ЗЕРНОВЫЕ КОМПОЗИТЫ С КОМПЛЕМЕНТАРНЫМ АМИНОКИСЛОТНЫМ СОСТАВОМ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ И КОРМОВЫХ ЦЕЛЕЙ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Целью данной работы явилась разработка процессов биотрансформации сыворотки, полученной из тритикалевого экстракта и гороховой муки после выделения из них белковых концентратов повышенной биологической ценности, и получение микробно-растительных концентратов кормового назначения с использованием композиции дрожжей Saccharomyces cerevisiae 121 и дрожжеподобного гриба Geotrichum candidum 977. Двухкомпонентные композиты пищевого назначения содержали массовую долю белка 75–80 % на сухое вещество, скор первой и второй лимитирующих аминокис- лот (лизина и треонина) равен 103–113 %, а третьих (серосодержащих) – 71–72 %. По химическому составу композиты соответствовали группе «Концентраты» со значениями функционально-технологических свойств, характерными для кон- центратов из других видов зерновых культур. Выявлены культуры микроорганизмов, способные активно развиваться на сыворотке – вторичном продукте переработки экстракта после выделения белков. Составлена симбиотическая закваска из гриба Geotrichum candidum 977 и дрожжей Saccharomyces cerevisiae 121, обеспечивающая рост биомассы на углевод- и азот- содержащей среде. Под действием амилазы, глюкоамилазы, целлюлазы и ксиланазы при выделении белков в растворе в 2–4 раза уменьшалось количество высокомолекулярных соединений (декстринов), триоз (раффинозы), освободившихся от взаимодействия с белком и некрахмальными полисахаридами, и в 2−10 раз увеличилось количество глюкозы, дисахаридов, ксилозы, галактозы по сравнению с исходными экстрактами. Сыворотка, остающаяся после удаления основной массы бел- ка, обогащалась низкомолекулярными моно- и олигосахаридами, что положительно отражалось на росте микроорганизмов. Микробно-растительные концентраты с массовой долей белка 55,8−75,1 % на сухое вещество предназначаются для применения в кормопроизводстве в качестве белково-углеводной добавки, а белковые композиты из белка тритикале и гороха с комплементарным аминокислотным составом – для улучшения биологической ценности и показателей технологического качества пищевых изделий.

Ключевые слова:
Тритикалевый экстракт, гороховая мука, биотрансформация, белковый концентрат, микробно-растительный концентрат, биологическая ценность
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Белки являются наиболее важными компонентами в питании человека, так как они расходуются на стро- ительные, каталитические, регуляторные и транс- портные функции основных частей тела, органов и тканей организма [1]. Увеличение численности насе- ления планеты позволяет экспертам прогнозировать прогрессирующий дефицит белковой пищи как для пищевых, так и для кормовых целей. Микробиологи- ческие процессы пока не обеспечили значительных успехов в получении альтернативных источников пищевых белков. Это повышает роль природных полипептидов и усиливает значимость наукоемких процессов их производства в виде новых форм. Прогрессирующий мировой опыт развития белковой инженерии, знания в области фундаментальных ис- следований свойств и структуры, с одной стороны, и возрастающая потребность в белках для обеспечения активного образа жизни, уменьшения заболеваний, питания спортсменов, школьников, создания различ- ных видов диет, с другой, создают предпосылки для создания новых технологий пищевых и кормовых белков [2]. В рационах различных животных кор- мовой белок также обеспечивает сбалансированное питание с достижением количественных и качествен- ных характеристик молока, мяса, рыбы, птицы и с одновременным снижением затрат и повышением рентабельности производства [3].

Белки животного происхождения являются наи- более дорогостоящими ингредиентами. Но мировое

 

производство злаковых культур уже в ближайшие десятилетия может удовлетворить потребность чело- века в его питании [4]. Однако часто аминокислот- ный состав растительных белков не сбалансирован и требует корректировки. Предпочтение отдается со- евым белкам при одновременном расширении работ по глубокой переработке других видов растительного сырья (зернобобовые, масличные культуры, отходы переработки фруктов, ягод и т. д.) с выделением бо- лее полноценных белков [4, 5]. При этом факторами для выбора сырья являются количество, биологиче- ская ценность, функциональные свойства и безопас- ность белков. Наряду с производством соевой муки и небольших объемов сухой пшеничной клейковины, современные направления развития перерабатываю- щей промышленности включают разработку техно- логий белковых продуктов из альтернативных видов сельскохозяйственного сырья (гороха, нута, амаранта и т.д.) и вторичных продуктов их переработки с при- менением физических, физико-химических, биохи- мических и других способов обработки сырья. При этом к перспективным методам получения белковых продуктов следует отнести биотехнологические способы получения белковых композитов (БК) с ком- плементарным аминокислотным составом (АКС) для повышения биологической ценности, улучшения по- казателей качества и создания специализированных пищевых продуктов с определенными медико-биоло- гическими свойствами в целях профилактики заболе- ваний и поддержки здорового образа жизни.

 

Колпакова В. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 301–311

 

Для  крахмалопаточного  производства  характерно

 

редуцирующие  сахара  –  10,0.  Дробленое  зерно  за-

высвобождение значительного количества вторичных

 

мачивали в 0,15 ± 0,05 % растворе диоксида серы в

продуктов переработки зерновых культур, к которым

 

течение 22–45 ч при температуре 49 ± 1 °С и соотно-

относятся экстракционные (замочные) воды богатые

 

шении замочного раствора к массе зерна 2,0–2,5:1.

углеводами,  азотистыми  и  минеральными  соедине-

 

Экстракт, отделенный от замоченного зерна центри-

ниями [6]. Создание и внедрение безотходного зам-

 

фугированием при 4000 мин–1, имел химический со-

кнутого  цикла  производства  необходимо,  с  одной

 

став (в % на СВ): массовая доля СВ – 11,00 ± 1,05 %,

стороны, для извлечения ценных компонентов сырья,

 

белка – 20,40 ± 2,10 % (N×5,7), сахаров – 10,0 ± 0,6 %,

превращения их в полезные концентрированные про-

 

золы – 8,0 ± 0,9 %, крахмала Б – 35,5 ± 1,0 % на СВ,

дукты. А с другой стороны, для уменьшения ущерба

 

рН – 5,10 ± 0,1. Для получения белковых концентра-

окружающей среде от жидких выбросов производства.

 

тов, наряду с ТЭ, использовали товарную гороховую

К приемам утилизации экстрактов зерновых культур

 

муку, химический состав которой (в % на СВ) вклю-

относится   биологическая   переработка   сырья,   спо-

 

чал: влагу – 8,9 ± 0,2; белок – 22,9 ± 0,6 (N×6,25);

собствующая  переходу  углеводных  и  других  видов

 

золу  –  3,10  ±  0,20;  жир  –  1,70  ±  0,25;  крахмал  –

компонентов  в  микробную  биомассу,  обогащенную

 

52,7 ± 0,61; другие углеводы – 19,60 ± 1,01.

белками и другими ценными веществами [7, 8]. Благо-

 

Для выделения белковых концентратов из компо-

даря высокой физиологической активности в процессе

 

зиции ТЭ с гороховой мукой использовали фермент-

биологической   рециклизации   отходов   производств

 

ные  препараты  (ФП)  компании  фирмы  Novozymes

агропромышленного комплекса активно используют-

 

А/S (Дания): Shearzym 500 L из штамма Aspergillus

ся дрожжи и микромицеты с получением белковых

 

oryzae      с      грибной      ксиланазной      активностью

концентратов  пищевого  или,  чаще,  кормового  на-

 

500  ГКА/г  и  оптимальными  условиями  действия

значения [9–12]. При переработке отходов, содержа-

 

65–75 °С,  рН  4,5–5,5.  В  качестве  источника  цел-

щих целлюлозу, лигнин и хитин, используют грибы

 

люлазной, α-амилазной и β-глюканазной активности

T. harzianum, T. koningii, Т. reesei, T. Longibrachiatum и

 

использовали  Viscoferm  L,  продуцируемый  штам-

т. д. Так, на основе лузги подсолнечника с помощью

 

мами  Trichoderma  и  Aspergillus  с  цитолитической

гриба T. harzianum получена кормовая добавка с вы-

 

активностью  600  ед/г  сырья,  оптимумом  действия

соким содержанием каротина (90 мг/кг), витамина С

 

при 50–60 °С и рН 4,8–5,8. В качестве источника α-а-

(1,5  мг%)  и  оптимальным  соотношением  уксусной,

 

милазы использовали Fungamyl 800 L, полученный

масляной  и  молочной  кислот  [13].  Ранее  нами  был

 

из плесени Aspergillus oryzae (50–60 °C, рН 5,0–6,5),

разработан  процесс  биоконверсии  трех  вторичных

 

амилоглюкозидазы – AMG 300 L 2500, выделенный

продуктов  переработки  зерна  тритикале  на  крахмал

 

из гриба Aspergillus niger. Оптимум действия послед-

(экстракт,  мезга,  сывороточные  воды)  с  дрожжами

 

него лежал в области 55–60 °С, рН 4,5–5,5. В каче-

Saccharomyces  cerevisiae,  одного  тритикалевого  экс-

 

стве  источника  протеаз  использовали  ФП  Distizym

тракта с грибом Pleurotus ostreatus 23 и сыворотки,

 

Protacid  от  фирмы  «Erbslon».  Значения  активности

остающейся от выделения белкового концентрата, с

 

ФП использованы от производителей.

грибом Trichosporon pullulansY-955 [14, 15]. Микроб-

 

Материалом   для   биотрансформации   служили

но-растительные концентраты (МРК) предназначают-

 

сывороточные воды, образующиеся после выделения

ся  для  кормовых  целей.  Максимальное  образование

 

основной массы концентрированных белков из смеси

биомассы  наблюдалось  при  рН  7,5–8,5.  Количество

 

ТЭ и гороховой муки последовательным экстрагиро-

белка в составе препаратов составляло 34–47 % на су-

 

ванием их с ФП и осаждением в изоэлектрической

хое вещество.

 

точке  [6,  14].  Сыворотка  содержала  7,80  ±  0,30  %

Целью  данной  работы  явилась  разработка  про-

 

СВ, 15,60 ± 0,65 % белков и 26,77 ± 0,85 % азотистых

цессов биотрансформации сыворотки, полученной из

 

веществ  (N×6,25),  8,76  ±  0,62  золы  и  углеводов  –

тритикалевого экстракта совместно с гороховой му-

 

56,26 ± 0,57 % на СВ. В работе использовали культу-

кой после выделения из них белковых концентратов

 

ры дрожжеподобного гриба Geotrichum candidum 977

повышенной биологической ценности, и получение

 

и дрожжи Saccharomyces cerevisiae 121 из коллекции

микробно-растительных    концентратов     кормового

 

лаборатории выживаемости микроорганизмов Инсти-

назначения при использовании композиции дрожжей

 

тута микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН,

Saccharomyces  cerevisiae  121  и  дрожжеподобного

 

которые хранили в холодильнике в пробирках с сус-

гриба Geotrichum candidum 977.

 

ло-агаром (СА) при температуре 3–4 °С. Филогенети-

 

 

ческое положение штамма Geotrichum candidum 977

Объекты и методы исследования

 

проводили  совместно  с  ФГБУ  «ГосНИИгенетика».

Тритикалевый экстракт (ТЭ) получали в экспери-

 

Идентификацию осуществляли на основе анализа по-

ментальном  цехе  ВНИИ  крахмалопродуктов  после

 

следовательности рибосомальных генов по стадиям:

замачивания  и  дробления  зерна  сортов  «Легион»,

 

1. Рассев  культуры  и  получение  биомассы  для

«Бард», «Консул», полученных от Донского зональ-

 

анализа 18S рРНК;

ного НИИ сельского хозяйства, и несортового зерна,

 

2. Выделение ДНК (Genomic DNA Purification Kit);

поставленного   Мглинским   крахмальным   заводом

 

3. Идентификация штамма по последовательности

Брянской области. Усредненный химический состав

 

18S рДНК.

зерна (% на сухие вещества (СВ)) включал: крахмал

 

Музейные        культуры        с        СА        пересева-

– 63,8; белок (N×5,7) – 10,1; жир – 1,5; золу – 1,72;

 

 

303

ли     в     пробирку     с     сывороткой     с     последую-

 

Kolpakova V.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 301–311

 

 

Таблица 1. Аминокислотный скор белков зернового сырья и их композитов

 

Table 1. Amino acid score of protein of grain raw materials and their composites

 

Исходный материал

Аминокислоты, скор %

Лизин

Треонин

Метионин + Цистин

Тритикалевый экстракт

58 ± 2

76 ± 2

85 ± 1

Гороховая мука

137 ± 1

102 ± 0

54 ± 2

Композит соотношение белков ТЭ: гороховой муки

 

1:1

100 ± 0

89 ± 2

70 ± 1

1:3

117 ± 0

99 ± 1

62 ± 2

1:5

122 ± 0

98 ± 2

61 ± 1

 

 

щим культивированием ее в  течение  24  часа. Затем посевную культуру пересевали в колбы емкостью 300 см3 с 50 см3 питательной среды и в динамике выращивали на встряхивателе при ско- рости вращения 150  мин–1,  температуре  27  ±  1 °С и рН 6,0. Биомассу от культуральной жидкости отде- ляли центрифугированием при 3000 мин–1 в течение 10 мин, после чего ее высушивали, так же как и су- спензию без отделения биомассы.

Массовую долю белка в продуктах определяли по методу Кьельдаля на приборе фирмы Buсhi (N×6,25) (ГОСТ 10846-91), массовую долю влаги – по ГОСТ 13586.5-93, клетчатки – по ГОСТ 13496.2-91, золы

–  по  ГОСТ  27494-87,  жира  –  по  ГОСТ  29033-91,

массовую долю СВ – по ГОСТ 12570-98, углеводов в концентратах – по разнице между 100 % и сум- мой остальных компонентов. Углеводный состав сыворотки и грибных препаратов исследовали на газовом хроматографе марки Shimadzu GC MS 2010 с детектором (GCMS-QP 2010). Идентификацию пиков проводили по библиотеке масс-спектров NIST 11 и по стандартным метчикам: арабинозе, глюкозе, ксилозе, инозите раффинозе, мальтозе и другим хи- мически чистым углеводам. Аминокислотный состав определяли по методике, изложенной в работе [14]. Морфологические особенности и физиологическое состояние мицелия гриба и дрожжей анализиро- вали с помощью микроскопа марки  Axioskop  40 FL Zeiss при увеличении ×100 цифровой камерой AxioCamM4Rc. Функциональные свойства белковых композитов определяли по методикам, изложенным в работе [16].

Для определения доверительного интервала сред- него арифметического результата 3–5 измерений использовали критерий Стьюдента на уровне значи- мости р = 0,05.

 

Результаты и их обсуждение

Известно, что белки большинства злаковых куль- тур содержат недостаточное количество лизина и треонина, в то время как в состав зернобобовых эти аминокислоты входят в количестве, соответству- ющем  эталонному  белку  ФАО/ВОЗ  [17].  С  другой

 

стороны, белки злаков способны дополнять амино- кислотный состав белков (горох, чечевица, соя и т. д.) незаменимым метионином. С целью получения белковых композитов с улучшенным (комплемен- тарным) АКС предварительно расчетным путем определены количественные соотношения  белков для исследуемых продуктов по разработанной нами компьютерной программе на основе метода подсчета Монте-Карло. Для этого использовали литератур- ные данные АКС зерновых культур, массовую долю белка в 100 г продукта и шкалу «эталонного» белка [17–20]. По данной программе рассчитали значения скора и определили соотношения белков для состав- ления композиций из белков ТЭ и гороховой муки, чтобы сбалансировать аминокислотный профиль кон- центратов по первым (лизину), вторым (треонину) и третьим (серосодержащим) лимитирующим амино- кислотам (табл. 1). Видно, что белки ТЭ бедны ли- зином, треонином, тогда как в белкигороховой муки дефицитны по серосодержащим аминокислотам.

У двухкомпонентных композитов, взятых в коли- чествах, соответствующих соотношению белка ТЭ и гороховой муки, 1:1, наблюдался дефицит треонина (10 %) и серосодержащих аминокислот (30 %), тогда как при соотношении 1:3 и 1:5 по содержанию лизи- на и треонина обе композиции были сбалансированы, но скор для суммы метионина и цистина не превы- шал 60 %

С целью использования данных видов сырья для получения композитов с комплементарным АМС первоначально исследовали количественный переход белков гороховой муки в раствор, использовав разра- ботанную ранее схему для ТЭ и экстрактов из других зерновых культур [14, 15]. При этом изучили влияние размера частиц муки на переход белка в раствор с применением ФП цитолитического, ксиланазного, амилолитического и протеолитического действия. Использование ФП гидролитического действия об- уславливалось задачей: как можно меньше воздей- ствовать на белки щелочью в целях исключения их денатурации и распада аминокислот в процессе их выделения. Поэтому к гороховой муке добавляли во- допроводную воду, содержащую целлюлолитические и амилолитический ФП при концентрации 50 ед./г и 2 ед./г СВ соответственно при гидромодуле 1:19 по СВ. Суспензию встряхивали 3 ч при 50 °С и рН 5,0. После чего рН доводили до 4,3, вносили растворы ксиланазы  и  глюкоамилазы  из  расчета  активности

50 ед./г и 2 ед./г СВ соответственно. Суспензию вновь встряхивали 3 ч при 55 °С, затем ее центри- фугировали, белковый раствор сливали, а к остатку добавляли протеолитический ФП из расчета 0,4 ед./г СВ при гидромодуле 1:12,  рН  3,0  и  температуре 50 °С. Обработку суспензии осуществляли 1 час при тех же условиях. Затем ее центрифугировали. После все белковые растворы объединяли, концентриро- вали до содержания СВ 16 % при 50 °С и добавляли раствор трансглютаминазы с концентрацией 7 ед./г СВ для агрегации белков [21]. Суспензию выдержи- вали 30 минут при 50 °С. Затем рН раствора дово- дили до 3,0–3,5 и центрифугировали его 15 минут

 

Колпакова В. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 301–311

 

 

Таблица 2. Влияние размера частиц гороховой муки на выход белков, % от общего в навеске

 
выпавшего  осадка  белка  при  различном  значении рН и по коэффициенту светопропускания сыворотки

 

Table 2. Effect of particle size of pea flour on the yield of proteins,

 
при D
 

нм, остающейся после осаждения белков. Из

 

650

 
% of the total in the sample
рисунка 1 видно, что значение pH
 

смешанных бел-

 

Стадии экстракции белков

и реагенты

СВ, %

Размер частиц, мкм

237,7

110,4

1 + 2 стадия (целлюлаза, α-амилаза, ксиланаза,

глюкоамилаза)

0,75 ± 0,02

21,46 ± 1,02

32,9 ± 0,05

3 стадия (протеаза)

0,70 ± 0,05

36,2 ± 0,78

16,5 ± 0,16

4 стадия (0,05н NaOH)

1,20 ± 0,04

11,46 ± 1,04

43,75 ± 3,02

Итого:

68,12 ± 1,02

93,15 ± 1,01

Осадок

19,7 ± 0,08

30,10 ± 1,07

8,12 ± 1,08

Итого:

98,22 ± 1,10

101,27 ± 2,02

 

 

I

ков находилось в диапазоне 3,5–4,2, а коэффициент пропускания самый большой отмечен для диапазона рН 3,5–4,5, что включало в себя отдельные значения

I

pH  для белков тритикале (3,5–4,5) и белков гороха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при 5000 мин–1. Осадок белков нейтрализовали 5 % раствором NaOH до рН 6,5 ± 0,1, промывали водой и сушили лиофильным способом.

Выход белков из гороховой муки с размером частиц 110,4 мкм на 37 % был выше,  по  сравне- нию с выходом при размере 237,7 мкм, и составлял 93,15 ± 3,01 % против 68,12 ± 1,0 %. Гороховая мука с размерами частиц 237,7 мкм и в композиции с ТЭ также обеспечивала относительно низкую раствори- мость белков (63,51 ± 1,6 %) (табл. 2). Установлено, что без раствора щелочи в растворенное состояние с ФП переведено белков муки около 50 % от исходного их в сырье, а с ее использованием – свыше 90 %.

I

 
Процесс получения белкового концентрата из ТЭ в комбинации с гороховой мукой, имеющей размер частиц 110,4 мкм, при соотношении белков 1:3 и 1:5 с комплементарным АКС проводили по описанному выше способу. Предварительно для смеси белков тритикале и гороха определили изоэлектрическую точку (pH ). Значение рН, соответствующее изо- электрическому   состоянию,   оценивали   по   массе

(4,2–4,5).

Из данных растворимости белков видно, что при использовании композиций ТЭ с гороховой мукой при соотношении белков 1:3 и 1:5 выход белков в растворе уменьшался, но незначительно, по сравне- нию с одной гороховой мукой, на 3 ± 6 %. Это можно было объяснить более высокой молекулярной массой и особенностями фракционного состава белков три- тикале, затрудняющих переход полимеров в раствор по сравнению с белками гороха (табл. 2). Видно, что после осаждения белков в изоэлектрической  точ- ке, в сывороточных водах оставалось свыше 33 % растворимых азотистых веществ, которые, наряду с углеводами, важны для обеспечения роста микроб- ной композиции из дрожжей и гриба при получении кормовой биомассы.

Показатели химического состава и функциональ- ные свойства лиофильно высушенных двухкомпо- нентных композитов свидетельствовали о том, что белковые продукты имели высокую массовую долю белка (75–80 % на СВ) и в целом по показателям со- ответствовали группе «Концентраты» (табл. 3). Ана- лиз АКС белков, при различном их соотношении в композитах, показал, что скор лизина в них повышен в 1,8–1,9 раза, треонина – в 1,3 раза, по сравнению с белками  ТЭ,  а  скор  серосодержащих  аминокислот

– на 33 % по сравнению с белками гороховой муки. Функциональные свойства как и химические пока- затели БК сходны с показателями образцов сухой пшеничной клейковины [22]. Значительных отличий в исследуемых показателях, в зависимости от соотно- шения в их составе белков различной природы (1:3 и 1:5), не обнаружено.

Выполнены исследования по микробной модифи- кации углеводов и азотистых соединений сыворотки,

 

 

 

(а)                                                                                                               (б)

 

Рисунок 1. Зависимость коэффициента пропускания Т % (а) и массы осадка (б) от значений рН раствора

 

Figure 1. Dependence of the transmittance T% (a) and the mass of sediment (b) on the pH values of the solution

 

Kolpakova V.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 301–311

 

 

Таблица 2. Растворимость белков муки гороха и смеси с ТЭ, % от общего в N×6,25

 

Table 2. Solubility of proteins of pea flour and mixtures with triticale extract, % of the total in N×6.25

 

Стадии выделения белков и продукты

Горох

Тритикале: горох (1:3)

Тритикале: горох (1:5)

1 + 2

21,46 ± 0,2

25,99 ± 0,2

27,72 ± 0,3

3

36,20 ± 0,4

29,64 ± 0,2

29,30 ± 0,4

4

11,46 ± 0,9

7,88 ± 0,3

9,02 ± 0,5

Итого:

69,12 ± 1,1

63,51 ± 0,85

66,04 ± 0,9

Остаток

30,88 ± 0,6

36,49 ± 0,5

33,96 ± 0,8

Сыворотка

37,85 ± 1,2

33,77 ± 1,1

33,32 ± 1,0

Осадок белка

31,27 ± 0,9

29,74 ± 0,8

32,30 ± 0,7

 

 

образующейся после извлечения белков из ТЭ и гороховой муки, с получением МРК. Углеводный состав экстрактов, выделенных на первых двух пер- вых стадиях ферментативной обработкой зерновой композиции для удаления из них белков, представлен на рисунке 2. Видно, что на 1 стадии под действием амилазы и комплекса цитолитических ферментов резко возрастало количество высокомолекулярных соединений, представленных декстринами с различ- ной молекулярной массой, и триоз, содержащих раф- финозу, освободившихся от взаимодействия с белком и некрахмальными полисахаридами. Соответственно уменьшилось количество дисахаридов и глюкозы.

На второй стадии при действии ксиланазы, глю- коамилазы и, вероятно, продолжающемся действии амилазы от 1 стадии, почти в 4 раза уменьшилось количество декстринов и почти в 2 раза – триоз, но в 2 раза увеличилось количество глюкозы, в 10 раз – количество дисахаридов и почти в 5 раз – ксилозы, галактозы.

Следовательно, питательная среда, представляю- щая собой ферментированный гидролизат, содержа- щие простые углеводы, была благоприятна для роста симбиотических микроорганизмов и наращивания биомассы,    обогащенной    белком.    Следовательно,

 

сыворотка, образующаяся после извлечения белка из композиции продуктов переработки зерновых куль- тур, имея качественный углеводный состав, могла быть использована в качестве питательного субстрата для выращивания использованных микроорганизмов.

Для      микробиологической      переработки     зер-

новой сыворотки были выбраны дрожжи и дрожжеподобный гриб, отличающиеся высокой скоростью роста и устойчивостью к посторонней микрофлоре. Это позволило провести культиви- рование в асептических условиях в ценную био- массу по составу аминокислот и липидов. Отбор микроорганизмов, способных активно перераба- тывать сыворотку от композитов, провели среди дрожжей родов Rhodotorula, Schwanniomyces, Pichia, Candida, Saccharomyces, Geotrichum из коллекции ФГУП ГосНИИ Генетика и лаборатории выжи- ваемости микроорганизмов ИНМИ РАН. Среди испытанных культур сыворотку в качестве пита- тельного субстрата усваивали 5 дрожжевых культур: Sacch. cerevisiae, Sacch. vini, Sacch. uvarum, Pichia kudriavzevii 4295, дрожжеподобный гриб Geotrichum candidum. Все культуры применялись в пищевой промышленности. Среди отобранных культур наи- более продуктивными явились культуры следую- щих штаммов: G. candidum 977, Sacch. сerevisiae 121, и P. kudriavzevii 4295. Гриб G. candidum 977 выделен в ходе технологического процесса произ- водства крахмала А на стадии замочки зерна три- тикале, идентифицирован и депонирован в ФГУП ГосНИИ Генетика. Получение МРК включало следу- ющие стадии: сыворотку перед биотрансформацией в течение 15–20 мин прогревали при температуре 90–95 °С, охлаждали до температуры 28–30 °С и вно- сили 3 % закваски, состоящей из консорциума гриба Geotrichum candidum 977 и дрожжей Saccharomyces cerevisiae 121, взятых в соотношении 1:1. Культуры усваивали новый  питательный  субстрат  в  течение 5 суток (рис. 3). Урожайность консорциума достига- ла максимума к 3–4 суткам выращивания. При этом на сыворотке, образующейся после удаления белков

 

 

Таблица 3. Химический состав и функциональные свойства композитов

 

Table 3. Chemical composition and functional properties of the composites

 

Соотношение белка ТЭ и гороховой муки

 

Влажность, %

Массовая доля, % на СВ

Белок (N×6.25)

Жир

Зола

Углеводы

1:3

2,90 ± 0,04

80,40 ± 1,03

1,97 ± 0,04

3,53 ± 0,06

14,10 ± 1,0

1:5

4,80 ± 0,03

75,44 ± 0,09

4,94 ± 0,20

2,93 ± 0,3

16,73 ± 0,7

 

Функциональные свойства

Растворимость, %

ВСС, %

ЖСС, %

ЖЭС, %

1:3

0,39 ± 0,05

230 ± 2

131 ± 0,5

45,0 ± 1,0

1:5

0,13 ± 0,03

263 ± 1

131 ± 0,0

45,0 ± 0,0

 

Аминокислотный скор, %

Лизин

Треонин

Метионин + Цистин

ТЭ

58 ± 2

76 ± 2

85 ± 1

Гороховая мука

137 ± 1

102 ± 0

54 ± 2

1:3

108 ± 1

103 ± 1

71 ± 1

1:5

113 ± 2

105 ± 1

72 ± 2

 

ВСС – водосвязывающая способность, ЖСС – жиросвязывающая способность, ЖЭС – жироэмульгирующая способность; WBC – water binding capacity, FBC – fat binding capacity, FEA – fat emulsifying ability.

 

Колпакова В. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 301–311

 

 

 

(а)                                                                                                               (б)

 

Рисунок 2. Углеводный состав экстрактов, % от общего количества: а – высокомолекулярные соединения (ВМС); б – низкомолекулярные углеводы

 

Figure 2. Carbohydrate composition of extracts, % of the total amount: a – high molecular weight compounds; b – low molecular weight carbohydrates

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Накопление биомассы на сыворотке при различном соотношении белка ТЭ и гороховой муки (ГМ)

 

Figure 3. Accumulation of biomass in the serum at different ratios of protein obtained from triticale extract and pea flour

 

 

при соотношении их в смеси ТЭ с гороховой муки 1:5, в первые 3 суток биомасса росла несколько более
 

активно, чем при соотношении белков 1:3, но после 3 суток показатели роста практически сравнивались.

По окончании  роста  биомассы  микроорганиз- мы  инактивировали  обработкой  при   температуре 93 ± 2 °С в течение 10–15 мин и высушивали. Внеш- ний вид симбиотической культуры гриба Geotrichum candidum 977 с Saccharomyces cerevisiae 121, МРК (биомассы с культуральной жидкостью) и биомассы, выросшей на сыворотке и полученной после уда- ления белков из экстракта тритикале и гороховой муки, приведен на рисунке 4. Продукты имели вид рассыпчатого порошка белого и кремового цвета, без посторонних запахов и вкуса.

В составе биомассы, полученной на сыворотке при соотношении белков ТЭ и гороховой муки 1:3, больше содержалось золы, жира и углеводов, чем в биомассе, полученной на сыворотке при соотноше- нии 1:5, но меньше белка (табл. 4). Более высокое содержание белка в биомассе и МРК отмечалось при  ферментации  микроорганизмов  на  сыворотке,

 

 

 

 

(а)                                                                                                               (б)

 

Рисунок 4. Внешний вид симбиотической культуры гриба с дрожжами Geotrichum candidum 977 + Saccharomyces cerevisiae 121 (а),  МРК (препарат 1) и биомассы (препарат 2) (б)

 

Figure 4. Symbiotic fungus culture with Geotrichum candidum 977 + Saccharomyces cerevisiae 121 (a), microbial-vegetable concentrates (preparation 1) and biomass (preparation 2) (b)

 

Kolpakova V.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 301–311

 

Таблица 4. Химический состав продуктов биоконверсии зерновой сыворотки

 

Table 4. Chemical composition of the products of bioconversion grain serum

 

Образец

СВ, %

 

Массовая доля, % на СВ

 

 

 

Белок

Зола

Жир

Углеводы

Соотношение тритикале:горох 1:3

Сыворотка

5,60 ± 0,36

23,95 ± 0,95

8,91 ± 0,20

11,20 ± 1,05

55,94 ± 0,57

Биомасса

97,30 ± 0,04

55,80 ± 0,40

8,27 ± 0,64

13,56 ± 0,90

22,37 ± 1,20

Культуральная жидкость

3,00 ± 0,24

27,30 ± 0,40

11,52 ± 0,51

27,78 ± 1,43

33,40 ± 0,45

Культуральная жидкость с биомассой

95,26 ± 0,38

58,54 ± 1,01

2,77 ± 0,64

5,86 ± 0,84

32,83 ± 0,67

 

Соотношение тритикале:горох 1:5

 

Сыворотка

10,00 ± 0,23

29,60 ± 0,75

8,61 ± 1,04

5,20 ± 1,45

56,59 ± 0,57

Биомасса

97,95 ± 0,72

75,10 ± 0,05

3,35 ± 0,11

3,56 ± 0,80

18,19 ± 1,20

Культуральная жидкость

22,00 ± 1,04

13,20 ± 0,54

4,19 ± 0,06

27,78 ± 1,03

54,83 ± 0,45

Культуральная жидкость с биомассой

95,31 ± 0,57

67,71 ± 0,21

2,05 ± 0,75

4,38 ± 0,43

25,86 ± 1,34

 

 

 

полученной при соотношении белков тритикале:го- роховая мука 1:5, в составе которой в 1,7 раза содер- жалось больше СВ. Массовая доля белков в биомассе при соотношении белков 1:5 была больше в 1,7 раза, а в биомассе с жидкостью – на 15 % больше, чем при соотношении белка 1:3.

Количество жира, углеводов и золы в концен- трате, произведенном на сыворотке из композиции ТЭ:гороховая мука при соотношении 1:5, было в 1,27–1,35 раза меньше, чем в препарате, полученном из сыворотки при соотношении белков 1:3. Таким образом, более качественный по содержанию белка, липидов, углеводов, зольных (минеральных) элемен- тов получен препарат, произведенный на сыворотке с соотношением белков ТЭ:гороховая мука 1:5.

 

Итоговая принципиальная технологическая схе- ма процесса получения зерновых белковых и ми- кробно-растительных композитов представлена на рисунке 5.

 

Выводы

Разработаны параметры и принципиальная тех- нологическая схема биотехнологического процесса получения двухкомпонентных композитов из ТЭ и гороховой муки с комплементарным аминокислотным составом при  количественном  соотношении  белков в сырье 1:3 и 1:5 соответственно. Скор первой и вто- рой лимитирующих аминокислот лизина и треонина составил 103–113 %, серосодержащих – 71–72 %. Процесс выделения белков включал применение ФП гидролитического  действия  (целлюлазы,  ксиланазы,

 

 

 

 

Рисунок 5. Принципиальная технологическая схема получения зерновых белковых и микробно-растительных композитов

 

Figure 5. Principal technological scheme of obtaining grain protein and microbial-vegetable composites

 

Колпакова В. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 301–311

 

 

амилазы, глюкоамилазы, протеазы) для перевода бел- ков в раствор с уменьшенным воздействием на них раствора щелочи. Выход белков в растворе составил 63,51–66,04 %, с конечным продуктом – 29,74–32,30 % от общего в сырье. По химическому составу компо- зиты относились к группе «Концентраты» с массо- вой долей белка 75,44–80,40 % на СВ и значениями функционально-технологических свойств, характер- ными для концентратов из зерновых культур. Дока- зана возможность проведения биосинтетического процесса трансформации вторичного продукта пе- реработки зерна тритикале на крахмал (экстракта) и белковые композиты совместно с гороховой мукой и получения МРК с массовой долей в % на СВ: белка 55,8–75,1,   углеводов   18,9–32,83,   жира   3,56–13,56,

золы 2,05–8,27. Отобраны культуры микроорганиз- мов, способные активно развиваться на  субстрате. Из них составлена симбиотическая закваска из гриба Geotrichum candidum 977 и дрожжей Saccharomyces cerevisiae 121, обеспечивающая рост биомассы на углевод-  и  азотсодержащей  среде.  Сыворотка,  об-

 

разующаяся после выделения концентрированных белков из композиции из ТЭ с гороховой  мукой при соотношении белка 1:3 и 1:5 соответственно, являлась доброкачественной для питательных сред микробиологического синтеза. Предпочтение отдано соотношению белка в экстракте и гороховой муке 1:5. Новые МРК предназначались для применения в кор- мопроизводстве в качестве белково-углеводной до- бавки, а белковые композиты из экстракта тритикале и гороховой муки – в производстве пищевых изделий для улучшения биологической ценности и технологи- ческого качества

 

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте- ресов.

 

Финансировани

Работа выполнена по Заданию № 0585-2019-0004– С-01 при финансовой поддержке Министерства нау- ки и высшего образования Российской Федерации.

Список литературы

1. Мартинчик, А. Н. Физиология питания / А. Н. Мартинчик. - М. : Академия. - 2013. - 236 с.

2. Белковые изоляты из растительного сырья: обзор современного состояния и анализ перспектив развития техноло- гии получения белковых изолятов из растительного сырья / Д. В. Компанцев, А. В. Попов, И. М. Привалов [и др.] // Совре- менные проблемы науки и образования. - 2016. - № 1. - С. 58.

3. Протеины: новое в технологии производства и возможности использования // Комбикорма. - 2017. - № 10. - С. 59-62.

4. Кудинов, П. И. Современное состояние и структура мировых ресурсов растительного белка / П. И. Кудинов, Т. В. Щеколдина, А. С. Слизькая // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2012. - Т. 329-330, № 5-6. - С. 7-10.

5. Доморощенкова, М. Л. Некоторые аспекты производства и формирования рынка соевых белков на современном этапе / М. Л. Доморощенкова, Л. Н. Лишаева // Пищевая промышленность. - 2010. - № 2. - С. 32-39.

6. Андреев, Н. Р. К вопросу глубокой переработки зерна тритикале / Н. Р. Андреев, В. В. Колпакова, В. Г. Гольд- штейн // Пищевая промышленность. - 2018. - № 9. - С. 30-33.

7. Исследование процессов роста спиртовых и кормовых дрожжей на сернокислотных гидролизатах растительного сырья. Часть 2. Исследование процессов роста кормовых дрожжей на сернистокислотных гидролизатах смеси пшеничной соломы и отрубей / Р. Т. Валеева, С. Г. Мухачев, Э. И. Нуретдинова [и др.] // Вестник Казанского технологического универ- ситета. - 2014. - Т. 17, № 20. - С. 156-158.

8. Храпова, А. В. Скрининг новых штаммов дрожжей для получения кормового белка / А. В. Храпова, О. Б. Сопруно- ва // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13, № 5-3. - С. 210-214.

9. Cellulase and Biomass Production from Sorghum (Sorghum guineense) Waste by Trichoderma longibrachiatum and Aspergillus terreus / O. N. Olaleye, M. A. Omotayo, S. Abdus [et al.] // Journal of Microbiology Research. - 2015. - Vol. 5, № 6. - P. 169-174. DOI: https://doi.org/10.5923/j.microbiology.20150506.01.

10. Fungal Biomass Protein Production from Trichoderma harzianum Using Rice Polishing / A. Sibtain, M. Ghulam, A. Muhammad [et al.] // BioMed Research International. - 2017. - Vol. 2017. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/6232793.

11. Use of Aspergillus terreus for microbial biomass production and its biological evaluation in broiler chicks / M. A. Shahzad, H. Nawaz, M. I. Rajoka [et al.] // International Conference on Food Engineering and Biotechnology IPCBEE. - Singapoore, 2011. - Vol. 9. - P. 255-260.

12. Shahzad, M. A. Single cell protein production from Aspergillus terreusand its evaluation in broiler chick / M. A. Shahzad, M. I. Rajoka // International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics. - 2011. - Vol. 1, № 2. - P. 137-141. DOI: https://doi.org/10.7763/IJBBB.2011.V1.25.

13. Хусид, С. Б. Подсолнечная лузга как источник получения функциональных кормовых добавок / С. Б. Хусид, А. Н. Гнеуш, Е. Е. Нестеренко // Научный журнал КубГАУ. - 2015. - Т. 107, № 3. - С. 3-14.

14. Утилизация вторичных продуктов переработки тритикале с получением кормового микробно-растительного концентрата для прудовых рыб / Н. Р. Андреев, В. В. Колпакова, И. К. Кравченко [и др.] // Юг России: экология. Развитие. - 2017. - Т. 12, № 4. - С. 90-104. DOI: https://doi.org/10.18470/1992-1098-2017-4-90-104.

15. Биоконверсия вторичных продуктов переработки зерна тритикале на крахмал с использованием гриба Pleurotus Ostreatus 23 / Н. Д. Лукин, Р. В. Уланова, И. К. Кравченко [и др.] // Химия растительного сырья. - 2018. - № 4. - С. 225-234. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.2018043993.

16. Functional technological properties and electrophoretic composition of modified wheat gluten / V. V. Kolpakova, L. V. Chumikina, L. I. Arabova [et. al.] // Foods and Raw Materials. - 2016. - Vol. 4, № 2. - P. 48-57. DOI: https://doi. org/10.21179/2308-4057-2016-2-48-57.

17. Dietary protein quality evaluation in human nutrition: Report of an FAO Expert Consultation. - Rome : Food and Agriculture Organization of the United Nations. - 2013. - 66 p.

18. Тутельян, В. А. Химический состав и калорийность российских продуктов питания: справочник / В. А. Тутельян. - М. : ДеЛи плюс. - 2012. - 284 с.

19. Амарант: химический состав, биохимические свойства и способы переработки / И. А. Абрамов, Н. Е. Елисеева, В. В. Колпакова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 6. - С. 44-48.

20. Химический состав и функциональные свойства рисовых белковых концентратов / В. В. Колпакова, Д. Н. Лукин, Л. В. Чумикина [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - Т. 66, № 4. - С. 120-124. DOI: https://doi.org/10.20914/2310-1202-2015-4-120-124.

21. Гидролиз сухой пшеничной клейковины разного качества с применением экзо-и эндопротеиназ / А. В. Васильев, Л. В. Зайцева, В. В. Колпакова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - № 8. - С. 38-39.


Войти или Создать
* Забыли пароль?