CC BY
26
УДК 664.784.6
Шульц Л.В. Красноштанова А.А.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ БЕЛКА ИЗ КУКУРУЗНОЙ МУКИ
Шульц Леонид Викторович, студент 3 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии; Красноштанова Алла Альбертовна, доктор химических наук, доцент, профессор кафедры биотехнологии, e-mail: aak28@yandex.ru ;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Растительное сырьё является источником белка, который можно использовать при его дефиците. В работе были рассмотрены условия экстракции белка из кукурузной муки. Установлено значение pH, обеспечивающее наибольшую степень экстракции белка из кукурузной муки. Определено оптимальное время проведения экстракции при данном значении pH.
Ключевые слова: кукурузная мука, экстракция, белковые изоляты
OPTIMIZATION OF PROTEIN EXTRACTION PROCESS FROM CORN FLOUR
Shults L.V., Krasnoshtanova A. A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Vegetable raw materials are the source of protein that can be used with its deficiency. The conditions of protein extraction from corn flour were considered in this study. It was adopted pH value providing the maximum protein extraction degree from corn flour. The optimal time of extraction at this pH value was detected. Keywords: corn flour, extraction, protein isolates
Введение
Белки являются важным компонентом питания человека. Общепризнанным путём ликвидации дефицита белка и его качественной неполноценности является использование новых источников белка, в том числе, растительного сырья [1]. В данной работе рассматриваются аспекты получения белковых изолятов из кукурузной муки.
В таблице 1 приведён химический состав кукурузной, пшеничной, овсяной и гречневой муки
[2, 3].
Таблица 1. Химический состав различных видов муки
Вещества Содержание в муке, %
кукурузная пшеничная овсяная гречневая
вода 14,0 14,0 9,0 9,0
белок 6,0 10,8 13,0 13,6
жир 1,8 1,3 6,8 1,2
углеводы 72,5 69,9 64,9 71,9
клетчатка 4,7 3,5 4,5 2,8
зола 1,0 0,5 1,8 1,5
Как видно из таблицы 1, содержание белка в кукурузной муке относительно невелико, при этом данная мука богата углеводами.
Кукурузная мука практически не содержит глютен и часто входит в состав безглютеновых мучных смесей. К безглютеновым видам муки также относятся рисовая, гречневая, арамантовая, овсяная, льняная мука, мука из сорго, проса и др. [4] Эти виды муки важны для людей, больных целиакией, так как могут являться заменой муки, содержащей глютен: пшеничной, овсяной, ржаной [5].
Кукурузная мука содержит около 0,12% фитатов — солей фитиновой кислоты, являющейся антипитательным веществом. Приблизительно на том же уровне фитаты содержатся в соевой и рапсовой муке. Более высокое содержание фитатов в
пшеничной (0,27%) и рисовой (0,2%) муке [6]. Фитиновая кислота образует плохо растворимые комплексы с двухвалентными катионами металлов, белками, снижает активность натрий-калиевой помпы, в результате чего падает усвоение аминокислот [7].
Кукурузная мука благодаря высокому содержанию углеводов (табл. 1) и, в частности, крахмала (70,7% при товарной влажности [2]) может использоваться в качестве сырья для получения мальтодекстринов — продуктов частичного ферментативного гидролиза крахмала.
Мальтодекстрины могут быть получены путём разжижения суспензии муки при температуре 90^95^ в присутствии бактериальной а-амилазы, последующего разваривания при 105^ в течение 10 мин и декстринизации при 95Х в течение 60-120 мин. Производство мальтодекстринов из кукурузной муки также позволяет получать белково-углеводный концентрат [2].
Целью данной работы является изучение экстракции белка из кукурузной муки и подбор оптимальных условий проведения экстракции.
Материалы и методы
В качестве объекта исследования выбрана кукурузная мука производства ООО «Гарнец» с влажностью 11,8%, содержанием сырого протеина (СП) 8,3%.
Содержание сырого протеина определяли методом Къельдаля. Содержание белка в растворах определяли микробиуретовым методом.
Перед проведением исследований кукурузная мука была предварительно отмыта от крахмала путём трёхкратного суспендирования в дистиллированной воде с постоянным перемешиванием в течение 30 мин при комнатной температуре. По истечении этого времени надосадочную жидкость отделяли декантацией. Качество отмывки контролировали по отсутствию
синего окрашивания надосадочной жидкости в присутствии йода. Отмытую от крахмала муку высушили на воздухе, после чего определили в ней содержание сырого протеина, которое составило 14,6%.
Экспериментальная часть
Для подбора оптимального рН экстрагента провели несколько экстракций при рН 1,0; 2,0; 8,0; 9,0. К образцам муки массой 0,5 г добавлялось 4,5 мл экстрагента. Экстракцию белка проводили в водных растворах с рН 1,0; 2,0; 8,0; 9,0 (рН устанавливали добавлением к суспензии муки соляной кислоты и гидроксида натрия). Экстракцию во всех случаях проводили при 80С в течение 2 часов. После этого супернатант отделяли центрифугированием при 6500 об/мин в течение 20 мин. Концентрацию белка в супернатанте определяли микробиуретовым методом и рассчитывали выход белка по отношению к содержанию сырого протеина. Полученные результаты приведены в табл. 2
Таблица 2. Результат экстракции белка из кукурузной
муки при различных PH
№ pH Концентрация белка, г/л Выход белка, % от СП
1 1,0 7,57 52
2 2,0 7,11 49
3 8,0 1,77 12
4 9,0 2,21 15
Как видно из полученных данных, наибольший выход белка наблюдается при рН 1,0, однако он не превышает 52%, поэтому на следующем этапе работы определяли наилучшее время экстракции, обеспечивающее максимальный выход белка в раствор.
Для определения наилучшего времени экстракции проводили процесс рН 1,0 при 80С в течение 3 часов, отбирая пробы суспензии каждые 15 минут, которые разделяли центрифугированием 6500 об/мин в течение 20 мин. В супернатантах измеряли концентрацию белка микробиуретовым методом и рассчитывали выход белка по отношению к сырому протеину. Результаты представлены на рис. 1.
Рис. 1. Динамика экстракции белка из кукурузной муки при рН 1,0 (1 - время экстракции, мин; X - выход белка, % от СП)
Судя по полученным данным, скорость экстракции белка значительно падает через 45
минут, через 150 минут после начала процесса выход белка практически не увеличивается. Поэтому наилучшим временем экстракции следует считать время 150 мин. Однако в данных условиях не удается добиться выхода белка более 50%, что требует дальнейших исследований по подбору условий экстракции, таких как: изучить влияние температуры на выход белка, добавления в состав экстрагента ферментных препаратов. Кроме того, согласно литературным данным, перспективным в настоящее время является использование для этой цели ультразвукового и микроволнового излучения. Все вышеизложенное будет предметом дальнейших исследований.
Выводы
1. Подобрано наилучшее значение pH среды для экстракции белка из кукурузной муки. Установлено, что его значение составляет 1,0. При этом степень экстракции белка не превышает 52%.
2. Установлено, что увеличивать время экстракции белка при рН 1,0 и температуре 80°С больше 150 мин нецелесообразно. Для получения большего выхода белка необходимо проведение дальнейших исследований по выбору наилучших условий экстракции.
Список литературы
1. Смагина А. В., Сытова М. В. Анализ использования соевого белка в пищевой промышленности // Научные труды Дальрыбвтуза. -2011. - Т. 23.
2. Ананских В. В., Шлеина Л. Д. О возможности получения мальтодекстринов из кукурузной муки // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2017. - №. 11.
3. Зинина О. В. Влияние бифидогенных добавок на интенсивность роста бактерий в белково-углеводной композиции // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2014. -№. 96.
4. Барсукова Н. В., Решетников Д. A., Красильников В. Н. Пищевая инженерия: технологии безглютеновых мучных изделий // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2011. - №. 1.
5. Крюкова Е. В., Чугунова О. В., Мысаков Д. С. Анализ возможности использования альтернативных видов муки для питания людей больных целиакией // Технические науки-от теории к практике. - 2015. -№. 9 (45).
6. Suresh S., Radha K. V. Effect of a mixed substrate on phytase production by Rhizopus oligosporus MTCC 556 using solid state fermentation and determination of dephytinization activities in food grains // Food Science and Biotechnology. - 2015. - Vol. 24. - №. 2. - P. 551559.
7. Gomes G. et al. The impact of phytate as an anti-nutrient in poultry diets // International Poultry Production. - 2014. - Vol. 22. - №. 3. - P. 15-17.
