Разработка концентрата белков люпина и ферментированных продуктов на его основе - Диссертация

2В настоящей работе приняты следующие сокращения: ФП - ферментный препарат МЭК - мультиэнзимная композиция с .в. в пересчете на сухое вещество (СВ) БЭВ - безазотистые экстрактивные вещества Б - массовая доля сырого протеина, д. ед.Люди возделывают бобовые культуры с древнейших времен, наиболее популярными среди них в питании человека остаются фасоль, соя и горох. Эти продукты лидируют по содержанию белка в своем составе, практически не вызывают аллергии и очень привлекательны для вегетарианцев. Сейчас люпин применяют в основном в животноводстве, аквакультуре, в качестве почвенного удобрения, хотя по многим показателям он не уступает традиционным бобовым культурам, входящим в ежедневный рацион питания человека[115]. Последние исследования в области технологии комбинированных продуктов питания и белковых препаратов из люпина, а также обогащения продуктов питания и комбикормов Юрченко Н.А., Антиповой Л.В., Махотиной И.А., Богатыревой Ж.И., Браудо Е.Е., Артюхова А., Король В.Ф. и др., позволяют рассматривать люпин как источник ценного и экологически чистого пищевого белка. В otrial рабочей гипотезы положено предположение о том, что применение ферментативного гидролиза углеводного комплекса люпиновой муки на стадии экстрагирования небелковых соединений способствует повышению выхода белка.К ним относятся: ингибитор трипсина - это вещество белкового типа, содержание которого составляет до 6 % в зависимости от сорта сои; олигосахариды, в основном стахиоза (6-9 %) и рафиноза (1 %), представляющие собой углеводы, содержащиеся и в традиционных продуктах; гемагглютенины - тоже вещества белкового типа, активность которых подавляется при 80?С; фитиновая кислота, представляющая собой полифенольное соединение, которое есть в подсолнечнике, картофеле и т. д.; сапонины, липоксигеназа и т. д. Люпин менее требователен, чем соя, к кислотности почв, азотным и фосфорным удобрениям и в процессе выращивания сам обогащает почву азотом. Стоимость семян люпина ниже, так как урожайность этой культуры во всех районах России выше, чем у сои (исключение составляют Краснодарский и Приморский края) [19]. Около 30% от всех аминокислот белков люпина приходится на долю незаменимых, высокая биологическая ценность белковой составляющей дает основание называть эту культуру «северной соей». Много уникальных свойств люпина не представляли бы для бизнеса никакого интереса, если бы не еще одно существенное его преимущество: наряду с соей по содержанию белка нет другой такой культуры в природе, как люпин.Низкоалкалоидный пищевой люпин поздней селекции может составить конкуренцию сое в силу своей доступности, дешевизны и отменного качества выделенного из него белка. Поэтому научные исследования белковых препаратов из люпина направлены на изучение путей модификации функциональных свойств белковых препаратов. Плеханова были изучены функциональные свойства белков люпина, подвергнутых ограниченному ферментативному гидролизу с целью повышения их усвояемости и растворимости, а также определена эффективность их использования в качестве аналога соевого белка. В результате проведенных исследований научно обоснована и практически подтверждена возможность применения ферментативной модификации для регуляции функциональных свойств белков люпина и целесообразность использования кислой протеазы куриного пепсина как инициатора автолиза белков [19]. По стандартной методике были проведены исследования водоудерживающей и жироудерживающей способности образцов муки люпина до и после авто-литического процесса, проведено сравнение полученных данных с полножирной соевой мукой (табл.В ТУ приведены значения предельно допустимых норм и методов содержания и определения алкалоидов, органолептические и физико-химические показатели как продуктов переработки люпина, так и муки из люпина[69]. Микробиологические показатели, а также допустимые уровни содержания токсичных элементов, микотоксинов, антибиотиков, пестицидов и радионуклидов в изолятах, концентратах, гидролизатах и текстуратах растительных белков, в пищевом шроте и муке с различным содержанием жира из семян бобовых, масличных и нетрадиционных культур должны соответствовать Гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов [125]. При составлении технических условий на полуфабрикаты из люпина за основу приняты результаты исследований ВНИИ люпина и других отечественных и зарубежных научных учреждений. Имеющиеся сорта узколистного люпина, созданные во ВНИИ люпина, содержат в среднем от 0,04 до 0,08 % алкалоидов и вводятся в состав кормовкрупно-го рогатого скота в количестве до 20 % от зерна, добавляемого в рацион животных. 1.13 видно, что по содержанию белка дисперсия из нута приближена к коровьему молоку, а в люпиновой дисперсии его даже больше, продукты имеют достаточно высокий скор незаменимыхаминокислот и незначительные отклонения в содержании углеводов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений...................................................................................................... 5

Введение......................................................................................................................... 6 Глава 1 Обзор научной, технической и патентной информации ............................ 10

1.1 Рациональное использование источников белка на фоне его прогрессирующего дефицита в питании ......................................................................................... 10 1.2 Состав семян различных сортов люпина отечественной селекции ............... 18

1.2.1 Фракционный состав белков люпина ....................................................... 21 1.2.2 Характеристика углеводной и липидной фракций.................................. 25

1.3 Алкалоиды люпина, их физические и антибактериальные свойства. Технологические методы снижения аtrialидности............................................................... 27

1.4 Применение методов современной биотехнологии для повышения биологической ценности белков растительного происхождения.......................................... 33

1.5 Основные направления использования продуктов переработки люпина в пищевой промышленности и сельском хозяйстве......................................................... 36

1.5.1 Использование белка люпина в молочной промышленности................ 38 1.5.2 Использование люпиновой муки в макаронной и кондитерской промышленности................................................................................................................. 43 1.5.3 Использование белка люпина в мясной промышленности и сельском хозяйстве........................................................................................................................ 45 1.6 Технология белковых концентратов из растительного сырья ......................... 47

1.6.1 Перспективы использования ферментативной биоконверсии в пищевой технологии ..................................................................................................................... 51

1.6.2 Характеристика ферментов и мультиэнзимных композиций, используемых для гидролиза растительного сырья.................................................................... 54

1.6.3 Цели и задачи исследования...................................................................... 60 Глава 2 Объекты и основные методы исследований................................................. 62 2.1 Организация проведения исследования.............................................................. 62 2.2 Объекты исследования ......................................................................................... 64

3

2.3 Методы исследований .......................................................................................... 65 Глава 3 Технология получения концентрата белков люпина с использованием биоконверсии растительного сырья............................................................................ 68 3.1Отработка технологии получения белкового концентрата................................ 72 3.1.1 Систематизация экспериментальных данных и установление норм расхода сырья при получении белкового концентрата................................................... 72 3.1.2 Подбор ферментных препаратов и расчет их дозировок........................ 75 3.1.3 Исследование действия целлюлолитических ФП на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина................................................................... 78 3.1.4 Исследование действия ферментных препаратов различной субстратной специфичности на экстрагируемость небелковых соединений из муки люпина... 80 3.2 Оптимизация условий ведения процесса экстрагирования небелковых соединений с ферментным препаратом целлюлазы............................................................ 81 3.3 Исследование влияния совместного применения ферментных систем на экстрагируемость небелковых соединений из люпиновой муки .................................. 86 3.3.1 Применение многостадийной обработки суспензии гидролитическими ферментами.................................................................................................................... 88 3.3.2 Исследование углеводного состава люпиновой сыворотки.................... 90

3.4 Изучение функционально-технологических свойств препарата ..................... 93 Глава 4 Разработка технологии кисломолочного продукта, обогащенного концентратом белков люпина ................................................................................................. 94 4.1 Анализ органолептических показателей кисломолочных продуктов ............ 96 4.2 Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на обезжиренном молоке...................................................... 98 4.3 Анализ физико-химических показателей обогащенных кисломолочных продуктов, выработанных на цельном молоке............................................................... 105 Глава 5 Разработка рецептуры и технологии ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе ....................................................... 110 5.1 Изучение динамики кислотонакопления растительной основы ................... 117

4

5.2 Изучение динамики кислотонакопления молочно-растительной основы с различным соотношением белков молока и люпина................................................... 119 5.3 Влияние соотношения молочного и растительного белков в суспензии на влагоудерживающую способность сгустков.................................................................. 120 5.4 Исследование вязкостных и тиксотропных свойств ферментированных продуктов на растительной и молочно-растительной основе...................................... 122 5.5 Исследование влияния растительного компонента смеси на метаболическую активность микроорганизмов закваски..................................................................... 134 5.6 Органолептический анализ ферментированных продуктов. Подбор наполнителя................................................................................................................................ 138 5.7 Идентификация продуктов и установление их сроков годности................... 141 Глава 6 Исследование пищевой и биологической ценности продуктов............... 144 6.1 Расчет показателей биологической ценности белковой составляющей концентрата белков люпина и ферментированных продуктов ................................... 144 6.2 Характеристика жирно-кислотного состава концентрата белков люпина........... 151 6.3 Характеристика пищевой и биологической ценности продуктов, обогащенных белковым концентратом люпина....................................................................... 153 Глава 7 Технико-экономическая часть....................................................................... 155 7.1 Маркетинг............................................................................................................ 156 7.2 Организационный и производственный план.................................................. 162 7.3 Расчет показателей экономической эффективности проекта......................... 166 Выводы........................................................................................................................ 172 Заключение................................................................................................................... 175 Литература ................................................................................................................... 177 Приложение 1. Характеристика ферментных препаратов фирмы «Novozymes». 193 Приложение 2. Протокол испытаний комбинированного продукта ..................... 197 Приложение 3. Протокол испытаний аналога кисломолочного продукта............ 199 Приложение 4. Проекты Стандартов Организации (СТО)..................................... 201 Приложение 5. Технико-экономические расчеты.................................................... 241

5

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ