ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

НТП: ПЕРЕРАБОТКА
УДК: 637.147.2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ
КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗАТА КАЗЕИНА
М.Г. КУРБАНОВА, кандидат технических наук, доцент
Кемеровский ГСХИ
E-mail: [email protected].
те пептиды, которые высвобождаются в процессе гидролиза и характерны для исходного белка, но и образующиеся в
результате вторичного синтеза [1, 4, 5].
Цель наших исследований – оптимизация условий кислотного гидролиза казеина для обеспечения большего соРезюме. В статье изложены результаты экспериментальных исхранения аминокислот, подвергающихся быстрому разследований по производству кислотного гидроизата казеина (исрушению и достижения такой глубины гидролиза, которая
пользование соляной кислоты в качестве химического агента, темдала бы максимальный выход азотистых веществ в раствор,
0
пература 110±5 С, соотношение субстрат-кислота 1:200, продола также изучение технологических параметров очистки кисжительность гидролиза 24,00±0,05 ч) и его очистки от органических
примесей. Экспериментально установлены оптимальные паралотных гидролизатов казеина.
метры очистки солянокислого гидролизата (температура 80±5 0С,
Условия, материалы и методы. В качестве исходнопродолжительность процесса 90 мин.) и его деминерализации
го сырья использовали казеин, полученный из обезжирен(размер анионита – 0,8…0,1 мм, высота слоя 750…800 мм).
ного молока. Во избежание разложения лабильных амиКлючевые слова: кислотный гидролиз, казеин, очистка, аминонокислот гидролиз проводили с использованием 6 н солякислоты, соляная кислота.
ной кислоты в соотношение субстрат: кислота 1:150, 1:200,
1:250 в герметичных условиях под вакуумом (–0,8 МПа) при
Разработка и производство продукции, которая мотемпературе 110±5 0С в течение 4…24 ч.
жет служить альтернативой жизненно необходимому белОпределение массовой доли белка, общего, аммиачку, – перспективное направление изготовления кормовых
ного и аминного азота проводили с помощью анализатора
добавок для массового применения в животноводстве и
белка RAPID N ELEMENTAR в соответствии с европейскими
птицеводстве.
стандартами. Метод основан на сжигании анализируемого
В связи с этим в мире активно разрабатывают техноловещества известной массы в условиях высокой температугии промышленного производства пищевого белка и амиры (около 900 0C) в присутствии кислорода, что приводит к
нокислотных препаратов на основе сырья растительного и
высвобождению углекислого газа, воды и азота, массовую
животного происхождения.
долю которого детектирует прибор.
Несомненный интерес представляют препараты, полуСодержание общего белка рассчитывали умножением
ченные путем гидролиза белкового сырья, в результате кообщего азота на пересчетный коэффициент, который для
торого образуются продукты, необходимые для реализации
молока равен 6,38.
пластических процессов в организме животных, – аминоМолекулярно-массовое распределение белков и пепкислоты и пептиды.
тидов определяли методом высокоэффективной жидДля гидролиза белковой молекулы применяют химичекостной хроматографии (ВЭЖХ). Разделение проводили
ский и протеолитический способы, которые отличаются по
при скорости потока в первой колонке 0,5 мл/мин, во втомеханизму своего действия и составу конечных продуктов.
рой – 1 мл/мин.
Химический гидролиз – более жесткий процесс, для выполОчистку полученных гидролизатов, проводили в два
нения которого, как правило, нужны высокие температуры и
этапа. Сначала удаляли кислоту с помощью ротационносравнительно непродолжительное время. Он осуществляго испарителя при постоянном перемешивании и давлеется с помощью кислот. При этом имеет место частичное,
нии – 0,80 МПа и температуре 60±5; 70±5 и 80±5 0С. На втоно весьма незначительное, разрушение некоторых аминором этапе проводили доочистку гидролизатов путем демикислот. В первую очередь при кислотном гидролизе подвернерализации на синтетических смолах.
гается трансформации триптофан, причем интенсивность
Результаты экспериментов обрабатывали методами ваего разрушения связана с присутствием в белке углеводов
риационной статистики, используя програмные продукты
и металлов. Также частично разрушаются серин, треонин,
«МультиХром» (версия 1,5), «RapidN», «AminoPeak».
цистин, тирозин, фенилаланин [4].
Результаты и обсуждение. При соотношении
В некоторых литературных источниках отмечают тасубстрат:кислота 1:250 и рекомендуемой в литературе темТаблица 1. Состав гидролизатов казеина, полученных в результате обракие преимущества кислотного
гидролиза, как достаточная ботки 6 н соляной кислотой
Содержание
глубина расщепления белка и ПродолжительСтепень гиобщего
азоаммиака,
аминного азо- дролиза, %
исключение бактериального (в
ность, ч
та, %
мг/100 г
та, %
том числе продуктами метабоИсходный образец
13,32±0,93
0
0
0
лизма) загрязнения гидролисоотношение субстрат: кислота – 1:150
зата [1, 2, 3].
4,00±0,05
0,015±0,001
0,076±0,005
19,48±1,36
На скорость гидролиза наи- 8,00±0,05
13,32±0,93
0,062±0,004
0,310±0,022
39,30±2,75
0,095±0,007
1,976±0,138
82,69±5,79
большее влияние оказывают 24,00±0,05
соотношение субстрат: кислота – 1:200
такие факторы, как природа
0,034±0,002
0,136±0,010
26,15±1,83
аминокислотных остатков, об- 4,00±0,05
8,00±0,05
13,32±0,93
0,138±0,010
0,550±0,039
52,38±3,67
разующих пептидную связь, и
24,00±0,05
0,156±0,011
3,126±0,219
92,99±6,50
длина пептидной цепи (чем она
соотношение субстрат: кислота – 1:250
длиннее, тем дольше процесс). 4,00±0,05
0,085±0,006
0,284±0,020
32,75±2,29
При этом в растворе гидроли- 8,00±0,05
13,32±0,93
0,144±0,024
1,148±0,0080
65,50±4,59
0,200±0,070
3,880±0,272
96,20±6,73
зата будут находиться не только 24,00±0,05
Достижения науки и техники АПК, №05-2011
79
НТП: ПЕРЕРАБОТКА
Специальное изучение
биологических свойств продуктов очищенных на смоле
показало, что лучшая марка
сильноосновного анионита – TULSION А-23 UPS [2].
Он обладает наиболее высокими кинетическими показателями уменьшения кислотности и
удаления органических соединений, хорошими регенерационными свойствами, высокой
стойкостью к физическим, температурным и осмотическим
нагрузкам. Состав анионитов
полностью отвечает существующим нормам и правилам
пищевых и кормовых производств.
В ходе исследований мы экспериментально определили, что оптимальные параметры деминерализации солянокислого гидролизата: размер анионита – 0,8…0,1 мм, высота слоя – 750…800 мм. При его использовании концентрация соляной кислоты уменьшается в 600 раз (с 6,0 до 0,01 н),
а аминного азота – на 7 % (с 3,1±0,2 до 2,9±0,2 мг/100 г).
Таблица 2. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов при
проведении гидролиза 6 н. соляной кислотой, %
Относительное содержание при молекулярной массе, кДа
Продолжительность, ч
более 20
10…20
5…10
менее 5
соотношение субстрат: кислота – 1:150
4,00±0,05
14,02±0,98
38,50±2,69
26,00±1,82
21,48±1,50
8,00±0,05
6,02±0,42
14,12±0,98
37,06±2,59
42,80±2,99
24,00±0,05
0±0,07
7,02±0,49
8,42±0,59
84,56±5,92
соотношение субстрат: кислота – 1:200
4,00±0,05
12,72±0,89
26,25±1,84
30,40±2,13
30,63±2,14
8,00±0,05
4,02±0,28
10,12±0,71
33,06±2,31
52,80±3,69
24,00±0,05
0±0,06
2,10±0,15
3,52±0,25
94,38±6,61
соотношение субстрат: кислота – 1:250
4,00±0,05
10,27±0,72
20,42±1,43
40,80±1,94
28,51±1,36
8,00±0,05
3,73±0,26
7,53±0,53
21,62±1,51
67,12±4,69
24,00±0,05
0±0,06
0,52±0,03
1,87±0,13
97,61±6,83
пературе 110±5 0С процесс гидролиза имеет необходимую
направленность, в результате его степень через 4,00±0,05 ч
составила 32,75 %, через 8,00±0,05 ч – 65,50 %, а через
24,00±0,05 ч – 96,20 % (табл. 1).
При уменьшении концентрации кислоты до 1:150 и 1:200
степень гидролиза через 24,00±0,05 ч составила 82,69 и
92,99 % соответственно. Возможно, это связано с недостаточной атакуемостью полипептидной цепи раствором
соляной кислоты.
Кроме того, с увеличением продолжительности процесса происходило накопление аммиака и аминного азота. Так,
при увеличении длительности гидролиза с 4,00 до 24,00 ч в
варианте с соотношением субстрат-кислота 1:150 массовая доля аммиака повысилась на 0,08 мг/100 г, 1:200 – на
0,122, 1:250 – на 0,115 мг/100 г.
Аналогично изменялась массовой доля аминного азота. Это, очевидно, обусловлено увеличением числа расщепленных амидных связей отдельных аминокислот.
Распределение белков и пептидов происходило пропорционально продолжительности гидролиза. Так, при длительности процесса 4,00±0,05 ч состав реакционной смеси
характеризовался преимущественно пептидами с молекулярной массой более 20 кДа, при 8,00±0,05 ч – 5…20 кДа,
при 24,00±0,05 ч – менее 5 кДа независимо от соотношения субстрат:кислота.
При температуре в рационном испарителе 60±5 0С
массовая доля соляной кислоты в гидролизате за 90 мин.
уменьшилась на 80 %, при 70±5 0С – на 85 %. Это не позволяет использовать полученные продукты при производстве
комбикормов, соответствующих требованиям действующих стандартов.
При температуре 80±5 0С и продолжительности процесса 90 мин соляная кислота удалялась из реакционной смеси практически полностью.
1
2
3
Рисунок. Динамика удаления соляной кислоты в процессе
ротационного испарения: 1 – 60±5 0С; 2 – 70±5 0С; 3 – 80±5 0С.
Выводы. Таким образом, рациональные параметры
кислотного гидролиза – использование соляной кислоты
при температуре 110±5 0С и соотношении субстрат:кислота
1:200 в течение 24,00±0,05 ч.
Эффективная очистка полученного гидролизата возможна на рационном испарителе при температуре 80±5 0С
и давлении 0,8 Мпа в течении 90 минут с последующей
фильтрацией на сильноосновном анионите TULSION A23
UPS с размерами анионита 0,8…0,1 мм и высотой слоя
750…800 мм.
Выработанный продукт можно включать в состав комбикормов для сельскохозяйственных животных и птицы.
Литература.
1. Витолло А.С., Сафронова А.М., Круглик В.И. Изучение биологической ценности и усвояемости молочного белка и его
гидролизатов // Пути развития науки и техники в мясной и молочной промышленности: тезисы докладов Всесоюзной конференции. – Углич, 1988. – С. 136.
2. Круглик В.И. Физико-химический состав гидролизатов молочных белков при дополнительной мембранной обработке //
Молочная промышленность. – 2007. – № 11. – С. 51–52.
3. Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н., Бердутина А.В. Свойства и применение белковых гидролизатов: обзор // Прикладная биохимия и микробиология. – 2000. – Т. 36. – № 5. – С. 525–534.
4. Телишевская Л.Я. Белковые гидролизаты. Получение, состав, применение / под ред. А.Н. Панина. – М.: Аграрная наука, 2000. – 295 с.
5. Тепел А. Химия и физика молока. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 323 с.
EXPERIMENTAL SUPPORT OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS FOR CASEIN ACID HYDROLYZATE
M.G. Kurbanova
Summary. In article results of experimental researches on reception acid hydrolysate casein (use of hydrochloric acid as the chemical
agent, temperature 110±50С, a parity a substratum-acid 1:200, duration of hydrolysis 24,00±0,05) and its clearings of organic impurity
are stated. During researches optimum parameters of clearing of a muriatic hydrolysate (temperature 80±5 0С, duration of process
of 90 minutes) and it деминерализации (the size anion exchanger – 0,8-0,1 mm and height of a layer of 750-800 mm have been
experimentally defined.).
Key words: acid hydrolysis, casein, clearing, amino acids, hydrochloric acid.
80
Достижения науки и техники АПК, №05-2011