Молочно-растительный экстракт люпина - сырье для функциональных продуктов питания Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 543.61: 637.344.8.

Молочно-растительный экстракт люпина -

сырье для функциональных продуктов питания

Е.И. Мельникова, д-р техн. наук, профессор, Е.В. Богданова, канд. техн. наук, доцент, М.И. Бурцева, аспирант; С.С. Иванов, аспирант Воронежский государственный университет инженерных технологий

СВ,%

20

10

0

0

В настоящее время несбалансированность пищевого рациона характеризуется прежде всего дефицитом белка: на каждого жителя Земли приходится около 60 г суточного потребления белка в сутки при норме 70 г.

Современные тенденции развития пищевой отрасли предусматривают разработку и внедрение технологии комбинированных продуктов на основе сырья животного происхождения и белковых препаратов различных сырьевых источников, в том числе зернобобовых культур [1].

Применительно к условиям сырьевой базы России важная роль отводится люпину, который характеризуется высокой массовой долей белков (более 30 % в сухом веществе). В семенах люпина преобладают легкорастворимые фракции белка: 20,65 % альбуминов, 50,5 % глобулинов с высоким содержанием незаменимых аминокислот [2].

Для извлечения физиологически ценных компонентов люпина проводили экстрагирование на вибрационной опытно-промышленной установке, принцип действия которой заключается в вытеснении парами экстрагента легколетучих компонентов материала. Для извлечения питательных веществ из растительного сырья использовали подсырную сыворотку. Высокое содержание воды обеспечивает ее соответствие требованиям, предъявляемым к экстра-гентам (негорюча, нетоксична, доступна по стоимости).

Эффективность процесса экстрагирования обусловлена многими факторами, важнейшие из которых - степень измельчения плодов люпина, рН экстрагента, соотношение жидкой и твердой фаз, температура и продолжительность процесса.

На массовую долю сухих веществ в экстракте люпина существенное влияние оказывает размер частиц, зави-

сящих от степени измельчения исходного сырья (рис. 1).

Очевидно, что при Сср =0,5 мм частиц материала извлекается за одно и то же время больше экстрактивных веществ. Однако степень измельчения ограничивается возможностью последующего фильтрования экстракта.

При исследовании продолжительности процесса экстрагирования установили, что в течение 20 мин происходит интенсивное извлечение экстрактивных веществ. Далее процесс замедляется, по истечении 40 мин прирост экстрактивных веществ становится незначительным. Полученные результаты подтверждают технологическую нерациональность дальнейшего экстрагирования.

Температурный интервал экстрагирования находится в пределах 40... 65 0С. Отмечено, что при температуре выше 60 0С нарушаются нативные свойства белковых фракций люпина. Экстрагирование при температуре ниже 40 0С приводит к снижению эффективности извлечения физиологически ценных компонентов из растительного сырья. Максимальная температура экстрагирования ограничивается лабильностью сывороточных белков, а минимальная - выходом экстрактивных веществ.

Изучение влияния гидромодуля (соотношение твердой фазы - плодов люпина и жидкой фазы - подсырной сыворотки) на эффективность процесса (рис.3) показало, что рациональным является соотношение 1:5. Это обеспечивает максимальное извлечение экстрактивных веществ - 22 %.

31 3 21

20

40 60 80 100 Время экстрагирования, мин

Рис. 1. Зависимость извлечения экстрактивных веществ люпина от размера частиц с1ср (мм): 1 - 0,5; 2 - 1,0; 3 ■

■ 1,5

СВ,%

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

40 60 80 100 Время экстрагирования, мин Рис. 2. Зависимость извлечения экстрактивных веществ от времени экстрагирования при различных температурах t (0С): 1 - 65; 2 - 60; 3 - 50; 4 - 45; 5 - 40; сС =1,0 мм

15

5

RAW MATERIALS AND ADDITIVES

СВ,%

20

15

10

—2— 2

/// \ / " X ■

4 5

20

40 60 80 100 Время экстрагирования, мин

Рис. 3. Зависимость извлечения экстрактивных веществ от времени экстрагирования при различных соотношениях твердых и жидких фаз: 1 - 1:3; 2 -1:4; 3 - 1:5; 4 - 1:6; 5 - 1:7; сСср =1,0 мм

СВ,% 16 14 12 10 8 6 4 2 0

——-J-'

___ J k

i

1 2 3

0

10

20 30 40 50 60 Время экстрагирования, мин Рис. 4. Зависимость извлечения экстрактивных веществ от времени экстрагирования ф при различных рН среды: 1 - 5,5; 2 - 5,9; 3 - 7,5; С =1,0 мм

Таблица 1

Оптимальные условия экстрагирования

Гидромодуль Продолжител ьность процесса, мин рН экстрагента, ед. Температура,

1:5 40 5,9 50

5

0

0

Величина рН экстрагента составляет 5,85 ± 0,05 ед. Снижение рН за пределы изоэлектрической точки глобулинов ( рН 6,5-7,3) приводит к высокой скорости передвижения белковых частиц и заметно влияет на выход экстрактивных веществ. Так, при рН=5,9 выход составляет 23,56 % СВ.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получили уравнение регрессии, адекватно описывающие процесс экстрагирования под влиянием учитываемых факторов:

У= 9,00 + 0,70^ + 0,34Х2 + 0,09Х -0,59Х4 - 0,12ХХ + 0,22Х,Х - 0,37Х/4 -0,07Х2Х3 - 0,25Х2Х4 + 0,18Х3Х4 + 0,51Х2 + 0,51Х22 + 0,4Х32 + 0,4Х42,

где Х - температура; Х2 - продолжительность экстрагирования; Х3 -соотношение объемов твердой и жидкой фаз; Х4 - рН экстрагента.

По результатам ридж-анализа установлены оптимальные условия экстрагирования белкового комплекса люпина (табл. 1), обеспечивающие получение молочно-растительного экстракта с массовой долей сухих веществ 16,1 %.

Важная характеристика люпиново-го экстракта, определяющая его дальнейшую переработку, - массовая доля белка, макро-, микроэлементов, витаминов.

В ходе исследований определяли аминокислотный состав молочно-растительного и водно-растительного экстракта люпина (рис. 5). Экстрагирование сывороткой существенно улучшает аминокислотный состав композиции по содержанию лизина,

■ молочно-растительный экстракт

люпина

ц водно-растительный экстракт люпина

14 L

ILil

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Рис 5. Сравнительный анализ аминокислотного состава растительного экстракта люпина при использовании экстрагента сыворотки и воды: 1 -аргинин;

2 - лизин; 3 - тирозин;

4 - фенилаланин; 5 - гистидин; 6 -

лейцин; 7 - изолейцин;

8 - метионин; 9 - валин;

10 - пролин; 11 - треонин;

12 - серин; 13 - аланин;

14 - глицин; 15 - цистин;

16 - глутаминовая кислота;

17 - аспарагиновая кислота

Таблица 2

Содержание витаминов и минеральных веществ в молочно-растительном экстракте и в водно-растительном экстракте люпина

Компонент Молочно-растительный экстракт Водно-растительный экстракт

Витамины, мг/100 г,

в том числе:

С 0,29 0,12

В2 0,17 -

РР 0,78 0,67

Микроэлементы, мкг/100 г,

в том числе:

медь 0,035 0,022

цинк Менее 0,001 0,8

марганец 5,63 1,15

железо 0,35 0,3

Макроэлементы, мг/100 г,

в том числе:

кальций 0,1 0,02

фосфор 0,11 0,08

магний 0,01 0,006

калий 0,3 0,006

метионина, цистеина, фенилалани-на, изолейцина, тирозина, валина, гистидина, серина, аланина, аспара-гиновой и глутаминовой кислот, пролина, аргинина, глицина.

Молочно-растительный экстракт люпина содержит минеральные соли и служит хорошим источником водорастворимых витаминов (табл. 2): В2, С, РР.

Содержание марганца, входящего в состав молочно-растительного эк-

Молочно-растительный экстракт люпина -сырье для функциональных продуктов питания

Ключевые слова

люпин; подсырная сыворотка; экстрагирование; молочно-растительный экстракт люпина.

Реферат

Изучена возможность получения молочно-растительного экстракта люпина с повышенным содержанием белка в результате экстрагирования физиологически ценных компонентов растительного сырья подсырной сывороткой. Полученную пищевую композицию можно применять в производстве функциональных продуктов питания, обогащая их эссенциальными веществами и важнейшими нутриентами.

Авторы

Мельникова Елена, д-р техн. наук, профессор; Богданова Екатерина Викторовна, канд. техн. наук, доцент; Бурцева Марина Игоревна, аспирант; Иванов Сергей Сергеевич, аспирант

Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, д. 19, melnikova@molvest.ru

стракта, в 5 раз выше, чем в водно-растительном экстракте люпина.

Молочно-растительный экстракт служит эффективным источником основных макроэлементов для организма человека - кальция, магния, калия и фосфора.

Полученную пищевую композицию можно применять в производстве функциональных продуктов питания, обогащая их эссенциальными веществами и важнейшими нутриентами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ли, Г.Т. Технология соевой и мо-лочно-соевой творожной массы/ Г.Т. Ли, Н.В. Сенченко // Молочная промышленность. - 2010. - № 4.

2. Люпин узколистный - перспективный источник белка / М.Л. Домо-рощенкова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. -№ 10. - С. 53-56.

Milk-Plant Extract of Lupine - Raw Material for Functional Foods

Key words

lupine; whey; extraction; dairy plant extract of lupine.

Abstracts

Studied the possibility of obtaining milk-plant Lupine extract with a high content protein as a result of extraction of physiologically valuable components of vegetable raw whey. The resulting food composition can be used in the production of functional foods, enriching them with essential substances and essential nutrients.

Authors

Melnikova Elena, Doctor of Technical Science, Professor; Bogdanova Ekaterina Viktorovna, Candidate of Technical Science, Docent; Burtseva Marina Igorevna, Graduate Student; Ivanov Sergey Sergeevich, Graduate Student

Voronezh State University of Engineering Technology, 19, Prospekt Revolyutsii, Voronezh, 394036, melnikova@molvest.ru