствии ионов (з).

На рис.2 в качестве примера представлена кинетические крипе гидролиза при концентрации шрота 150 ыг/их.

№ основании изучения зависимостей начальной скорости ре~ кции V, ох концентрации субстрата было установлено» что проедание обработки шрота в шаровой мельнице и проведение в допол-енив к ней предварительной активации ферментного препарата спо-обствует увеличению V. соответственно в 1,35 и 1,65 раза, ри этом изменяются такие кинетические характеристики, как кающаяся константа Мяхаэлиса К» (кож) и кажущаяся предельная ¡сорость реакции IV«« г»*) . Уя^ел (и*) увеличивается соот-зтственно на 20 и 40?, а А* Ги*). уменьшается в 1,2 раза, си данные свидетельствуют о том, что осуществление механической редобработки субстрата и проведение активации ферментного пре-храта способствует повышению сродства фермента в субстрату и $еличению константы скорости каталитического распада фермент-гбстратного комплекса. И хотя определение этих кинетических ха-жтеристик носит весьма условный характер (т.к. мы имеем дело комплексным ферментным препаратом и очень сложным субстратом), :о дает возможность оценить целесообразность использования |ученных факторов интенсификации процесса гидролиза при разра-1гке ферментативного, способа обработки облепихового щрота.

4.3. Выбор концентрации ферментного препарата и субстрата

Изучали динамику накопления редуцирующих Сахаров при раз-чных дозировках ферментного препарата (0,3; 0,6; 1,2; 1,8; 4 и 3,0 ед АФБ/ г клетчатки) и концентрации субстрата облепи-вого шрота (150, 200 и 250 мг/мл). Было установлено, что для фективного ведения процерса ферментативного гидролиза целесо-

Рис.1. Накопление редуцирующих Сахаров при при гидролизе полисахаридов облепихового шрота: I - цитороземином Пх; 2 - пектофоетидином П10х; 3 - целлокандином Г10х

Рис.2. Кинетические кривые гидролиза! полисаха-•ридов облепихового шрота ферментных препаратом пектофоетидин П10х

Обозначения "I", . "2", "3" - см. в тексте.

образно использовать концентрации облепихового шрота 150-200 мг/мл и ферментный препарат пектофоетидин П10х в количестве 2,4 ед АФБ/г клетчатки: через 6-8 часов гидролиза содержание редуцирующих Сахаров в пересчете на глюкозу составляет 434-450 мг/ 100 мл гидролизата, что в 3,4-3,5 раза превосходит собственное содержание Сахаров в облепиховом шроте (8,5 мг/г шрота).

Последующие исследования по разработке условий ферментативного гидролиза полисахаридов облепихового шрота проводили при концентрации шрота 150 мг/мл и дозировке пектофоетидина ЩОх 2,4 ед АФБ/г клетчатки.

4.4. Влияние предварительной обработки облепихового шрота на эффективность ферментативного гидролиза некрахмалистых полисахаридов

Известно, что целлюлозосодержащее сырье имеет довольно низкую реакционную способность к действию ферментов, обусловленную физико-химическими и структурными свойствами целлюлозосодержа-щих материалов. Это предполагает обязательное наличие стадии предварительной обработки целлюлозосодержащих материалов с целью повышения их доступности действию целлюлолитических ферментов и тем самым повышению эффективности ферментативного гидролиза.

В связи с этим изучали влияние предварительной обработки облепихового шрота на эффективность ферментативного гидролиза некрахмалистых полисахаридов.

Полученные результаты представлены в табл.3. Как видно из данных табл.3, предварительная обработка шрота оказывает существенное влияние на степень конверсии субстрата.

Наиболее хорошие результаты были получены при комбинирова -нии различных факторов интенсификации процесса гидролиза (обработка шрота на дезинтеграторной установке с последующей обработ-

Таблица 3

Влияние предварительной обработки облепихового шрота на эффективность ферментативного гидролиза его некрахмалистых полисахаридов

Вариант опыта

Содержание РВ в гвдролизатах и степень конверсии субстрата при длительности гидролиза

__4 3,а£а______£ аасой_____8_час,2в_ _

мг глюко- сте- мг глю- сте- мг глюко- степень зы пень розц пень зы конвер-

100 мл «о*; 100мл

т

пень конверсии,

100 мл

сии,%

1.Щрот без обработки

404

2. Обработка в автоклаве

(0,15 МПа) 416

3.Дезинтеграция

4.Дезинтегра-ция и обработка в автоклаве

(0,15 МПа) 439

5.Обработка на шаровой мельнице -

9,2 434 10,2 450

9,6 502 12,5 536 508 12,6 650

10,4 541 13,7

469

11,4

740

628

10,8

13.6 17,4

20,4

16.7

кой паром под давлением; размол шрота на шаровой мельнице и предварительная активация ферментного препарата, приготовление суспензии на воде, подвергнутой униполярной электрохимической обработке и обработка паром под давлением): через 8 часов гидролиза количество Сахаров в растворимой части продукта увеличилось в 5,3-6,0 раза.

Эффективным оказалось и использование молочной сыворотки для активации ферментного препарата и интенсификации последующего ферментативного гидролиза. Методом статистического модели-

рования на основе униформ-ротатабельного планирования были определены оптимальные условия ведения процесса в присутствии сыворотки, при которых степень конверсии субстрата составляет 19$ (против 10,в контроле). Такой вариант ферментативного гидролиза может представлять интерес для предприятий, использующих молочную сыворотку в качестве дополнительного сырья (например, для хлебозаводов).

Результаты проведенных исследований явились основой для разработки технологических рекомендаций по осуществлению ферментативного способа обработки облепихового шрота для повышения эффективности его применения в пищевой промышленности.

5. Изучение состава ферментативного гидролизата облепихового шрота

Для обоснования целесообразности проведения частичного ферментативного гидролиза облепихового шрота для использования его в качестве эффективной пищевой добавки необходимо было изучить состав полученного ферментативного гидролизата. Условия получения ферментативного гидролизата были следующие: предобработка шрота на шаровой мельнице; концентрация шрота 150 мг/мл; дозировка ферментного препарата пехтофоетидйн ШОх -2,4 ед/г клетчатки; предварительная активация ферментного препарата при 40 °С в течение 20 млн, с ( Мди) 0,125 М; длительность гидролиза - 8 час.

При таких условиях гидролиза наблюдалось увеличение Сахаров в гидролизате по сравнению с водной вытяжкой из шрота в 5,6 раза.

Анализ состава Сахаров показал, что преобладающими в количественном отношении являются арабиноза, манноза и глюкоза ( ~ 85$), причем большая доля приходится на арабинозу и маннозу

Таблица 4

Качественный и количественный состав моносахаридов в гидролизате облепихового шрота

Содержание Сахаров в % от их общего количества в гидролизата

глюкоза!галактоза! манноза ! ксилоза ! арабиноза 1 рамноза 19,2 7,7 30,8 5,8 34,6 1,9

Установлено, что продукт содержит широкий набор витаминов: Вр В2, РР» С, груша Ей / -каротин.

Принимая во внимание, что пектофоетидин ЩОх в своем составе имеет активную протеазу, следовало ожидать изменений в белковой фракции облепихового шрота. В результате проведенных исследований установлено, что механическая предобработка облепихового шро«а и последующий ферментативный гидролиз способствуют увеличению на 40$ белка в растворимой части продукта, наблюдается перераспределение белка по молекулярной массе: уменьшение доли высокомолекулярных форм белка и увеличение содержания белка со средней и низкой молекулярной массой; имеет место накопление свободных аминокислот, и их общее содержание в гидролизате облепихового шрота возрастает - в 3,5 раза (табл.5).

Подученные данные позволяют охарактеризовать ферментативный гидролизат облепихового шрота как эффективную пищевую добавку, обладающую высокой пищевой и биологической ценностью, благодаря чему его применение при производстве пищевых продуктов может быть весьма целесообразным.

Следует отметить, что в таблицах приводятся данные по содержанию ценных питательных компонентов в растворимой части про дукта (в гидролизате), а яри использовании в качестве добавки ферментативного гидролизата вместе с непрогидролизованной часть

юта эффект от обогащения может быть еще выше, особенно по ви-ишшам (группа Е и £ -каротин), липидам, в том числе по поли->насыщенным жирным кислотам), пищевым волокнам.

Таблица 5

Содержание свободных аминокислот

ганокислота в облепиховом шроте, в ферментативном

мгДоо мл вытяжки гидролизате,

мг/100 мл гидроли-зага

?лицин 1,4 8,3

ианин 12,8 24,9

¡истеин 1.5 5,2

Залин 5,3 20,9

Летионин 0,4 11,4

Язолейцин 3,2 9,4

Цейцин 2,2 37,3

Гирозин 16,0 22,0

Бенилаланин 35,4 103,8

Лизин 2,18 18,3

Гистидин 0,3 1,7

Аргинин 2,0 53,3

Пролин 4,2 6,1

Аспарагин 7 28,6 82,6

Треонин J

Серин 13,4 22,2

Глутаминовая кислота 3,3 53,1

Сумма 132,2 480,5

6.Изучение детоксицирущих свойств облепихового шрота и продуктов его ферментативной обработки

Принимая во внимание высокое содержание в облепиховом шро-е компонентов лигно-углеводного комплекса, которому, по мнению ченых, принадлежит важная роль в проявлении ношлексообразую-;их и адсорбционных свойств по отношению к ионам тяжелых метал-:ов, представлялось целесообразным исследовать детоксициругацие

свойства облепихового шрота и продуктов его ферментативной обработки. Комплексообразулцую способность изучали на примере связывания свинца.

Тптяттпвпйстл, ПИП ттпттЛплт.тпй тгпмглйитшМряиутццй ЛттппгИнпп-"

тью по свинцу обладает частично гидролизованный облепиховый шрот: он способен связывать 35-40$ от общего количества свинца» внесенного в гидролизат.

Детоксициругацие свойства частично гвдролизованного облепихового ирота, очевидно, будут дополняться радиопротекторным эффектом, обусловленным присутствием в его составе £ -каротина и Са. В связи с этим применение частично-гвдролизованного облепи-хового шрота в качестве добавки при производстве пищевых продуктов может быть весьма целесообразным, особенно для экологически неблагоприятных промышленных регионов.

7. Применение продуктов ферментативной обработки облепихового шрота при производстве пищевых продуктов

Результаты, полученные при изучении химического состава облепихового шрота и его ферментативных гидролизатов, дают основание сделать предположение, что осуществление ферментативного способа обработки облепихового шрота позволит повысить эффективность его применения в качестве добавки при производстве пищевых продуктов - для повышения их пищевой и биологической ценности, улучшения качества и детоксицирующих свойств, а также выполнения некоторых других функций в ходе технологического процесса, например, для интенсификации процесса тестоприготов-ления при производстве хлеба за счет активизации жизнедеятельности дрожжей. Проведенные исследования подтвердили это предположение .

7.1. Применение частично гидролизованного облепихового шрота при производстве хлебобулочных изделий

Проведены исследования по использованию частично гидролизованного шрота в качестве поли$ункционаяьной добавки при производстве хлебобулочных изделий. При приготовлении хлеба о добавками гидролизат вносили вместе с твердой фазой при замесе теста с другими рецептурными компонентами. Для сравнения выпекали хлеб без добавок и с немодифицированным облепиховым шротом. Результаты лабораторных выпечек представлены в табл.6.

Таблица 6

Влияние различных 'дозщювок частично гидролизованного облепихового шрота на качество пшеничного хлеба

Вариант опыта

Контроль (хлеб без добавок)

С добавлением частично гидролизованного облепихового шрота, % к массе муки:

3

6

13 20 33

Удельный Порис- Кислот- Влаж-ооъем, тость, ность, ность,

см3ЛООг * гРад' *

362 80 2,8 43,1

368 80 2,8 43,2

396 89 2,8 43,2

400 95 2,8 43,1

381 86 3,0 43,0

362 80 3,1 43,1

Проведенные исследования показали, что применение частично гидролизованного облепихового шрота при производстве хлебобулочных изделий позволяет получить хлеб, характеризующийся лучшими показателями качества, чем хлеб, приготовленный без добавок и с немодифицированным облепиховым шротом; способствует интенсификации процесса тестоприготовления, позволяет сократить длительность брожения теста на 30-40 мин при улучшении качества хлеба по всем основным показателям, способствует повышению пищевой и биологи-

ческой ценности изделий за счет обогащении ^аротином (0,2с иг/100 г хлеба), полиненаснщенными жирным* кислотами и незаме, н^ аминокислотами ( - на 0>. в том числе лизином С~ на® и треонином (на 12$). т.е. теми аминокислотами, которые являю,

иэ^утюцшос изделиях из пшеничной муки; дает""возможность сократить в рецептуре изделий количество вне

симого ясира и сахара.

Данные лабораторных испытаний были подтверждены в услови

производства на хлебозаводе г.Снечкус.

7 2. Применение ферментативных гвдролизатов

шр^а при производстве экструдировашюго рисового продукта

Совместно с кафедрой "Процессы и аппараты-№ проведен исследования по применению г^лизата облепихового шрота в к честве одного из компонентов вкусовой добавки для напыления в экстру дарованный рисовый продукт. Вкусовую добавку получали с шением гидролизата облешаового шрота и ЮТ»» 1*аной « я. гидролизата облепихового Ш1юта и яблочного оока. Получен* изделия имели хорошие оргаистические и физико-химические И казатели качества и отличались по—ной паевой ценностью з

счет обогащения их витаминами (С. Вр ЕР). о™«"» (на ^ р^оримым белком ( в 2,0-2,5 раза), свободными —слот, 1 (в х.б Р^а), в том числе аминокислотами, являющимися т* для зерновых продуктов: лизином (в 1,9 раза) и трес

нином (в 1,4 раза). ^ _

на основании проведенных исследований разработаны техно,

гические рекомендации до применению ферментативного гидролиз«

ха облепихового шрота при производстве рисового экструдировеи

ного продукта.

ВЫВОДЫ

1. Изучен химический состав облепихового шрота, полученно-■о с Бийского витаминного завода, для характеристики его по пи-[евой и биологической ценности. Установлено, что шрот богат ¡елком (- 20$?), липидами (-25$), витаминами (С, Вр В2, РР, 'руша Е, /-каротин), жирными кислотами (олеи новой, линоле-юй, пальмитоолеиновой, линоленовой и др.), минеральными веще-!твами (А , Л/л , Св , ), свободными аминокислотами (9,6 ш/г шрота), пищевыми волокнами (51,бЯ. Общая доля углеводов ¡оставляет ~ 22,5%, при этом ~ 21,5% приходится на неусвояемые углеводы (клетчатку, гемицеллюлозы, пектин).

2. Проведены исследования по применению ферментных препаратов целлокандшг ПОх, цагороземин Их, ксилоглюканофоетидин ЦОх, пектофоетвдин П10х и мультэнзимных композиций (МЭК) на их )снове для частичного гидролиза некрахмалистых полисахаридов >блепихового шрота. Показано, что проведение гидролиза лолисаг-сарадов облепихового ирога ферментными препаратами целлокавдин ?10х и пектофоетвдин П10х, а также МЭК на основе пектофоетиди-за П10х и ксилоглюканофоетидана 1П0х способствует увеличению содержания редуцирующих Сахаров в гидролизатах в 3,5-3,7 раза.

На основании проведенных исследований обоснован выбор пре-зарата пектофоетвдин ЩОх для разработки ферментативного спосо-5а обработки облепихового шрота.

3. Изучена кинетика действия ферментного препарата пекто-£оетидин ЩОх на полисахариды облепихового шрота. Показано, что проведение предварительного размола шрота в шаровой мельнице приводит к увеличению скорости ферментативной реакции К в

Г,35 раза, а использование при этом предварительной активации ферментного препарата в присутствии ионов увеличивает

И в 1,65 раза. На основании изучения зависимости К от концентрации субстрата и полученных кинетических характеристик обоснована целесообразность проведения механической обработки шрота и активации ферментного препарата для интенсификации про--ттяееа-дэддрптгичя пплтгпяуяртщов шрота.

4. Проведены исследования по разработке условий гидролиза полисахаридов облепихового шрота пектофоетидином П20х. Осуществлен выбор концентрации субстрата, ферментного препарата и условий его активации в присутствии ионов для увеличения КМЦ(ооах.) -активности на 40$.

5. Проведены исследования по изучению влияния предварительной обработки шрота (обработка паром под давлением, размол в шаровой мельнице, обработка в дезиетеграторной установке) на эффективность последующего ферментативного гидролиза. Показано, что комбинирование различных факторов интенсификации процесса гидролиза (обработка шрота в дезинтеграторной установке с последующей обработкой паром под давлением; размол шрота в шаровой мельнице и предварительная активация ферментного препарату; приготовление суспензии шрота на воде, подвергнутой униполярной электрохимической обработке и обработка паром под давлением позволяют увеличить через 8 часов гидролиза количество Сахаров в растворимой части продукта облепихового шрота в 5,3-6,0 раза.

Показана возможность интенсификации процесса ферментативного гидролиза полисахаридов облепихового шрота при использовании молочной сыворотки.

6. Изучен состав ферментативного гвдролизата облепихового шрота. Показано, что механическая предобработка шрота и последующий гидролиз пектофоетвдином ЩОх способствует увеличению содержания Сахаров (в 5,4-5,6 раза), белка (на 40%) и свободных

аминокислот ( в 3,5 раза) в растворимой части продукта.

Установлено, что продукт содержит широкий набор Сахаров (глшоза, манноза, арабиноза, ксилоза, галактоза, рамноза), витаминов ( /-каротин, Вр В2, РР, С, группа Е), аминокислоты, в том числе все незаменимые.

Изучены детоксицирупцие свойства продуктов ферментативной обработки облепихового шрота. Показано, что эти продукты способны связывать 35-405? от общего количества свинца, внесенного ¡а гвдролизат.

7. Показано, что применение частично гидролизованного облепихового шрота при производстве хлебобулочных изделий из пшеничной муки способствует интенсификации процесса тестоприготов-ления, приводит к улучшению качества хлеба по всем основным показателям и повышению его пищевой и биологической ценности изделий за счет обогащения /-каротином, незаменимыми аминокислотами, полиненашценннми жирными кислотами, дает возможность сократить в рецептуре изделий количество вносимого жира и сахара.

8. Показана целесообразность использования ферментативного гидролизата облепихового шрота в качестве одного из компонентов вкусовой добавки при производстве экструдированного рисового продукта для обогащения витаминами (С, Вр РР), сахара-ми, растворимым белком, свободными аминокислотами.

9. Разработаны технологические рекомендации по осуществлению ферментативного способа обработки облепихового шрота для применения в пищевой промышленности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ: ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

I. Ляшенко Е.В., Кобелева И.Б., Граубенберг С.Е. Изучение

состава некоторых отходов пищевых производств с целью определе ния путей их рационального использования // Тез.докл. научн.-техн. конф. "Биотехника и биотехнология". - Тамбов: ТОО СНИО ССОР. 1990. - С.89.

2. Ляшенко Е.В,, Мйл0рДРва-БтВтт-^§ау4€Нберг_Д^., Маме-дова Д.Г. Использование облепихового шрота в качестве витаминизирующей добавки для хлебобулочных изделий // Тез.докл. Всесою; совещания "Реализация научно-технической программы. Витаминизация пищи". - Углич, 1990. - С.114.

3. Ляшенко Е.В., Траубенберг O.E., Алатова Г.Г. Применена ферментного препарата пектофоетидин П10х дая гидролиза некрахмалистых полисахаридов облепихового шрота // Тез.докл.Республ, научн.-техн. конф. "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий;, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пицевуи и перерабатывающую отрасли АПК". - Кие] КТИПП,1991. - С.327.

4. Ляшенко Е.В., Траубенберг С.Е., Тесслер Т.В. Применена ферментных препаратов для повышения пищевой ценности облепихового шрота // Тез.докл.Всесоюзн.конф. по пшцевой химии. - М., 1991. - С.84.

5. Ляшенко Е.В., Иванова Т.О., Траубенберг С.Е. Механичен кая активация целлюлозосодеркащего субстрата как фактор интенсификации ферментативного гидролиза // Тез.докл. 8 Всесоюз. ев' минара "Дезинтеграторная технология". - Киев, 1991. - С.88.

6. БабенкоВ.Я., Траубенберг С.Е., Нлаксин Ю.М., Ареллад-зе Д.Г., Карлаш В.И., Ляшенко Е.В., Мнлорадова Е.В. Способ поучения лицевого эксгрударованного продукта. Решение Государст венной научно-технической экспертизы изобретений от 27.03.91 на заявку Ii 4813855/13 от 13.04.90 о выдаче авторского свидетельства.

7. Траубенберг С.Е., Милорадова Е.В., Ляшенко Е.В., Маме-дова Д.Г., Соловьева В.В. Способ приготовления теста. Решение патентной экспертизы Госпатента СССР о выдаче патента от 31.07.91 на завку й 4897403/13 от 28.12.90 г.