ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ БЕЛКОВ МОЛОКА С

Вестник КрасГАУ. 20 10. № 1
УДК [637.1:612.398]:66.093.8
М.Г. Курбанова
ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ БЕЛКОВ МОЛОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ПРОТЕАЗ
В данной статье представлены результаты исследований влияния ферментативного гидролиза
белков молока в присутствии пищевых протеаз на функциональные свойства полученных гидролизатов.
Ключевые слова: ферментативный гидролиз, эндопротеазы, экзопептидазы, субстрат, протеазы, степень гидролиза, казеин, инактивация.
M.G. Kurbanova
ENZYMATIC HYDROLYSIS OF MILK PROTEINS WITH VARIOUS PROTEASES USE
The research results of the influence of milk proteins enzymatic hydrolysis with food proteases being available on the received hydrolysates functional properties are given in the article.
Key words: enzymatic hydrolysis, endoproteases, еxopeptidases, substrate, proteases, hydrolysis degree,
casein, inactivation.
Белки молока – наиболее важные в биологическом отношении органические вещества. Одним из способов улучшения свойств белков является их гидролиз. В результате реакции белки разбиваются на более
мелкие единицы: пептиды и аминокислоты, которые идут на построение клеток организма, ферментов, защитных тел, гормонов и т.д. По содержанию незаменимых аминокислот (лизин, триптофан, метионин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин) белки молока относят к белкам высокой биологической ценности. Питательная ценность белковых пищевых гидролизатов зависит от технологии их производства [1].
В мировой практике широко используются процессы кислотного и щелочного гидролиза белков, однако они имеют ряд недостатков. При щелочном гидролизе практически полностью разрушаются такие важные
аминокислоты, как серин, треонин, аргинин, цистеин, при этом полученные гидролизаты обладают неприятным вкусом.
Кислотный гидролиз протекает быстрее и более специфично. Одна из важных особенностей этого вида гидролиза заключается в том, что достигается большая глубина расщепления белка и исключается возможность бактериального загрязнения гидролизата. При применении ферментативного гидролиза исключается жесткое воздействие на белковые молекулы и распад аминокислот, а также возможен подбор системы
ферментов и условий протекания процесса, что позволяет создать оптимальную технологию переработки
разных видов молочно-белкового сырья. Путем подбора ферментов можно добиться получения гидролизата
без горького привкуса [2, 3]. Максимально достигаемый уровень гидролиза зависит в свою очередь от природы белка и специфичности ферментов. Пищевая ценность белков при ферментативном гидролизе, который
проводят, как правило, в мягких условиях, увеличивается.
Для получения оптимальных результатов гидролиза необходимо соблюдать следующие условия: гидролизуемое сырье должно иметь хорошее санитарно-гигиеническое состояние, что позволит обрабатывать
его и в свежем, и в пастеризованном виде; значение pH во время процесса должно быть постоянным, зависящим от свойств используемого фермента; с целью более полного гидролиза необходимо регулировать
гидродинамические параметры процесса [3]. Также существенное значение имеют условия протекания гидролиза, в частности, температуры и значения активной кислотности. Изменение структуры белка вследствие
гидролиза делает его растворимым.
От степени гидролиза зависят вкусовые и ароматические качества, а также функциональные свойства
гидролизатов, такие, как эмульгирующая и гелеобразующая способность, пенообразующий и гигроскоскопический потенциал.
Неполный гидролиз способен улучшить характеристики растворимости в некоторой степени денатурированных, высушенных распылением молочных белков. Более глубокий гидролиз белков молока дополнительно улучшает их растворимость, но также приводит к некоторому усилению горьковатого вкуса и увеличению содержания свободных аминокислот [3, 4].
Проведенные исследования были направлены на изучение влияния гидромодуля среды, температуры, продолжительности гидролиза, дозировки препарата, степени гидролиза, т.е. параметров, играющих
решающее значение для разрабатываемой технологии и влияющих на экономику процесса.
157
Технология переработки
В постановке экспериментов для гидролиза белков молока использовали класс пищевых протеаз, таких, как:
эндопротеазы: алкалаза пищевая (Alcalase, Food Grade®); Neutrase; Protamex® Novo-Pro™ D;
комплекс экзопептидазы/эндопротеазы: Flavourzyme ®.
Принцип действия их заключался в следующем: эндопротеазы разрывали пептидные связи внутри
полипептидных цепочек, тогда как экзопротеазы одновременно отщепляли аминокислоты с конца полипептидных цепей.
Скорость процесса гидролиза определяли соотношением между ферментом и субстратом. В начале
гидролиза скорость реакции была максимальна, а со временем она постепенно уменьшалась и в конечном
итоге процесс прекращался.
Степень гидролиза (СГ,%) определяли как долю расщепленных пептидных цепей. Этот показатель
является ключевым параметром, который характеризует гидролизаты белка, его можно определить соотношением:
СГ, % = (количество расщепленных пептидных цепей/общему количеству пептидных цепей)×100 %.
При постановке экспериментов степень гидролиза определяли несколькими методами:
увеличением осмотического давления в точке замерзания;
определением свободных аминогрупп, с использованием метода ОРА (смесь изопропиламина с
изопропиловым спиртом);
измерением рН произведенных свободных аминогрупп;
формольным титрованием (титрование формалином амидных групп – метод Серенсена).
Как только не растворимые в воде белки начинали растворяться под действием протеолиза, измеряли концентрацию сухого вещества в растворимой фазе по шкале Брикса (ареометр Брикса).
Вкус, как правило, усиливался с глубиной расщепления молочного белка, в конечном счете, до мелких
пептидов и аминокислот. Деградация протеинов приводила к формированию горьких пептидов. Некоторая
горечь присутствовала на промежуточной стадии гидролиза. Считается, что горечь вызывается присутствием некоторых пептидов определенного размера с конечными гидрофобными аминокислотами.
На рисунке 1 изображен процесс гидролиза белка в присутствии различных протеаз.
60
50
40
Сг, % 30
20
10
0
0
60
120
180
240
Время гидролиза, мин
Аlkalaza
Flavourzyme+Аlkalaza
Flavourzyme
Neutrase
Protamex
Рис. 1. Протекание процесса гидролиза с различными ферментами
Как показали результаты поставленных экспериментов, гидролиз белков молока в присутствии препарата
Flavourzyme и комплекса ферментов Flavourzyme+Аlkalaza достигал максимальной степени гидролиза 56–58%.
Тогда как при использовании ферментов, относящихся к эндопротеазам, т.е. Alcalase, Neutrase; Protamex, степень
гидролиза находилась в пределах 19–22%.
158
Вестник КрасГАУ. 20 10. № 1
После гидролиза в присутствии эндопротеаз (Alcalase, Neutrase; Protamex) образовались короткие
пептиды и некоторые гидрофобные аминокислоты, а при дальнейшем гидролизе с экзопептидазами
(Flavourzyme) эти горькие пептиды разбивались.
Тенденция к горечи зависит не только от степени гидролиза, а также от вида белка, структуры пептидов и способов его производства. При гидролизе казеина в присутствии фермента Alcalase, например, горький вкус отмечался даже при степени гидролиза 1%. Тенденция горечи существенно уменьшалась при гидролизе казеина с использованием фермента Protamex, далее при использовании препарата Flavourzyme
горький вкус гидролизатов значительно снижался.
Решающее значение в ферментативных реакциях имеет температура: при низких температурах фермент может быть практически не активен, а высокие температуры могут привести к инактивации фермента.
Поэтому при постановке этого эксперимента особое внимание уделялось поддержанию строгого температурного режима.
Оптимальные условия протекания процесса гидролиза с использованием некоторых ферментов отражены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры ферментативного гидролиза в зависимости то вида применяемых протеаз
Наименование протеаз
Alcalase, Alcalase AF 2,4L
Novo-Pro™ D
Neutrase
Protamex
Flavourzyme
Оптимум рН
Оптимум температуры,0С
8,0
7,0–10,0
7,0
7,0–8,0
5,5–7,5
50–60
55–65
40–50
50
50–55
Степень гидролиза,
СГ, %
15–25
15–25
10–15
10–20
55–60
Контролирование функциональных свойств гидролизатов имеет немаловажное значение для более
точных параметров остановки ферментной реакции в момент требуемой степени гидролиза.
Все протеазы необратимо инактивируются путем термической обработки, однако многое зависит от
таких факторов, как концентрация субстрата, рН и т.д.
В таблице 2 показаны условия инактивации различных протеаз.
Таблица 2
Время инактивации протеаз в зависимости от рН и температуры
Наименование фермента
Alcalase, Alcalase AF 2,4L
Neutrase
Protamex
Flavourzyme
Novo-Pro™ D
рН
Температура, 0С
Время, мин
4
8
4
7
4
8
6–8
4
6–8
50
85
50
80
50
85
90
55
35
30
10
30
4
30
10
10
30
10
Такие протеазы, как Alcalase, Neutrase и Protamex были неактивны при рН, равной 4 и ниже, значит,
гидролиз можно остановить путем мгновенного добавления некоторых кислот, например, соляной, фосфор159
Технология переработки
ной, яблочной, молочной или уксусной и т.д., что, несомненно, стоит учитывать при разработке технологий
новых продуктов на основе гидролизатов молочных белков.
Техническим результатом гидролиза белков молока является получение пищевых белковых продуктов, содержащих набор незаменимых аминокислот для человека и животных, при относительно быстром и
дешевом процессе изготовления.
Литература
1.
2.
3.
4.
Просеков А.Ю. Современные аспекты производства продуктов питания: моногр.– Кемерово: КемТИПП, 2005. – 381 с.
Круглик В.И. Физико-химический состав гидролизатов молочных белков при дополнительной мембранной обработке // Молочная пром-сть. – 2007. – №11. – С. 51–52.
Круглик В.И. Теория и практика реализации технологий специализированных продуктов на основе
ферментативных гидролизатов молочных белков. – М.: Ун-ты России, 2007. – 220 с.
Круглик В.И. Исследование кинетики ферментативного гидролиза нативных молочных белков // Сыроделие и маслоделие. – 2007. – № 5. – С. 35–36.
УДК 637.3:664.8.047
В.А. Ермолаев, В.С. Сметанин
СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ЗАТРАТ ТЕПЛОТЫ
ПРИ ВАКУУМНОЙ СУШКЕ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Приведены результаты исследования способов вакуумной сушки молочных продуктов для интенсификации процесса и уменьшения удельных затрат теплоты. Рассмотрены особенности ступенчатого и импульсного способа подвода теплоты.
Ключевые слова: теплота, удельные затраты, вакуумная сушка, сыр, творог.
V.A. Yermolayev, V.S. Smetanin
WAYS OF SPECIFIC HEAT CONSUMPTION REDUCTION AT DAIRY PRODUCTS VACUUM DRYING
The research results of the ways of dairy products vacuum drying for the process intensification and specific
heat consumption reduction are given. The peculiarities of step and impulse ways of heat supply are considered.
Key words: heat, specific consumption, vacuum drying, cottage cheese.
Сушка – один из наиболее перспективных способов консервирования пищевых продуктов, позволяет
резко сократить расходы на хранение продукции, транспорт, обеспечить длительную сохранность качественных показателей. Для высушивания различных материалов применяются следующие виды сушки: конвективная; кондуктивная; распылительная; токами высокой, сверхвысокой частоты и инфракрасными лучами; сублимационная, вакуумная и комбинированная. Комбинированные способы сушки применяют для снижения энергетических затрат [1].
В данных исследованиях для высушивания молочных продуктов использовали комбинированный способ сушки – вакуумную сушку с инфракрасным подводом теплоты. Сушку под вакуумом применяют с целью
повышения качества готового продукта, так как процесс осуществляется при более низкой температуре, чем
в атмосферных условиях. При вакуумной сушке скорость испарения влаги повышается, так как скорость
160