Разработка технологии получения белковых препаратов из растительного сырья с применением ферментативных и мембранных процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат биологических наук Шишков, Василий Александрович

• Шишков, Василий Александрович
• кандидат биологических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Шишков, Василий Александрович

Введение.

Обзор литературы.

Глава 1. Соя как сырье пищевой промышленности.

1.1. Применение изолятов и концентратов соевого белка при производстве продуктов питания.

1.2. Химический состав соевого зерна.

1.3. Химический состав соевой обезжиренной муки.

1.4. Традиционная технология получения изолятов и концентратов соевого белка.

1.5. Мембраны в пищевой промышленности.

Глава 2. Объекты и методы исследований.

2.1. Материалы, применявшиеся при проведении исследований.

2.2. Методы исследования экстрактов соевой обезжиренной муки.

2.3. Методы определения активностей ферментных препаратов.

2.4. Методы исследования свойств растворов соевого белка.

2.5. Характеристика ферментных препаратов.

2.6. Описание лабораторной ультрафильтрационной установки.

2.7. Методы математического планирования и обработки экспериментальных данных.

Экспериментальная часть.

Глава 3. Экстракция соевого белка.

3.1. Изучение процесса получения дисперсии соевой муки в воде.

3.2. Влияние параметров процесса экстракции на извлечение белков из обезжиренной соевой муки.

3.3. Влияние ферментативного гидролиза биополимеров соевой муки на степень экстракции соевого белка и разработка условий гидролиза соевой обезжиренной муки ферментными препаратами целлюлолитического действия.

3.4. Изучение процесса гидролиза соевой обезжиренной муки под действием различных концентраций фермента ксиланазного действия.

3.5. Оптимизация условий проведения гидролиза.

3.6. Инактивация фермента.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии получения белковых препаратов из растительного сырья с применением ферментативных и мембранных процессов»

Актуальность темы

Возрастающий в мире дефицит белка для обеспечения питания человека ставит проблему поиска новых и нетрадиционных источников пищевых белков. Производство высокопитательных пищевых белковых продуктов (мясных, молочных, зерновых) с добавкой протеиновых ингредиентов должно быть экономичным и эффективным. При этом необходимо повышать безотходность технологий, учитывать требования снижения энергоемкости процессов и защиты окружающей среды.

Создание промышленных технологий производства концентрированных белковых продуктов из растительного сырья является одним из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия и кормов, улучшения качества питания населения и повышения питательной и биологической ценности пищевых и кормовых продуктов. Обострение дефицитности рациона питания населения России, особенно по животным белкам обуславливает необходимость быстрого развития производства растительных белков и продуктов питания на их основе.

Растительный белок является основой жизнедеятельности человека, потребление его в оптимальном соотношении с животным белком обеспечивает нормальное развитие и функционирование человеческого организма. Создание промышленных технологий производства концентрированных белковых продуктов из растительного сырья является одним из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия.

В соответствии с межотраслевой программой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по научному обеспечению производства растительных, концентрированных пищевых и кормовых продуктов на их основе в Российской Федерации на 2004.2006г.г. «Белок», поставлена задача увеличения производства белков пищевого достоинства для улучшения питания населения на базе отечественных сырьевых ресурсов. Концепция программы ориентирована на более полное использование источников белка, разработку и внедрение современных технологий его переработки. Одним из приоритетных направлений программы является разработка технологий получения белковых и белково-углеводных композитов с заданными характеристиками и сохранением фитохимического потенциала сырья. Внедрение научно-технических разработок Программы «Белок» позволит не только увеличить ресурсы продовольствия, но и усовершенствовать структуру питания населения за счет повышения питательной и биологической ценности пищевых продуктов изготовленных с применением концентрированных белков.

В решении этой проблемы большая роль отводится использованию протеинов масличных культур, в основном изолированных протеинов. Большинство производителей белковых изолятов используют соевый белок. Преимуществами промышленной переработки сои являются наибольший выход белка с одного гектара посевов, высокое содержание белка в семенах и высокое качество получаемого продукта.

В этой связи создание эффективных и экономичных технологий производства изолята соевого белка для производства и обогащения продуктов питания является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель и задачи исследований

Целью исследований является разработка технологии получения изолята соевого белка из обезжиренной соевой муки с использованием ферментативного гидролиза и мембранных процессов для их последующего применения при производстве продуктов питания. В соответствии с целью исследований поставлены следующие задачи:

- изучение влияния технологических факторов на выход соевых белковых веществ;

- разработка условий гидролиза соевой обезжиренной муки ферментными препаратами гемицеллюлазного действия;

- разработка условий мембранной обработки раствора соевого белка с целью его концентрирования и очистки;

- выбор способа условий сушки концентрированного раствора соевого белка с целью получения сухого продукта, для использования его в производстве продуктов питания;

-разработка аппаратурно-технологической схемы получения изолятов соевого белка;

-разработка рекомендаций для промышленности по получению и применению изолятов соевого белка.

Научная новизна работы

В результате проведенных исследований, обобщения и анализа опубликованных в литературе данных были научно обоснованы оптимальные технологические режимы получения соевого белкового изолята с использованием ферментного препарата ксиланазного действия и мембранных процессов.

Установлены зависимости, характеризующие влияния ряда факторов (степени разведения, температуры и длительности экстракции) на накопление белков в растворе при экстракции соевой муки, анализ которых позволил обосновать условия экстракции для получения жидких концентратов с высоким содержанием растворенного белка.

Впервые получены данные, свидетельствующие о целесообразности применения для гидролиза соевой муки препарата ксиланазного действия способствующего гидролизу некрахмалистых полисахаридов муки и повышению выхода белков при экстракции соевой обезжиренной муки. Показано, что применение ферментативного гидролиза при экстракции соевой муки позволяет повысить выход белковых веществ на 20%.

Успешно проведено мембранное концентрирование раствора соевого белка, изучены параметры процесса, получена математическая модель изменения содержания сухих веществ, белка, углеводов, вязкости и плотности белкового раствора в зависимости от степени концентрирования. Установлены оптимальные технологические параметры концентрирования, исключающие интенсивное осадкообразование на мембране и денатурацию белка. Разработан способ эффективной очистки и повышения ценности растворов соевого белка методом диафильтрации

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в том, что на основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях разработан способ получения изолятов соевого белка с высокой степенью чистоты на основе биокатализа и мембранного концентрирования, обеспечивающий повышение экстрактивности белков и исключающий кислотную каогуляцию, снижающий количество сточных вод и количество применяемых химических реагентов.

В ходе работы показана целесообразность применения ферментного препарата ксиланазного действия и мембранного концентрирования для получения белковых изолятов из вторичного продукта переработки сои -обезжиренной соевой муки, и повышения эффективности использования соевого сырья в пищевой промышленности.

Разработан способ получения изолятов соевого белка с высокой степенью их чистоты на основе мембранноого концентрирования жидкого раствора соевого белка и последующей очистки концентрата методом диафильтрации.

Получены данные, характеризующие влияние способа и условий сушки жидкого белкового концентрата (распылительная сушка, сушка на инертных телах) на состав и свойства сухого продукта (влажность, дисперсность, органолептические свойства), анализ которых позволил обосновать выбор способа сушки. Разработаны рекомендации по получению сухих изолятов путем сушки на распылительной сушилке и инертных телах.

Разработана нормативная документация ТУ и ТИ соевый белковый продукт и технологические инструкции по получению изолята соевого белка.

В результате производственных испытаний и дегустационной оценки в условиях ЗАО «Сервис холод» показана целесообразность применения изолятов соевого белка в рецептуре мороженого. Установлено, что применение соевого изолята позволяет снизить расход функциональных добавок на 50%, сухого молока на 15% и получить продукт с хорошими физикохимическими и органолептическими показателями.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математическая зависимость процесса выхода растворимых белковых веществ в экстрагент из обезжиренной соевой муки с обоснованием технологических параметров.

2. Теоретическое и экспериментальное обоснование применения ферментативного гидролиза при экстракции белковых веществ из соевой обезжиренной муки.

3. Разработка условий проведения ферментной обработки соевой обезжиренной муки.

4. Обоснование процесса мембранного концентрирования и диафильтрационной очистки раствора соевого белка.

5. Математическая модель зависимости вязкости раствора соевого белка от температуры и концентрации.

6. Разработка условий процесса мембранного концентрирования и очистки раствора соевого белка.

7. Обоснование выбора метода сушки соевого белкового концентрата.

8. Разработка технология получения изолята соевого белка с применением биокатализа и мембранных процессов.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Шишков, Василий Александрович

6. ВЫВОДЫ

Полученные расчетные показатели дают основание полагать, что реализация проекта по организации производства изолятов соевого белка с применением мембранной УФ-установки экономически целесообразна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: По результатам дегустационной оценки представленных образцов сделали вывод о возможности частичной замены системы стабилизаторов и эмульгаторов Сгетос1ап БЕ 334 соевым белковым изолятом без ухудшения органолептических показателей мороженого. Наилучший результат достигается при замене 50% эмульгатора на изолят соевого белка.

Председатель Озерова М.А.

Секретарь Ульянова В.С.

РАСЧЕТ экономического эффекта от организации производства изолятов соевого белка с применением мембранной УФ-установки

Потребление пищевых соевых белковых продуктов в нашей стране имеет устойчивую тенденцию к росту. Анализ объемов импорта белковых продуктов в Российскую Федерацию, показывает, что за последние пять лет их суммарный ввоз удвоился и превысил 100 тыс. т.

Изоляты растительных белков в настоящее время в РФ практически не производятся, или производятся в незначительном количестве, а в основной своей массе ввозятся по ценам мирового рынка. Следовательно, оценку экономической эффективности разработки проводили, исходя из конкурентоспособности этой продукции по отношению к ценам на продукцию ведущих мировых лидеров. Сухие изоляты соевого белка, импортного производства, реализуются на российском рынке по цене от 60 до 80 руб. за килограмм, в зависимости от качества и функционального назначения продукта.

1. ПЛАНОВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Производственный план и смета затрат рассчитаны из предполагаемого объема переработки соевой муки 100 т в месяц без прогноза запасов и потерь.