Исследование влияния ферментов на гидролиз белков для получения белкового гидролизата

МРНТИ 65.59.15                                                   

Использование побочных продуктов убоя в мясном производстве позволяет максимально и комплексно извлекать все ценные компоненты сырья, превращая их в полезные продукты.

Пептон является одним из главных компонентов питательных сред, востребованных в микробиологической отрасли и биотехнологии. В пищевой, микробиологической, фармацевтической промышленностях наиболее распространен белковый (протеиновый) гидролизат - частично расщепленный белок, который представляет собой фрагменты из нескольких связанных аминокислот [1].

Большинство питательных основ и сред получают из белковых гидролизатов, используя продукты животного или растительного происхождения (С.П. Рогожин, Л.Я. Телишевская, И.Г. Шептун, 1986; Л.Я. Телишевская, 2000; Л.С. Лабинская, Л.П. Блинкова, А.С. Ещина, 2004).

Для получения белковых гидролизатов используют коллагенсодержащие отходы. Полипептиды коллагена содержат большое содержание глицина, аланина, пролина, гидроксипролина и глутаминовой кислоты, принимающих активное участие в биосинтезе аминокислот, но малое количество метионина, тирозина и гистидина [2, 3].

Однако приготовление гидролизатов коллагена НММ часто затрудняется их особой структурой, сшиванием и гидроксипролином [4].

Интерес к использованию рыбы в качестве источника биоактивных пептидов растет в последние годы. Показано, что биоактивные пептиды можно использовать в качестве ингредиентов в продуктах питания, нутрицевтиках и фармацевтических препаратах [5].

Доступность, высокая биологическая ценность, содержание в рыбе комплекса витаминов группы В и низкое содержание углеводов позволяют использовать ее для получения дифференциальнодиагностических сред.

Для получения белковых гидролизатов с низкой и средней степенью конверсии белка используют ферменты животного и микробного происхождения [7, 8]. Из ферментов животного происхождения используют пепсин, трипсин, а-химотрипсин [9].

Наиболее близки по свойствам к ферментам желудочно-кишечного тракта человека ферменты, выделяемые из организма свиней [10].

Для гидролиза животного сырья в мясной промышленности применяют препараты, являющиеся источником комплекса кислых и нейтральных протеаз, которые в технологии производства оказывают направленное воздействие на качество продукции и ее усвояемость, одновременно обеспечивая эффективную переработку используемых сырьевых ресурсов [11].

Протеазы с коллагенолитической активностью имеют огромное значение из-за их промышленного и биологического применения. Микробные коллагенолитические протеазы привлекают внимание из-за их более низких требований и более высокой производительности [12].

При выборе катализатора обращают внимание на протеолитическую активность ферментных препаратов, которая характеризует степень расщепления белков в мясопродуктах. Такой подход важен для повышения качественных характеристик малоценного в пищевом отношении коллагенсодержащего сырья [13].

Основными способами осуществления гидролиза являются: ферментативный, кислотный и ферментативно-кислотный [14, 15].

Кислотный - наиболее простой и дешевый способ деления белка, энзимный (ферментативный) более дорогой метод изготовления гидролизата, приближенный к естественному процессу пищеварения.

В Казахстане отсутствует производство пептона. В республике имеется потенциал ресурсов животноводческого сырья, вовлечение в технологический процесс вторичных сырьевых ресурсов является предпосылкой к созданию безотходных перерабатывающих производств, позволяет получить разнообразные продукты пищевого назначения.

В этом направлении, получение пептона с глубокой степенью конверсии белковой составляющей из сырьевых отходов пищевой промышленности является актуальным.

Однако качество вырабатываемых изделий снижается из-за наличия внеклеточных примесей и низкой биологической активности пептона. Низкая биологическая активность пептона обусловлена низкой степенью расщепления белка, вследствие чего уменьшается выход готового продукта и ухудшаются физико-химические и биологические свойства пептонов.

Известно, что качество пептона в значительной степени зависит от способа его получения, являющегося одним из трудоемких и длительных. В связи с этим, возникает необходимость в разработке методов их переработки с поиском новых способов воздействия на вторичное белковое сырье с целью вовлечения их в производство высококачественной продукции.

Таким образом, создание новых технологических решений, основанных на целенаправленном использовании ферментных систем биологических объектов является перспективным направлением реализации биотехнологических методов в перерабатывающей промышленности.

Цель: разработать технологические режимы и параметры получения сухого пептона на основе гидролиза белка с повышенной биологической активностью.

Практическая значимость работы заключается в получении высококачественного пептона с оптимальными физико-химическими и биохимическими свойствами, с использованием ферментативно-кислотного способа обработки белковосодержащего животного сырья, позволяющего максимально и комплексно извлекать ценные компоненты сырья, увеличить глубину гидролиза и обеспечить выход целевого продукта.

Материалы и методы исследований

В рамках исследования изучено влияние гидролизующего действия ферментного комплекса животных протеаз на изменение свойств мясного и рыбного сырья.

Экспериментальные исследования по отработке условий проведения процесса гидролиза белкового сырья проведены в лабораторных условиях СФ ТОО КНИИППП и ИП Рахимов Ж.М. (область Абай, г.Семей).

С целью определения оптимальных технологических режимов и параметров ферментативного гидролиза сырья определена концентрация субстратов и ферментов, величина рН, температура, время процесса.

Ферментативный гидролиз белкового субстрата проводят при температуре 45V0С, продолжительностью гидролиза 71±1 часов с использованием ферментного комплекса животных протеаз, концентрация ферментов от 5 до 15% и рН 6,9-7,2.

Качество гидролиза и белкового гидролизата оценивали по следующим показателям: органолептические показатели (ГОСТ 29311-92), рН (ГОСТ 32165-2013), общий азот (ГОСТ 20730), аминный азот (ГОСТ 20730), сухое вещество (ГОСТ 33319-2015), степень (коэффициент) гидролиза белка по формуле, ВСС методом прессования по Грау-Хамма; вязкость с помощью вискозиметра ротационного цифрового ВРЦ.

Результаты и их обсуждение

Установлено, что при обработке ферментативным комплексом в соотношении 1:1, 1:2, 1:3 при концентрации 5, 10 и 15%, при температуре 45V0С наблюдается умеренная коагуляция белков, о чем свидетельствуют полученные данные. Результаты исследования приведены на рисунках 1-3.

Рисунок 1. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на pH и вязкость при t=45°C в варианте 1

Рисунок 2. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на pH и вязкость при t=45°C в варианте 2

Рисунок 3. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на pH и вязкость при t=45°C в варианте 3

Выбрано оптимальное соотношение фермента к субстрату. Определены показатели, характеризующие степень гидролиза. Данные исследований приведены на рисунках 4-6.

Рисунок 4. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на уровень накопления общего и аминного азота в варианте 1

Рисунок 5. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на уровень накопления общего и аминного азота в варианте 2

(мясо 50%. рыба 50%)

Рисунок 6. Влияние протеолитической активности и концентрации ферментов на уровень накопления общего и аминного азота в варианте 3

Заключение, выводы

• 1.    Определены оптимальные технологические режимы и параметры ферментативного гидролиза сырья (концентрации субстратов и ферментов, величина рН, температура, время процесса) для достижения глубины гидролиза. Выбраны оптимальные соотношения фермента к субстрату.

• 2.    Определены показатели, характеризующие степень гидролиза: накопление азота (общий, аминный), сухие вещества, коэффициент протеолиза, коэффициент гидролиза.

Установлено, что при проведении ферментного гидролиза общий азот составляет 15,2%, аминный азот-4,5%, сухих веществ-13,5±0,5, коэффициент гидролиза-0,94, при этом соотношение рыбы к мясному сырью не должно превышать 30%. Таким образом, для сокращения процесса гидролиза и полного расщепления белка выбран ферментативно-кислотный метод гидролиза, при котором максимально сохраняется биологическая ценность белкового гидролизата.

Информация о финансировании

Материалы подготовлены в рамках выполнения проекта «Разработка технологии получения сухого пептона на основе гидролиза белка из вторичных мясных отходов для применения в пищевой промышленности и биотехнологии» программы BR24892775-OT-24 (программно-целевое финансирование МСХ РК по научным, научно-техническим программам на 20242026 годы).