CC BY
30
637.344.002.2
ОБРАБОТКА ЛАКТОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ БЕНТОНИТОМ НА ПРИМЕРЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАТА ПОДСЫРНОЙ СЫВОРОТКИ
И.А. ЕВДОКИМОВ, В.В. КОСТИНА, В.Г. ПАПИН,
Л.А. ФЕДОРОВА
Северо-Кавказский государственный технический университет
В молочной промышленности адсорбенты природного происхождения используются главным образом при производстве высококачественного молочного сахара. Известно применение синтетических сорбентов (Сферосил, Vistee, ИА-1р и др.), позволяющих выделять белки из сыворотки [1, 2]. Однако их стоимость и необходимость регенерации приводят к удорожанию процесса очистки.
Основными типами природных сорбентов для пищевой промышленности являются алюмосиликатные и глинистые минералы (бентонит), минеральные фильтрующие средства (диатомит, перлит и т. д.), ак-тивированные угли.
Последние хорошо сорбируют красящие и азотистые вещества и в смеси с диатомитом используются при рафинации растворов сахара-сырца или сыворотки [3]. Известно, что бентониты в сравнении с углем повышают эффективность выделения азотистых веществ из сыворотки в 2 раза и их предпочтительно применять при обработке кислой сыворотки в виде 5%-го раствора [4].
Нами исследована эффективность удаления неса-харов с помощью бентонита из различных видов лактозосодержащего сырья: подсырной сыворотки, ее ультрафильтратов, а также мелассы молочного саха-ра-сырца. Выбор в качестве сорбента бентонита обусловлен его высокими адсорбирующими свойствами, низкой стоимостью и доступностью (на территории России выявлены богатые месторождения бентонитовых глин в Поволжье, Краснодарском крае, на Дальнем Востоке и др.). Кроме этого, исключается регенерация сорбента, так как бентонит с адсорбированными на нем молочными белками рекомендуется использовать как белково-минеральную добавку в рационы сельскохозяйственных животных [4].
Для очистки ультрафильтрата и осветленной подсырной сыворотки от несахаров нами был выбран бентонит аскангель, используемый для очистки виномате-риалов и соков. Эффективность процесса очистки изучали в зависимости от трех факторов: температуры -20-95°С, количества вносимого бентонита-0,05-3,0% к массе сырья, продолжительности взаимодействия -до 40 мин. Водную суспензию бентонита готовили следующим Образом: сухой порошок заливали горячей
водой (80-90 °С), тщательно перемешивали и оставляли на 10-12 ч для набухания. Перед использованием суспензию вновь перемешивали.
Результаты исследований эффективности очистки ультрафильтрата подсырной сыворотки в зависимости от способа внесения бентонита представлены в табл. 1.
Таблица 1
Общий белок, %
бентонита после обработки степень выделения
Без внесения 0,24+0,02 -
5%-я суспензия 0,120±0,012 50,0±5,0
10%-я суспензия о,юо±о,оп 58,3±4,7
20%-я суспензия 0,102±0,011 57,5±4,5
Сухой порошок 0,180±0,007 25,0+3,0
5%-я суспензия на ультрафильтрате 0,160+0,006 33,3±2,7
Установлено, что степень удаления азотистых веществ из ультрафильтрата наиболее высока при использовании 10 и 20%-й водной суспензии бентонита. Аналогичные исследования с осветленной подсырной сывороткой также подтвердили эти данные.
Исследования эффективности удаления различных форм азотсодержащих веществ из ультрафильтрата подсырной сыворотки в зависимости от количества вносимого бентонита (температура 50°С, время 15 мин) показали (табл. 2), что степень выделения как белкового, так и небелкового азота возрастает с увеличением дозы бентонита в интервале 0-1,0%. При дальнейшем увеличении сорбента степень удаления белков мало изменяется. ... . . п и. - , .
Таблица 2
Азотистые Эффективность выделения, %, при дозе сорбента, %
вещества 0,25 0,5 0,75 1,0 2,0 3,0
Небелковые 38,4 51,2 59,6 59,7 59,7 59,8
Белковые 61,2 82,0 89,1 90.1 91,3 91,9
Общий белок 50,2 60,3 67,1 - * 68,7 69,2 70,4 ■ -J
С увеличением температуры от 20 до 95°С эффективность выделения белков бентонитом (доза 0,75%, время 15 мин) снижается (табл. 3), что согласуется с известными положениями теории сорбционных процессов [4]. м ;
Таблица 3
Азотистые Эффективность выделения, %, при температуре, °С
вещества 20 30 40 50 60 70 80 90
Небелковые 67,3 64,4 60,6 58,5 57,5 52,0 49,6 48,1
Белковые 92,0 91,3 90,8 90,1 89,7 89,0 88,6 88,2
Общий белок 77,5 72,1 70,4 68,2 67,6 63,4 60,0 58,7
Продолжительность взаимодействия с сорбентом (доза 0,75%. температура 50°С) влияет на эффективность выделения азотистых веществ лишь первые 20 мин, дальнейшее увеличение времени выдержки нецелесообразно (табл. 4).
. . . -- - - ! Таблица 4
Азотистые Эффективность выделения, %, при времени термостатирования, мин
вещества 5 10 15 20 25 | 30 35 40
Небелковые 30,2 49,8 58,7 59,0 59,2 59,8 60,0 60,1
Белковые 52,8 80,2 90,0 95,1 95,3 96,3 97,0 97,5
Общий белок 40,4 60,5 70,4 70,4 ■70,5 70,6 70,7 70,8
На основании априорной информации и результатов собственных исследований установлены основные факторы, влияющие на процесс очистки ультрафильтрата, и интервалы их варьирования: количество сорбента Х]у температура Х2, время Х3. В качестве входного параметра ¥ принята степень выделения общего белка из ультрафильтрата. В результате постановки полного трехфакторного эксперимента получена математическая модель, характеризующая эффективность выделения общего белка бентонитом:
-2,8
9 ^ 0,395 V -0.177 V 1.151 Л.\ Л.2 -Аз
Одним из важных критериев, характеризующих-лактозосодержащее сырье для производства молочного сахара, является доброкачественность. Наивысшей доброкачественностью обладает ультрафильтрат, очищенный путем внесения бентонита в количестве (0,75±0,25)% при температуре (20±2)°С. Его доброкачественность по сравнению с исходной увеличивается на (3,9±0,1)%
Исследования углеводного состава ультрафильтрата и осветленной подсырной сыворотки, в сравнении с обработанными бентонитом, показали, что углеводный состав практически не изменяется (а-лактоза уменьшается с 74,51 до 72,08%, Р-форма увеличивается с 20,02 до 22,87%). '
Таблица 5
Доза бентонита, % к массе сырья
Титруемая кислотность,°Т
Активная кислотность, pH
Оптическая плотность, у.е.
Без внесения 17,0±1,0 5,90+0,05 0,248±0,112
0,05±0,01 15,0±0,8 5,97±0,03 0,100±0,080
0,5±0,01 12,5±0,5 6,07±0,01 0,042±0,011
!,0±0,01 11,0±0,4 б,11±0,01 0,012±0,05
2,00+0,01 10,5±0,5 6,12+0,01 0,008+0,001
В табл. 5 представлено изменение физико-химических свойств ультрафильтрата подсырной сыворотки после обработки бентонитом (температура 20°С), а в табл. 6 - минеральный состав ультрафильтрата (доза бентонита 0,75%), температура 20°С, время выдержки 15 мин).
Таблица 6
.о г* Ультра- Массовая доля, мг/л
фильт- рат К+ Са2+ Мё2+ Р5+
не более 2,76%. Анализ множественного коэффициента детерминации (0,996) показывает, что существует тесная связь между количеством вносимого сорбента, температурой, временем выдержки и степенью удаления общего белка из ультрафильтрата. Функция отклика практически полностью характеризуется разбросом перечисленных факторов.
. Полученная математическая модель оптимизирована по максимальной степени выделения общего белка. Установлено, что максимум оценочного показателя составляет 78,54% в областях оптимальных значений количества бентонита - 0,726%), температуры - 20°С и времени выдержки - 15 мин. Если рассматривать выделение белкового азота, то его степень очистки еще выше - до 100%.
Аналогичные исследования с осветленной подсырной сывороткой полностью повторяют закономерности процесса очистки бентонитом ультрафильтрата.
ИСХОДНЫЙ 1426,0±315,0 466,5±85,0 587,5+87,5 83,5±20.5 325,0±65,0
После обработки 1296,0±290,5 523,0±83,5 532,0±81,0 79,0±!9,0 311,0±57,5
Анализ данных табл. 5 показывает, что происходит значительное снижение оптической плотности и интенсивности желто-зеленой окраски ультрафильтрата, а также уменьшается его кислотность, что свидетельствует о сорбции органических кислот и красящих веществ, прежде всего рибофлавина.
Минеральный состав ультрафильтрата подсырной сыворотки после обработки бентонитом изменяется незначительно, " ■-'■ ;; ‘ нь - - ;
Существенное снижение кислотности и оптической плотности наблюдается и при обработке осветленной подсырной сыворотки.
Таким образом, обработка лактозосодержащего сырья - осветленной подсырной сыворотки и ультра-
фильтрата - бентонитом позволяет удалить белковые и красящие соединения, что положительно сказывается на кристаллизации лактозы и качестве молочного саха-
Ра......... .. .. . .. ..... ... ... ....
: ЛИТЕРАТУРА J
1. Способ обработки сыворотки // Молочная пром-сть: Экспресс-информ.-М.: АгроНИИТЭИММП, ¡989. - Вып.21.-С. 5.
2. Способ выделения белков молочной сыворотки: Экс-пресс-информ. Зарубежный опыт. - М.: АгроНИИТЭИММП, 1989. -Вып. 5.-С. 7.
3. Храмцоз А. Г Молочный сахар. — М.: А гроп ром из Да г. 1987.-224 с.
4. Таран И.Т, Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - С. 44-114.
Кафедра прикладной биотехнологии
Поступила 25.10.01 г.
661.73.002.612:664.292.002.2
СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ ГАЛАКТУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ < В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕКТИНОВ п
Л.С. ДЕГТЯРЕВ, М.П. КУПЧИК, . ,
Л.В. ДОНЧЕНКО, О.В. БОГДАНОВА
Украинский государственный университет пищевых технологий Кубанский государственный аграрный университет
Понимание и возможности прогнозирования свойств пектинов основываются на весьма ограниченных данных об их электронном и пространственном строении, что сдерживает разработку новых, менее энергоемких и экологически безопасных технологий
[1-3].
Основу пектинов составляют в основном линейные цепи частично этерифицированной полигалакту-роновой кислоты, в которой мономерные звенья связаны гликозидной связью в положении 1-4. Отдельные фрагменты этой цепи включают также рамнозу, араби-нозу и другие моно- и полисахариды. Образование такого полимера может быть связано с ферментативными процессами поликонденсации отдельных мономерных звеньев. С целью выяснения механизма этого процесса нами методами компьютерной химии (молекулярная механика и динамика, квантовая химия) проведено исследование пространственного и электронного строения галактуроновой кислоты и некоторых ее олигомеров. Расчеты выполнены с помощью программы НурегсЬеш, предоставленной Институтом органической химии НАН Украины.
В табл. 1 сопоставлены вычисленные в ст, тс-элек-тронном приближении РМЗ величины энергии образования Е, эВ, (разность полной энергии молекулы и суммы энергий составляющих ее отдельных атомов), дипольного момента Д дебаи и распределения избыточного электронного заряда д на атомах конформеров «кресло» (СЬ), «ванна» (В1), «изогнутая ванна» (В1-с) галактуроновой кислоты.
Наиболее стабильным, как свидетельствуют результаты расчетов (табл. 1), выступает конформер «кресло», при этом энергетический барьер, связанный с переходом от «кресла» к «изогнутой ванне», составляет 11,2 кДж-моль'1, обратный - существенно меньше (2,8 кДж-моль'1). Энергетика конформационного перехода между обычной и «изогнутой ванной»
(0,92 кДж-моль'1) не превышает значения кТ, что обусловливает быстрый переход между обеими конформациями. "
и' ", ,.ЬІ Ч , - . ■ г.,- Таблица 1
Атом, энергия, дипольный момент Я
сь ВЬс
с, 0,1829 0,1870 0,1912
с2 -0,0069 0,0269 0,0265
с4 0,0309 0,0235 0,0232
О, * ' -0,3317 -0,3373 -0,3380
02 -0,3016 -0,2873 -0,2878
Оз -0,3454 -0,3338 -0,3342
04 -0,2959 -0,2970 -0,2960
Об -0,2339 -0,2809 -0,2835
о 0,886 2,868 2,942
Е -98,645 -98,553 -98,544
С изменением пространственного строения распределение электронного заряда несколько меняется, что связано с вариацией гибридизации электронных оболочек атомов (табл. 1). В результате изменяется и величина дипольного момента. Атом кислорода в положении I несет существенный отрицательный заряд, атом С4 - положительный. Данное распределение заряда способствует в процессе конденсации образованию переходного комплекса, в котором две молекулы галактуроновой кислоты взаимодействуют в положениях 1 и 4 с возникновением соответствующей гликозидной связи в димере. Этот результат согласуется с экспериментальными данными относительно образования 1 ^1-связи. Однако значительный отрицательный заряд на атомах кислорода 03 и 04 дает основания полагать, что связанные с ними протоны могут проявлять сравнимые с ОН-группами в положениях 1 и 4 кислые свойства, а положительно заряженные атомы углерода гетерокольца повышают возможность возникновения дополнительных связей, что приводит к образованию гликозидной связи с иной комбинацией атомов, напри-
