CC BY
135
INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN FOOD PRODUCTION
УДК 663/664
Разработка технологии получения белкового гидролизата из нута
А. Ю. Камербаев, д-р техн. наук, профессор, Д. С. Свидерская, канд. техн. наук, доцент,
А. П. Абраменко
Инновационный Евразийский университет
Сегодня мы можем наблюдать демографические процессы, происходящие в нашей стране, которые свидетельствуют о глубоком кризисе в состоянии здоровья населения и отечественном здравоохранении в целом. Имеют место высокая смертность, низкая продолжительность жизни, высокий порог заболеваемости, в комплексе характеризующих общественное здоровье страны, что влечет за собой угрозу национальной безопасности. Одной из основных причин сложившейся ситуации является дефицит пищевого белка. И это не только экономическая, но и социальная проблема современного мира, потому что на каждого жителя Земли приходится около 60 г белка в сутки при норме 100 г.
Белок имеет важное значение в рациональном питании каждого человека. Он ответственен за нормальное развитие и функционирование человеческого организма, служит основным источником незаменимых аминокислот, выполняет роль строительного материала в процессе развития клеток и обмена веществ в организме. Является структурной и функциональной основой мышечных и нервных волокон, кожи, соединительных тканей, а также внутренних органов [1].
Пищевая ценность белков определяется в основном составом незаменимых аминокислот и их усвояемостью. Человек испытывает потребность не просто в белках, а в определенных количествах незаменимых аминокислот. Отсутствие любой из них вызывает серьезные нарушения здоровья - кровеносной системы, эндокринной, а также нарушение обмена веществ.
Проблема дефицита белка связана с уменьшением производства молока и мяса, с низкой покупательской способностью большой части населения. Эта проблема является глобальной и определяет необходимость использования нетрадиционных источников пищевого белка - растительного. Но из работ
ученых известно, что большинство растительных белков по содержанию аминокислот значительно отличается от белков нашего тела, поэтому, комбинируя их с другими продуктами, особенно животного происхождения, можно получить смесь белков, близких к белкам человеческого организма [2]. В связи с этим сейчас наблюдается устойчивая тенденция создания и производства молочно-растительных и мясо-растительных продуктов, когда наряду с молоком и мясом применяют растительное сырье преимущественно местного региона с целью регулирования белкового состава готового продукта.
На сегодняшний день одним из перспективных направлений увеличения ресурсов продовольствия, повышения биологических и профилактических свойств продуктов питания является использование высококонцентрированных форм легкоусвояемых растительных белков [1]. Белковые продукты используются не только как носители белка, но и как функциональные ингредиенты с целью придания пище привлекательных особенностей, характеризующих высокое качество с точки зрения пищевой ценности и органо-лептических показателей.
Основные источники растительного белка в продуктах - это бобовые, особое внимание стоит уделить такой зернобобовой культуре, как нут. Родиной нута считают Среднюю Азию. Растение культивируется в странах Центральной и Средней Азии, Восточной Африки, Восточной Европы, Индии, Средиземноморского региона. По посевным площадям нут занимает третье место в мире среди зернобобовых культур, а по питательной ценности - первое [3]. Казахстан не является исключением: посевные площади увеличиваются с каждым годом, чему благоприятствуют природные условия [4].
При проведении анализа по уровню содержания белка внутри зернобобовой группы было установлено,
что нут по содержанию белка в бобах уступает только сое, однако в ней содержатся уреаза, ингибитор трипсина, соин, сапонин, липоксидаза и другие антипитательные соединения, которые оказывают антагонистическое воздействие на те или иные метаболитические процессы. Эти вещества тормозят действие протеоли-тических ферментов поджелудочной железы, вызывают расстройство пищеварения, препятствуют усвоению цинка, магния, йода, молибдена. Установлено, что около 98% сои, используемой в пищевой промышленности, генномодифицирована [3]. При сравнении с другими бобовыми культурами, такими как фасоль, чечевица и горох, нут имеет более высокий коэффициент перевариваемости белков - 80-89% и более высокую биологическую ценность - 78% [5].
Выявлено, что нут превосходит другие культуры по содержанию лизина, триптофана, алифатической серосодержащей аминокислоты - метионина, которая участвует в биосинтезе адреналина, холина, цистеина и серы. Известно, что ме-тионин способствует нормализации уровня холестерина в крови, умень-
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
11ТЕМА НОМЕРА1
Нутовая мука (НМ)
Молочная сыворотка (МС)
Гидромодуль (НМ) 1 : (МС) 3
Сушка, охлаждение Рис. 4.
Технологическая схема
Хранение производства.
шению отложения жира в печени и улучшению ее функций, оказывает антидепрессивное действие на организм [5].
Другим сырьевым ресурсом высококачественного растительного белка является люцерна [6] - многолетнее травянистое растение, посевное или дикорастущее, принадлежащее к семейству бобовых. Как культурное растение люцерна выращивается по всему миру, но все же ее родиной считается Центральная Азия. Широкое использование люцерны определяется тем, что она богата растительным белком с высоким содержанием незаменимых аминокислот, превосходя по этому показателю зерно, кукурузу и овес. В белке, полученном из люцерны, содержание незаменимых аминокислот лизина и триптофана в 1,5 раза выше, чем в белке рыбной муки. Он приравнивается к белку мясной муки и приближается к белку животных организмов [7].
Важным фактором при использовании растительного белка является его усвояемость. Белки растительного происхождения усваиваются значительно хуже животных [8]. Это объясняется тем, что в растительных продуктах имеются клеточные оболочки, состоящие из клетчатки, которая почти не изменяется под действием пищеварительных соков человека, что затрудняет расщепление растительных белков до аминокислот.
Вышеизложенное объясняет важность разработки технологии процесса ферментации, позволяющего провести расщепление белка вне организма, и изучения [\IUTPRO (предлагаемое авторами условное название разрабатываемого гидро-лизата белка из нута) с целью получения биокомплекса, применяемого для производства мясной и молочной продукции.
Разработанная технология позволяет получить пищевой белок со сбалансированным аминокислотным составом, обогащенный витаминами и минеральными веществами. Это достигается за счет того, что на первом этапе составляется смесь, состоящая из 1 части нутовой муки и 3 частей молочной сыворотки. Использование в смеси молочной сыворотки объясняется наличием в ней сывороточных белков, аминокислотный состав которых наиболее близок к аминокислотному составу мышечной ткани человека. Кроме того, молочная сыворотка характеризуется высокой кислотностью (до 130 °Т), что позволяет проводить гидролиз белка нута без использования соляной кислоты для подкисления, в отличие от известных способов гидролиза [8, 9].
Составляющие смесь компоненты интенсивно перемешивают, пропуская через гомогенизатор для по-
лучения однородной консистенции. Данный этап исключает необходимость нагрева смеси до кипения, как описано в [10]. Затем полученную смесь подвергают гидромеханическому процессу барботирония СО2 до рН 5. На следующем этапе технологического процесса смесь нагревается до температуры 50... 60 °С, и выдерживается при этой температуре в течение 5-10 мин. Предлагаемый температурный диапазон выбран не случайно. При температуре выше 60 °С происходит растворение остаточных белков; также не исключено обсеменение смеси микроорганизмами, приводящее к помутнению, что делает ее непригодной для дальнейшего использования. Поэтому выбрана температура не ниже 50 °С.
На следующем этапе в подогретую смесь вносится 40%-ный раствор СаС12. При этом происходит взаимодействие ионов кальция с глобулинами белка, приводящее к агломерации макромолекул и к интенсивному выпадению макромолекул в осадок с одновременным высвобождением молекул хлора и выведением его в виде газа из системы.
Последующим этапом технологического цикла получения гидролизата белка является процесс центрифугирования смеси при скорости 300 об /мин в течение 5 мин. При этом происходит разделение смеси на три фракции: верхняя - высвободившаяся жидкость; средняя - имеющая мажущуюся консистенцию от бежевого до желтого цвета; нижняя (осадок) -с плотной крошливой консистенцией белого цвета. Микроскопирование представлено на рис. 1-2.
Проведение качественного анализа на белок доказывает, что осадок белого цвета является белком. Полученный белок подвергается перемешиванию с экстрактом люцерны, который благодаря высокому содержанию клетчатки служит хорошим источником пребиотиков, и повторному центрифугированию, для того чтобы можно было промыть осадок и выделить из него остатки небелковой фракции. Микроскопирование представлено на рис. 3.
Разработанная технология (рис. 4) позволяет получить белковый гидро-лизат из нута, используя щадящие режимы обработки, с влажностью 70-75%, приближенной к влажности мяса (для добавления в мясные продукты), и влажности творога (для использования в производстве кисломолочных продуктов). Предполагается, что для длительного хранения без потери качественных показателей полученный белковый гидролизат
INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN FOOD PRODUCTION
из нута необходимо подвергнуть сублимационной сушке. Для этого будут проведены дополнительные исследования
Кроме того, проведение анализа научно-технической и патентной документации показало, что в целом совокупность отличительных признаков обеспечивает сокращение длительности гидролиза (с 3-6 ч по известному способу до 2 ч по предлагаемому), получение гидролизата высокого качества, а также удешевление процесса за счет исключения расходов на ферментный препарат и длительность процесса гидролиза.
Таким образом, предлагаемая технология позволяет использовать в качестве бобовой культуры нут, который содержит меньшее количество антипитателей (по сравнению с другими бобовыми культурами), благодаря чему возможно применять щадящий режим переработки. Полученный белковый гидролизат характеризуется повышеной биологической ценностью благодаря внесению экстракта люцерны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шнайдер О. В. Перспективы использования растительного белка в производстве пищевых продуктов. [Электрон-
ный ресурс]/Журнал о сельском хозяйстве «BORONA.net». - Режим доступа: http://borona.net/hight- technologies / processing / Prospects_of_using_ vegetab1e_protein_in_food _production. html.
2. Роль белка в питании. [Электронный ресурс]/Сайт «Приветствуется!». - Режим доступа: http://www.eda-eda.info/r_ belok. html.
3. Кириллова, Л. Г. Перспективы использования нута в производстве молочных продуктов/ Л. Г. Кириллова // Материалы XLII отчетной научной конференции за 2003 год. - Воронеж, 2003.
4. Нут, добро пожаловать в Казахстан! // [Электронный ресурс]/ Информационно-рекламная аграрная газета «АгроИнфо». - Режим доступа: http://agroinfo.kz/ nut-dobro-pozhalovat-v-kazaxstan/.
5. Король, В. Люпинкомплекс ингредиентов для продуктов функционального питания/В. Король, Г. Лахмоткина // Питание и общество. - 2011. - № 8. -С. 8-9.
6. Мешетич, В. Н. Энергетическая ценность и химический состав люцерны американской селекции в условиях лесостепи Северного Казахстана/В. Н. Мешетич, Ж. А. Нокушева // Сельское, лесное и водное хозяйство. - 2012. -
№ 5 [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: http://agro.snauka.ru/ 2012/05/396.
7. Носенко, Ю. Несколоко слов о люцерне. [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://fermerpLus.com/ crop / 179-neskoLko-sLov-o-Lyucerne. html.
8. А. с. 562284 СССР, МКИ5 С12 К 1/06. Способ получения белкового гидролиза-та,/Лисоченко Л. Г., Абидов А. А., Синя-шин Н. И., и др.; заявитель Ташкентский научно-исследовательский институт вакцин и сывороток. - № 2153533, за-явл. 25.06.75; опубл. 25.07.77, Бюл. № 23.
9. Технология ферментативного гидролиза белкового сырья. Обзор. Серия 5. Получение и применение ферментов, аминокислот, витаминов. - М., 1982. -Вып. 2. - С. 12.
10. Пат. 2295249. Российская Федерация, МПК7 А23Л/ 14, А2303/ 16, А2303/34. Способ получения гидролизата сои/Султанов З. З., Меджитов Ш. М. и др; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие«Научно-производственное объединение по медицинским иммунобиологическим препаратам «Микроген» Министерства здравоохранения Российской Федерации. - № 2005114382/13, заявл. 13.05.05 опубл. 20.03.07, Бюл. № 8.
Разработка технологии получения белкового гидролизата из нута
Ключевые слова
биологическая ценность; бобовая культура; дефицит белка; нут; растительный белок
Реферат
В состав пищи человека входят различные продукты животного и растительного происхождения, которые являются источником белка. Так, известны белки мяса, яйца, молока и молочных продуктов. Это белки животного происхождения, их считают наиболее полезными для организма или, как принято говорить, полноценными белками. Бобовые, овощи, картофель и другие растительные продукты также содержат белки, которые имеют большое значение в питании человека. В работе авторами рассмотрены вопросы получения белкового гидролизата из бобовой культуры - нута, который обладает высокой биологической ценностью, используется при производстве широкого ассортимента молочных и мясных продуктов питания функционального назначения, предназначенных для широкого круга потребителей, имеющих дефицит пищевого белка. Разработанная технология позволяет получить белковый гидролизат из нута, используя щадящие режимы обработки, с влажностью 70-75%, приближенной к влажности мяса (для добавления в мясные продукты) и влажности творога (для использования в производстве молочно-растительных творожных масс). Предлагаемый белковый гидролизат из нута характеризуется сбалансированным аминокислотным составом, обогащен витаминами и минеральными веществами.
Авторы
Камербаев Аскар Юсупович, д-р техн. наук, профессор, Свидерская Диана Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, Абраменко Александр Павлович, магистр социальных наук, Инновационный Евразийский университет, 140003, Республика Казахстан, г. Павлодар, ул. Максима Горького, д. 102/4, [email protected]
Development of Technology for Protein Hydrolyzate of Chickpeas Key words
vegetable protein; legume crop; chick-pea; bioavailability; protein deficiency
Abstracts
The composition of human nutrition includes a variety of products of animal and plant origin which are a source of protein. Thus, it is common knowledge meat proteins, egg, milk and dairy products. These are the animal proteins or complete proteins which are considered as the most useful for human organism. Legumes, vegetables, potatoes and other plant products also contain proteins that are important in human nutrition. In the work the authors issued a question of protein hydrolyzate production from a legume. This is a chick-pea which has a high bioavailability. It is used to produce a wide range of dairy and meat food of functional meaning intended for a wide range of consumers with protein deficiency. The developed technology allows producing a protein hydrolyzate from chick-pea, using sparing processing conditions with humidity of 70-75% approximated to humidity of meat for supplementation to meat products, and with humidity of cheese for using to produce milk-cheese plant curds. The proposed protein hydrolyzate of chick-pea is characterized by balanced amino acid composition, enriched with vitamins and minerals.
Authors
Kamerbaev Askar Yusupovich, Doctor of Technical Science, Professor, Sviderskaya Diana Sergeevna, Candidate of Technical Science, Docent, Abramenko Alexandr Pavlovich, Master of Social Sciences, Innovative University of Eurasia, 102/4, Maxima Gorkogo St., Pavlodar Kazakhstan, 140003, [email protected]
