CC BY
113УДК 637.144.5
DOI 10.29141/2500-1922-2021-6-2-3
Молозиво коров - перспективное сырье для производства пищевых продуктов
С.А. Леонтьева1, СЛ. Тихонов1*, Н.В. Тихонова1, В.А. Лазарев1
1Уральский государственный экономический университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация, *e-mail: tihonov75@bk.ru
Реферат
Рассмотрены результаты исследования качества молозива коров. Установлено, что химический состав молозива зависит от времени, прошедшего с момента отела коровы: содержание белка и иммуноглобулинов бывает существенно выше в молозиве, собранном после отела, чем в молозиве, собранном через 12 и 24 ч с момента отела. Доказана стабильность иммуноглобулинов молозива коров под действием желудочного сока. Разработана технология получения сухого молозива, включающая следующие этапы: сбор молозива в емкости и хранение при температуре от 0 до 4 °С не более 5-6 ч; инактивация ферментов; кратковременная пастеризация; сушка в псевдокипящем слое; хранение. Разработана технология молозивного масла: собранное молозиво выдерживают в течение 2-4 ч при температуре 20-24 °С для отделения молозивных сливок; снимают сливки и выдерживают в течение 12-14 ч для созревания; пастеризуют 15-20 мин при температуре 85-90 °С; взбивают в гомогенизаторе, сливают пахту. Молозивное масло отличается высоким содержанием жира 96-98 % и витамина А - 846-1023 МЕ/г продукта. Предложена технология получения белкового гидролизата из дрожжей S. Cerevisiae, обогащенных иммуноглобулином С, выделенного из молозива коров. Технология включает в себя три этапа: введение в микробную биомассу дрожжевых клеток иммуноглобулинов; культивирование дрожжей на питательной среде; получение белкового гидролизата. При реализации предложенной технологии производства микробного белка выход биомассы составляет 71 %, содержание сырого протеина - 86 % от сухого вещества.
Особое мнение. Рекомендовано к публикации академиком РАН, доктором технических наук, профессором А.Г. Храмцовым Для цитирования: Леонтьева С.А., Тихонов С.Л., Тихонова Н.В., Лазарев В.А. Молозиво коров - перспективное сырье для производства пищевых продуктов //Индустрия питания|Food Industry. 2021. Т. 6, № 2. С. 23-33. DOI: 10.29141/2500-1922-2021-6-2-3
Дата поступления статьи: 5 апреля 2021 г.
Colostrum as a Promising Raw Material for the Food Production
Svetlana A. Leontieva1, Sergey L. Tikhonov1*, Natalya V. Tikhonova1, Vladimir A. Lazarev1
Ural State University of Economics, Ekaterinburg, Russian Federation, *e-mail: irina.reznichenko@gmail.com
Abstract
The paper concerns the study results of the cow colostrum quality. A man found that the chemical colostrum composition depended on the amount of time elapsed since calving of the cow: the protein and immunoglobulins content was significantly higher in colostrum collected after calving, than in colostrum collected 12 and 24 hours after calving. The authors proved the cow colostrum immunoglobulins stability under the gastric juice action. They developed the technology for obtaining dry colostrum, which included the following steps: collecting colostrum in containers and storing at a temperature from 0 to 4 °C for no more than 5-6 hours; enzymes inactivation; short-term pasteurization; drying in a pseudo-boiling layer; storage. The researchers developed colostrum oil technology: keeping the collected colostrum for 2-4 hours at a temperature of 20-24 °C to separate the colostrum cream; skimming and keeping for 12-14 hours for maturation; pasteurizing
Ключевые слова:
молозиво коров; белок;
иммуноглобулины; молозивное масло; дрожжи;
белковый гидролизат
Keywords:
cow colostrum; protein;
immunoglobulins; colostrum oil; yeast;
protein hydrolysate
For 15-20 min at a temperature of 85-90 °C; whipping in a homogenizer, draining the buttermilk. Colostrum oil has high Fat content of 96-98 % and vitamin A - 846-1023 IU per g of the product. A man presented the technology For obtaining protein hydrolysate From yeast S. Cerevisiae enriched with immunoglobulin G that was isolated From cow colostrum. The technology includes three stages: immunoglobulins introduction into the microbial biomass oF yeast cells; yeast cultivation on a nutrient medium; protein hydrolysate production. When implementing the developed technology For the microbial protein production, the biomass yield was 71 %, the crude protein content was 86 % oF the dry matter.
Separate Opinion. Recommended for Publication by Andrey G. Khramtsov, Academician of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Technical Sciences, Professor
For citation: Svetlana A. Leontieva, Sergey L. Tikhonov, Natalya V. Tikhonova, Vladimir A. Lazarev. Colostrum as a Promising Raw Material for the Food Production. Индустрия питания|Food Industry. 2021. Vol. 6, No. 2. Pp. 23-33. DOI: 10.29141/2500-1922-2021-6-2-3
Paper submitted: April 5, 2021
Актуальность
Перспективным направлением развития биотехнологии пищевых функциональных продуктов является переработка молозива коров как дополнительного источника белка, иммуноглобулинов, липидов, витаминов, минеральных и иных биологически активных веществ [1; 2].
Функциональные свойства молозива коров, обеспечивающие коррекцию защитных сил организма человека, обусловлены наличием в нем иммуноглобулинов, лактоферина, цитоки-нов, интерлейкина-10 и других активных компонентов [3]. От одной коровы в среднем получают по 40 л молозива в сутки, при этом на кормление теленка расходуется до 18 л в сутки; избыточное количество молозива замораживают и хранят не более 7 дн., так как в течение этого периода обеспечивается стабильность бактерицидных свойств молозива к микроорганизмам, в частности к бактериям E. coli, и только затем его направляют на переработку. Полученные из молозива коров продукты используют в качестве обогащающих веществ в технологии пищевой продукции функциональной направленности.
В Российской Федерации сбор и переработка молозива практически не проводятся; как правило, его замораживают на молочных фермах в небольших количествах и выпаивают заболевшим телятам. За рубежом (в частности, в США и Франции) молозиво широко используется для производства биологически активных добавок (БАД), которые реализуются не только на внутреннем рынке, но и являются экспортируемым продуктом. Крупными производителями БАД на основе молозива в форме капсулы, смеси с сухими пробиотиками, жевательных таблеток, концентрированного жидкого молозива считаются компании Symbiotics, California Gold Nutrition, Now Foods, Chidlife [4].
В России переработкой молозива занимается компания «Биакон»: полученное сухое молозиво вносится в белковые препараты, выработанные из молочной сыворотки, а также реализуется в капсулированном виде в форме БАД «Коло-струм» (более 20 наименований) [5].
В связи с вышеизложенным становится актуальным такое направление научных исследований, как разработка пищевой продукции на основе молозива коров.
Цель исследований - разработка пищевых продуктов и белкового гидролизата микробного происхождения на основе молозива коров.
Объекты и методы исследований
Объектами исследований являются:
• молозиво коров черно-пестрой породы, полученное сразу после отела, через 12 ч и 24 ч после отела (производитель - ООО «ТД «Регион ТС», входящий в «Балтымский АгроКомплекс»);
• сухое молозиво;
• молозивное масло;
• дрожжи 5. Ceгevisiae;
• белковый концентрат микробного происхождения.
Исследования пищевой продукции проводились в едином лабораторном комплексе и лаборатории контроля качества пищевых продуктов кафедры пищевой инженерии Уральского государственного экономического университета.
Определяли наличие:
• белка в молозиве - по ГОСТ 25179-2014 «Молоко и молочные продукты. Методы определения массовой доли белка»;
• жира - по ГОСТ 5867-90 «Молоко и молочные продукты. Методы определения жира»;
• витамина А - по ГОСТ 7047 «Отбор проб, методы определения витаминов и испытания качества витаминных препаратов»;
• влаги - по ГОСТ 3626-73 «Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества (с Изменениями № 1, 2, 3)».
Общие иммуноглобулины и иммуноглобулины определяли методом радиальной имму-нодиффузии по Д. Манчини с использованием сыворотки диагностической моноспецифической «Моно-РИД-каппа, лямбда» в лаборатории научно-инновационного центра Института ветеринарной медицины Южно-Уральского государственного аграрного университета.
Гомогенизацию молозива при инактивации протеаз проводили в гомогенизаторе «Measlab ПАХП-МТА». Стабильность иммуноглобулинов молозива под действием желудочного сока человека определяли путем добавления к 100 мл молозива 5 мл фармакологического препарата «Желудочный сок «Эквин». Учет реакции проводили через 10; 20 и 30 мин.
Количество белка и сырого протеина в дрожжах определяли по ГОСТ 57221-2016 «Дрожжи кормовые. Методы испытаний».
Подготовку дрожжей к исследованиям проводили следующим способом: 1 кг прессованных дрожжей смешивали с 4 л дистиллированной воды и выдерживали в термостате при 55 °С в течение 24 ч. Затем дрожжи фильтровали и стерилизовали при давлении 0,05 МПа в течение 20 мин. Для ультрафильтрации ферментативного гидролизата использовали мембраны из поливинилиденфторида (производитель - ООО «Фазеркрафт») с проницаемостью до 900 кДа. Микроскопирование дрожжевых клеток осуществляли на поляризационном микроскопе ПОЛАМ Л-213М ЛОМО с цифровой камерой.
Статистический анализ экспериментальных данных осуществляли с помощью программного обеспечения Statistica 12 (StatSoft). Фактический цифровой материал представлен средними значениями с указанием стандартного отклонения. Для оценки математического распределения применяли метод Шапиро-Уилка. Статистическую достоверность определяли по t-критерию Стьюдента. Уровень статистической значимости принят равным 0,05 и 0,01.
Результаты исследований и их обсуждение
Изучению химического состава молозива посвящено достаточное количество научных трудов. Установлено, что молозиво коров от молока отличается высоким содержанием белка, представленным альбуминами и глобулинами, в которых выделяются фракции иммуноглобулинов: IgG, 1дМ, IgGА и IgGЕ [6; 7]. Так, 1дМ в организме человека участвует в фагоцитозе клеток с чужеродным белком при формировании экстренной защиты на гуморальном уровне [8]; IgG усиливает иммунный ответ организма и связывает продукты метаболизма бактерий; 1дА предотвращает проникновение возбудителей болезни через слизистую на локальном уровне [9]. Уместно отметить, что содержание указанных биологически активных веществ молозива меняется в зависимости от времени его сбора. [10]: одни исследователи утверждают, что оптимальное время сбора - первые часы после отела, другие считают, что спустя 24-48 ч. В связи с этим авторами статьи исследован химический состав молозива, а именно определена концентрация белка, иммуноглобулинов и жира в зависимости от времени сбора молозива, и проведено обоснование последующего его использования в производстве пищевой продукции с высокой пищевой и биологической ценностью и возможным иммуномодулирующим действием. Вместе с тем важно было исследовать стабильность иммуноглобулинов в желудке человека, поскольку при их разрушении биологическое значение пищевого продукта будет сведено к роли дополнительного источника белка. Исходя из этого авторами был проведен анализ устойчивости иммуноглобулинов к действию желудочных протеаз.
Визуально молозиво представляет собой жидкость коричнево-желтого цвета. Химический состав молозива коров, собранного сразу после отела, через 12 ч и 24 ч после отела, представлен ниже (табл.1).
Установлено, что химический состав молозива зависит от времени, прошедшего с момента отела коровы. Так, после отела процентное содер-
Таблица 1. Химический состав молозива (n = 5) Table 1. Chemical Composition of Colostrum (n = 5)
Показатель Молозиво
после отела через 12 ч после отела через 24 ч после отела
Массовая доля, % белка жира золы 23,8 ± 1,4 6,2 ± 0,2 1,33 ± 0,04 14,7 ± 1,2* 5,4 ± 0,2* 1,12 ± 0,02* 6,9 ± 0,7** 4,7 ± 0,2** 1,02 ± 0,03**
Примечание. ^Достоверно при Р < 0,05. ** При сравнении с показателями химического состава молозива после отела Р < 0,05.
жание белка, жира и золы составляет 23,8; 6,2 и 1,3 % соответственно, в то время как у молозива, полученного через 12 ч после отела - на уровне 14,7; 5,4 и 1,1 %. Аналогичная динамика химического состава отмечается у молозива, собранного через 24 ч после отела.
Молозиво коров отличается высоким содержанием иммуноглобулинов (антител), которые участвуют в иммунном ответе при попадании в организм вирусов, бактерий и другого чужеродного белка, способного вызвать заболевание. В молозиве коров выделяют более 80 видов антител к болезням человека, вызываемым бактериями, в частности E. Coli, S. Typhimurium, H. pylori и др. При этом если животное до отела являлось контактным с носителем вирусной, бактериальной или грибковой инфекции, то в большинстве случаев у этого животного образуются антитела к заболеванию, и их молозиво считается гипер-иммунизированным [10]. Результаты исследования содержания иммуноглобулинов в молозиве представлены в табл. 2.
Иммуноглобулины делятся на классы: IgG, IgM, IgA, IgE (наиболее доступны для широкого изучения первые три класса) и различаются своей первичной структурой, физико-химическими свойствами и антиген-специфичностью [11].
Общая концентрация иммуноглобулинов в молозиве зависит от времени, прошедшего после отела. Так, количество общих иммуноглобулинов сразу после отела, через 12 и 24 ч составляет 89,4; 60,3 и 25,7 г/л соответственно. Аналогичным образом изменяется содержание иммуногло-
булинов других классов. Например, количество 1дМ в молозиве через 24 ч после отела бывает на уровне 3,2, что ниже на 68,9 % по сравнению с молозивом, собранным сразу после отела. Полученные данные согласуются с результататми ранее проведенных исследований [12; 13].
В таблице 3 представлены показатели стабильности иммуноглобулинов в молозиве под действием фармакологического препарата «Желудочный сок "Эквин"».
Существенных и достоверных изменений в содержании иммуноглобулинов в молозиве под действием желудочного сока не отмечено, и это согласуется с выводами исследователей [14], которые утверждают, что титр антител молозива в желудочном соке снижается на 1-2 ед. через 30-60 мин и остается стабильным в течение 8 ч. Полученные данные объясняются наличием в молозиве гликопротеинов и ингибиторов ферментов желудочного сока, которые обеспечивают защиту иммуноглобулинов от ферментативного гидролиза [15].
Из вышеизложенного следует, что для производства продукта с высокой биологической ценностью и иммуномодулирующими свойствами предпочтительнее использовать молозиво, собранное сразу после отела. Молозиво может храниться при температуре от 0 до 4 °С до 8 сут при соблюдении санитарно-гигиенических требований без существенного изменения показателей пищевой и биологической ценности. При пастеризации молозива денатурируется до 15 % сывороточных белков.
Таблица 2. Содержание иммуноглобулинов в молозиве (n = 5), г/л Table 2. Immunoglobulins Content in Colostrum (n = 5), g/l
Иммуноглобулины Содержание в молозиве
после отела I через 12 ч после отела 1 через 24 ч после отела
Общие 89,4 ± 2,3 60,3 ± 1,9* 25,7 ± 1,6**
IgG 31,2 ±2,1 28,3 ± 1,6* 13,1 ± 1,4**
IgA 1,3 ± 0,1 1,1 ± 0,1 1,0 ± 0,1*
IgM 10,3 ± 1,2 5,6 ± 1,2* 3,2 ± 1,0**
Примечание. ^Достоверно при Р < 0,05. ** При сравнении с показателями химического состава молозива после отела Р < 0,05.
Таблица 3. Сохранность иммуноглобулинов в молозиве под действием фармакологического препарата «Желудочный сок «Эквин» (n = 5), г/л Table 3. Immunoglobulins Safety in Colostrum under the Action of a Pharmacological Drug "Gastric Juice "Equine" (n = 5), g/l
Иммуноглобулины Сохранность иммуноглобулинов
фон через 10 мин через 20 мин через 30 мин
Общие 89,4±2,3 87,6 ± 2,3 87,1±2,2 86,3 ± 2.2
IgG 31,2±2,1 30,6 ± 2,1 30,2±2,1 30,1 ± 2,2
IgA 1,3±0,1 1,3 ± 0,1 1,3±0,2 1,3 ± 0,1
IgM 10,3±1,2 10,3 ± 1,2 10,3±1,2 10,1 ± 1,0
Для сохранения биологических свойств молозиво замораживают при минус 18-20 °С. При хранении замороженного молозива более двух месяцев количество общего и сывороточных белков снижается на 2 % и 8 % [13].
Авторами статьи усовершенствована технология получения сухого молозива. Для инактивации протеолитических ферментов молозива использован апротинин; после предварительного высушивания молозива в инфракрасной печи; дальнейшее удаление влаги проводили в псев-докипящем слое на специальном универсальном устройстве, предназначенном для сушки и микрокапсулирования биологически активных веществ (рис. 1).
0875
Рис. 1. Схема устройства для сушки пищевой продукции и микрокапсулирования биологически активных веществ: 1 - подсушенное молозиво; 2 - диспергатор жидкого материала; 3 - корпус конической формы; 4 - емкость для высушенного молозива ; 5 - пористая перегородка (сетка с размером ячеек 1 мм)
Fig. 1. Structure Diagram for Food Products Drying and Microencapsulation of Biologically Active Substances
1 - Dried Colostrum; 2 - Liquid Material Dispersant; 3 - Container of Conical Shape;
4 - Container for Dried Colostrum;
5 - Porous Partition (Grid with a Mesh Size of 1 mm)
Недостаток использования инфракрасной сушки объясняется тем, что не вся масса продукта и
поверхность участвуют в теплообмене, и испарение влаги происходит только с поверхности и достаточно длительно. Проведение сушки молозива в псевдокипящем слое обеспечивает равномерное перемешивание молозива и, соответственно, удаление влаги с частиц молозива.
Рекомендуется перерабатывать молозиво, собранное сразу после отела, по технологии, включающей следующие этапы:
• сбор молозива в стеклянные емкости и хранение при температуре от 0 до 4 °С не более
5-6 ч;
• инактивация протеаз молозива;
• кратковременная пастеризация в термостате при температуре 70-76 °С с выдержкой 20-30 с;
• розлив молозива на противень слоем толщиной 0,6-1,0 см;
• инфракрасная сушка при температуре 4246 °С до содержания влаги 10-14 %;
• сушка молозива в псевдокипящем слое (скорость потока воздуха - 0,3-0,4 м/с; время -
6-8 ч) до содержания влаги 3-4 %;
• хранение при температуре от 0 до 4 °С и относительной влажности не более 75 %.
Целесообразно обосновать предложенные этапы переработки молозива и определить оптимальные технологические режимы.
Для производства сухого молозива рекомендуется использовать сырье, собранное не более чем через 5-6 ч с момента отела, так как увеличение времени после отела до сбора молозива приводит к снижению общего белка в молозиве и уменьшению гамма-глобулиновой фракции (иммуноглобулинов).
В молозиве содержится значительное количество протеаз и липаз, что может привести к порче готового продукта. Инактивацию протеаз производили апротинином в количестве 1 мл (активность 10 000 КИ) на 1000 мл молозива. Использование апротинина позволяет не допустить коагуляции иммуноглобулинов, а значит, сохранить их нативные иммуномодулирующие свойства. Полученный раствор гомогенизировали при температуре 0-4 °С в течение 10-12 мин.
Следующий технологический этап - начальная сушка молозива; для этого молозиво равномерно разливали на противне толщиной слоя до 1 см и термостатировали при температуре 42-46 °С до содержания влаги 16-18 %. Нужно отметить, что апротинин теряет активность при температуре выше 38-42 °С, и, следовательно, применение инфракрасной сушки в технологии сухого молозива позволяет его инактивировать.
Согласно технологии затем было проведено высушивание молозива в псевдокипящем слое: подсушенное с помощью инфракрасной сушки молозиво помещали на пористую перегородку
(сетку) устройства (5) и продували теплым воздухом 36-38 °С со скоростью 0,3-0,4 м/с. Слой молозива сначала становился рыхлым, набухал, а потом переходил в состояние псевдоожижения, что напоминало кипящую жидкость. При увеличении скорости воздушного потока интенсивность перемешивания частиц молозива и контакта с нагретым воздухом увеличивалась, температура во всем объеме молозива выравнивалась, и, соответственно, сокращалась продолжительность сушки.
Исходное подсушенное молозиво засыпали в корпус конической формы (3) с расширением вверх (размеры конуса позволяют проводить сушку и перемешивание). Воздух подавали в нижнюю часть аппарата вентилятором. Изменением напряжения питания вентилятора устанавливали скорость воздуха, обеспечивающую образование псевдоожиженного слоя необходимой высоты (0,3-0,4 м). Благодаря хаотическому движению частиц молозива за счет фонтанирующих потоков воздуха, омывающих их со всех сторон, обеспечивается равномерное высушивание продукта. Обработку молозива в псевдожижен-ном слое проводили в течение 3-4 ч.
Качество сухого молозива оценивали (п = 5) по содержанию влаги (16-18 %), по количеству общих иммуноглобулинов, иммуноглобулинов А, М, G и КМАФАнМ (табл. 4).
Таблица 4. Показатели качества сухого молозива (n = 5) Table 4. Quality Indicators of Dry Colostrum (n = 5)
Иммуноглобулины Значение
Общие, г/1000 г 289,5 ± 12,3
IgG, г/1000 г 96,4 ± 3,6
IgA, г/1000 г 3,6 ± 0,2
IgM, г/1000 г 62,7 ± 3,7
Массовая доля влаги, % 3,3 ± 0,4
КМАФАнМ, КОЕ/см3 (г) 8
Как видим, сухое молозиво характеризуется высоким содержанием общих иммуноглобулинов (289,5 г/1000 г) и иммуноглобулинов всех исследуемых классов, а это свидетельствует о том, что предложенная технология переработки молозива позволяет концентрировать биологически активные вещества (в частности, иммуноглобулины) и обеспечить их сохраняемость.
По показателю КМАФАнМ сухое молозиво соответствует требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
Полученное сухое молозиво имеет реальные перспективы использования в качестве функционального ингредиента в продуктах специализированного назначения иммуномодулирующего
действия. Однако прежде чем начать его использовать в пищевой промышленности, требуются дальнейшие исследования.
В соответствии с поставленной целью изучена специфика разработки молозивного масла: собранное молозиво выдерживают в стеклянной емкости в течение 2-4 ч при температуре 20-24 °С для отделения молозивных сливок; снимают сливки и выдерживают в течение 12-14 ч для созревания; пастеризуют при температуре 85-90 °С в течение 15-20 мин для инактивации липаз и гибели микроорганизмов; взбивают в гомогенизаторе (предварительно) при скорости вращения насадки 100-200 об./мин, а затем переключают на режим 600-800 об./мин; сливают пахту. Полученное молозивное масло отличается высоким содержанием жира (96-98 %) и витамина А (846-1023 МЕ в 1 г продукта). Можно заключить, что молозиво коров является перспективным сырьем для получения пищевых продуктов с высокой пищевой ценностью и определенными функциональными свойствами.
К современным направлениям пищевой биотехнологии относится разработка функциональных продуктов питания на основе сырья микробного происхождения. Путем регуляции биосинтеза полимеров микробной массы [16; 17] получен продукт микробного синтеза с заданным белковым составом для дальнейшего использования в технологии пищевых продуктов в качестве белкового функционального ингредиента.
Исследования [17] доказали эффективность использования дрожжей 5. Ceгevisiae в производстве белковых гидролизатов. Поэтому в качестве источника микробного белка нами использована культура дрожжей 5. Ceгevisiae.
Технология получения белкового гидролизата из дрожжей 5. Ceгevisiae, обогащенных иммуноглобулином G, выделенного из молозива, состоит из трех этапов:
• введение в микробную биомассу дрожжевых клеток иммуноглобулинов;
• культивирование дрожжей на питательной среде;
• получение белкового препарата.
Для эксперимента сформировали две группы дрожжевых клеток: в дрожжевые клетки первой группы (контроль) иммуноглобулины не вводили; в дрожжевые клетки второй группы (опыт) вводили. На первом технологическом этапе для увеличения проницаемости клеточной стенки дрожжей вносили фермент глюкано-и маннанолитического действия (Р-глюконаза и маназа), затем вводили раствор иммуноглобулина на изотоническом растворе натрий хлорида
в соотношении 1:10. Дрожжевые клетки помещали в ферментатор-биореактор Б-65-01 при соотношении посевного материала и питательной среды (свекловичная меласса) 1 : 5. Культивировали при температуре 20-22 °С при постоянном перемешивании (50-60 об./мин) и заканчивали выращивание дрожжей до образования белка в количестве 16-18 %. В полученную дрожжевую массу для усиления аутолитических процессов под действием собственных ферментов дрожжей вводили раствор протеолитического фермента трипсина КФ 3.4.21.4 (10 мкг/мл) 1 : 100.
На рисунке 2 представлены клетки дрожжей до культивирования. В поле зрения микроскопа отображены округлые, овальные и элипсовид-ные клетки дрожжей 5. Сегevisiae. Через 60 мин
после внесения ферментов р-глюконазы и мана-зы и при последующем внесении раствора иммуноглобулина отмечается большее количество клеток в поле зрения микроскопа (рис. 2б), что свидетельствует об усилении роста и деления дрожжей.
На рисунке 3 представлены дрожжевые клетки после культивирования в биореакторе. Клетки дрожжей находятся в лог-фазе, для которой характерна высокая скорость размножения; число клеток и общая масса увеличиваются в геометрической прогрессии, что в некоторых случаях приводит к уменьшению размера клеток.
На рисунке 4 представлены дрожжевые клетки после обработки раствором протеолитиче-ского фермента. После введения раствора про-
а) б)
Рисунок 2. Дрожжевые клетки до внесения в биореактор (а - контроль; б - опыт) (увеличение х600) Figure 2. Yeast Cells before Bioreactor Introduction (a - Control; b - Experiment) (x600 zoom)
а) б)
Рис. 3. Дрожжевые клетки после культивирования (а - контроль; б - опыт) (увеличение х600) Figure 3. Yeast Cells after Cultivation (a - Control; b - Experiment) ) (x600 zoom)
а) б)
Рис. 4. Дрожжевые клетки после обработки раствором протеолитического фермента (а - контроль; б - опыт)
(увеличение х600)
Figure 4. Yeast Cells after Treatment with a Proteolytic Enzyme Solution (a - Control; b - Experiment) (x600 zoom)
а) б)
Рис. 5. Дрожжевые клетки через 60 мин ферментирования (а - контроль; б - опыт) (увеличение х600) Figure 5. Yeast Cells after 60 Minutes ofFermentation (a - Control; b - Experiment)) (x600 zoom)
Таблица 5. Содержание истинного белка, азота и сырого протеина в биомассе после ультрафильтрации,
% от сухого вещества (n = 5) Table 5. Content of True Protein, Nitrogen and Crude Protein in Biomass after Ultrafiltration, % of Dry Matter (n = 5)
Группа Истинный белок Азот Сырой протеин
Контроль 57,7 ± 1,9 11,1 ± 0,2 72,3 ± 1,6
Опыт 68,6 ± 1,4* 13,2 ± 0,1* 86,1 ± 1,4*
Примечание. ^Достоверно при Р < 0,05.
теолитического фермента трипсина дрожжевые клетки контрольной и опытной групп находятся на значительном расстоянии друг от друга, т. е. налицо защитная реакция для сохранения жизнеспособности.
На рисунке 5 представлены дрожжевые клетки через 60 мин ферментирования. Видны деструкция клеточной стенки и выход из клеток органоидов и их разрушение, что свидетельствует о протеолитическом действии фермента и получении белковой биомассы.
Для отделения белковых компонентов в технологии производства белковых препаратов проводят ультрафильтрацию. Например, использование мембран с размером пор 1,4 мкм обеспечивает проницаемость белков до 97 % [18].
Далее проведена ультрафильтрация ферментативного гидролизата через мембраны с проницаемостью до 900 кДа. Белки дрожжей представлены альбуминами и глобулинами. Для оценки качества белка дрожжей используются наиболее часто два показателя - истинный белок и сырой протеин (его количество должно превышить количество истинного белка, так как входят азот белка, аммиачный азот и свободные аминокислоты). Содержание белка в дрожжевой клетке зависит от ряда факторов, но определяющим является содержание азота в питательной среде. Определено количество истинного белка и сырого протеина в полученной биомассе после ультрафильтрации (табл. 5).
Выход биомассы составил 71 % с содержанием сырого протеина в опытной группе 86,1 %, в контрольной - 72,3 %.
На скорость роста дрожжей и выход биомассы влияет количество ассимилируемого азота, при достаточном содержании которого в среде для культивирования дрожжевые клетки синтезируют 20 аминокислот. В качестве аминного азота дрожжи используют аминокислоты или иммуноглобулины, находящиеся в питательной среде. При недостаточном количестве или отсутствии азота в питательной среде синтез биомассы происходит за счет вторичных метаболитов и автолиза клеток в результате активности собственных гидролитических ферментов, находящихся в вакуолях дрожжей, но в этом случае процессы синтеза белка быстро заканчиваются. Поэтому внесение в питательную среду (мелассу) иммуноглобулинов молозива можно обосновать возможностью предотвращения раннего автолиза клеток и увеличением синтеза белка дрожжами.
Разработанная технология получения белковой биомассы микробного происхождения с внесением иммуноглобулинов молозива в мелассу позволяет получать белковый продукт с высоким содержанием белка микробного синтеза, который может найти применение в производстве пищевых продуктов иммуномодулиру-ющего действия (например, концентратов белка и аминокислот, рекомендуемых для питания спортсменов в период интенсивных физических нагрузок).
Выводы
Результаты исследований химического состава молозива доказывают перспективность его использования в пищевой продукции в качестве
источника белка животного происхождения и иммуноглобулинов IgG. Вместе с тем следует учитывать, что химический состав молозива зависит от времени, прошедшего с момента отела. Так, высокое содержание БАВ в молозиве коров отмечается в первые часы после отела.
В качестве примеров переработки молозива для пищевых целей получены сухое молозиво
с высоким содержанием иммуномодулирую-щих веществ и молозивное масло с высоким содержанием жира.
Предложена технология микробного белка путем культивирования дрожжей с применением иммуноглобулинов молозива в составе питательной среды.
Библиографический список
1. Sacerdote, P.; Mussano, F.; Franchi, S.; Panerai, A.E.; Bussolati, G.; Carossa, S.; Bartorelli, A.; Bussolati, B. Biological Components in a Standardized Derivative of Bovine Colostrum. Journal of Dairy Science. 2013. Vol. 96. Iss. 3. Pp. 1745-1754. DOI: https://doi. org/10.3168/jds.2012-5928.
2. Bagwe, S.; Tharappel, L.; Kaur, G.; Buttar, H. Bovine Colostrum: an Emerging Nutraceutical. Journal of Complementary and Integrative Medicine. 2015. Vol. 12. Iss. 3. Pp. 175-185. DOI: https://doi. org/10.1515/jcim-2014-0039.
3. McGrath, B.A.; Fox, P.F.; McSweeney, P.L.H.; Kelly, A.L. Composition and Properties of Bovine Colostrum: a Review. Dairy Science & Technology. 2015. Vol. 96. Iss. 2. Pp. 133-158. DOI: https://doi. org/10.1007/s13594-015-0258-x.
4. Dzik, S.; Micinski, B.; Aitzhanova, I.; Micinski, J.; Pogorzelska, J.; Beisenov, A.; Kowalski, I.M. Properties of Bovine Colostrum and the Possibilities of Use. Polish Annals of Medicine. 2017. Vol. 24. Iss. 2. Pp. 295-299. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.poamed.2017.03.004.
5. Головач Т.Н., Козич О.Г., Асафов В.А., Таньков Н.Л., Искакова Е.Л., Мяленко Д.М., Харитонов Д.В., Курченко В.П. Нативное и ферментированное коровье молозиво как компонент продуктов функционального назначения // Труды Белорусского государственного университета. Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. 2014. Т. 9, ч. 2. С. 224-235. URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/123277.
6. Buckley, J.D.; Brinkworth, G.D.; Abbott, M.J. Effect of Bovine Colostrum on Anaerobic Exercise Performance and Plasma Insulin Like Growth Factor. Journal of Sports Sciences. 2003. Vol. 21. Iss. 7. Pp. 577-588. DOI: https://doi.org/10.1080/0264041031000101935.
7. Mehra, R.; Marnila, P.;Korhonen, H. Nutritional Quality of Milk Proteins. International Dairy Journal. 2006. Vol. 16. Iss. 11. Pp. 1262-1271. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.idairyj.2006.06.003.
8. Pellegrino, L.; Masotti, F.; Cattaneo, S.; Hogenboom, J.A., de Noni, I. Nutritional Quality of Milk Proteins. Advanced Dairy Chemistry. 2013. Pp. 515-538. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4714-6_16.
9. Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология. М.: Мед. информ. агентство, 2003. 603 с. ISBN 5-89481-137-6.
10. Elfstrand, L.; Lindmark-Mansson, H.; Paulsson, M.; Nyberg, L.; Akes-son, B. Immunoglobulins, Growth Factors and Growth Hormone in Bovine Colostrum and the Effects of Processing. International Dairy Journal. 2002. Vol. 12. Iss. 11. Pp.879-887. DOI: https://doi. org/10.1016/S0958-6946(02)00089-4.
11. Токаев Э.С., Краснова И.С., Коробейникова Т.В. Состав и клиническое использование коровьего молозива // Вопросы питания. 2012. № 3. С. 35-40.
Bibliography
1. Sacerdote, P.; Mussano, F.; Franchi, S.; Panerai, A.E.; Bussolati, G.; Carossa, S.; Bartorelli, A.; Bussolati, B. Biological Components in a Standardized Derivative of Bovine Colostrum. Journal of Dairy Science. 2013. Vol. 96. Iss. 3. Pp. 1745-1754. DOI: https://doi. org/10.3168/jds.2012-5928.
2. Bagwe, S.; Tharappel, L.; Kaur, G.; Buttar, H. Bovine Colostrum: an Emerging Nutraceutical. Journal of Complementary and Integrative Medicine. 2015. Vol. 12. Iss. 3. Pp. 175-185. DOI: https://doi. org/10.1515/jcim-2014-0039.
3. McGrath, B.A.;Fox, P.F.;McSweeney, P.L.H.; Kelly, A.L. Composition and Properties of Bovine Colostrum: a Review. Dairy Science & Technology. 2015. Vol. 96. Iss. 2. Pp. 133-158. DOI: https://doi. org/10.1007/s13594-015-0258-x.
4. Dzik, S.; Micinski, B.; Aitzhanova, I.; Micinski, J.; Pogorzelska, J.; Beisenov, A.; Kowalski, I.M. Properties of Bovine Colostrum and the Possibilities of Use. Polish Annals of Medicine. 2017. Vol. 24. Iss. 2. Pp. 295-299. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.poamed.2017.03.004.
5. Golovach, T.N.; Kozich, O.G.; Asafov, V.A.; Tankov, N.L.; Iskakova, E.L.; Myalenko, D.M.;Haritonov, D.V.;Kurchenko, V.P. Nativnoe i Fer-mentirovannoe Korov'e Molozivo kak Komponent Produktov Funk-cional'nogo Naznacheniya [Native and Fermented Cow Colostrum as a Functional Products Component]. Trudy Belorusskogo Gosu-darstvennogo Universiteta. Fiziologicheskie, Biohimicheskie i Mol-ekulyarnye Osnovy Funkcionirovaniya Biosistem. 2014. Vol. 9. Iss. 2. Pp. 224-235. URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/123277.
6. Buckley, J.D.; Brinkworth, G.D.; Abbott, M.J. Effect of Bovine Colostrum on Anaerobic Exercise Performance and Plasma Insulin Like Growth Factor. Journal of Sports Sciences. 2003. Vol. 21. Iss. 7. Pp. 577-588. DOI: https://doi.org/10.1080/0264041031000101935.
7. Mehra, R.; Marnila, P.;Korhonen, H. Nutritional Quality of Milk Proteins. International Dairy Journal. 2006. Vol. 16. Iss. 11. Pp. 1262-1271. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.idairyj.2006.06.003.
8. Pellegrino, L.; Masotti, F.; Cattaneo, S.; Hogenboom, J.A., de Noni, I. Nutritional Quality of Milk Proteins. Advanced Dairy Chemistry. 2013. Pp. 515-538. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4714-6_16.
9. Drannik, G.N. Klinicheskaya Immunologiya i Allergologiya [Clinical Immunology and Allergology]. M.: Med. Inform. Agentstvo, 2003. 603 p. ISBN 5-89481-137-6.
10. Elfstrand, L.; Lindmark-Mansson, H.; Paulsson, M.; Nyberg, L.; Akes-son, B. Immunoglobulins, Growth Factors and Growth Hormone in Bovine Colostrum and the Effects of Processing. International Dairy Journal. 2002. Vol. 12. Iss. 11. Pp.879-887. DOI: https://doi. org/10.1016/S0958-6946(02)00089-4.
11. Tokaev, E.S.; Krasnova, I.S.; Korobejnikova, T.V. Sostav i Klinicheskoe Ispol'zovanie Korov'ego Moloziva [Composition and Clinical Use of Cow Colostrum]. Voprosy Pitaniya. 2012. No 3. Pp. 35-40.
12. Трофимов А.Ф., Музыка А.А., Шейграцова Л.Н., Кирикович С.А., Пучка М.П. Иммунокомпетентные свойства и состав молозива коров в зависимости от способа их содержания в сухостойный период // Современные технологии сельскохозяйственного производства: сб. материалов ХХ Междунар. науч.-практ. конф. (Гродно, 26 мая, 24 марта, 21 марта 2017 г.). Гродно: ГГАУ, 2017. С. 246-248. ISBN 978-985-537-099-5.
13. Самбуров Н.В. Повышение биологических свойств молозива // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2008. № 2. С. 28-29.
14. Struff, W.G.; Sprotte, G. Part I: Biotechnological Standards, Pharmacodynamic and Pharmacokinetic Characteristics and Principles of Treatment. International Journal of Clinical Pharmacology and Therapeutics. 2007. Vol. 45. No. 4. Р. 193-202.
15. Poddar, U.; Thapa, B.R.; Rao, K.L.N; Singh, K. Etiological Spectrum of Esophageal Varices Due to Portal Hypertension in Indian Children: Is It Different from the West? Journal of Gastroenterology and Hepatology. 2008. Vol. 23. Iss. 9. Pp. 1354-1357. DOI: https:// doi.org/10.1111/j.1440-1746.2007.05102.x.
16. Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Серба Е.М., Орлова Е.В. Медико-биологические и биотехнологические аспекты создания продукции геродиетического питания // Пищевая промышленность. 2009. № 3. С. 29-30.
17. Серба Е. М., Римарева Л. В., Курбатова Е. И., Волкова Г.С., Поляков В.А., Варламов В.П. Исследование процесса ферментативного гидролиза биомассы дрожжей для создания пищевых ингредиентов с заданным фракционным составом белковых веществ // Вопросы питания. 2017. № 2. С. 76-83. DOI: https://doi. org/10.24411/0042-8833-2017-00036.
18. Hansen, S.F.; Hogan, S.A.; Tobin, J.; Rasmussen, J.T.; Larsen, L.B.; Wiking, L. Microfiltration of Raw Milk for Production of High-Purity Milk Fat Globule Membrane Material. 2020. Vol. 276. Article Number: 109887. DOI: https://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2019.109887.
12. Trofimov, A.F.;Muzyka, A.A.; Shejgracova, L.N.; Kirikovich, S.A.; Puchka, M.P. Immunokompetentnye Svojstva i Sostav Moloziva Korov v Zavisimosti ot Sposoba Ih Soderzhaniya v Suhostojnyj Period [Immunocompetent Properties and Cow Colostrum Composition Depending on the Maintenance Method in the Dry Period]. Sovremennye Tekhnologii Sel'skohozyajstvennogo Proizvodstva: Sb. Materialov HKH Mezhdunar. Nauch.-Prakt. Konf. (Grodno, 26 Maya, 24 Marta, 21 Marta 2017 g.). Grodno: GGAU. 2017. Pp. 246-248. ISBN 978-985-537-099-5.
13. Samburov, N.V. Povyshenie Biologicheskih Svojstv Moloziva [Biological Properties Improvement of the Colostrum]. Vestnik Kur-skoj Gosudarstvennoj Sel'skohozyajstvennoj Akademii. 2008. No 2. Pp. 28-29.
14. Struff, W.G.; Sprotte, G. Part I: Biotechnological Standards, Phar-macodynamic and Pharmacokinetic Characteristics and Principles of Treatment. International Journal of Clinical Pharmacology and Therapeutics. 2007. Vol. 45. No. 4. P. 193-202.
15. Poddar, U.; Thapa, B.R.; Rao, K.L.N; Singh, K. Etiological Spectrum of Esophageal Varices Due to Portal Hypertension in Indian Children: Is It Different from the West? Journal of Gastroenterology and Hepatology. 2008. Vol. 23. Iss. 9. Pp. 1354-1357. DOI: https:// doi.org/10.1111/j.1440-1746.2007.05102.x.
16. Rimareva, L.V.;Overchenko, M.B.;Serba, E.M.;Orlova, E.V. Mediko-Biologicheskie i Biotekhnologicheskie Aspekty Sozdaniya Produkcii Gerodieticheskogo Pitaniya [Medico-Biological and Biotechnological Aspects of Creating Products of Herodietic Nutrition]. Pishchevaya Promyshlennost'. 2009. No 3. Pp. 29-30.
17. Serba, E.M.; Rimareva, L.V.; Kurbatova, E. I.; Volkova, G.S.; Polyakov, V.A.; Varlamov, V.P. Issledovanie Processa Fermentativnogo Gidroli-za Biomassy Drozhzhej dlya Sozdaniya Pishchevyh Ingredientov s Zadannym Frakcionnym Sostavom Belkovyh Veshchestv [Process Research of Enzymatic Hydrolysis of Yeast Biomass for the Food Ingredients Development with a Given Fractional Composition of Protein Substances]. Voprosy Pitaniya. 2017. No 2. Pp. 76-83. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00036.
18. Hansen, S.F.; Hogan, S.A.; Tobin, J.; Rasmussen, J.T.; Larsen, L.B.; Wiking, L. Microfiltration of Raw Milk for Production of High-Purity Milk Fat Globule Membrane Material. 2020. Vol. 276. Article Number: 109887. DOI: https://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2019.109887.
Информация об авторах / Information about Authors
Леонтьева
Светлана Александровна
Leontieva,
Svetlana Aleksandrowna
Тел./Phone: +7 (343) 221-27-66 E-mail: sv-leo@bk.ru
Аспирант
Уральский государственный экономический университет
620144, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
Postgraduate Student
Ural State University of Economics
620144, Russian Federation, Ekaterinburg, 8 March St. /Narodnoy Voli St., 62/45 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0832-4547
Тихонов
Сергей Леонидович
Tikhonov,
Sergey Leonidovich
Тел./Phone: +7 (343) 221-27-66 E-mail: tihonov75@bk.ru
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой пищевой инженерии Уральский государственный экономический университет
620144, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Food Engineering Department Ural State University of Economics
620144, Russian Federation, Ekaterinburg, 8 March St. /Narodnoy Voli St., 62/45 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4863-9834
Тихонова
Наталья Валерьевна
Tikhonova, Natalya Valeryevna
Тел./Phone: +7 (343) 221-27-66 E-mail: tihonov75@bk.ru
Доктор технических наук, доцент, профессор кафедры пищевой инженерии Уральский государственный экономический университет
620144, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Food Engineering Department
Ural State University of Economics
620144, Russian Federation, Ekaterinburg, 8 March St. /Narodnoy Voli St., 62/45 ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5841-1791
Лазарев
Владимир Александрович
Lazarev,
Vladimir Alexandrovich
Тел./Phone: +7 (343) 283-11-26 E-mail: lazarev.eka@gmail.com
Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пищевой инженерии Уральский государственный экономический университет
620144, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Food
Engineering Department
Ural State University of Economics
620144, Russian Federation, Ekaterinburg, 8 March St. /Narodnoy Voli St., 62/45 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0470-7324
