CC BY
75
УДК 663.05/664.2.032
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДКИСЛЯЮЩИХ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ КУКУРУЗНОГО ЭКСТРАКТА
Р.В. УЛАНОВА, кандидат биологических наук, научный сотрудник
И.К. КРАВЧЕНКО, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Институт Микробиологии им. С.Н. Виноградско-го РАН, ул. 60-летия Октября, д. 7, кор. 2, г. Москва, 117312, Россия
Е.В. ГЛАДЫШЕВ, управляющий директор ООО «Амилко», ул. Промышленная, 22, г. Миллеро-во, Ростовская обл., 346130, Россия
Н.Д. ЛУКИН, доктор технических наук, зам. директора
ВНИИ крахмалопродуктов, ул. Некрасова, д.11, п. Красково, Московская область, 140051, Россия E-mail: vniik@arrisp.ru
Резюме. Кукурузный экстракт(КЭ) крахмалопаточного производства используется в кормопроизводстве и микробиологической промышленности. Для расширения сферы его применения в задачу исследований входило изучение возможностей изготовления из КЭ пищевых добавок. Для достижения этой цели жидкий кукурузный экстракт (6% сухих веществ) в лабораторных условиях «завод на столе» фильтровали от взвешенных частиц и подвергали обезвоживанию в распылительной сушилке. Полученный порошкообразный белково-кислотный концентрат (БКК) влажностью 6-8% отличается высокими ор-ганолептическими показателями, хорошо растворим в воде. По внешнему виду это сыпучий, гигроскопичный порошок светло-кремового цвета без неприятных запахов. Присутствие молочной кислоты придает ему выраженный приятный кислый вкус, позволяющий рекомендовать концентрат для подкисле-ния пищевых продуктов. Состав БКК свидетельствует о его высокой питательной ценности. Он содержит около 22,5% белка, 17,0-17,2%углеводов, 0,0028%пектина, 20,5-30,0%молочной кислоты. В состав белково-кислотного концентрата входят 19 связанных аминокислот. Среди них преобладают глютамин, пролин, аланин, из незаменимых аминокислот - валин, лизин, лейцин. Кроме того, БКК содержит 20 свободных аминокислот. При этом сумма незаменимых свободных и связанных аминокислот в этом продукте выше, чем в эталоне ФАО/ВОЗ. Углеводы концентрата на 90% представлены глюкозой. Таким образом, на основе побочного продукта крахмалопаточного производства - кукурузного экстракта создан натуральный пищевой подкислитель, способный регулировать кислотность и обогащать пищевые изделия биологически ценными соединениями. Для кукурузоперерабатывающих предприятий разработана технологическая схема производства белково-кислотного концентрата.
Ключевые слова: кукурузокрахмальное производство, побочные продукты, кукурузный экстракт, концентрирование, пищевые добавки, регуляторы кислотности, молочная кислота, аминокислоты.
Для цитирования: Изучение возможности получения подкисляющих пищевых добавок на основе кукурузного экстракта / Р.В. Уланова, И.К. Кравченко, Е.В. Гладышев, Н.Д. Лукин // Достижения науки и техники АПК. 2014. Т.28. №11. С. 71-73.
Пищевые добавки занимают важное место в производстве продуктов питания, они предназначены для повышения биологической ценности, а также сроков хранения пищевого изделия. Регуляторы кислотности относятся к востребованным добавкам, и пищевой рынок нуждается в расширении их ассортимента.
Традиционно для коррекции кислотности продуктов используют органические и неорганические кислоты, изготовление которых основано на микробиологиче-
ском или химическом синтезе - сложном, затратном, экологически опасном производстве. Поэтому важно развивать направления по изготовлению пищевых добавок с упрощенной технологией производства, на основе местных сырьевых ресурсов.
Побочные продукты молочной, крахмалопаточной и спиртовой отраслей содержат такие важные соединения, как органические кислоты, белки, аминокислоты, липиды, витамины, микроэлементы и др. Известно незначительное количество исследований по разработке способов производства нетрадиционных пищевых и кормовых добавок из побочных продуктов перерабатывающей промышленности. Например, с использованием молочной сыворотки и молочнокислых бактерий предлагается изготавливать различные добавки, обладающие консервирующими и подкисляющими свойствами [1-4].
В рамках реализации одной из основных технологических операций производства крахмала, которая заключается в замачивании кукурузного зерна, образуется значительное количество жидкого кукурузного экстракта (КЭ) - в среднем 1 т на 1 т переработанного сырья. Его практическое использование ограничивается микробиологической промышленностью и кормопроизводством.
В то же время прогнозируемое развитие крахмало-перерабатывающей промышленности обусловливает увеличение накопления КЭ. В связи с этим весьма актуальной становится проблема поиска нетрадиционных подходов к его переработке и определению новых областей приложения получаемых продуктов.
При замачивании зерна кукурузы, содержащиеся в нем белки, углеводы, аминокислоты, минеральные вещества диффундируют в воду, где формируется естественный консорциум микроорганизмов, представленный в основном молочнокислыми бактериями (МКБ). Состав такой воды, присутствие сернистого ангидрида, низкий рН (4,5-5,0), высокая температура замачивания создают оптимальные условия для развития преимущественно термофильных МКБ. Они усваивают углеводы субстрата с образованием молочной кислоты, синтезируют белки, аминокислоты, антибиотические и физиологически активные соединения.
Главная особенность замочных вод кукурузы, образующихся на последнем этапе замачивания, - повышенное присутствие молочной кислоты и богатый набор биологически ценных компонентов.
Цель наших исследований - изучение питательной ценности белково-кислотного концентрата, изготовленного из побочного продукта кукурузоперерабаты-вающего производства (кукурузного экстракта).
Условия, материалы и методы. Исследования проводили с кукурузным экстрактом, полученным в условиях производства крахмала [5]: температура замочной воды 48-500С, исходная концентрация сернистой кислоты в замочной воде - 0,18%, продолжительность замачивания - около 45 ч. Содержание сухих веществ (СВ) в жидком КЭ составляло 6%, концентрация сернистой кислоты - 0,05%.
Суммарное количество углеводов определяли фенол-сернокислым методом [6], качественный состав
нейтральных моносахаров - методом ГЖХ после полного кислотного гидролиза исходного материала [7].
Пектиновые вещества определяли методом спиртоо-саждения, позволяющим установить содержание нерастворимой в спирте фракции гидропектина. Пектиновые компоненты извлекали водной экстракцией на водяной бане, затем осаждали этанолом, осадок высушивали в сушильном шкафу. Для характеристики чистоты препарата использовали карбазольный метод, отражающий содержание чистой D-галактуроновой кислоты как мономерного звена пектиновой цепи (полимерность цепи не учитывается в связи с проведением дополнительного гидролиза концентрированной серной кислотой). Из исследуемого раствора удаляли сахара, затем извлекали растворимый пектин и, далее, пропектин.
Кукурузный экстракт в основном используют в концентрированном виде после выпаривания (35-50% СВ) с применением вакуум-выпарных установок. Так как нативный КЭ содержит в небольших количествах мелкие частицы кукурузного зерна и крахмал (который клейстеризуется, увеличивая вязкость экстракта), то для улучшения работы вакуум-выпарных установок их необходимо максимально удалять в отстойниках или центробежных декантерах. Основные проблемы при выпаривании КЭ: значительные энергозатраты; накипе- и нагарообразование; загорание поверхностей нагрева; интенсивное пенообразование; коррозионный износ выпарных камер. Поэтому вакуум-выпарные установки периодически подвергают химической очистке. Сконцентрированный на вакуум-выпарных установках до 48.. .50% СВ экстракт представляет собой густую непрозрачную, способную к расслаиванию жидкость от желтого до коричневого цвета, образующую хлопьеобразную взвесь. При высоких температурах выпаривания происходит меланоидинообразование, снижается товарный вид КЭ. Низкие органолептические показатели ограничивают сферы его использования.
С целью улучшения цвета и качества кукурузного экстракта предложено использовать мембранные технологии с получением ультраконцентрата (25-30% СВ), обладающего подкисляющими свойствами [8].
Зерна кукурузы
Введение воды, сернистой кислоты
Замочная вода, рН 4,5-5,0
Замачивание, -молочнокислое брожение
Кукурузный экстракт жидкий, рН 4,5-5,0
Осадок
У
О
Фильтрация, пастеризация
Кукурузный экстракт жидкий
1
Выпаривание
Кукурузный экстракт Высушивание
сгущенный
Белково-кислотный
концентрат сухой
Рис. 2. Сумма незаменимых аминокислот белково-кислотного препарата, полученного на основе кукурузного экстракта: 1 - связанные аминокислоты; 2 - свободные аминокислоты; 3 - эталон ФАО/ВОЗ.
Мы для изготовления сухого КЭ использовали распылительную сушку. С применением разработанной технологической схемы (рис. 1) были получены опытные партии белково-кислотного препарата в порошкообразном виде.
Результаты и обсуждение. Белково-кислотный концентрат (БКК) в порошкообразном виде отличается высокими органолептическими показателями, хорошо растворим в воде. По внешнему виду это сыпучий, гигроскопичный порошок светло-кремового цвета без неприятных запахов, влажностью 6-8%. Присутствие молочной кислоты придает ему выраженный приятный кислый вкус без посторонних привкусов, позволяющий рекомендовать концентрат для подкисления пищевых продуктов.
Анализ состава БКК свидетельствует о его высокой питательной ценности. Он содержит около 22,5% белка, 17,0-17,2% углеводов, 20,5-30,0% молочной кислоты.
Биологическая ценность белка определяется его аминокислотным составом. БКК содержит 19 связанных аминокислот. Среди них преобладают глютамин, пролин, аланин (в сумме 37,9%), из незаменимых аминокислот - валин, лизин, лейцин, в значительно меньшем количестве присутствуют гистидин и аргинин (см. табл.). Кроме того, в состав белково-кислотного
Таблица. Состав аминокислот белково-кислот-ного концентрата
Рис. 1. Технологическая схема производства белково-кислотного концентрата на основе кукурузного экстракта.
Амино- Содержание, % к с] /мме аминокислот
кислота связанные свободные
Оксипролин 0,0 4,17
Аспарагин 7,15 3,04
Треонин 4,50 7,85
Серин 5,12 6,00
Глютамин 15,52 5,35
Пролин 11,50 11,91
Глицин 5,61 3,56
Аланин 10,07 13,42
Цистеин 0,98 0,86
Валин 5,48 5,89
Метионин 2,11 2,88
Изолейцин 3,46 3,23
Лейцин 9,69 12,26
Тирозин 0,05 1,34
Фенилаланин 3,23 6,53
Оксилизин 5,28 7,38
Орнитин 2,74 3,40
Лизин 4,53 4,55
Гистидин 1,99 0,54
Аргинин 1,01 0,0
концентрата входят 20 свободных аминокислот. В том числе в большем, по сравнению с другими аминокислотами, количестве присутствуют пролин и аланин (в сумме 25,3%), а среди незаменимых доминируют треонин, валин, лейцин, фенилаланин. При этом сумма незаменимых аминокислот в белке БКК составляет 34,01%, сумма свободных незаменимых аминокислот - 45,39%, что превышает величину этого показателя для эталона ФАО/ВОЗ (рис. 2, 3).
Еще одна особенность белково-кислотного концентрата - наличие таких важных, редко встречающихся аминокислот, как орнитин, оксипролин,оксилизин.
Углеводы концентрата на 90% представлены глюкозой, в следовых количествах идентифицированы ман-ноза, галактоза, арабиноза и ксилоза. Также в следовых количествах обнаружены пектины, гелеобразующая способность концентрата низкая.
Кроме указанных соединений БКК содержит пен-тозаны, минеральные вещества и др., концентрацию которых еще не определяли.
Выводы. Согласно разработанной технологической схеме на основе побочного продукта крах-малопаточного производства получен натуральный пищевой подкислитель - белково-кислотный концентрат, сочетающий в себе способность регулировать кислотность и обогащать пищевые изделия биологически ценными соединениями. Он содержит около 22,5% белка, 17,0-17,2% углеводов, 20,5-30,0% молочной кислоты. В состав белково-кислотного концентрата входят 19 связанных аминокислот, среди которых преобладают глютамин, пролин, аланин, а из незаменимых - валин, лизин, лейцин, а также
% к сумме аминокислот 14 п—
-И
ri -н- ш ь
Рис. 3. Незаменимые аминокислоты белково-кислотного концентрата, полученного на основе кукурузного экстракта:
1Ш - связанные аминоксилоты; ■ - свободные аминоксилоты; □ - эталон ФАО.
20 свободных аминокислот. При этом сумма незаменимых свободных и связанных аминокислот в этом продукте выше, чем в эталоне ФАО/ВОЗ. Углеводы концентрата на 90% представлены глюкозой.
Постоянно растущий спрос в РФ на крахмал и крах-малопродукты обусловливает расширение мощностей кукурузокрахмального производства и, соответственно, увеличение объемов кукурузного экстракта. Это, наряду с относительно незначительной стоимостью такого побочного продукта, указывает на промышленную применимость и экономическую целесообразность предлагаемого способа переработки КЭ.
Литература.
1. Куксова Е.И. Разработка технологии комплексных добавок с использованием кислотообразующих бактерий: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2008. 20 с.
2. Курбанова М.Г., Генералова Н.А. Биотехнология гидролизатов молочных белков для кормовой добавки // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 2. С. 76-77.
3. Курбанова М.Г. Экспериментальное обоснование технологических параметров получения кислотного гидролизата казеина //Достижения науки и техники АПК. 2011. № 5. С. 79-80.
4. Мавлани М.И., Уланова Р.В., Чепенко Л.И. Способ получения микробного белково-кислотного концентрата // Патент Республики Узбекистан № 1890. 1994.
5. Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов. М.: Пищепромиздат, 2001. 282 с.
6. Colorimetric method for deremination of sugars and related substances / M. Dibois, K.A. Gilles, J.K. Hamilton, H.A. Rebers, F. Smith //Anaiy. Chem. 1956. v. 28. № 3. Р. 350-356.
7. Bjordal H., Lindberg B., Svensson S. Gas-liquid chromatography of partially methylated aldiols as their acetates //Acta Chem. Scand. 1967. v. 21. № 7. Р.1801.
8. Кудряшов В.Л. Ультраконцентрат кукурузного экстракта - новая пищевая добавка // Пищевая промышленность. 2014. № 3. С. 30-33.
STUDY OF POSSIBIILTY TO PRODUCE ACIDIFYING FOOD ADDITIVES BASED ON CORN EXTRACT
R.V. Ulanova1, I.K. Kravtchenko1, E.V. Gladyshev2, N.D. Lukin3
1Institute of Microbiology named after S.N. Vinogradskiy of Russian Academy of Sciences, 60-letiya Oktyabrya Str., 7, Moskow, 117312, Russia
2JSC «Amilco», Promyshlennaya Str., 22, Millerovo, Rostov region, 346130, Russia
3All-Russian Research Institute for Starch Products, Nekrasova Str., 11, Kraskovo, Moscow region, 140051, Russia Summary. Corn extract (CE) from starch production is used in feeds production and microbiological industry. The goal of study was to expand the area of CE application to produce food additives from it. In order to reach this goal liquid CE (6% of dry substances) was filtered from suspended particles and dewatered by spray dryer in laboratory conditions. The resulting powdered protein-acid concentrate (PAC) with moisture content of 6-8% has high organoleptic parameters and very soluble in water. In appearance it is free flowing, hygroscopic powder of light cream color with no unpleasant odors. The presence of lactic acid provides a pleasant sour taste and it could be recommended for acidifying food products. The contend of PAC testifies of high nutritional value. It contains approximately 22,5% of protein, 17,0...17,2 of carbohydrates, 0,0028 of pectin, 20,5...30,0% of lactic acid. Biological value of protein is determined by its amino acids content. PAC contains of 19 linked amino acids. Glutamine, proline, alanine prevail and the essential amino acids -valine, lysine, leucine prevail among them. Moreover, PAC contains 20 free amino acids. The sum of free and bound essential amino acids in PAC is higher than in the standard from FAO . Carbohydrates of concentrate are represented by glucose at 90%. Natural food oxidizer, combining abilities to regulate the acidity and to enrich food products by biologically valuable compounds, produced on basis of co-products of starch industry - CE. Technological flowchart was developed to produce protein-acid concentrate. Keywords: corn starch production, co-products, corn extract, concentration, food additives, acidity regulators, lactic acid, amino acids. Author Details: R.V. Ulanova, Cand. Biol. Sci., Researcher; I.K. Kravtchenko, Cand. Biol. Sci., Leading Researcher; E.V. Gladyshev, managing director; N.D. Lukin, Dr. Techn. Sci., Deputy Director (e-mail: vniik@arrisp.ru)
For citation: Ulanova R.V., Kravtchenko I.K., Gladyshev E.V., Lukin N.D. Study of possibiilty to produce acidifying food additives based on corn extract. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2014. T.28. №11. pp. 71-73 (In Russ)
