CC BY
110
Библиографический список
1. Тимошенко Н.В. Проектирование предприятий мясной промышленности: учеб.-метод. пособие / КубГау. — Краснодар, 2005. — 304 с.
2. Маракулина И.В. Проблемы и перспективы управления ассортиментом в овощеводческих организациях кировской области. — Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2005. — № 6. — С. 158-161.
3. Окара А.И. О качестве мясных продуктов с позиции товароведа // Мясная индустрия. — 2007. — № 8. — С. 46-48.
4. Николаев С. Мясной рынок в России будет расти до 2010 года // Товароведение продовольственных товаров. — 2007. — № 9. — С. 67-69.
+
5. ГОСТ 9959-91 «Продукты мясные. Общие условия проведения органолептической оценки».
6. ГОСТ 9793-74 «Продукты мясные. Методы определения влаги».
7. ГОСТ 29299-92 «Мясо и мясные продукты. Метод определения нитрита».
8. ГОСТ 9957-73 «Колбасные изделия и продукты из свинины, баранины, говядины. Методы определения хлористого натрия».
9. СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов».
10. ГОСТ 52196-03 «КОЛБАСЫ ВАРЕНЫЕ. Технические условия».
+
УДК 637.136.045:664.162.036.2 М.Г. Курбанова,
С.М. Масленникова, О.Н. Бондарчук ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОТНЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ КАЗЕИНА
Ключевые слова: кислота, гидролиз, казеин, белок, степень гидролиза, пептиды, аминокислоты, гидролизаты.
Введение
Белковыми гидролизатами называют продукты гидролитического расщепления белков, состоящие в основном из отдельных аминокислот, их натриевых солей и по-липептидных остатков. В процессе гидролиза происходит разрыв пептидных связей белковой молекулы с образованием ди- и трипептидов, а также свободных аминокислот, что увеличивает усвоение белковых веществ в живом организме. Так, смеси пептидов различной длины всасываются в пищеварительном тракте быстрее и полнее. Кроме того, в белковых гидролизатах могут присутствовать различные физиологически активные пептиды, необходимые для регуляции ряда важных функций живого организма. Следует принять во внимание возможное положительное влияние пептидов, содержащихся в гидролизатах, на усвоение некоторых эссенциальных микронутриентов.
На основе гидролиза белков получают препараты, применяемые как кровезаменители, для парентерального питания в медицине; для компенсации белкового дефицита, повышения резистентности и улучшения развития молодняка в ветеринарии; как источник аминокислот и пептидов для бакте-
риальных и культуральных питательных сред в биотехнологии. В составе гидролизатов казеина присутствуют пептиды, способные образовывать прочные координационные (хелатные) соединения с ионами кальция и значительно усиливать эффективность их всасывания [2-4]. Однако и в этом случае есть данные, что фосфопептиды бета-казеина, так же как и гликомакропептид каппа-казеина и пептиды белков молочной сыворотки, значительно повышают биодоступность железа и могут рассматриваться как факторы, способствующие профилактике анемии.
В связи с этим гидролизаты белков молока широко используются в пищевой, биотехнологической, медицинской и фармацевтической промышленности, а также в парфюмерии в качестве компонентов, являющихся богатым источником низкомолекулярных соединений азота, аминокислот и белка.
Химические методы, используемые для гидролиза молочных белков, просты и не требуют редких, дорогостоящих ферментов, но они характеризуются жесткими условиями. Получение кислотных белковых гидролизатов проводят обычно при температуре 100-130°С, pH 1-2 с использованием минеральных кислот (соляной, серной, ор-тофосфорной). Скорость высвобождения и деструкции индивидуальных аминокислот
зависит в основном от природы белка и присутствия в нем солей и металлов.
Пептидные связи Н^-С=0, образующие полимерную цепь белковой молекулы, в присутствии кислот или щелочей гидролизуются, при этом происходит разрыв полимерной цепи, что в конечном итоге может привести к исходным аминокислотам. Пептидные связи, входящие в состав а-спиралей или Р-структур, более устойчивы к гидролизу и различным химическим воздействиям (по сравнению с теми же связями в одиночных цепях) [1]. В процессе изучения закономерностей гидролиза казеина химическим способом обнаружены значительные структурные изменения белковых субъединиц. Наряду с этим в спектре имеются сведения о разрушении и рацемизации, хотя и в меньшей степени, оксикислот, дикарбоно-вых кислот и других соединений. Имеются сообщения, что в низкомолекулярных пептидах, которые являются биологически активными соединениями, образуются концевые структурные деформации, в результате чего они становятся неузнаваемыми для рецепторов клетки [4, 5, 7]. Однако в некоторых литературных источниках отмечаются преимущества кислотного гидролиза: достаточная глубина расщепления белка и исключение бактериального (в том числе продуктами метаболизма) загрязнения гидролизата.
Необходимо исследовать биотехнологические и физико-химические закономерности получения гидролизатов казеина кислотным способом. Для достижения поставленной цели определены задачи исследования: провести кислотный гидролиз казеина в присутствии соляной и серных кислот; изучить состав полученных гидролизатов казеина; исследовать молекулярно-массовое распределение белков и пептидов при проведении гидролиза.
Объекты и методы исследования
В качестве субстрата был использован казеин пищевой, с массовой долей белка 85%. Во избежание разложения лабильных аминокислот кислотный гидролиз проводили трижды перегнанной 6 М соляной (серной) кислотой в герметичных условиях в режиме вакуума при температуре 110±50С в течение (4-24)±0,05 ч. После гидролиза ампулу охлаждали, вскрывали, содержимое переносили в небольшую коническую или круглодонную колбу. Соляную (серную) кислоту упаривали досуха на ротационном испарителе при температуре 40650С. Для удаления соляной (серной) кислоты добавляли в колбу 1,5 мл воды и снова упаривали. Последнюю операцию проводили дважды. Определение общего азота проводили с
помощью анализатора белка RAPID N ELEMENTAR в соответствии с европейскими стандартами. Содержание общего белка рассчитывали умножением общего азота на пересчетный коэффициент для белков. Определение аминного азота проводили спектрофотометрическим методом с использованием 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислоты (ТНБС). Метод основан на спектрофотометрическом определении хромофоров, образующихся при реакции первичных аминов с ТНБС. Степень гидролиза определяли как отношение аминного азота к общему азоту. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали с помощью белкового электрофореза методом Лэмли.
Результаты и их обсуждение
При постановке ряда экспериментов определяли рациональные условия гидролиза казеина, которые обеспечивали бы возможно большее сохранение аминокислот в гидролизатах. Известно, что казеины в отличие от некоторых глобулярных белков хорошо расщепляются химическими агентами, поскольку уже в нативном состоянии имеют малоупорядоченную конформацию, подобную дезорганизованной структуре денатурированных глобулярных белков [3]. Это объясняется очень низким содержанием а-спиралей и низкой структурной организацией основных компонентов казеина. Данный факт обусловлен высоким содержанием пролина в этих белках — от 8,5 до 16%, что, по-видимому, деформирует спираль в беспорядочный клубок [1, 6].
Состав гидролизатов казеина, полученных в результате обработки 6 М соляной кислотой, представлен в таблице 1.
Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что при соотношении субстрат-кислота 1:25 при температуре 110±50С процесс гидролиза имеет необходимую и достаточную направленность, в результате чего степень гидролиза за 4,00±0,05 ч составляет 32,75±2,29%, 8,00±0,05 ч — 65,50±4,59, а за
24,00±0,05 ч достигает своего максимального значения и составляет 96,20±6,73%. При уменьшении концентрации кислоты (при соотношении субстрат-кислота 1:15 и 1:20) наблюдается снижение степени гидролиза до 82,69±5,79 и 92,99±6,50% при продолжительности процесса 24,00±0,05 ч. Возможно, это связано с недостаточной ата-куемостью полипептидной цепи раствором соляной кислоты. Кроме того, установлено, что с увеличением продолжительности процесса гидролиза молекул казеина происходит накопление аммиака. Так, при увеличении продолжительности процесса гидролиза
кислота, тем интенсивнее протекают процессы.
Так, при соотношении субстрат-кислота 1:15 и продолжительности процесса 24,00±0,05 ч степень гидролиза составляет 74,42±5,20%, в то время как при соотношении субстрат-кислота 1:25 и продолжительности процесса 24,00±0,05 ч это значение составляет 88,52±6,19%.
При этом в образце, где соотношение субстрат-кислота составляет 1:15, массовая доля аммиака возрастает в 1,78 раза, в то время как при соотношениях субстрат-кислота 1:20 и 1:25 это увеличение составляет 2,81 и 3,49 раза соответственно. Установленный факт не противоречит данным, полученным другими исследователями [3-5, 7].
Таким образом, выясняется, что гидролиз казеина под действием химических агентов идет быстрее и эффективнее с использованием 6 М соляной кислоты.
Таблица 1
Состав гидролизатов казеина, полученных в результате обработки 6 М соляной кислотой
Продолжительность, ч Массовая доля, % Степень гидролиза, %
общего азота аммиака аминного азота
Исходный образец казеина 13,32±0,93 0 0 0
Соотношение субстрат-кислота 1:15
4,00±0,05 13,32±0,93 0,015±0,001 0,076±0,005 19,48± 1,36
8,00±0,05 0,062±0,004 0,310± 0,022 39,30±2,75
24,00±0,05 0,095±0,007 1,976±0,138 82,69±5,79
Соотношение субстрат-кислота 1:20
4,00±0,05 13,32±0,93 0,034±0,002 0,136±0,010 26,15±1,83
8,00±0,05 0,138± 0,010 0,550±0,039 52,38±3,67
24,00±0,05 0,156±0,011 3,126±0,219 92,99±6,50
Соотношение субстрат-кислота 1:25
4,00±0,05 13,32±0,93 0,085±0,006 0,284±0,020 32,75±2,29
8,00±0,05 0,144± 0,024 1,148± 0,0080 65,50±4,59
24,00±0,05 0,200±0,070 3,880±0,272 96,20±6,73
Таблица 2
Состав гидролизатов казеина, полученных в результате обработки 6 М серной кислотой
Продолжительность, ч Массовая доля, % Степень гидролиза, %
общего азота аммиака аминного азота
Исходный образец казеина 13,32±0,93 0 0 0
Соотношение субстрат-кислота 1:15
4,00±0,05 13,32±0,93 0,014± 0,001 0,068±0,004 17,54±1,23
8,00±0,05 0,056±0,004 0,279±0,02 35,37±2,47
24,00±0,05 0,356±0,025 1,778±0,12 74,42±5,20
Соотношение субстрат-кислота 1:20
4,00±0,05 13,32±0,93 0,031± 0,002 0,122±0,008 23,54±1,64
8,00±0,05 0,124± 0,008 0,495±0,034 47,14±3,30
24,00±0,05 0,140± 0,01 2,813± 0,19 88,19±6,17
Соотношение субстрат-кислота 1:25
4,00±0,05 13,32±0,93 0,077±0,005 0,256±0,01 29,48±2,06
8,00±0,05 0,099±0,02 1,033± 0,07 58,95±4,12
24,00±0,05 0,190±0,006 3,492±0,24 88,52±6,19
с 4,00 до 24,00 ч и соотношении субстрат-кислота 1:15, 1:20 и 1:25 массовая доля аммиака повышается с 0,015 до 0,095, с 0,034 до 0,156 и с 0,085 до 0,200% соответственно.
Аналогичная динамика наблюдается и с массовой долей аминного азота. Данный факт, очевидно, связан с увеличением числа расщепленных амидных связей отдельных аминокислот. Для сравнения в аналогичных условиях нами был проведен гидролиз казеина 6 М серной кислотой. Результаты, полученные при проведении исследований, представлены в таблице 2.
В результате анализа данных, представленных в таблице 2, можно сделать вывод о том, что с увеличением продолжительности гидролиза происходит накопление аминного азота и аммиака, а также отмечается увеличение степени гидролиза, причем чем большее соотношение составляет субстрат-
Таблица 3
Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов при проведении гидролиза 6 М соляной кислотой
Продолжи- Относительное содержание , %, при молекулярной массе, кДа
тельность, ч более 20 10-20 5-10 менее 5
Соотношение субстрат-кислота 1:15
4,00±0,05 14,02±0,98 38,50±2,69 26,00±1,82 21,48± 1,50
8,00±0,05 6,02±0,42 14,12± 0,98 37,06±2,59 42,80±2,99
24,00±0,05 0±0,07 7,02±0,49 8,42±0,59 84,56±5,92
Соотношение субстрат-кислота 1:20
4,00±0,05 12,72±0,89 26,25± 1,84 30,40±2,13 30,63±2,14
8,00±0,05 4,02±0,28 10,12± 0,71 33,06±2,31 52,80±3,69
24,00±0,05 0±0,06 2,10±0,15 3,52±0,25 94,38±6,61
Соотношение субстрат-кислота 1:25
4,00±0,05 10,27±0,72 20,42± 1,43 40,80± 1,94 28,51± 1,36
8,00±0,05 3,73±0,26 7,53±0,53 21,62± 1,51 67,12±4,69
24,00±0,05 0±0,06 0,52±0,03 1,87±0,13 97,61±6,83
Таблица 4
Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов при проведении гидролиза 6 М серной кислотой
Продолжительность, ч Относительное содержание, %, при молекулярной массе, кДа
более 20 10-20 5-10 менее 5
Соотношение субстрат-кислота 1:15
4,00±0,05 14,24± 0,99 39,19±2,74 27,95±1,96 18,62± 1,30
8,00±0,05 8,17±0,57 15,06±1,05 38,58±2,70 38,19±2,67
24,00±0,05 0±0,08 7,12±0,50 15,92±1,11 76,96±5,39
Соотношение субстрат-кислота 1:20
4,00±0,05 12,24± 0,86 29,19±2,04 32,95±2,30 25,62±1,79
8,00±0,05 7,17±0,50 12,06±0,84 30,58±2,14 50,19±3,51
24,00±0,05 0±0,08 1,92±0,13 7,12±0,50 90,96±5,39
Соотношение субстрат-кислота 1:25
4,00±0,05 10,45±0,73 17,20± 1,20 41,84±2,93 30,51±2,14
8,00±0,05 3,41±0,23 8,56±0,59 25,91±1,81 62,12±4,35
24,00±0,05 0±0,06 3,92±0,27 5,47±0,38 90,61±6,34
С целью более детальной оценки свойств полученных кислотных гидролизатов изучали влияние продолжительности гидролиза на молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в полученных гидролизатах. Результаты исследований представлены в таблице 3.
В ходе проведения ряда экспериментов выяснили, что накопление белков и пептидов происходит пропорционально продолжительности протекания гидролиза. Так, при продолжительности гидролиза 4,00±0,05 ч состав реакционной смеси характеризуется преимущественно пептидами с молекулярной массой более 20 кДа, при 8,00±0,05 ч гидролиза — 5—20 кДа, при 24,00±0,05 ч — менее 5 кДа независимо от соотношения субстрат-кислота.
Аналогичная картина наблюдается и при использовании в качестве химического агента для проведения гидролиза казеина 6 М серной кислоты (табл. 4). Так, при соотношении субстрат-кислота 1:15 при продолжительности гидролиза 4,00±0,05 ч на относительное содержание пептидов с молекуляр-
ной массой более 20 кДа приходится 14,24%.
С увеличением продолжительности гидролиза количество пептидов с молекулярной массой более 20 кДа снижается до 8,17±0,57% и полностью исчезает при 24,00±0,05 ч гидролиза в связи с атакой химическим агентом полипептидной цепи и накоплением более мелких по молекулярной массе азотсодержащих молекул. В связи с этим возрастает содержание пептидов с молекулярной массой менее 5 кДа, которое при 4,00±0,05 ч гидролиза составляет 18,62±1,30%, а по истечении 24,00±0,05 ч гидролиза их количество возрастает в 4,1 раза по сравнению с 4 ч гидролиза. Также отмечено, что с повышением концентрации химического агента происходит увеличение степени гидролиза, что приводит к нарастанию количества пептидов с молекулярной массой менее 5 кДа: при продолжительности гидролиза 24,00±0,05 ч содержание пептидов с молекулярной массой менее 5 кДа возрастает с 76,96±5,39 до 90,61±6,34%.
Также необходимо отметить, что с увеличением продолжительности гидролиза наблюдается интенсивное накопление свободных аминокислот. Доля разрушения таких аминокислот, как серин, треонин, цистин, тирозин и фенилаланин, несколько выше, чем при гидролизе молекул казеина 6 М соляной кислотой. Данный факт, очевидно, связан с тем, что серная кислота обеспечивает более жесткие условия проведения процесса гидролиза, чем соляная, являясь по своей структуре двухосновной. Максимальное накопление аминокислот наблюдается при соотношении субстрат-кислота 1:25 при продолжительности гидролиза 24 ч.
Выводы
В ходе проведенных исследований изучен гидролиз казеина кислотным способом в присутствии соляной и серной кислот. В ходе постановки экспериментов, на основании изучения характеристик полученных гидролизатов казеина выяснено, что соотношение субстрат-кислота 1:20 является оптимальным для проведения гидролиза кислотным способом, с увеличением продолжительности гидролиза казеина наблюдается интенсивное накопление свободных аминокислот. Также под действием химических агентов гидролиз казеина идет быстрее и эффективнее с использованием 6 М соляной кислоты.
Библиографический список
1. Горбатова К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов. — М.: ГИОРД, 2003. — 352 с.
2. Круглик В.И. Молекулярно-массовое распределение пептидов в глубоких гидролизатах молочных белков // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: сб. науч. работ.— Кемерово: КемТИПП, 2007. — Вып. 14. — С. 128-129.
3. Круглик В.И., Сажинов Г.Ю. Научные и практические аспекты создания продуктов для детского питания. — Кемерово: Кузбас-свузиздат, 2005. — 195 с.
4. Круглик В.И., Сажинов Г.Ю. Разработка технологии гидролизатов молочных белков направленного химического состава и оценка их качества // Получение свойств и применение молочно-белковых и растительных концентратов: сб. науч. тр. — М.: ВНИКМИ, 1991. — С. 106-110.
5. Курбанова М.Г. Научное обоснование и технологические аспекты гидролиза казеина: монография. — Кемерово, 2012. — 126 с.
6. Патент № 2199233 Российская Федерация, МПК7 А 23 J 1/20. Способ производства молочно-кислотного казеина / Г.С. Михалкина, А.В. Татьянчиков, Л.И. Васильева, С.П. Петрова, В.Д. Харитонов; заявитель и патентообладатель ООО «Компания «Торос». — № 2000112570/13; заявл. 22.05.00; опубл. 27.02.03.
7. The effect of hydrolyzed cow's milk formula for allergy prevention in the first year of life: The German Infant Nutritional Intervention Study, a randomized double-blind trial / B. Vigovsky, N. Konop, P. Malov, A.N. Ma-lov // J Allergy Clin. Immunol. — 2003. — V. 111. — P. 533-540.
+ + +
УДК 664.785/786
А.И. Гусев, М.А. Янова
ПОЛУЧЕНИЕ ОБОГАЩЕННЫХ КРУПЯНЫХ ПРОДУКТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
Ключевые слова: крупа перловая, крупа овсяная, функциональные продукты, обогащенные продукты, зерно, технология
обогащения, ультразвук, белок, клетчатка, жир, зольность.
