55УДК 664.6
Агафонов Игорь Викторович Agafonov Igor Viktorovich
заместитель начальника по тылу Deputy Head for the Logistics Дальневосточное высшее общевойсковое командное училище им. Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского The Far Eastern Higher Command College of K. K. Rokossovsky, the Marshal of the Soviet Union Мотовилов Олег Константинович Motovilov Oleg Konstantinovich доктор технических наук, доцент, руководитель Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, the Head Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАН Siberian Federal Research Center for Agro-biotechnologies of the Russian Academy of Sciences (RAN) Стаценко Екатерина Сергеевна Statsenko Ekaterina Sergeevna кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Leading Researcher
ФНЦ Всероссийский НИИ сои Federal Research Center All-Russian Scientific Research Institute of Soybean
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ СЕМЯДОЛЕВО-ОБОЛОЧКОВОЙ И СЕМЯДОЛЕВО-ЗАРОДЫШЕВОЙСОЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
BIOTECHNOLOGICAL ASPECTS OF OBTAINING BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITIVES BASED ON COTYLEDON-SHELLED AND COTYLEDON-GERMINATIVE SOY COMPOSITIONS
Аннотация. Целью исследований являлось обоснование подходов и параметров биотехнологии получения БАДов на основе вторичного соевого сырья. Установлена возможность и необходимость создания биологически-активных веществ - нутрицевтиков на основе семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой соевых композиций. Представлена их характеристика. Обоснованы биотехнологические основы их получения по соответствующим схемам, параметрам и режимам. Получены рациональные значения и параметры процесса биотехнологической трансформации соевого сырья при производстве соевой муки и БАДов. Установлена практическая целесообразность использования данного
XМеждународная научно-практическая конференция вида биологически-активных добавок в рецептурах мучных изделий функциональной направленности.
Abstract. The purpose of the research was to substantiate the approaches and parameters of biotechnology for obtaining dietary supplements based on secondary raw soy products. The possibility and necessity of implementation biologically active substances - nutraceuticals based on cotyledon-shelled and cotyledon-germinative soy compositions are established. We presented their characteristics and proved the biotechnological base of corresponding schemes, parameters and modes for their production. We obtained the rational values and parameters of the process of biotechnological transformation of soy raw products in the production of soy flour and dietary supplements. The practical relevance of using this type of biologically active additives in the recipes of flour products of a functional orientation was established.
Ключевые слова, биологически активные добавки, нутрицевтики, семена сои, фракции, биотехнология, семядолево-оболочковая и семядолево-зародышевая композиция.
Key words. biologically active additives, nutraceuticals, soy seeds, fractions, biotechnology, cotyledon-shelled and cotyledon-germinative composition.
В настоящее время широкое развитие в пищевой промышленности получило новое направление, связанное с созданием и использованием биологически-активных добавок (БАД), так они являются источниками эссенциальных веществ, а также минорных компонентов пищи [1]. В качестве одной из разновидностей БАДов можно выделить БАДы - нутрицевтики, которые на сегодняшний день являются широко применяемыми. К наиболее распространённым нутрицевтикам относят белковые концентраты и изоляты, аминокислоты, а также витаминные и минеральные комплексы, которые служат для обогащения традиционного рациона человека [1].
Уникальным источником эссенциальных веществ, а также минорных компонентов пищи, являются семена сои [2-4]. Данные вещества и компоненты сои извлекаются из семян путем использования различных видов экстракции (водной, спиртовой, кислотной, щелочной и др.). существенное значение имеет и приготовление термообработанных соевых концентратов в виде крупки и муки [5]. По последнему варианту в процессе производства образуется так называемый отход, в виде совокупности фракций - оболочковой, зародышевой
XМеждународная научно-практическая конференция и дробленнно-семядолевой [5, 6]. Как установлено ранее проведенными исследованиями данные фракции имеют достаточно высокую пищевую и биологическую ценность, однако не используются должным образом. Таким образом, исследования, направленные на получение БАДов из данного отходового сырья, являются актуальной проблемой, требующей своего решения.
Целью исследований являлось обоснование подходов и параметров биотехнологии получения БАДов на основе отходового соевого сырья.
Задачи исследований:
- обосновать возможность и целесообразность получения семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой композиций из отходового соевого сырья;
- на основании анализа совокупности данных по биотехнологическим особенностям семян сои выделить основные из них, как существенно влияющие на качество и безопасность готовых БАДов в виде семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой мучных композитов.
- разработать структурно-функциональную схему реализации процесса и привести значения рациональных параметров получения указанных БАДов;
- дать рекомендации по использованию БАДов данного вида в пищевых системах функциональной направленности.
На основе предварительно проведенного анализа литературных данных установлено, что получаемый в результате производства термообработанной необезжиренной соевой муки на термоагрегате КПСМ-850 отход составляет 1520 % [5, 6]. При этом в его состав входят три фракции в виде дробленной семядолевой, зародышевой и оболочковой составляющих [5, 6]. По биохимическому составу данный отход характеризуется следующими показателями (%): содержание воды 5,0-6,0; белков - 24,3-25,6; жиров - 5,0-5,7; углеводов - 56,4-59,9; золы - 3,9-4,2. При энергетической ценности равной 368,07-395,66 ккал/100 г [5, 6]. В то же время кандидатом биологических наук Скороходовой Е.В. [7, 8] показано, что семенная оболочка сои богата пищевыми волокнами, макро- и микрокомпонентами, а также содержит ряд витаминов.
XМеждународная научно-практическая конференция
На основании этих данных нами сделано предположение, что семядолево-
оболочковые и семядолево-зародышевые композиции, полученные рациональными способами, будут иметь более высокую пищевую и биологическую ценность, а потому могут быть представлены в виде БАДов для проектируемых пищевых систем различного ассортимента функциональной направленности.
При этом, основным условием получения качественных и безопасных БАДов данного вида является биотехнологическая трансформация исходного соевого сырья, которое имеет существенное различие по биологическим, сортовым и биотехнологическим характеристикам.
С целью выявления данных различий, было проведено изучение и сделан их анализ по массиву показателей, полученных учеными ФНЦ «Всероссийский НИИ сои». На основе полученных данных установлено, что конечные значения показателей качества и безопасности готовых продуктов существенно зависят от таких биотехнологических и сортовых особенностей сои как: крупность семян (г/100 семян), объемная масса семян (г/л); набухаемость (%), трипсинингибирующая активность (количество миллиграмм трипсина, необходимого для инактивации ингибиторов, содержащихся в 1 г абсолютно сухого продукта) и сопутствующая ей уреазная активность (ед), содержание белка, (%), содержание масла (%); содержание незаменимых аминокислот (г/100 г) [4, 9, 10].
На основании теоретического анализа получена кинетическая модель биотехнологической трансформации соевых семян, связывающая данные показатели между собой и характеризующая продолжительность биотехнологической трансформации исходного соевого сырья в зависимости от их количественных значений, в термоагрегате типа КПСМ-850, при его работе на мягких режимах.
На рисунке 1 представлена структурно-функциональная схема реализации процесса получения указанных БАДов.
Семена сои
УАо(Ы
Пропариватель (ВТО)
1
П
Барабанная жаровня (БЖ)
БЛОК I
I ЭТАП
Шелушильная машина (ШМ)
*и
Мельница грубого помола (МГП)
Бункер-накопитель оболочковой фракции 1ПФ1 Бункер-накопитель зародышевой фракции ( ЗФ) Бункер-накопитель дробленых семядолей (ДСФ)
1 Г
Дозаторы
оболоч фракци ковой и (ОФ) зародышевой фракции (ЗФ) | дробленых семядолей (ДСФ)
1
II ЭТАП
БЛОК II
Весы (фасование)
Вихревая мельница (ВМ)
^ л
Оболочковой муки Дозаторы
Оболочковой муки
Оболочковой муки
Необезжи-ренная соевая мука
УА2М
II ЭТАП
УА2(/;)
Хранение и реализация
t
Примечание: УАо (Ш) - исходное значение уреазной активности соевых семян, ед.; tВТО - продолжительность влаготепловой обработки, мин; Ш - продолжительность прожаривания, мин; 1Ш - продолжительность шелушения, мин; Ш1, tИ2, - продолжительность измельчения, мин; ЮМ - продолжительность смешивания, мин.
Рис. 1. Структурно-функциональная схема реализации процесса
приготовления соевых БАДов
В таблице 1 приведены рациональные значения параметров и режимов процесса биотехнологической трансформации соевых семян, обеспечивающего разрушение антипитательных веществ и позволяющего получить качественные и безопасные продукты в соответствии с требованиями.
XМеждународная научно-практическая конференция Таблица 1. Рациональные значения биотехнологической
трансформации соевого сырья
Процесс УА1, ед. X % Х^УА2, ед. х % кг/с X (21) >Х 2.ю1, с-1 X (21) 1.Т1, °С X (22) ^Х 1.Т2, °С X (22) 1.ю, с-1 х' (23) ^Х .X 2.а, град. X (23)
Влаготепловая обработка (пропаривание) 0,125 ^^ 18,0 0,16 Х^ 0,25 105-110 X >Х 110-115 0,62 X 7,5
Сушка и прожаривание 0,100 6,5
Примечание: УА1, УА2, - уреазная активность семян сои в пропаривателе и жаровне, эквивалентная ТИА, согласно равенству ТИА = 10УА, мг/г; Q -подача исходного сырья, кг/с; Т1 - температура в пропаривателе, °С; Т2 -температура в барабанной жаровне, °С; W1 - влажность семян сои на выходе из пропаривателя, %; W2 - влажность семян сои на выходе из жаровни, %; ю -угловая скорость ворошения семян в пропаривателе, с -1; ю1 - угловая скорость ворошения семян в барабане, с-1; а - угол наклона барабана, с-1.
Значения данных параметров получены на основании математических моделей, характеризующих указанный процесс, в рамках приведенных исследований по методике многофакторного эксперимента.
В соответствии с полученными данными и схемой, приведенной на рисунке 2, была произведена опытная партия соевых БАДов на основе семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой композиций.
Рис. 2. Технологическая схема получения фракций из вторичного соевого сырья и формирования на их основе СОМК и СЗМК
В таблице 2 представлены данные, характеризующие биохимический состав и энергетическую ценность БАДов - композитов.
XМеждународная научно-практическая конференция Таблица 2. Биохимический состав и энергетическая ценность БАДов -композитов из отходовых фракций вторичного соевого сырья
Продукт Содержание, г/100 г Витамин Энергетическая
вода белок жир углеводы минеральные вещества Е, мг/100 г ценность ккал/100 г
Соевый
мучной композит из
вторичного соевого
сырья: - семядолево-оболочковый - семядолево- 5,50 5,50 25,00 37,55 12,25 17,25 53,15 35,50 4,10 4,20 7,10 15,20 422,85 447,45
зародышевый
Полученные БАДы были использованы при приготовлении пищевых продуктов (хлебобулочные и кондитерские изделия, смесь для выпечки оладий и др.) в соответствии с рецептурами, которые защищены патентами РФ на изобретения [11-14]. Реализация данных рецептур показала, что их можно рекомендовать для практического использования, так как они позволяют повысить пищевую и биологическую ценность мучных изделий, обеспечивая им функциональную направленность.
Таким образом, а основании проведенного анализа литературных и патентных данных обоснована возможность и целесообразность создания соевых БАДов - нутрицевтиков с использованием семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой композиций. Анализом массива данных по биотехнологическим особенностям семян сои установлен их перечень с необходимостью дальнейшего учета их исходных значений при биотехнологической трансформации соевых семян в мучные продукты, в том числе семядолево-оболочковой и семядолево-зародышевой композиций. В соответствии с разработанными схемами реализации процессов и приведенными значениями параметров и режимов получена опытная партия указанных продуктов. Практическая реализация разработанных подходов и полученных БАДов в технологии мучных изделий показала их эффективность с точки зрения
XМеждународная научно-практическая конференция создания продуктов повышенной пищевой и биологической ценности
функциональной направленности.
Библиографический список:
1. Иванова Л.А, Войно Л.И., Иванова И.С. Пищевая биотехнология. Кн. 2. Переработка растительного сырья / под ред. И.М. Грачевой. М.: КолосС, 2008. 472 с.
2. Лусас, Э. В. Производство и использование соевых белков / Э. В. Лусас, Ки Чун Ри // Руководство по переработке и использованию сои / пер. с англ. В. В. Ключкина, М. Л. Доморощенковой. М.: Колос, 1998. 48 с.
3. Перкинс Э.Г. Состав и физические характеристики соевых семян и соевых продуктов // Руководство по переработке и использованию сои / пер. с англ. Под ред. В.В. Ключкина и М.Л. Доморощенковой. М.: Колос, 1998. 45 с.
4. Петибская В.С. Соя: химический состав и использование / Под ред. акад. РАСХН В.М. Лукомца. - Майкоп: ОАО «Полиграф-ЮГ», 2012. 432 с.
5. Патент № 2537539. Способ получения термообработанных соевых продуктов // Доценко С.М., Иванов С.А., Кубанкова Г.В. и др.; номер заявки: № 2013105429/1 с датой приоритета 08 февраля 2014; опубл. в БИ №21 от 10.01.2015.
6. Кубанкова Г.В. Актуальность использования вторичного сырья от переработки сои в пищевой промышленности / Г.В. Кубанкова, С.А. Иванов и др. // Безопасность и качество товаров: Материалы VI Международной научно-практической конференции. Саратов. «КУБиК», 2012. С. 47-48.
7. Скороходова Е.В. Биотехнологические аспекты получения биотехнологически активной добавки из семенной оболочки сои / автореф. дисс. канд. биологич. наук / Е.В. Скороходова. Улан-Удэ, 2011. 24 с.
8. Рюмкина Е.В. Минеральный состав семенной оболочки сои сортов Амурской селекции / Е.В. Рюмкина, А.Н. Васюкова // Технология производства и переработки с.-х. продукции: сб. научн. тр. ДальГАУ. Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2008. С. 85-89.
XМеждународная научно-практическая конференция
9. Стаценко Е.С. Разработка технологии пищевой добавки на основе соевого зерна биотехнологической модификации // Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49, №. 3. С. 367-374. DOI: 10.21603/2074-94142019-3-367-374.
10. Шепель О.Л., Стаценко Е.С. Анализ биохимического состава и технологических свойств семян сортов сои селекции ФГБНУ «ДВ НИИСХ» с целью получения продуктов функционального назначения // Вестник КрасГАУ, 2019. № 4. С. 172-177.
11. Патент РФ № 2550481. Способ приготовления мучных изделий повышенной биологической ценности // Доценко С.М., Иванов С.А., Кубанкова Г.В. и др.; номер заявки: № 2013105428/13 с датой приоритета 20 августа 2014; опубл. в БИ № 13 от 10.05.2015.
12. Патент РФ № 2522710. Способ приготовления теста повышенной биологической ценности // Доценко С.М., Иванов С.А., Кубанкова Г.В. и др.; номер заявки: № 2012150820/13 с датой приоритета 20 июля 2014; опубл. в БИ № 20 от 20.07.2014.
13. Патент РФ № 2654344 Смесь для выпечки оладий. Российская Федерация // Доценко С.М., Доценко А.С., Гужель Ю.А. и др.; номер заявки: № 2017112576 с датой приоритета 12 апреля 2017; опубл. в БИ № 14 от 17.05.2018.
14. Патент № 2636766. Смесь для выпечки оладий. Российская Федерация // Доценко С.М., Доценко А.С., Гужель Ю.А. и др.; номер заявки: № 2016124926 с датой приоритета 21 июня 2016; опубл. в БИ № 34 от 28.11.2017.
