автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА ЛЮДМИЛА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНЦЕНТРАТА БЕЛКОВ ЛЮПИНА И ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.18.07 - биотехнология пищевых продуктов и биологических

активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

'I с !<лГ(

Санкт-Петербург ' "'

2014

0055478ОУ

005547859

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» Институт холода и биотехнологий

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Забодалова Людмила Александровна

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Галынкин Валерий Абрамович ФГБОУ ВПО «СПбГТЩТУ)» профессор кафедры технологии микробиологического синтеза

кандидат технических наук, Малина Ирина Леонидовна менеджер-технолог ООО «Вильд Россия»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет»

Защита диссертации состоится « м » 2014 г. в /У часов

на заседании диссертационного совета (шифр Д 212.227.09) при ФГЪОУВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» по адресу: 191002 Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, факс 8-(812)-315-30-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « <(0 » ¿22014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Колодязная Валентина Степановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 H.A., 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 ТЕМРШ-БЕРЯШ (СПб, 2013 г), VIМНТК «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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведен анализ научной, технической и патентной информации, характеризующей основные направления использования продуктов переработки люпина, а также применение методов биотехнологии при получении белковых препаратов и комбинированных продуктов функционального назначения с использованием растительного сырья, сформулированы цель и задачи исследования.

Методология проведения эксперимента

Объектами исследования служили цельносмолотая мука из семян люпина узколистного сорта «Снежеть», пастообразный концентрат белков люпина, люпиновая сыворотка, сухой концентрат белков люпина, сгустки и образцы обогащенного белковым концентратом кисломолочного продукта; растительная и молочно-растительная основы с различным соотношением белков люпина и молока, а также сгустки и образцы ферментированных продуктов, полученные путем сквашивания смесей йогуртовой закваской, выработанные по предложенным рецептурам.

При проведении экспериментов применяли общепринятые в исследовательской практике методы физико-химического, микробиологического, реологического анализа.

Для выработки продуктов использовалось следующее сырье: мука люпина узколистного по ТУ 9196-006-11951678-2001, предоставленная ВНИИ люпина, г. Брянск; вода питьевая по СанПиН 2.1.4.1074-01; отечественные ферментные препараты (ФП) целлюлаз, ксиланаз и амилаз заявленной активности по соответствующим ТУ, зарубежные ферментные препараты целлюлазы и ксиланазы заявленной активности, предоставленные АО "Novozymes A/S" (Дания); сухое обезжиренное молоко по ГОСТ Р 52791-2007; закваска «СТБп» производства ВНИИЖ РАСХН.

б

Общая схема проведения исследований приведена на рис. 1.

Оптимизация параметров процесса экстрагирования в присутствии фермента (1-7)

х

Исследование процесса экстрагирования в присутствии МЭК (1-9)

X

X

Анализ функционально-технологических свойств белкового _препарата(10,11)

Разработка технологии аналога кисломолочного продукта из муки люпина и комбинированного кисломолочного продукта с функциональными свойствами (12-17)

Разработка рецептуры и технологии кисломолочного продукта с добавлением концентрата белков люпина (12,13,14,17) Исследование влияния растительного компонента смеси на метаболическую активность микроорганизмов закваски (15,16,17)

Исследование потребительских свойств полученных продуктов

Органолептические показатели (17) Физико-химические показатели (1,12,13) ▼ Структурно-механические свойства(14)

X

Расчет себестоимости новых продуктов

X

Разработка проектов технической документации (СТО) на новые продукты

□

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

В ходе эксперимента определяли: 1 - активную кислотность; 2 - м. д. сырого протеина в белковой пасте и сыворотке; 3 - м. д. влаги; 4 - титруемую кислотность сыворотки; 5 - плотность сыворотки; 6 - м. д. сырого жира в пасте; 7 - м. д. сырой клетчатки в пасте; 8 - м. д. общего сахара; 9 - состав моно- и дисахаридов в сыворотке; 10 - влагоудерживающую способность препарата; 11 - жироудерживающую способность; 12 -динамику кислотонакопления; 13 - влагоудерживающую способность сгустков; 14 - структурно-механические показатели; 15 - микробиологические показатели; 16 - состав органических кислот; 17 - органолептические показатели.

На начальном этапе работы отрабатывалась технология получения концентрата белков люпина при рН изоэлектрической точки белков. Проводился подбор ФП для проведения биоконверсии структурных и запасных полисахаридов люпиновой муки на стадии экстрагирования небелковых соединений.

Определяли наиболее эффективный в отношении субстрата ФП. Методом уни-форм-ротатабельного планирования проводилась оптимизация параметров процесса экстрагирования в присутствии выбранного ФП целлюлазы.

На втором этапе составляли МЭК из набора ФП с оптимальной дозировкой целлюлазы в своём составе, исследовали их воздействие на субстрат, и с помощью хрома-тографирования супернатанта (люпиновой сыворотки) оценивали эффективность их использования. На третьем этапе изучались функционально-технологические свойства концентрата белков люпина и возможность использования препарата в качестве ингредиента кисломолочного продукта.

, На следующем этапе разрабатывали состав растительной и молочно-растительной основы, обеспечивающий наилучшие органолептические и структурно-механические характеристики готовых продуктов. В процессе ферментации исследовали динамику кислотонакопления, изменение вязкостных свойств смесей, оценивали влияние растительного компонента смеси на метаболическую активность закваски.

В дальнейшем исследовали показатели качества ферментированных продуктов в процессе хранения и устанавливали допустимый срок их годности в соответствии с МУК 4.2.1847-04.

На конечном этапе рассчитывали биологическую и энергетическую ценность продуктов, разрабатывали проект технической документации (СТО) на производство аналога КМП и комбинированного КМП из муки люпина и обезжиренного молока.

Экспериментальные исследования проводили в трех-пятикратной повторности. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Office Excel 2010 и Mathcad 15.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Подбор ферментов для проведения биоконверсииуглеводсодержащих компонентов муки люпина

Подбор ФП проводился на основании данных химического состава углеводной фракции семян люпина узколистного, которая включает клетчатку (до 11%), гемицеллю-лозы и пектины (в сумме 10%), небольшую долю крахмала (около 4%).

Деградация некрахмалистых полисахаридов проводилась в присутствии комплексных цитолитических систем, в состав которых входят целлюлазы эндо- и экзо-типов и эндоглюканазы: Целлюлаза-100 - препарат стандартизован по целлюлазе, активность 540 ед КМЦ/мл; Целловиридин с целлюлазной активностью 200 ед КМЦ/мл; Cel-luclast BG с целлюлазной активностью 3500 ед/г, предоставлен фирмой «Novozymes».

Разрушению лигноуглеводных комплексов и гемицелшолоз совместно с целлюла-зами способствует использование препарата ксиланазы - Pentopan Mono с ксиланазной активностью 2500 ед КС/мл, предоставленного фирмой «Novozymes».

Для гидролиза крахмала подобраны амилолитические ферменты, активные в области средних (а-амилаза) и высоких (Дистицим БА-Т Специал) температур с амилолити-ческой активностью750 ед/г и 950 ед/г соответственно.

Эффективность биоконверсии углеводсодержащих компонентов и антипитатель-

ных факторов, входящих в состав муки люпина, оценивалась по содержанию сырого протеина в полученном 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 люпина узколистного имела содержание сырого протеина 46% на с. в., сырого жира -7,1% на с. в., клетчатки 4,5% на с. в. Максимальный выход целевого продукта в исследуемых условиях был достигнут воздействием на субстрат ФП Целлюлаза-100 и составил (53,28±1,10) % на с. в., в то время как значение контрольной пробы (без внесения ФП) составило (50,68±1,01) % на с. в.

Оптимизация условий ведения процесса экстрагирования небелковых соединений с ферментным препаратом целлюлозы

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 (У, %) изучалось влияние трех факторов: температуры (X,) в диапазоне 50-60°С; дозировки ФП Целлюлаза-100 (Х2) в диапазоне 0,54-1,62 ед/г; соотношения вода : мука (Хз) в количестве 10:1; 15:1; 20:1. Экспозиция суспензии с ФП проводилась в течение 40 минут.

После исключения незначимых коэффициентов, получено уравнение регрессии: У = -522,777 - 0,184Х[2 - 10,515Х/ - 0,069Х32+ 20Д96Х,+22,713Х2+2,076Х3

Адекватность уравнения оценивалась по критерию Фишера.

Полученные поверхности имеют форму эллиптического параболоида (рис.2), изолинии их сечений приведены на рис.3.

Рисунок 3 - Изолинии сечений поверхности отклика зависимости содержания сырого протеина в пасте от дозы фермента и гидромодуля (а), от температуры и гидромодуля (б), от температуры и

дозы фермента (в).

100.

са

Рисунок 2 - Поверхность отклика зависимости содержания сырого протеина от температуры и дозы фермента

Координаты оптимума (максимум) лежат в центре плана. Таким образом, оптимальными параметрами совмещенного процесса экстрагирования небелковых соединений в изоэлектрической точке белков и ферментативного расщепления балластных веществ люпиновой муки целлюлолитическим ферментом являются: температура

гидромодуль 1 : 15, дозировка фермента 1,08 ед/г.

При проведении процесса в оптимальных условиях содержание сырого протеина в целевом продукте составило (59,3 ± 1,1)% на с. в. и в среднем возросло на 12-13 % по сравнению с исходной мукой и на 8-9 % по сравнению с контрольным продуктом.

Исследование влияния совместного применения ферментных препаратов на экстрагируемость небелковых соединений из люпиновой муки. Составление МЭК

Для эффективного гидролиза были составлены композиции из ФП:

1. (1,08±0,02) ед/г ФП «Целлюлаза-100» и (0,7±0,2) ед/г «Дистицим БА-Т Специал»;

2. (1,08±0,02) ед/г ФП «Celluclast BG» и (5±1) ед/г «Pentopan Mono BG»;

3. (1,08±0,02) ед/г ФП «Celluclast BG» и (25±1) ед/г «Pentopan Mono BG».

Наилучший результат получен с МЭК 2, при этом м. д. сырого протеина в целевом продукте составила (56,04±1,10) % на с. в., м. д. сырого жира (10±1) % на с. в., м. д. сырой клетчатки (5±1) % на с. в.

В образце люпиновой сыворотки проанализировано суммарное содержание азотистых соединений, водорастворимых углеводов и определён их компонентный состав (на базе ФБУ «Тест-СПб»), Содержание сахарозы составило (0,34±0,5) %, количество общего азота 0,096%. Согласно материальному балансу процесса в белковой пасте концентрируется до 84% белка, содержащегося в исходном субстрате, а потери белка с сывороткой составляют 12%. Соотношение компонентов в смеси «сахароза : глюкоза : фруктоза» по данным хроматографирования для люпиновой сыворотки составило 10:1:1. Суммарное количество моно- и дисахаридов в супернатанте по данным материального баланса процесса увеличилось в 2 раза по сравнению с суммарным количеством растворимых углеводов исходного субстрата, что свидетельствует об эффективности разрушения полисахаридов в процессе ферментативной обработки.

Использование сухого концентрата белков в качестве ингредиента КМП

По методикам ВНИИЖ были определены функционально-технологические свойства белкового концентрата. В ходе исследования установлено, что влагоудерживающая способность препарата составила (317±15) % и возросла в 1,5 раза по сравнению с исходной мукой, а жироудерживающая способность составила (409±5) % и возросла в 4,2 раза по сравнению с исходной мукой.

С целью выявления максимальной дозы внесения были изучены органолептиче-ские, структурно-механические показатели и пищевая ценность кисломолочных продуктов с добавлением 0,3%, 1 % и 2 % белкового препарата.

Эксперименты проводились с использованием сухого обезжиренного молока, восстановленного до м. д. белка 3%, и с использованием цельного молока с м. д. белка 2,8±0,2 %, жира 3,6±0,1 %. Пастеризацию проводили при (92±2) °С с выдержкой 3 мин, вносили белковый препарат и сквашивали йогуртной закваской.

Полученные сгустки были плотными и имели выраженный кисломолочный вкус и запах. При внесении препарата в количестве более 1 % наблюдался легкий бобовый привкус, продукт приобретал кремовый оттенок. Введение концентрата в возрастаю-

щем количестве приводило к увеличению влагоудерживающей способности у образцов за счет увеличения содержания белкового компонента в конечном продукте. На увеличение влагоудерживающей способности сгустков, выработанных на цельном молоке, влияет присутствие жировой фракции молока, а также наличие у белкового концентрата как влагоудерживающей, так и жироудерживающей способности.

С помощью расчетных коэффициентов (Пп - коэффициент потерь вязкости, KMC - коэффициент механической стабильности, Вп - относительная степень восстанавливаемости структуры) проведена оценка структурно-механических свойств обогащенных кисломолочных продуктов (табл.1, 2).

Таблица 1 - Структурно-механические показатели обогащенного белковым концентратом

люпина кисломолочного продукта, выработанного на обезжиренном молоке

Массовая доля концентрата, % Показатели

п„,% KMC в„,% Относительная степень разрушения структуры

- 54,Ш ,4 2,20±0,15 70,1±3,1 0,306

1,0 54,9±1,1 2,20±0,10 60,0±3,6 0,306

2,0 61,5±2,3 2,60±0,14 57,7±3,1 0,362

Использование концентрата в количестве 1% не оказывает негативного влияния на структурно-механические показатели продуктов, KMC остается постоянным. Таблица 2 - Структурно-механические показатели обогащенного белковым концентратом

Массовая доля концентрата, % Показатели

п„,% KMC в„,% Относительная степень разрушения структуры

- 19,9±1,3 1,30±0,14 86,6±3,3 0,173

1,0 23,1±1,1 1,30±0,10 84,0±ЗД 0,179

2,0 28,5±2Д 1,40±0,12 78,1±3,1 0,192

Использование препарата в количестве 1% в рецептуре кисломолочного продукта, выработанного на цельном молоке, приводит к небольшим потерям вязкости сгустков. В обоих случаях падает способность сгустков к тиксотропному восстановлению, что обусловлено присутствием в системе дисперсной фазы, способной образовывать прочные контакты, склонные разрушаться необратимо.

На основании проведенной серии экспериментов определена максимальная доза внесения белкового концентрата из муки люпина в количестве 1 %. Внесение препарата обогащает рацион клетчаткой и повышает энергетическую ценность обезжиренного КМП на 18,2%, КМП на цельном молоке на 9,0%.

Исследование процесса ферментации растительной и молочно-растительной основы с различным соотношением белков молока (СОМ) и люпина (КБЛ) Определение показателей качества продуктов

Аналог КМП изготавливали сквашиванием растительной основы, выработанной из муки люпина узколистного, из которой сначала получали белковый концентрат, который растворяли в воде до получения суспензии с массовой долей сухих веществ 8-10%, белка 56%, жира 0,8-1%. Для получения комбинированного продукта была составлена молоч-но-растительная основа с добавлением в растительную суспензию восстановленного обезжиренного молока до общего содержания белков 5%.

При ферментации молочно-растительной основы смесь достигала требуемых значений титруемой кислотности за 3 ч, в случае же ферментации восстановленного мо-

лока (контрольная проба) этот процесс занимал около 4-5 часов. Наличие в смеси растительного компонента положительно влияет на динамику кислотонакопления смеси и позволяет сократить время на производственный цикл ферментации. Полученные сгустки имели однородную консистенцию с незначительным выделением сыворотки, кисло-сладкий вкус и приятный запах.

Увеличение доли СОМ в смеси приводит к понижению влагоудерживающей способности сгустка. Белки СОМ характеризуются большей способностью к синерези-су, чем конглютин люпина.

Исследованы вязкостные свойства систем с различным соотношением растительных и молочных белков. С повышением напряжения сдвига наблюдается понижение вязкости, что говорит о неньютоновском (псевдопластическом) характере течения вещества. Для описания течения исследуемых веществ применено уравнение Остваль-да-дё-Виля. Зависимость коэффициента эффективной вязкости продуктов (у) от скорости сдвига (х) выражается следующими уравнениями:

аналог КМП: у = 412,46х'0'909 Я2 = 0,9952; комбинированный КМП (СОМ/КБЛ 50:50) у = 370,99 х'°'974 Я2 = 0,9957 Полученные зависимости отражают свойства рассматриваемых материалов при сдвиге, что может быть использовано при определении параметров технологических процессов обработки сгустка.

Содержание молочного сырья в смеси свыше 50% приводит к потерям вязкости, структура продукта становится менее стабильной и характеризуется сравнительно низкой способностью к тиксотропному восстановлению. Зависимость коэффициента эффективной вязкости (у) при различных скоростях сдвига от м. д. молочного сырья (х, %) в смеси можно описать следующими уравнениями:

на скорости 16,2 с"1 у = -0,22х + 36,33 Я2 = 0,9694; на скорости 27 с'1 у = -0,14х + 22,04 Я2 = 0,9698 Данные зависимости позволяют прогнозировать значение коэффициента эффективной вязкости комбинированного продукта в определенном диапазоне скоростей сдвига при разработке состава молочно-растительной основы и подборе оборудования.

Оценка структурно-механических свойств комбинированных продуктов, аналога КМП и контрольного продукта (на обезжиренном молоке) проведена с помощью расчетных коэффициентов (табл. 3).

Таблица 3 - Структурно-механические показатели ферментированных продуктов _ Показатели

Соотношение СОМ/КБЛ

Контроль (100:0)

Аналог (0:100)

25:75

50:50

75:25

П„, %

54,9±1,4

48,9*1,2

50,1±1,1

48,9±1,3

75,0±1,2

КМС

2,20±0,15

1,96±0,13

2,00±0,10

1,96±0,15

4,00±0,10

70,1±3,1

57,2*2,1

55,5±1,2

5б,1±2,2

37,5±1,9

Относительная степень разрушения структуры

0,306

0,272

0,278

0,272

0,556

Комбинирование растительного сырья и обезжиренного молока в составе продукта в количестве до 50% приводит к снижению потерь вязкости по сравнению с контрольным продуктом. Структура продуктов на растительном сырье более стабильна возможно, в силу возникновения особых типов межмолекулярных взаимодействий между частицами дисперсной фазы и коагулированными белками люпина. Однако кон-ппоткн люпина обладает менее выраженными тиксотропными свойствами, чем белки

молока, о чем свидетельствует более низкое значение показателя восстанавливаемости структуры Вп у продуктов, полученных с использованием растительного сырья. Исследование влияния растительного компонента смеси на метаболическую активность микроорганизмов закваски Методом ВЭЖХ в «Тест-СПб» определено содержание некоторых органических кислот в образцах аналога КМП и продукта с соотношением СОМ/КБЛ 50:50 (табл. 4). Таблица 4 - Содержание молочной и яблочной кислот в образцах ферментированных

Образец сыворотки Общий прирост кислотности, Д °Т Содержание молочной кислоты, г/дм3 Содержание яблочной кислоты, г/дм3 Сумма молочной и яблочной кислот, г/дм3

Аналог КМП 35 0,93±0,19 0,17±0,03 1,10

СОМ/КБЛ 50:50 70 6,70±1,34 1,85±0,37 8,55

контроль 44 6,89±1,16 - 6,89

' ----------------"I'V «.^ЦИШПВИУ! ^ислаьим ни

сравнению с контрольным образцом в основном зависело от увеличения продуцирования микроорганизмами закваски яблочной кислоты. Наличие растительного компонента в смеси способствует увеличению титруемой кислотности комбинированного КМП за счет образования побочных продуктов гомоферментативного молочнокислого брожения, в частности яблочной кислоты.

Органолептические показатели продуктов представлены на рис.4, разработанная схема технологического процесса производства на рис. 5.

Запах кисломолочный

фруктовьи£<Г*-

Вкус кисло-сладкий

Ч-'ачпсгый

кисломолочный

насыщенный ~

бобОВЫЙ

Цвет равномерный по всей массе

►'Х'Амол очно-белый

-V V"'

кремовый - соотношение СОМ/КБЛ 25:75

с оттенком бобовых

Консистенция однородная

с включениями

"•А— соотношение СОМ/КБЛ 75:25

-» -соотношениеСОМ/КБЛ50:50 Аналог кисломолочного продукта

Рисунок 4 - Профилограммы органолептических показателей ферментированных продуктов с различным соотношением СОМ/КБЛ Наиболее гармоничные органолептические свойства у продукта с соотношением СОМ/КБЛ 50:50. Аналог КМП имеет нейтральный свойственный продукту вкус, фруктовый запах, однородную консистенцию. Химический состав, энергетическая и биологическая ценность продуктов представлены в табл. 5.

Технологический процесс | Параметры и показатели

П роемка

Люпиновая мука В соответствии с ТУ 9196-006-11951678-2001

Вода питьевая В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01

ФГГЦеллюлазы В соответствии с ТУОП 64-13-162-90

ФП Ксиланазы В соответствии с ТУ 9291-019-77388084-2005

Молоко сухое обезжиренное В соответствии с ГОСТ Р 52791

закваска «СТБп» В соответствии с ТУ 9229-369-00419785-2004

Наполнители По соответствующим с ТУ

Получение растительной основы

Составление гидромодуля Соотношение мука: вода 1:15 Температура воды (55±2) °С рН = 4,4+4,5; продолжительность 40 минут; частота вращения мешалки 500 об/мин

Экстрагирование небелковых соединений в присутствии целлюлазы или МЭК

Резервуар с рубашкой и мешалкой, насос

Центрифугирование 3500 об/мин 15 мин

Промывка белковой пасты соотношение паста: промывная вода 1: 6; рН = 4,5

Емкость с мешалкой, насос

Отделспие промывной воды Получение суспензии с концентрацией сухих веществ 8-10% (Б = 5-6 %)

Сепаратор, насос

Нейтрализация 1ЧаОН 5% р-р до рН = 6,8-6,9

Емкость с мешалкой, насос

Составление молочно-растительной основы (соотношение объемов растительной суспензии к объему обезжиренного молока 1:1)

Диспергирование 1=60-65°С; 10 мин при 24000 об/мин

Пастеризация Температура (92±2) °С с выдержкой 5 мин

ОПУ, насос

Охлаждение до температуры заквашивания Температура заквашивания (42±2) °С

ОПУ

Введение закваски, ферментация 1 ферментации (42±2) °С, до достижения активной кислотности сгустка рН = 4,5 (для комбинированного продукта); рН = 3,8-4,2 (для аналога)

Резервуар с рубашкой и мешалкой

Охлаждение, внесение джема Охлаждение до температуры (23±2) "С

Резервуар с рубашкой и мешалкой

Розлив, упаковка, маркировка доохлаждепие ферментированных продуктов до Н4±2)°С

Насос, автомат для фасовки

Доохлаждепие и хранение

Холодильная камера

Получение сухого концентрата белков люпина

Диспергирование 1=60-65°С

Распылительная сушка и,= 175Ч>180оС 1И1Х = 70°С-80°С

и>

Восстановление сухого обезжиренного молока 1 вода 45 С Концентрация белка 2,5%

Установка для растворения сухих компонентов, центробежный молокоочиститель

Выдержка восстановленного молока 1 =4-8 °С, в течение 3-4 ч

Емкость, пасос

Рисунок 5 - Технологическая схема производства концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе

Таблица 5 - Содержание основных пищевых веществ (г/100 г продукта), энергетическая и _биологическая ценность ферментированных продуктов_

Показатель Содержание

Аналог Комбинированный Базовый

Белки 5,0 5,0 5,0

Жиры 0,9 0,56 1,5

Углеводы, в том числе: 8,3 10,5 10,4

Клетчатка 0,4 0,2 .

Энергетическая ценность, ккал 61,3 67,4 75,1

Коэффициент рациональности а/к состава 0,7 0,73 0,7

Показатель сопоставимой избыточности 0,15 0,13 0,15

Коэффициент различий аминокислотного скора 24,1 26,30 37,25

Биологическая ценность, % (БЦ=100-КРАС) 75,9 73,70 62,75

Разработан инвестиционный проект, предусматривающий внедрение технологии на молокоперерабатывающем предприятии, оборудованном цехом распылительной сушки. Потребность в инвестициях составляет 7 млн. руб. (с учетом дисконтирования денежных потоков по ставке 12%). Предложенная технология позволит снизить себестоимость продукции в 1,3 - 1,7 раза по сравнению с базовым продуктом.

Определение сроков годности ферментированных продуктов Согласно методологическим принципам исследования пищевой продукции, изложенным в МУК 4.2.1847-04, была проведена оценка органолептических и микробиологических показателей продуктов в процессе хранения. Предполагаемый срок хранения продукции составляет 5 суток, коэффициент резерва - 1,5.

В течение всего срока хранения ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе условно-патогенных, патогенных микроорганизмов и плесеней не было обнаружено. Количество молочнокислых микроорганизмов на конец срока годности составило 5 • 107 КОЕ / г для аналога КМП и 1,3 • 109 КОЕ / г для комбинированного продукта. В результате исследований определены сроки годности ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе, которые составляют 5 суток при (4±2) °С.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны биотехнология получения концентрата белков из полножирной муки люпина узколистного с повышенным содержанием сырого протеина, рецептура и биотехнология аналога кисломолочного продукта и комбинированного кисломолочного продукта с функциональными свойствами.

2. С помощью униформ-ротатабельного планирования установлены оптимальные параметры процесса экстрагирования небелковых соединений при рН изоэлектрической точки белков: температура 55°С, гидромодуль 1:15, дозировка целлюлолитического фермента 1,08 ед/г., определены коэффициенты уравнения регрессии, отражающего зависимость содержания сырого протеина в концентрате от указанных факторов.

3. Предложен состав мультиэнзимной композиции, позволяющий получить концентрат на 10 % превосходящий по содержанию сырого протеина исходную муку и на 6 % контрольный продукт. При этом суммарное количество моно- и дисахаридов в супер-натанте увеличивается в 2 раза по сравнению с суммарным количеством растворимых углеводов исходного субстрата.

4. Установлено, что в результате ферментативной обработки в 1,5 раза возросла влаго-удерживающая способность и в 4,2 раза жироудерживающая способность препарата по сравнению с исходной мукой. Подтверждена возможность использования белкового концентрата в качестве ингредиента кисломолочного продукта. Максимальная массовая доля его внесения определена в количестве 1%.

5. Установлено, что комбинирование растительного сырья и обезжиренного молока в составе ферментированного продукта в количестве до 50% позволяет получить продукт, превосходящий кисломолочный продукт на обезжиренном молоке по коэффициенту потерь вязкости на 6%. Аналог кисломолочного продукта обладает хорошими реологическими характеристиками, выраженными тиксотропными свойствами и стабильной структурой.

6. Установлено, что на субстрате смешанного сырьевого состава микроорганизмами закваски увеличивается продукция органических кислот, оказывающих косвенный антагонизм в отношении патогенной флоры человека. При этом биологическая ценность аналога кисломолочного продукта на 13%, а комбинированного продукта на 11% выше биологической ценности обезжиренного кисломолочного продукта с содержанием белка 5%.

7. Исследованы свойства ферментированных продуктов в процессе хранения и определен срок их годности, который при температуре (4±2)°С составляет 5 суток.

8. Предложенный способ получения ферментированных продуктов позволит снизить себестоимость аналога кисломолочного продукта в 1,7 раза, себестоимость комбинированного продукта на молочно-растительной основе в 1,3 раза, при величине показателя рентабельности продукции 10%.

9. Разработаны проекты технической документации (СТО) на производство аналога кисломолочного продукта и комбинированного кисломолочного продукта.

Список публикаций

1. Мамаева Л.М. Люпин - перспективное сырье для получения белковых концентратов // «Сборник трудов молодых ученых». Ч. III: - СПб.: (СПбГУНиПТ. 2010 - 122с.), С. 4-6.

2. Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Мамаева Л.М. Исследование процесса получения белковых концентратов люпина с использованием ферментативного гидролиза полисахаридов // Материалы 10-й международной конференции «Масложировая индустрия -2010» 27-28 окт. 2010 г, С-Петербург. - С. 110-111.

3. Забодалова Л.А., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Кузнецова Л.М. Применение комплекса гидролитических ферментов при получении концентрата белков люпина [Электронный ресурс]: «Процессы и аппараты пищевых производсгв»/ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий — Электрон, журнал —СПб: СПбГУНиПТ,2012,— №1, —март2012.

4. Забодалова Л.А., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Кузнецова Л.М. Исследование процесса получения концентрата белков люпина с использованием мультиэнзимных композиций // Сборник материалов Международной научно-практической конференции "Культура люпина - его возможности и перспективы", посвященной 25-летию со дня образования ГНУ ВНИИ люпина, Брянск, 2012. - С. 266-271.

5. Забодалова Л.А., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Кузнецова Л.М. Применение ферментативного гидролиза в технологии белковых концентратов из люпина [Электронный ресурс]: «Процессы и аппараты пищевых производств»/ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий. — Электрон журнал — СПб: СПбГУНиПТ, 2012. — №2. — сент. 2012.

6. Забодалова Л.А., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Кузнецова Л.М. Исследование технологии получения концентрата белков люпина с использованием процесса энзиматиче-ской деструкции полисахаридов // Хранение и переработка с/х сырья. -№3 - 2013. - С. 33-36

7. Кузнецова Л.М. Получение концентрата белков люпина методами биотехнологии и создание инновационных продуктов сложного сырьевого состава на его основе // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 4. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С.66-68

8. Кузнецова Л.М., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф. Ферментативная биоконверсия полисахаридов муки люпина и ее применение при получении белковых концентратов из растительного сырья // Научные работы участников конкурса ((Молодые ученые НИУ ИТМО» 2012 года. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С. 119-125

9. Забодалова Л.А., Кузнецова Л.М., Киябаева A.A. Применение белкового препарата люпина, полученного многосубстратной биоконверсией исходного сырья, в технологии ферментированных молочных продуктов // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - №2-3 (332-333) 2013.-С. 64-66

10. L. Kuznetsova, L. Zabodalova. Creation of new forms of protein foods from lupin by biotechnological methods // Сборник тезисов докладов научно-практической конференции молодых ученых «Современные тенденции в развитии пищевой биотехнологии» (Санкт-Петербург, 4-6 июня 2013 г) в рамках проекта TEMPUS-DEFRUS - СПб: НИУ ИТМО. - 2013 - С. 39-43

11. Забодалова Л.А, Кузнецова Л.М., Киябаева A.A. Влияние белкового препарата из семян люпина узколистного на органолептические и структурно-механические показатели кисломолочных продуктов // Материалы VI МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» 13-15 ноября 2013 г, СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. - С. 557-560

12. L. Kuznetsova, L. Zabodalova. Study of high-protein products of a complex raw material composition technology on the lupin basis // Сборник статей тезисов докладов Китайско-русской конференции «Питание и специальные пищевые продукты в экстремальных условиях» 2013.9.20-22.-С. 30-36.

13. Кузнецова Л.М., Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф. Исследование технологии инновационных продуктов сложного сырьевого состава на основе люпина / Сборник трудов II Всероссийского конгресса молодых ученых // Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С. 79-85

14. Кузнецова Л.М. Методы биотехнологии в создании новых форм белковой пищи из люпина / Восемнадцатая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ победителей конкурса грантов для студентов, аспирантов, молодых ученых и молодых кандидатов наук. - СПб, 2013 - С. 134

Подписано в печать 11.0 }■ IЧ ■ . Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. Печ. л. 1.0 . Тираж 50 экз. Заказ № }. НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИК ИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

04201457264

КУЗНЕЦОВА ЛЮДМИЛА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНЦЕНТРАТА БЕЛКОВ ЛЮПИНА И ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.18.07 - биотехнология пищевых продуктов и биологических

активных веществ

На правах рукописи

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Забодалова Л.А.

Санкт-Петербург

2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений......................................................................................................5

Введение.........................................................................................................................6

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

3.1 Отработка 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 экстрагируемость 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...................................................................................................................177

Приложение 1. Характеристика ферментных препаратов фирмы «ЫоуогушеБ». 193

Приложение 2. Протокол испытаний комбинированного продукта.....................197

Приложение 3. Протокол испытаний аналога кисломолочного продукта............199

Приложение 4. Проекты Стандартов Организации (СТО).....................................201

Приложение 5. Технико-экономические расчеты....................................................241

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

В настоящей работе приняты следующие сокращения: ФП - ферментный препарат МЭК - мультиэнзимная композиция с .в. - в пересчете на сухое вещество (СВ) БЭВ - безазотистые экстрактивные вещества М — масса продукта, г Б - массовая доля сырого протеина, д. ед. У - массовая доля углеводов, д. ед. ВУС - водоудерживающая способность ЖУС - жироудерживающая способность ОМ - обезжиренное молоко ЦМ - цельное молоко СОМ - сухое обезжиренное молоко КМП - кисломолочный продукт КБЛ - концентрат белков люпина

СОМ/КБЛ - соотношение молочного и люпинового белка в смеси

Пп - коэффициент потерь вязкости

KMC - коэффициент механической стабильности

Вп - показатель степени восстанавливаемости структуры

ВВЕДЕНИЕ

Производство обогащенных белком продуктов питания и комбикормов для животных является одним из важнейших направлений в современной пищевой и перерабатывающей промышленности. Питание человека разнообразно и включает помимо прочего употребление как растительных, так и животных белков. Растительные белки также успешно вводят в рацион сельскохозяйственных животных [16].

Несмотря на существенные различия в способах получения высокобелковых продуктов для различных целей, наиболее эффективным белковым обогатителем для их производства являются бобовые культуры.

Люди возделывают бобовые культуры с древнейших времен, наиболее популярными среди них в питании человека остаются фасоль, соя и горох. Эти продукты лидируют по содержанию белка в своем составе, практически не вызывают аллергии и очень привлекательны для вегетарианцев.

В тени остался люпин - замечательная высокобелковая культура, известная еще жителям Древней Греции и Египта. Уже тогда люди использовали его в качестве лекарственного средства и продукта питания. Сейчас люпин применяют в основном в животноводстве, аквакультуре, в качестве почвенного удобрения, хотя по многим показателям он не уступает традиционным бобовым культурам, входящим в ежедневный рацион питания человека [115].

Последние исследования в области технологии комбинированных продуктов питания и белковых препаратов из люпина, а также обогащения продуктов питания и комбикормов Юрченко H.A., Антиповой Л.В., Махотиной И.А., Богатыревой Ж.И., Браудо Е.Е., Артюхова А., Король В.Ф. и др., позволяют рассматривать люпин как источник ценного и экологически чистого пищевого белка.

Целесообразно максимально фракционировать растительное сырьё для получения белковых изолятов и концентратов. Методы полного фракционирования растительного сырья значительно повышают хранимоспособность продукта и обеспечивают хорошие функциональные свойства белкового препарата. Для по-

вышения биологической ценности пищевых продуктов в качестве функциональной пищевой добавки использовали не только изоляты, но и отдельные аминокислоты [20].

В пищевой технологии для получения белковых концентратов и изолятов используют в основном соевые бобы. Но способ получения соевых белков имеет многооперационную технологию и требует сложного оборудования, что является одной из причин их импорта. Одновременно это сказывается на увеличении себестоимости готовой продукции [84, 85].

В свою очередь, на основе изолятов и концентратов растительных белков получают аналоги мясных и молочных изделий, комбинированные продукты питания сложного сырьевого состава, отвечающие высоким требованиям современной диетологии [131].

Целью маркетинговой деятельности при внедрении концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе на рынок является постановка долговременных целей, а также выявление ресурсов для осуществления хозяйственной деятельности предприятия, определение ассортимента продукции, формирование структуры производства.

Внедрение технологии получения продуктов на основе белков люпина узколистного является перспективным шагом в решении проблемы недостатка белка в питании. Дело не только в стоимости сырья (килограмм люпина стоит в среднем в два раза дешевле килограмма полножирной сои), но и в возможности замещения импорта столь прихотливой к условиям выращивания сои, что сказывается на снижении себестоимости готовой продукции.

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.

Научная новизна. Показано, что применение ферментативного гидролиза углеводного комплекса люпиновой муки на стадии экстрагирования небелковых соединений способствует повышению выхода белка. Установлено влияние темпе-

ратуры, 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 белкового концентрата. Определена максимальная доза внесения концентрата белков люпина в количестве 1%.

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 органолеп-тическими и реологическими характеристиками, с хорошей влагоудерживающей способностью сгустков.

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.

Практическая значимость. Разработаны рецептуры и технология, составлен проект технической документации (СТО) на производство комбинированного КМП и аналога КМП. Подана заявка на патент «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 №165ГУ 1/2013; грантом правительства Санкт-Петербурга серия ПСП № 13235 в 2013 г.

ГЛАВА 1 ОБЗОР НАУЧНОЙ, ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ

ИНФОРМАЦИИ

1.1 Рациональное использование источников белка на фоне его прогрессирующего дефицита в питании

Белки - это высокомолекулярные соединения, выполняющие в организме человека ряд ответственных функций, в том числе в комплексе с фосфолипидами пластическую функцию, являясь остовом клетки, в роли апоферментов каталитическую, гормонально-регуляторную, осуществляют транспорт питательных веществ через мембрану клетки и др.[14]. Белок как животный, так и растительный является основным источником аминокислот [118].

Рекомендовано потребление животных и растительных белков в процентном соотношении друг к другу 55% к 45% соответственно. По данным ФАО/ВОЗ, необходимо потреблять в среднем 100 г белка в сутки, причем около 60% от этой цифры должно приходиться на белки животного происхождения. В России имеет место дефицит белка в объеме 1,6 млн. т [7].

Имеются данные, что даже без учета листвы деревьев и морских водорослей природа могла бы обеспечить белком каждого человека на планете в количестве до 125 г в день, что выше суточной потребности. Но многие белки растений часто становятся непригодными для человека в силу присутствия в сырье анипитательных компонентов.

Около 7 кг зерна необходимо для производства килограмма мяса, вместе с тем потребление мяса остается высоким, что не может не сказаться на общем увеличении производства растительных белков [93].

Разработка пищевых продуктов нового поколения, имеющих комплементарный состав белков и характеризующихся близким к «идеальному» аминокислотным составом - задача пищевой комбинаторики. Наиболее экономично использование белка растительного происхождения в рационе питания человека, что связано с не-

большими временными и экономическими затратами на возделывание культурных растений, возможностью селекции новых видов. Тем не менее, по аминокислотному составу растительный белок неполноценен и хуже усваивается по сравнению с животным белком [19]. Белки бобовых наиболее близки к животным белкам по биологической ценн