Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Остроумов Л.А. 1 Бабич О.О. 1 Милентьева И.С. 1

---

1 ФГБУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Изучали возможность применения ферменных препаратов для проведения гидролиза вторичных продуктов, переработки растительного сырья. В результате проведенных исследований изучены критерии качества и безопасности функциональных продуктов питания, полученных из вторичных продуктов переработки растительного сырья. Проведен выбор объектов растительных вторичных сырьевых ресурсов в сравнении с их физико-химическим составом.

Статья в формате PDF

326 KB

функциональные продукты

критерии

безопасность

отходы

растительное вторичное сырье

редуцирующие вещества

ферментные препараты

1. Аксенов В.В. Биотехнологические основы глубокой переработки зернового крахмалосодержащего сырья: монография. – Новосибирск: ГНУ Сиб. НИИ, 2010. – 168 с.

2. Гайдым И.Л. Вторичные продукты переработки зерна как источник биологически активных веществ / И.Л. Гайдым, И.И. Таболич, С.М. Бутрим // Пищевая промышленность: наука и технологии. – 2009. – №2. – С. 42–47.

3. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания. –М.: Франтера, 2002. – 211 с.

4. Шаззо А.А. Использование нетрадиционного растительного сырья при производстве хлебобулочных изделий функционального назначения / А.А. Шаззо, Е.А. Фролова, Е.П. Спильник // Новые технологии. – 2002. – №2 – С. 32–38.

Эффективное использование сырья – это одно из важнейших направлений развития перерабатывающих отраслей АПК. При этом необходимо повышать безотходность технологий, учитывать требования снижения энергоемкости и защиты окружающей среды. Создание комплексных технологий конверсии растительного сырья и отходов его переработки в целевые продукты, в том числе, применительно к распространенному в России сырью [1].

Наиболее рациональным направлением выбора сырьевых источников для получения функциональных продуктов питания являются вторичные продукты, образующиеся при переработке растительного сырья в сельскохозяйственном производстве, в сахарной, пивоваренной, масложировой, молочной промышленности и т.д. Эти отходы богаты ценными функциональными компонентами: пищевыми волокнами, пектином, витаминами, натуральными растительными жирами, минеральными веществами [2, 3].

В настоящее время современными способами для переработки растительного сырья и получение пищевых веществ является биотехнологические способы, основанные на действии ферментов микробного происхождении [4].

Целью данного исследования явилось получение биологически важных веществ из вторичных продуктов переработки растительного сырья и изучение критериев качества и безопасности функциональных продуктов.

Исследования проводились в научно-образовательном центре Кемеровского технологического института пищевой промышленности, г. Кемерово.

В работе использовались дрожжи Saccharomyces cerevisiae, посевной материал которых выращивали на полученных гидролизатах при рН 5,0, температуре 30 °С при постоянном перемешивании реакционной среды со скоростью 500 об./мин и аэрации до начала стационарной фазы.

Определение сырого протеина в сырье определяли экспресс-анализаторе азота Rapid N Сube, сырой клетчптки – с помощью системы Fibertek 1070, редуцирующих веществ – фотометрическим методом по методике Вишнякова. Токсичность оценивали с помощью тест-организмов Tetrachimena pyriformis на стандартной питательной среде по ГОСТ 28178-89.

Объектами настоящих исследований являлись такие растительные вторичные сырьевые ресурсы, как свекловичный жом, тыквенное сырье и солома гречихи. Выбор данных видов сырья обусловлен широким распространением, а также наличием широкого спектра эффективных биологически активных веществ (табл. 1).

Таблица 1

Физико-химический состав вторичных сырьевых ресурсов

Из табл. 1 следует целесообразность использования для получения функциональных продуктов питания соломы гречихи, которая в составе практически не имеет витаминов, но содержит пищевые волокна (целлюлоза, гемицеллюлоза), выводящие из организма вредные вещества.

Клетчатка соломы гречихи подвергается микробной биоконверсии в углеводно-белковый кормовой продукт, содержание сырого протеина в котором составляет 18,6 %, а клетчатки 26,4 %.

Свекловичный жом и тыквенное сырье богаты биологически активными веществами, но калорийность этих сырьевых источников низкая (содержание сырого протеина и сырой клетчатки составляет 4,5 и 6,4 %; 3,7 и 4,2 %, соответственно. Свекловичный жом характеризуется наличием пектиновых веществ (6,43 %), способных выводить из организма радионуклиды, улучшать всасывательную функцию толстой кишки, обладающих бактерицидным действием в отношении патогенной микрофлоры и содержащих витамин С.

Тыквенное сырье является источником витамина С, который обладает антиоксидантными, иммуностимулирующими свойствами и содержит пектиновые вещества.

Проведенный анализ подтверждает возможность использования в качестве биологически активных компонентов свекловичного жома, соломы гречихи и тыквенного сырья.

Обогащение соломы гречихи функциональными компонентами проводили на стадии ферментативного гидролиза экспериментальных субстратов в соотношении 1:1 – солома гречихи и свекловичный жом, солома гречихи и тыквенное сырье.

Ферментативный гидролиз 10 %-х водных суспензий экспериментальных субстратов проводили 0,5 % раствором целовиридина Г20Х с использованием дополнительной механической обработки и внесением этой же дозы фермента в реакционную смесь через 2 часа при рН 5,0, температуре 50 °С при постоянном перемешивании реакционной среды со скоростью 150–200 об./мин. Эффективность ферментативного гидролиза представлена в табл. 2.

Таблица 2

Эффективность ферментативного гидролиза 10 %-х водных суспензий экспериментальных субстратов

Содержание редуцирующих веществ в экспериментальных субстратах 14,15 и 18,20 %, соответственно, позволяет использовать эти гидролизаты для инокуляции дрожжей и получения функциональных продуктов питания.

Обогащение микробным протеином проводили культивированием дрожжей Saccharomyces cerevisiae на полученных гидролизатах при рН 5,0, температуре 30 °С при постоянном перемешивании реакционной среды со скоростью 500 об./мин и аэрации до начала стационарной фазы.

Показатели гетерофазного глубинного культивирования дрожжей на ферментативных гидролизатах представлены в табл. 3.

Были получены продукты с содержанием сырого протеина 24,0 и 30,0 %, клетчатки – 25,3 и 33,3 %. Сухой продукт из соломы гречихи и свекловичного жома содержит 7,4 %, витамина С 21,1 мг %, а продукт из соломы гречихи и тыквенного сырья – 3,0 % пектиновых веществ и 33,9 мг % витамина С.

Оценку токсичности полученных функциональных продуктов проводили через 1, 24, 72 ч. По морфологическому состоянию Tetrachimena pyriformis. Полученные данные представлены в табл. 4.

Методом биотестирования установлена токсикологическая безопасность полученных функциональных продуктов питания, о чем свидетельствует интенсивное накопление численности и активности инфузорий в течение 72 часов экспонирования.

Таблица 3

Показатели процесса гетерофазного культивирования дрожжей на экспериментальных ферментативных гидролизатах

Таблица 4

Оценка токсичности полученных функциональных продуктов

Распространенными отходами растительного происхождения являются пивная дробина и ржаное сусло. Физико-химический состав пивной дробины представлен в табл. 5.

Для микробиологического синтеза лизина использовали мутантный штамм Brevibacterium sp. В качестве основного источника углерода и энергии штамм ассимилирует, в основном, моно- и диуглеводы. Питательную среду для культивирования Brevibacterium sp.- продуцента лизина готовили на отходах пивоваренного производства – пивной дробины.

Таблица 5

Химический состав пивной дробины (50 % несоложеной ржи + 48 % ячменного солода + 2 % карамельного солода)

Богатый состав такой среды дает возможность вести процесс биосинтеза более экономично, снизить расход дополнительных питательных веществ, необходимых для продуцентов лизина. Для конверсии крахмала, глюканов и белковых веществ использовали ферменты микробного происхождения: бактериальные a-амилазы и глюкоамилазы, целлюлазы, ксиланазы, b-глюканазы, лейцинаминопептидазу и карбоксипептидазу совместно с протеиназами соответственно (рисунок).

Известно, что бактериальная a-амилаза обладает высокой способностью к декстринизации крахмала и в меньшей степени – к образованию мальтозы. Декстринизация крахмала питательной среды под действием только одной α-амилазы обеспечивала накопление 48 % редуцирующих углеводов и синтез 47 % лизина от максимального уровня. В дальнейшем гидролиз субстрата осуществляли совместно a-амилазой и глюкоамилазой, так как среди продуктов гидролиза крахмала глюкоамилазой преобладает глюкоза, которая легко усваивается бактериями. Поэтому введение этого фермента позволило увеличить концентрацию редуцирующих веществ в среде на 27 % и повысить эффективность биоконверсии углевода сырья в целевой продукт.

Влияние ферментов на накопление редуцирующих веществ и синтез лизина

Совместное осахаривающее действие α-амилазы и глюкоамилазы с образованием глюкозы позволило повысить выход лизина на 31 %. Введение протеаз способствовало накоплению в среде аминокислот в свободной форме и увеличению содержания легкоусвояемого аминного азота, что обеспечивало повышение степени конверсии углеводов в лизин. Максимальный выход лизина был достигнут при использовании комплекса гидролитических ферментов – МЭК-2. Использование обработанного ферментами пивного сусла, как добавки к питательной среде, позволило снизить количество кукурузного экстракта, вносимого в питательную среду, как ростового фактора (табл. 6).

Таблица 6

Эффективность конверсии пивной дробины в качестве источников углеводов питательной среды в лизин

Таким образом, повышению эффективности конверсии углеводов питательной среды, конструируемой на основе полупродуктов и отходов пивоваренного производства, способствует не только повышение накопления в среде усвояемых углеводов, но и свободных аминокислот. Введение пивного сусла в количестве 20–40 % на фоне дробины, обработанной гидролазами, обеспечивало увеличение конверсии в лизин в 2,6–3,6 раза соответственно. Использование протеолитических ферментов позволило снизить в 4 раза расход ростового фактора – кукурузного экстракта, оптимальный уровень которого составил 1,0 %.

На основании проведенных исследований были получение биологически важных веществ из вторичных продуктов переработки растительного сырья и изучение критериев качества и безопасности функциональных продуктов.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы».

Библиографическая ссылка