Применение ферментных препаратов в получении растительных белков

• -    применяемые в пищевых производствах вторичные белоксодержащие продукты (изоляты и концентраты соевых белков, отходы мельничных производств и крупорушек);

• -    перспективные, но пока еще недостаточно изученные с точки зрения технологии получения пищевого белка (биомасса зеленых растений, бобовые культуры, шрот из семян подсолнечника, хлопчатника, винограда);

• -    имеющее определенную ценность, но мало изученное с точки зрения безопасности для организма человека белоксодержащее сырье (шрот из семян арахиса, сафлора, рапса). Сюда же относят новые, малоисследованные источники белка – одноклеточные и многоклеточные водоросли.

Белки – азотсодержащие соединения, без которых жизнь невозможна. Подсчитано, что даже без учета листьев деревьев и морских водорослей природа могла бы обеспечить белком каждого человека на планете в количестве 125 г в день, т. е. значительно больше потребности .

Зерновые, бобовые, масличные культуры представляют важнейший ресурс растительных белков продовольственного назначения и интерес к их изучению не снижается, а поэтому требуется создание эффективных технологий. Зарубежными и отечественными учеными применены для этой цели методы экстрагирования и текстурирования сои, которые успешно применяются в промышленности.

Однако соя и белковые препараты на ее основе обладают рядом недостатков, несмотря на широкое распространение. Это побуждает исследователей вести постоянный поиск отечественных источников для получения белковых препаратов на принципах импортзамещения.

Значительный объем работ в этом направлении проведен на базе Воронежского государственного университета инженерных технологий. Показана перспективность чечевицы, люпина, нута, амаранта, рапса как источников белков, аналогичных соевым [1,2,3,4,5].

В ходе экспериментальных исследований установлено, что питательная ценность соевых белков близка или равна питательной ценности белков животного происхождения, например, казеину. А антипитательные вещества достаточно легко нейтрализуются за счет применяемых режимов термической обработки.

При производстве растительных белков получают муку, концентраты и изоляты. При этом специфика структуры белков придает им вполне определенные физико-химические свойства, которые формируют функциональные свойства белков, такие как растворимость, способность к образованию гелей, эмульсий, пены и т. п.. Состав белковых препаратов определяется применяемой технологией. При производстве изолятов применяют, как правило, экстрагирование белков, связанное с их растворимостью. К факторам, влияющим на выход целевых продуктов, относятся рН, ионная сила растворов, температура. После перевода белков в растворенное состояние, используют осаждение в изоэлектрической точке, осаждение с применением комплексирующих агентов путем разбавления солевых растворов или с применением тепловой коагуляции. Весьма перспективны методы ультрафильтрации и обратного осмоса. Схемы применительно к растительным объектам имеют много общего, хотя и специфичны. Вместе с тем заметим, что приведенные выше способы и методы получения растительных белков различают по степени чистоты и характеризуются теми или другими недостатками, связанными, прежде всего, с энергоемкостью, многооперационно- стью, отсутствием глубокой физикохимической характеристики побочных продуктов и отходов для рационального использования. В последнее время появилась информация о возможностях использования методов биотехнологии в получении высоко-белковистых полупродуктов и продуктов, реализованных большей частью путем применения ферментных препаратов известной специфичности для гидролиза балластных биополимеров в растительных объектах. Энзиматическая биоконверсия позволяет в мягких условиях и с высокой скоростью осуществлять выделение и очистку белков с максимальным сохранением функциональности. Очевидным преимуществом является возможность полного использования побочных продуктов в замкнутых технологических циклах.

Проведенные экспериментальные исследования на чечевичной и люпиновой муке показали целесообразность деструкции балластных полисахаридов при очистке белков бобовых от крахмалсодержащих компонентов. При этом использовали ферментные препараты амилазного действия (амилосубтилин Г 3Х), глюкоамилазного действия (глюкаваморин Г 3Х) и их композиции в подобранных оптимальных дозировках и соотношениях. Для гидролиза готовили водную суспензию чечевичной муки в соотношении 1:4. Отбор проб производили в течение 24 ч гидролиза, который вели при температуре 55 °С (совпадает с температурным оптимумом действия ферментов). Степень гидролиза оценивали по накоплению суммарных продуктов ферментативного гидролиза - редуцирующих веществ. Сравнительный анализ показал (табл. 1), что максимальное накопление продуктов гидролиза (15,4 % РВ) и высокая степень деструкции (44,9 %) достигается при совместной обработке сырья композицией ферментных препаратов. Экспериментальные данные свидетельствуют, что 5 часов гидролиза достаточно для максимальной деструкции крахмала.

Таблица 1

Динамика гидролиза крахмала чечевичной муки под действием ферментных препаратов.

Продолжительность	Ферментные препараты
	Амилосубтилин Г 3Х		Глюкаваморин Г 3Х		Композиция
	РВ, %	Степень гидролиза, %	РВ, %	Степень гидролиза, %	РВ, %	Степень гидролиза, %
1	2	3	4	5	6	7
1	6,90	20,20	7,04	20,50	7,40	24,60
2	6,99	20,40	7,15	20,80	7,40	25,10
3	7,10	20,70	7,30	21,30	8,60	26,40

Продолжение табл. 1

1	2	3	4	5	6	7
4	7,17	20,90	7,34	21,40	9,05	38,80
5	7,30	21,30	7,40	21,60	13,30	44,90
6	7,33	21,30	7,27	21,20	15,40	44,60
7	7,33	21,32	7,28	21,20	15,40	44,61
24	7,33	21,32	7,30	21,22	15,42	44,62

Результаты проведенных исследований по влиянию различных факторов на эффективность гидролиза показали, что максимальный эффект деструкции крахмала отмечается при дозировке ферментной композиции 10 единиц на 1 г сырья. Влияние температуры на накопление суммарных продуктов ферментативного гидролиза под действием декстринирующих и осахаривающих ферментов композиции определяли в интервале температур 30 - 60 ºС при рН = 6,0 и продолжительности 5 ч. Установлено, что исследуемые зависимости имеют типичный «колоколообразный» характер. При этом, в диапазоне 45 - 55 ºС отмечалась наибольшая скорость реакций, после чего из-за преобладания денатурирующих процессов в молекуле белка-фермента скорость реакции резко падала. Исследование влияния рН на накопление продуктов гидролиза проводили в диапазоне рН от 3,0 до 8,0. Ярко выраженный

Рис. 1. Технологическая схема получения концентрата белков чечевицы

максимум активности наблюдался при рН = 4,6 с интервалом рН-стабильности 4,5 - 4,7, что согласуется с известными данными о рН оптимумах ферментных препаратов.

В ходе дополнительно проведенных экспериментов с целью обоснования рациональной величины гидромодуля установлено, что его значение существенно влияет на техникоэкономические показатели процесса получения белкового концентрата из чечевицы. Показано, что рациональным из диапазона значений гидромодуля 1:2 - 1:6 является 1:4. В указанных условиях достигаются наибольшие значения степени гидролиза крахмала и выхода белкового концентрата – 86,6 % к массе белка и 26 % к массе сырья.

Совокупность полученных результатов позволяет предложить технологическую схему получения концентрата белков чечевицы, основные этапы которой приведены на рис. 1.

Зерна чечевицы размалывали и просеивали через сито с диаметром отверстий не более 100 мкм. Для проведения гидролиза готовили водную суспензию муки в соотношении 1:4. Гидролиз крахмалсодержащего сырья мультиэнзимной композицией проводят при внесении а-амилазы (амилосубтилин) и глюкоамилазы (глюкаваморин) при дозировке каждого препарата, соответственн, 10 ед. АС и ГлА/г крахмала муки и температуре 55 °С. Для этого навеску сухих препаратов предварительно разводили в минимальном объеме воды и вносили в суспензию муки с температурой 55 °С при тщательном перемешивании смеси. Общая продолжительность гидролиза 5 ч.

По окончании гидролиза смесь центрифугировали в течение 10 мин при 83,3 с-1, центрифугат декантировали и осаждали в нем белок в изоэлектрической точке (рН 3,0-3,2) ратвором уксусной кислоты с массовой долей 35 %. После осаждения белков в течение 20-30 мин смесь повторно центрифугировали при тех же режимах По окончании центрифугирования получали белковую пасту и центрифугат.

Пасту трижды промывали водой для полного удаления уксусной кислоты, внесенной при осаждении белка с последующим центрифугированием и сушкой. В лабораторной практике использовали сублимационную сушку при режимах: температура 50 °С; давление 150 - 200 Па.

Исследование химического состава центрифугатов и осадков показало, что они богаты усвояемыми формами углеводов, преимущественно глюкозой и мальтозой, не содержат нежелательных примесей, имеют хорошие органолептические показатели. Такие свойства позволяют рекомендовать их для производства кормов, глюкозных сиропов, обогатителей и т. д. Это открывает перспективы внедрения замкнутого технологического цикла, обеспечивающего безвредность производства, безотходности и рациональность использования ресурсов.

Сравнительная характеристика известных и предлагаемых способов получения растительных белковых концентратов приведенав табл. 2.

Таблица 2

Сравнительная характеристика способов получения белковых концентратов

Показатели	Способ получения препарата растительного белка
	Концентрат белка сои	Концентрат белка чечевицы
Химические реактивы	Органические растворители	Уксусная кислота
Ферментные препараты	-	Амилосуб-тилин ГЗх, глюкаваморин ГЗх;
Выход, % к исходному белку	70,5	86,6
Массовая доля белка, %	70,0	80,5

Таким образом, биотехнологические методы позволяют увеличить выход белков и исключить применение агрессивных сред, что открывает более широкие перспективы применения в пищевых технологиях

Были получены аналогичные результаты по очистке от углеводных биополимеров при реализации технологии белковых препаратов и из других бобовых (нут, люпин), следовательно эта технология может быть использована повсеместно. Полученные функциональные растительные белки прекрасно совмещаются с пищевыми системами, стимулируют их функционально-технологические свойства, балансируют состав аминокислот, положительно влияют на качественные характеристики готовых продуктов.