автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Усовершенствование технологии получения соево-молочного концентрата



//

>7 ^ О / /О — -

/ Ч/ ¡Л...... С

/ о

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ЖИРОВ

На правах рукописи

Решетник Екатерина Ивановна

"Усовершенствование технологии получения соево-молочного концентрата"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. Обзор литературы 7

1.1. Соевые бобы как источник ценного пищевого сырья 7

1.2. Антипитательные вещества соевых бобов 19

1.3. Различные формы соевых белков и способы их получения 25

1.4. Использование продуктов переработай ;с;9^!р*едептурах пищевых продуктов 33

1.5. Основание выбранного направления работы и задачи исследования 37 ГЛАВА 2. Методы исследования 39

2.1. Физико-химические и биохимические методы исследования 39

2.2. Определение функциональных характеристик 41

2.3. Органолептические и биохимические

методы исследования 43

ГЛАВА 3. Характеристика сырья 44

3.1. Природно-климатические условия Амурской области 44

3.2. Изучение углеводного состава семян 54

3.3. Исследование закономерности увлажнения и экстракции олигосахаридов семян сои 61 3.3.1. Исследование водопоглотительной способности

соевых семян 61

3.3.2.Определение набухаемости семян во время

замачивания 64

3.3.3 Изучение влияния температуры на процесс поглощения влаги 65

3.3.4. Снижение содержания олигосахаридов при замачивании семян сои 67

ГЛАВА 4. Изучение способов снижения активности ингибитора трипсина 70

4.1. Исследование влияния процесса замачивания

на снижение активности ингибитора трипсина 70

при последующей обработке

4.2. Исследование остаточной активности энзимов 72 сои при термообработке в водной среде

4.3. Влияние рН среды на инактивацию энзимов сои

при замачивании и термообработке 76

4.4. Влияние продолжительности замачивания и

термообработки при различных значениях рН среды 78 ГЛАВА 5. Разработка технологии получения соево-молочных

концентратов 81

5.1. Определение оптимального соотношения молочного

и растительного сырья 81 5.1.1. Функциональные свойства соево-молочных

концентратов 81

5.2. Исследование режимов диспергирования и

подбор аппарата 86

5.3. Изучение параметров сушки 92

5.4. Разработка аппаратурно-технологической схемы 96

5.5. Характеристика готового продукта 99

ГЛАВА 6. Использование соево-молочных концентратов в рецептурах пищевых продуктов

6.1. Использование СМК при производстве майонезов

6.2. Использование соево-молочных концентратов при производстве молочнокислых продуктов

6.2.1. Изучение влияния соевых белков на сквашивание молока различными видами молочнокислых микроорганизмов

101 101

107

6.2.2. Исследование технологических свойств СМК при использовании в качестве основного сырья 115

ГЛАВА 7. Ожидаемая экономическая эффективность производства СМК 124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 127

Список использованной литературы 130

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение

Снижение дефицита белка в питании людей является весьма важной проблемой для России. Существенное место в решении этой задачи занимает направление создания смешанных растительно-животных продуктов, которые по ряду показателей могут превосходить каждый из них в отдельности.

Переработка молочного и растительного сырья обладает целым рядом общих процессов, единых элементов оборудования, близостью технологических параметров переработки сырья и методов их оценки.

В результате интегрированной переработки молочного и растительного сырья получен новый продукт, который по своим органолептическим свойствам превосходит соевое молоко, приближаясь к коровьему молоку, но при этом обладает гипохолестеринемическим эффектом собственно соевых белков, с одной стороны, и отсутствием насыще нных жиров и холестерина с другой. Это позволяет не только улучшить пищевую ценность продуктов массового потребления при включении в них соево-молочного концентрата, но и разрабатывать продукцию лечебного и профилактического назначения. При этом высокая функциональность соево-молочных концентратов предоставляет практически неограниченные возможности их использования в пищевой промышленности.

ГЛАВА 1 Литературный обзор

Общепризнанным в настоящее время путем , отражающим новую политику в области рационализации белкового питания населения и рассматриваемым во всем мире в качестве важнейшего элемента как в отношении ликвидации дефицита белка, так и устранения его качественной неполноценности и улучшения пищевой ценности продуктов питания является использование новых источников белка. Наиболее перспективным из них наряду с молочными являются соевые белки. Соя - одна из важнейших белково-масличных культур в мировом земледелии и играет важную роль в решении проблемы дефицита белка.

1.1 .Соевые семена - источник ценного пищевого сырья По своему химическому составу соя уникальна. Особое положение в группе распространенных зернобобовых культур обусловлено прежде всего высоким содержанием в ее зерне биологически активного и высокопитательного белка. Отмечая достоинства сои, известный дальневосточный селекционер В.А. Золотницкий писал: «Ни одно растение в мире не может произвести за сто дней столько белка и жира, сколько дает соя, ни одно растение в мире не может соперничать с ней по количеству вырабатываемых продуктов».

Химический состав сои и ее компонентов представлен в таблице 1.1.:

Таблица 1.1.

Химический состав сои и ее компонентов (в пересчете на сухой вес).

Компонент Всего, % Протеин, % Жир, % Зола, % Углеводы, %

Целые семена 100,0 40,3 21,0 4,9 33,9

Ядро 90,3 42,8 22,8 5,0 29,4

Оболочка 7,3 8,8 1,0 4,3 85,9

Зародыш 2,4 40,8 11,4 4,4 43,4

Соевый белок, который завоевал мировое признание и представляет собой уникальный продукт переработки сои, является одним из наиболее важных аспектов стимулирования дальнейшего выращивания этой культуры. По сравнению со всеми другими растительными источниками содержание белка в сое очень велико и составляет 35 -45%.

Белки сои в основном представлены глобулинами (60 - 90%) и альбуминами (10 - 20%) [8, 33, 92, 109, 131]. Различие между ними по физиологической роли в семенах обусловлено существенными различиями в аминокислотном составе этих двух фракций [77]. Глобулины большинства семян бобовых состоят преимущественно из этих двух фракций с константами седиментации около IIS и 7S. Помимо этих главных белков, нередко обнаруживаются и минорные фракции. Так в семенах сои, кроме 11 S-глобулинов и двух форм 7S-глобулина, выявлена минорная фракция с константами седиментации около 2S

[7, 33,27, 92]. существенное значение в оценке качества семян сои имеет фракционный состав белков, их растворимость.

Главными запасными белками соевых бобов являются глобулины: 118-глобулин, названный Катсимпуласом глицинином, и 7 8-глобулин,названный конглицинином фи у конглицинины), а также 28-глобулин ( а-конглицинин) [33, 2, 42, 74, 47, 50, 75]. Глицинии и конглицинин составляют 70% белков сои, причем необходимо отметить, что содержание 78-глобулинов выше, чем 118-глобулинов. Белок сои гетерогенен. В зависимости от сортовых особенностей он на 88-95% представлен водорастворимой фракцией белков, в состав которой входят 8-24% альбуминов, 57-81% легкорастворимых и 3-7% трудно растворимых глобулинов [5, 9, 56]. Различные фракции соевых белков различаются по своему аминокислотному составу. Так, фракции глицинина содержат 73% и 71%) от количества метионина и триптофана семян соответственно и являются весьма дефицитными по метионину. Фракции глобулина содержат 16-20%) от количества метионина и триптофана соответственно. Они также дефицитны по метионину, но богаты триптофаном [34, 57].

Как видно из таблицы 1.2 белки сои дефицитны по метионину и цистину, но богаты лейцином, тирозином и в некоторых случаях даже превосходят стандартные значения ФАО/ВОЗ.

Из различий аминокислотного состава растительных белков, в частности белков сои вытекает возможность создания пищевых продуктов с повышенной

Аминокислотный состав белков некоторых продуктов (мг на 1 ООг продукта)

Аминокислота Соя Пшени -ца Рис Кукуруза Яйцо Говядина Молоко

Лейцин 2670 790 689 1282 1081 1657 283

Лизин 2090 340 290 247 903 1627 261

Метионин 520 180 150 120 424 515 83

Треонин 1390 370 260 247 610 859 153

Триптофан 450 140 90 67 204 228 50

Фенилаланин 1610 620 410 460 652 803 176

Алании 1470 460 390 790 710 1153 98

Аргинин 2340 630 600 411 787 1183 122

Аспарагиновая кислота 3820 680 640 580 1229 1904 219

Гистидин 980 280 190 260 340 718 90

Глицин 1420 500 345 350 416 986 47

Глутаминовая кислота 6050 3680 1280 1780 1773 3310 509

Пролин 1860 1190 360 1091 396 859 278

Серин 2070 600 315 514 928 882 186

Тирозин 1060 420 290 380 476 699 184

Цистин 550 190 140 170 293 296 26

Общее количество аминокислот 20599 12350 7122 10340 12605 19936 3144

биологической ценностью в результате смешения и совместного потребления белков с различным аминокислотным составом [58, 59, 60, 67, 68, 69]. Такая возможность обусловлена тем, что основным биохимическим процессом, протекающим в желудочно-кишечном тракте, является гидролиз белков и других нутриентов.

В конечном счете белок нужен организму не как таковой, а в качестве сбалансированной смеси незаменимых аминокислот и азота, поставляемых в форме, адекватной эволюционно развитым процессам пищеварения. Поэтому биологическая ценность смесей белков растет по мере приближения их аминокислотного состава к идеально отвечающему потребностям организма. В таких смесях реализуются эффекты взаимного обогащения белков взаимного обогащения белков, комплиментарных друг другу по содержанию лимитирующих аминокислот.

Семена сои содержат 18-23% масла, а некоторые сорта до 28,6%. Ценность соевого масла обусловлена высоким содержанием глицеридов, высокоэнергетических жирных кислот, 85% которых составляют ненасыщенные жирные кислоты [104, 148].

Нейтральные липиды соевого масла представлены в основном триглице-ридами и триацилглицеридами со входящими в их структуру жирными кислотами. В состав глицеридов соевого масла входят как ненасыщенные так и насыщенные жирные кислоты. Однако, как видно из таблицы 1.4 преобладают ненасыщенные жирные кислоты.

и

Химический состав сырого соевого масла.

Компонент Содержание, %

Триглицериды 95,0 - 97,0

Фосфатиды 1,5-2,5

Неомыляемые вещества 1,6

Растительные стеролы 0,33

Токоферол 0,15-0,21

Углеводороды (сквален) 0,014

Свободные жирные кислоты 0,3 - 0,7

Именно высокое содержание ненасыщенных жирных кислот в соевом масле определяет его диетические свойства, а именно, способность выводить из организма холестерин [119, 142, 113].

Сейчас выведены новые виды соевых семян с различным содержанием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Семена сои - богатый источник фосфатидов, относящихся к группе фосфоросодержащих жироподобных веществ. В соевых семенах они представлены лецитином (около 35%), кефалином, инозитолфосфатидами. Они играют важную роль в процессах превращения жиров в организме человека и животных, способствуют образованию белков, предохраняют их от распада, повышают усвояемость жиров и белков [68, 78].

Жирнокислотный состав соевого масла

Наименование Содержание, %

кислоты

Насыщенные:

лауриновая 0,1

миристиновая 0,2

пальмитиновая 10,7

стеариновая 3,9

арахидоновая 0,2

Ненасыщенные:

пальмитиновая 0,3

олеиновая 22,8

линолевая 50,8

линоленовая 6,8

Соевые семена содержат свыше 35% углеводов. В основном растворимые углеводы сои представлены олигосахаридами: сахарозой (8,1%), стахиозой (4,5%), рафинозой (1,1%), мальтозой (0,6%), и вербаскозой (следы), а также моносахаридами: глюкозой (0,3%), арабинозой (0,01%) и рибозой (0,1 %) (таблица 1.5). Небольшие количества фруктозы, галактозы, рамнозы и глюку-роновой кислоты также упоминаются некоторыми исследователями [79, 148].

Нерастворимые углеводы, т.е. полисахариды состоят из арабинана (15%), арабиногалактана (5%), кислого пектиноподобного полисахарида, ксилана (гемицеллюлоза) (3,5%), галактоманнанов (следы) и целлюлозы (1-2%).

Растворимые углеводы сои.

Сахариды Содержание, %

Арабиноза 0,01

Рамноза 0,50

Фруктоза 1,15

Галактоза

+ глюкоза 0,40

+ манноза

Сахароза 8,14

Целлобиоза 0,45

Галактобиоза 0,41

Мелибиоза 0,18

Раффиноза 1,19

Целлотриоза 0,07

Галактотриоза 0,34

Манинотриоза 0,27

Стахиоза 4,55

Вербаскотетраоза 0,03

Вербаскоза 0,31

Элдриджем [148] был изучен качественный и количественный состав гидролизатов углеводов в трех продуктах из сои: обезжиренной соевой муке, соевом концентрате и соевом изоляте (таблица 1.6).

Компонентный состав гидролизатов углеводов соевой муки, концентрата,

изолята.

Моносахарид Содержание, %

Обезжиренная соевая мука концентрат изолят

глюкоза 8,14 5,06 0,50

галактоза 7,60 5,69 0,51

арабиноза 2,37 2,18 0,13

ксилоза 0,97 0,92 0,07

манноза 0,94 0,74 0,75

пинитол 0,87 0,08 0.01

рамноза 0,56 0,40 0,04

рибоза 0,13 0,05 0,19

фукоза 0,09 0,09 0,03

глюкозамин следы - -

галактозамин следы - -

фруктоза 5Д - -

галактуроновая кислота 2,5

Все эти сахара в нативном состоянии находятся в различных формах, включая олигосахариды, сапонины, стерол-гюкозиды, глюколипиды, глюко-протеины и изофлавоны. Из таблицы 1.6 видно, что содержание глюкозы и галактозы является высоким по отношению к другим сахарам во всех продуктах. Следы фукозы в изолятах подтверждают присутствие небольших количеств

полисахаридов, т.к. фукоза входит в состав кислого полисахаридного комплекса сои. Также рамноза, ксилоза и арабиноза являются составными полисахаридов, но они также входят и в состав сапонинов. Рибоза в основном находится в рибонуклеопротеиновой фракции, а манноза в глюкопротеине 78 глобулина.

Особое внимание медиков, а также технологов-пищевиков привлекает группа растворимых углеводов, объединенная названием олигосахариды. Именно присутствием олигосахаридов в сое ограничивается ее присутствие в продуктах питания. К олигосахаридам относятся сахароза, раффиноза, стахио-за, вербаскоза. Содержание олигосахаридов в продуктах переработки сои представлено в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Содержание олигосахаридов в продуктах переработки сои.

Олигосахариды Содержание, %

Обезжиренная соевая мука концентрат изолят

Сахароза 7,32 0,92 отсутствие

Стахиоза 4,57 0,71 отсутствие

Раффиноза 0,88 0,05 отсутствие

Другими органическими компонентами сои, о которых необходимо упомянуть являются витамины, витаминный состав обезжиренной сои представлен в таблице 1.8.

Содержание витаминов в обезжиренной соевой муке.

Витамин Содержание, %

Витамин А 0,7-4,0 Ш

Тиамин 1,0-1,5мг/100 г

Рибофлавин 0,24-0,44 мг/100 г

Ниацин 4,09-6,70 мг/100 г

Витамин В6 0,48-1,20 мг/100 г

Фолиевая кислота 0,03-0,09 мг/100г

Витамин В12 0,06-0,20 мг/199 г

Биотин 0,17-0,66 мг/100 г

Пантотеновая кислота 1,3-5,1 мг/100 г

Холин 2,2-3,8 мг/100 г

Витамин С -

Витамин Д -

Витамин Е 1,5 Щ

Соевые семена богаты минеральными элементами (4,5-6,8%) [148]. В таблице 1.9 приводится типичный минеральный состав обезжиренной соевой муки.

Таблица 1.9

Типичный минеральный состав обезжиренной соевой муки.

Элемент Содержание

Мышьяк 0,1 ррш

Кадмий 0,25 ррш

Кальций 0,22 %

Хлор 0,132%

Хром 0,9 ррт

Кобальт 0,5 ррт

Медь 23 ррт

Фтор 1,4 ррт

Иод 0,01 ррт

Железо 110 ррт

Свинец 0,2 ррт

Магний 0,31 %

Марганец 28 ррт

Ртуть 0,05 ррт

Молибден 2,6 ррт

Фосфор 0,68 %

Калий 2,37 %

Натрий 254 ррт

Сера 0,25 %

Цинк 61 ррт

Однако, ряд авторов [148,133,104] указывают, что усвояемость большинства неорганических веществ в семенах сои довольно низкая.

Кроме того, в сое содержатся соединения, затрудняющие использование отдельных элементов, особенно кальция и фосфора.

Некоторые фитохимические вещества, имеющиеся во фруктах, овощах, зерне, обладают превентивными антиканцерогенными свойствами и могут ин-гибировать процессы возникновения рака, предотвращать окислительные раз-

рушения и влиять на стероидные гормоны или метаболизм простагландина, чтобы блокировать развитие рака. Изофлавоны как раз относятся к одному из классов таких веществ, они содержатся в соевых семенах в больших количествах. Уже достаточно давно были идентифицированы главные изофлавоны сои - генестеин и даидзеин. Так как эти вещества действуют как антиканцерогены из-за свойственного им антиокислительного эффекта, в последние годы значительное внимание обращается на вопросы их содержания и биологической доступности в продуктах питания. Изучение содержания изофлавонов (потенциальное превентивное противораковое действие) в соевых семенах и тради ционных соевых продуктах показало, что соевые продукты содержат от 6 до 20% от общего содержания изофлавонов в сое (Wang, H.-J. & P.A.Murphy, J.Agric. Food Chem. в печати).

1.2. Антипитательные вещества соевых бобов Прогресс в более широком использовании белка сои в пищу человека в значительной степени сдерживается наличием антипитательных веществ. Как известно, у сои различают два класса глобулинов с константами седиментации 2S и 7S. К первому классу (2S) относятся ингибиторы ферментов (трипсинов Боумана и Кунитца), ко второму (7S) - аллантониаза, (3-амилаза, лектины (гемаглютинины), липоксигеназа, уреаза [33, 84,78,121].Установлено, что ряд таких белков как, ингибиторы ферментов, лектины и некоторые ферменты

являются антипитательными веществами, способными снижать питательную ценность пищевых продуктов на основе сои [120, 78, 105].

Ингибиторы трипсина составляют около 6% �