Исследование и разработка технологии белкового концентрата на основе гидролизата белков молока

На правах рукописи

Борисова Галина Витальевна

исследование и разработка технологии белкового концентрата на основе

гидролизата белков молока

Специальность 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Кемерово 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО Кем ТИПП).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Просеков Александр Юрьевич

Официальные оппоненты: Харитонов Дмитрий Владимирович,

доктор технических наук,

Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский

институт молочной промышленности,

заместитель директора

Лисин Петр Александрович,

доктор технических наук,

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Омский

государственный аграрный университет им.

П.А. Столыпина», профессор кафедры

«Технология и оборудование пищевых

производств»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение научно-исследовательский институт детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится «22» марта 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.809.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4-я лекц. ауд. тел./факс: (8-384-2)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.gov.ru ) КемТИПП (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «20» февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Кригер Ольга Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Питательные потребности организма не всегда могут быть удовлетворены обычной пищей. Зачастую болезнь, травма, недомогание способствуют дефициту питательных веществ. Ухудшение самочувствия, остановка процесса лечения и значительный рост осложнений –это лишь некоторые последствия неправильного питания. В группу особого риска входят пациенты с хроническими заболеваниями, дети и пожилые люди, поскольку они наиболее часто испытывают сложности с потреблением и усвоением пищи. В связи с этим большое внимание уделяется специализированным продуктам лечебного назначения, которые являются крайне важными для поддержания здоровья, а иногда даже жизненно необходимыми. Продукты специального назначения предназначены для систематического употребления в составе пищевых рационов, которые позволяют сохранить и укрепить здоровье за счет наличия в их составе веществ, обладающих способностью оказывать благоприятный эффект на физиологические функции и процессы обмена веществ в организме.

Рацион, включающий в себя продукты питания, обладающие лечебными свойствами, такие как функциональные и специализированные продукты питания, способствуют благоприятному течению заболевания, повышению защитных свойств организма, активизирует течение анаболических процессов, что в конечном итоге ведет к восстановлению здоровья. Согласно литературным данным, при некоторых заболеваниях в рацион питания включают специализированные и лечебные продукты, что является одним из методов, позволяющий предупреждать развитие тяжелых последствий болезни. К числу таких заболеваний относятся наследственные нарушения аминокислотного обмена, в том числе гистидинемия, фенилкетонурия, тирозинемия, алкаптонурия и другие. В основе генезиса заболеваний, обусловленных нарушением аминокислотного обмена, лежит избирательное снижение активности того или иного фермента, участвующего в метаболизме аминокислот, поступающих с пищей.

На данный момент активное выявление детей с такой патологией как гистидинемия только начинается и довольно быстро прогрессирует; при полном отсутствии фермента заболевание проявляется в первые месяцы жизни и нередко приводит к смертельному исходу. Профилактика заболевания основана на выявлении гетерозиготных носителей патологического гена с помощью нагрузочных тестов и на ранней биохимической диагностике патологии, то есть выявлении биохимического дефекта до возникновения клинических симптомов. Последнее осуществляется с помощью программы тотальных скринирующих исследований.

Степень проработки темы исследований. Исследования по созданию специализированных лечебных продуктов питания для детей с наследственным нарушением аминокислотного обмена обобщены в трудах Т.Э. Боровик, К.С. Ладодо, П.Ф. Крашенинина, В.И. Круглика и других ученых.

Анализ научных литературных данных показал, что для детей, больных гистидинемией, в других странах создаются специальные лечебные продукты питания по определённым технологиям, а в России подобных отечественных продуктов как таковых не существует, что является актуальным на данный момент.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является исследование биотрансформации гистидина в гидролизатах молочных белков с использованием L-гистидин-аммоний-лиазы и разработка технологии белкового концентрата для специализированных продуктов лечебного назначения.

Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи исследований:

- провести сравнительную оценку по физико-химическим свойствам, химическому составу и биологической ценности белков растительного и животного происхождения;

- определить оптимальные параметры ферментативного гидролиза белков коровьего молока протеолитическими ферментами;

- исследовать кинетику процесса биотрансформации гистидина под действием L-гистидин-аммоний-лиазы;

- разработать технологию удаления транс-уроканиновой кислоты и аммиака из полученного гидролизата белков коровьего молока;

- разработать технологию молочно-белкового концентрата;

- исследовать состав и свойства молочно-белкового концентрата, разработать техническую документацию и дать оценку экономической эффективности.

Научная новизна работы:

- выявлено, что в процессе протеолитического гидролиза ферментным комплексом, состоящим из химотрипсина, карбоксипептидазы А, лейцинаминопептидазы и аланинаминопептидазы при фермент-субстратном соотношении 1:20 при температуре 50±1°С, активной кислотности среды 7,6 ±0,05 и продолжительности 8±0,05 ч происходит максимальное высвобождение гистидина из полипептидной цепи;

- установлено, что в ходе ферментативной реакции происходит интенсивное накопление конечных продуктов биотрансформации аминокислоты гистидина (транс-уроканиновой кислоты и аммиака);

- изучены кинетические процессы биотрансформации свободной циклической аминокислоты гистидина, содержащейся в гидролизате белков коровьего молока;

- подобраны оптимальные технологические параметры очистки полученного гидролизата белков коровьего молока от продуктов биораспада циклической аминокислоты гистидин;

- показано, что при температуре 80±5°С в течение 1,5 ч наблюдается полное удаление аммиака из реакционной смеси;

- установлена продолжительность хранения молочно-белкового концентрата, освобожденного от аминокислоты гистидин – 180 суток при температуре плюс 20±2 С;

- рассчитана экономическая эффективность выработки продукции.

Практическая значимость работы. Исследованы закономерности ферментативного гидролиза белков коровьего молока протеолитическими ферментами, а также процесс биотрансформации гистидина под действием L-гистидин-аммоний-лиазы. Практическая ценность работы состоит в разработке технологии получения молочно-белкового концентрата без аминокислоты гистидин – для детей, больных гистидинемией. Подана заявка на выдачу патента (№ 2012146705 от 01.11.2012 «Способ получения функционального белкового продукта для больных гистидинемией»). В установленном порядке подготовлен комплект технических условий и технологических инструкций.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», государственный контракт № 12.527.11.0008.

Методология и методы исследования. Отбор проб и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809, ГОСТ 9225. Массовую долю сухих веществ определяли по ГОСТ 30648.3. Плотность молока определяли молочным ареометром АМТ – ГОСТ 3625. Для количественного и качественного определения аминокислотного состава использовали систему на базе высокоэффективного жидкостного хроматографа (аминокислотный анализатор) Aracus PMA GmbH. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) «RAPID N ELEMENTAR», работающего по методу Дюма – сжигания пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для количественного определения массовой доли амминого азота использовали метод Лоури. В данном методе сочетаются две реакции. Первая – биуретовая реакция. Во второй реакции (собственно реакция Фолина) задействован реактив Фолина-Чокальтеу. Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Просмотр и фотографирование гелей проводили на УФ-трансиллюминаторе TCP-20M («Vilber Lourmat», США) при длине волны излучения – 312 нм. Аминокислотную последовательность образованных пептидов определяли с помощью автоматического секвенатора, работающего по методу Эдмана. Биотрансформацию гистидина проводили статическим методом в термостате с перемешиванием, при температуре 30±2°С и рН 7,50± 0,01 (фосфатный буфер). Массовую долю аммиака и транс-уроканиновой кислоты определяли методом капиллярного электрофореза с помощью системы «КАПЕЛЬ 105». Для определения водорастворимых витаминов использовали метод капиллярного электрофореза системы «КАПЕЛЬ 105». Определение жирорастворимых витаминов проводили методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографией на хроматографе «Милихром» со спектрофотометрическим детектором и спектральным диапазоном 190-360 нм. Очистку гидролизата с целью удаления транс-уроканиновой кислоты и аммиака проводили с помощью ротационного испарителя ИР-1ЛТ и ферментативной реакции в присутствии уроканиназы с каталитической активностью 100000 МЕ/мг белка. Массовую долю макро- и микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Микробиологические показатели определяли в соответствии с СанПиН 2.3.4.551, СанПиН 2.3.2.1078, ГОСТ 9225, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 10444.11, ГОСТ Р 50480.

Степень достоверности и апробация работы. Основные положения диссертации получили одобрение на научно-практических конференциях, в том числе: на Всероссийской конференции студентов и аспирантов «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (г. Кемерово, 2011 г.), Инновационном конвенте «Кузбасс: образование, наука, инновации» (г. Кемерово, 2011 г.), Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых учёных «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2011 г.), VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2011 г.), III Международной научно-практической конференции «В мире научных открытий» (г. Москва, 2012 г.), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2012 г), IХ Международной научно-практической конференции «Наука в современном мире» (г. Москва, 2012 г.), Международной молодёжной конференции «Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы (г. Кемерово, 2012 г).

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ и 2 электронные работы, в том числе шесть статей в отраслевых журналах, рекомендованных ВАК: «Техника и технология пищевых производств», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Молочная промышленность», «Современные проблемы науки и образования», «Фундаментальные исследования».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, аналитический обзор, организация, объекты и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, результаты и выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 108 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы и 22 рисунка. Список литературы включает 157 наименований.

методика выполнения исследований

Теоретические и экспериментальные исследования проведены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

Исследование и разработка технологии белкового концентрата на основе гидролизата белков молока
Анализ отечественной и зарубежной литературы, формулировка цели и задач исследований
Сравнительная оценка физико-химических свойств, химического состава и биологической ценности белков растительного и животного происхождения				- химический состав молока - молекулярно-массовое распределение белков молока - физические показатели молока - аминокислотный состав - массовая доля макро - и микроэлементов
Определение оптимальных параметров ферментативного гидролиза белков коровьего молока протеолитическими ферментами				- массовая доля гистидина - молекулярно-массовое распределение - динамика накопления свободных аминокислот
Исследование кинетики процесса биотрансформации гистидина под действием L-гистидин-аммоний лиазы				- скорость биотрансформации гистидина - остаточное содержание гистидина
Разработка технологии удаления транс-уроканиновой кислоты и аммиака из полученного гидролизата белков коровьего молока				- массовая доля транс-уроканиновой кислоты - массовая доля аммиака - параметры очистки - степень очистки
Разработка технологии молочно- белкового концентрата				- технологические параметры - органолептические показатели - физико-химические показатели - аминокислотный состав - массовая доля общего азота - микробиологические показатели
Практическая реализация результатов исследований