Исследование биокаталитических процессов получения пищевых углеводных компонентов из нетрадиционных зерновых источников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат технических наук Комиссарова, Виктория Валерьевна

• Комиссарова, Виктория Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Комиссарова, Виктория Валерьевна

Введение.

Глава 1. Обзор научно-технической и патентной литературы.

1.1. Биокатализ как способ получения компонентов пищи.

1.1.1. Теоретические основы биокаталитических технологий.

1.1.2. Синергизм в действии ферментов.

1.1.3. Эффекторы ферментов.

1.1.4. Теоретическое обоснование направленного биокатализа.

1.2. Практические аспекты применения биокаталитических процессов в современной пищевой промышленности.

1.2.1. Амилолитические ферменты в пищевой промышленности: источники, характеристика и механизм действия.

1.3. Сахаристые ингредиенты пищи и их источники.

1.3.1. Натуральные сахаристые ингредиенты пищи: классификация, характеристика, способы получения.

1.4. Традиционная технология получения сахаристых продуктов.

1.4.1. Крахмал как важнейший субстрат для производства сахаристых продуктов.

1.4.2. Химический состав крахмал содержащего сырья.

1.4.3. Традиционная технология сахаристых продуктов.

1.5. Пищевые волокна: свойства, получение, применение.

1.5.1. Классификация и состав пищевых волокон.

1.5.2. Зерновые источники и способы получения пищевых волокон

1.5.3. Физиологические и функционально-технологические свойства растительных пищевых волокон.

1.5.4. Направления использования пищевых волокон в составе пищевых продуктов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование биокаталитических процессов получения пищевых углеводных компонентов из нетрадиционных зерновых источников»

Совершенствование традиционных пищевых технологий, а также получение новых пищевых продуктов с модифицированными свойствами является актуальной задачей, которая может быть решена с помощью биокатализа.

Сохраняющаяся тенденция оздоровления рациона питания человека ставит перед биотехнологами проблему получения натуральных продуктов и ингредиентов пищи, способных заменить те из традиционных, польза и , безопасность которых для здоровья вызывают сомнения у специалистов.

Натуральные сахаристые продукты, в частности, мальтозные, мальтозно-глюкозные и глюкозные сиропы, могут заменить традиционную сахарозу и искусственные подсластители, которые нередко оказывают негативное влияние на организм человека. Все большее распространение получают и растительные пищевые волокна, польза употребления которых является неоспоримой. Эти компоненты пищи используются в продуктах лечебно-профилактического питания, диетического, в т.ч. диабетического.

Следует также отметить, что применение указанных углеводных « компонентов в составе кондитерских, хлебобулочных изделий, напитков благодаря ряду их положительных функционально-технологических свойств позволит корректировать качественные показатели продуктов.

Практически отсутствие отечественного производства мальтозных сиропов и пищевых волокон в очищенном виде, а также высокая цена на импортные аналоги существенно ограничивают применение этих пищевых углеводных компонентов в промышленности нашей страны. В связи с этим исследования по получению сахаристых продуктов и пищевых волокон являются своевременными и необходимыми.

Усовершенствование технологии получения сахаристых продуктов имеет два основных направления: первый — использование новых ферментных препаратов, полученных путем микробиологического синтеза, в т.ч. методом генной инженерии; второй — поиск новых нетрадиционных видов сырья, в т.ч. вторичных сырьевых ресурсов - отходов пищевых производств.

Работы И.А. Рогова, Э.С. Токаева, A.A. Кочетковой, Н.П. Шелухиной, Н.П. Нечаева и других ученых свидетельствуют о высокой функционально-технологической значимости углеводов из растительного сырья в производстве продуктов питания.

Существующие промышленные способы производства описанных углеводных ингредиентов пищи имеют ряд недостатков, связанных с использованием высоких температур и химических реагентов, загрязняющих конечный продукт и негативно влияющих на экологичность производства. Применение биокатализа позволяет решить эти проблемы, проводя при этом направленную модификацию компонентов сырья и увеличивая выход целевых продуктов.

Проблеме использования микробных ферментных препаратов в различных отраслях пищевой промышленности, и в частности, в производстве пищевых добавок углеводной природы, посвящены работы таких ученых, как: М.В. Гернет, Г.А. Ермолаева, С.Е. Траубенберг, J1.B. Антипова, Н.Д. Лукин, Т.А. Ладур, Н.Г. Гулюк, Н.Р. Андреев и др.

Современные технологии получения натуральных сахаристых продуктов используют традиционное сырье - кукурузу и картофель, которые непосредственно применяются в пищевых рационах. В свете естественной ограниченности этих ресурсов особую важность приобретает рациональное использование пищевого сырья, создание мало- и безотходных технологий, а также вовлечение в производство нетрадиционных видов, вторичных сырьевых ресурсов, с/х отходов. Применение вместо дорогостоящего крахмалсодержащего сырья менее дорогих нетрадиционных растительных источников и дешевых вторичных сырьевых ресурсов делает технологию более конкурентоспособной в условиях рынка.

Работа выполнена на кафедре «Химия пищи и пищевая биотехнология» МГУПБ.

В данной работе рассмотрена возможность получения из растительного нетрадиционного сырья и вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) углеводных компонентов пищи - сахаристых продуктов (СП) и пищевых волокон (ПВ). Представленная технология получения основана на концепции и методологии направленного биокатализа, сформулированной в последнем десятилетии специалистами этой области - А.П. Синицыным, С.Д. Варфоломеевым, Г.Б. Бравовой, JI.B. Римаревой. В работе также использована параметрическая модель направленного биокатализа, разработанная в МГУПБ Н.И. Дунченко и Г.Н. Румянцевой.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Комиссарова, Виктория Валерьевна

выводы

1. В результате анализа субстратного состава зернового сырья и ВСР, а также скрининга 11 ферментных препаратов микробного происхождения по каталитической активности обоснован выбор ФП, необходимых для гидролиза углеводных и белковых компонентов в процессе получения сахаристых продуктов и пищевых волокон.

2. Установлены закономерности действия и глюкоамилаз, определены их кинетические параметры на мальтодекстринах и мальтозе. Наибольшее сродство отмечено в случае использования р-амилазы Aspergillus oryzae - Km = 0,67 мг/мл и глюкоамилазы Aspergillus niger - Km = 0,17 мг/мл.

3. Определены оптимальные параметры t, рН для действия амилаз на стандартных субстратах: для а-амилазы ТМ - 70°С; для (3-амилаз ФМ и МГ 55 и 60°С соответственно, глюкоамилазы ГЗ — 60°С.

4. Применение активаторов NaCl в концентрации 0,1% и СаСЬ— 0,005% позволяет снизить дозы используемого ферментного препарата на 10-15%.

5. Установлен эффект синергизма (Ксин =1,9) генноинженерной (3-амилазы Bacillus stearothermophilus и глюкоамилазы Aspergillus niger в процессе осахаривания крахмала и получения мальтозного сиропа из ячменного сырья.

6. Показана эффективность использования для получения СП ячменного сырья и пшеничных ВСР — зернопродукта и отрубей. Выявлены лучшие ФП: для разжижения ячменного крахмала - ПМ (доза 1,0 мг/г сырья), для осахаривания - ФМ или МГ (1,0). Для пшеничного зернопродукта соответственно по стадиям: ТМ (0,5) и МГ (1,0). Для получения сахаристых продуктов из пшеничных отрубей: AM (2,0) и ЦК (5,0) на стадии разжижения, ФМ (2,0) на стадии осахаривания.

7. Посредством математической оптимизация параметров осахаривания крахмальных суспензий пшеничного зернопродукта выход сахаристых продуктов увеличен до 98%.

8. Хроматографически подтверждена чистота полученного мальтозного сиропа из ячменя. Установлен фракционный состав сахаристых продуктов из кукурузной, ржаной муки и пшеничных ВСР, что позволит получать сиропы с заданным соотношением Сахаров - мальтозы и глюкозы.

9. Экспериментально показана возможность и целесообразность получения второго продукта — препаратов пищевых волокон из зернового крахмалсодержа-щего сырья и ВСР.

10. Разработана схема технологии комплексного получения сахаристых продуктов и пищевых волокон на основе биокатализа. Утверждены ТУ 9295055-02068640-08 «Волокна пищевые ячменные».

11. Установлена эффективность применения полученных углеводных компонентов: гидролизатов и сиропов в составе питательных сред для культивирования м/о.

12. Показана перспективность использования пищевых волокон в производстве пшеничного хлеба, в том числе для хранения в замороженном виде.