Ферментативно гидролизованный белок молочной сыворотки что это
Что такое смесь на основе гидролизата белка и как правильно ввести ее в рацион ребенка?
Любой белок может восприниматься иммунной системой как антиген (аллерген). Для того, чтобы уменьшить аллергенность белка, при производстве детских лечебных смесей его обрабатывают специальными ферментами, которые расщепляют длинную молекулу белка на короткие «кусочки». При производстве частично гидролизованного белка, в продукте остаются довольно длинные фрагменты белковых молекул, и иммунная система «узнает» их. Поэтому смеси на основе частично гидролизованного молочного белка (смеси с аббревиатурой ГА) используются только для профилактики аллергии.
А вот для лечения уже имеющейся аллергии на белки коровьего молока такие смеси не подходят. Тут нужен более глубокий гидролиз, такой, чтобы в смеси не оставалось «узнаваемых» иммунной системой фрагментов белковой молекулы. Это дает возможность иммунной системе «забыть аллерген», провести «перезагрузку» и сформировать толерантность к молочному белку. Соответственно, глубокий гидролизат предназначен уже для лечения аллергии на молочные белки.
Смесь на основе гидролизата белка в любом случае содержит не только сам гидролизат, но и все другие компоненты детской смеси – жиры, углеводы, минеральные вещества и витамины, как и обычная смесь. Поэтому она является полноценным питанием для ребенка первого года жизни в тех случаях, когда грудного молока нет или недостаточно.
Лечебную смесь должен назначить врач. Но, чтобы правильно ввести в питание ребенка смеси на основе гидролизата белка, важно знать их особенности и следовать некоторым правилам.
Первоначально сырьём для получения гидролизатов выбраны термокоагулированные сывороточные белки (ТСБ), полученные способом термокислотной коагуляции. ТСБ, известные под названием альбуминной или белковой массы, характеризуются низкими функциональными свойствами (растворимость, жироэмульгирование, пенообразование) и невысокими потребительскими свойствами (специфический альбуминный вкус и запах, крупитчатость). В то же время этот продукт является источником биологически ценного пищевого белка, не уступающего по аминокислотному скору казеину и яичному белку. В последние годы акцент исследований смещён в направлении нативных сывороточных белков, как более функциональной и технологичной формы белкового субстрата для ферментативного гидролиза.
На рис. 1 представлена хроматограмма подсырной сыворотки, являющейся сырьём для получения ТСБ и нативных сывороточных белков. ТСБ состоят из полностью денатурированных, лишеных глобулярной структуры и нерастворимых в воде белков. Белковый состав ТСБ можно косвенно оценить путем сравнения фракционного состава сыворотки до и после термокислотной коагуляции белков (рис. 1 и рис. 2).
Из рисунков видно, что после термокислотной коагуляции белков в сыворотке остаются протеозо-пептоны и низкомолекулярные азотистые соединения. Фракции иммуноглобулинов, бычьего сывороточного альбумина, β-лактоглобулина и α-лактальбумина денатурируют, теряют глобулярную структуру и хроматографически не определяются. Часть белков коагулирует и переходит в осадок. Таким образом ТСБ представлены термокоагулированными формами белковых фракций (преимущественно β-лактоглобулином и α-лактальбумином).
Способом ультрафильтрации и диафильтрации получают концентраты и изоляты нативных сывороточных белков (КСБ). На рис. 3 представлена хроматограмма КСБ-80, содержащего 80 % белков. Из рисунка видно, что нативные белки представлены в основном фракциями β-лактоглобулина и α-лактальбумина, количество иммуноглобулинов и бычьего сывороточного альбумина незначительно, по сравнению с исходной сывороткой. По-видимому, часть этих термолабильных белков денатурировала.
Рис.1 – Хроматограмма подсырной сыворотки
Ферментативно гидролизованный белок молочной сыворотки что это
Белки, содержащиеся в молочной сыворотке и концентратах сывороточных белков, обладают ценными биологическими свойствами. Наибольшее практическое значение имеют β-лактоглобулин и α-лактоальбумин, доля которых в сывороточных белках составляет 70–80 %. Аминокислотный состав этих белков наиболее близок к аминокислотному составу мышечной ткани человека, а по содержанию незаменимых аминокислот (лизина, триптофана, метионина, треонина) и аминокислот с разветвленной цепью (валина, лейцина и изолейцина) они превосходят все остальные белки животного и растительного происхождения [1].
Из литературных данных известно, что сывороточный белок β-лактоглобулин, содержащийся в коровьем молоке, обладает ярко выраженными антигенными свойствами. В целях снижения антигенных свойств молочное сырье можно подвергнуть тепловой обработке. Однако длительное нагревание уменьшает питательную ценность молока и может привести к снижению растворимости и слабой перевариваемости продукта. Наиболее эффективным способом уменьшения аллергенности белков молочной сыворотки считают проведение гидролиза, в результате которого образуются белковые гидролизаты – продукты с высоким содержанием свободных аминокислот и низкомолекулярных полипептидов [2].
Гидролиз сывороточных белков может быть осуществлен при действии химических агентов (щелочь, кислота) или ферментных препаратов. Однако наибольший интерес вызывает именно ферментативный гидролиз, позволяющий получить гидролизаты с заданными свойствами. Преимуществом ферментативного гидролиза сывороточных белков является высокая скорость при относительно мягких условиях: атмосферном давлении и температуре не выше 50 °С (как правило, 34–50 °С). Поэтому в результате ферментативного гидролиза практически не происходит разрушения аминокислот и снижения биологической ценности конечного продукта. Особенностью действия протеолитических ферментов является их специфичность по отношению к типу пептидной связи, что позволяет получать гидролизаты с различной степенью гидролиза белка [3, 4]. В зависимости от содержания аминокислот, молекулярной массы полипептидной фракции, наличия ди-, три- и олигопептидов может быть определена область наиболее эффективного использования гидролизатов. Гидролизаты сывороточных белков добавляют в кондитерскую и хлебобулочную продукцию, продукты мясного производства; они входят в состав напитков для спортсменов и заменителей женского молока благодаря высокой пищевой ценности, отсутствию горького вкуса и низким антигенным свойствам [5].
Целью данной работы являлось исследование процесса ферментативного гидролиза белков молочной сыворотки протеолитическими препаратами Protamex и Alcalase и выбор оптимальных условий для получения ферментативных гидролизатов с высоким содержанием низкомолекулярных пептидов и аминокислот.
Материалы и методы исследования
Объектом исследований являлась фракция сывороточных белков, полученная после деминерализации. Ее основные характеристики следующие: плотность – 1003 г/л, содержание сухих веществ – 8,1 %, из них белков – 7,1 г/л, углеводов – 35,9 г/л. Ультрафильтрацию проводили в лабораторной ультрафильтрационной ячейке с использованием полисульфонамидных мембран.
В качестве ферментных препаратов были использованы препараты Protamex и Alcalase. Общую протеолитическую активность ферментов определяли модифицированным методом Ансона с использованием в качестве субстрата казеината натрия. При построении калибровочного графика использовали стандартные растворы тирозина.
Концентрацию белковых веществ определяли методом Лоури. Для построения калибровочной кривой использовали стандартные растворы казеина. Содержание низкомолекулярных пептидов определяли модифицированным методом Лоури с предварительным осаждением белков и высокомолекулярных пептидов трихлоруксусной кислотой.
Содержание аминного азота в растворе определяли методом формольного титрования.
Определение молекулярной массы белка определяли методом гель-хроматографии с использованием колонки, заполненной полимерным гелем Молселект G-75 (рабочий диапазон 3000–70000 Дальтон). Для построения калибровочного графика использовали стандартные растворы белков в концентрации 1 мг/мл. В собранных фракциях определяли содержание белковых веществ по поглощению при длине волны 280 нм.
Результаты исследования и их обсуждение
«Protamex» является протеазным комплексом, продуцируемым микроорганизмами рода Bacillus. Активность ферментативного препарата составляет 400 протеолитических единиц на 1 г, «Protamex» не образует горьких пептидов на любой стадии ферментативного гидролиза.
Использование «Protamex» для гидролиза сывороточных белков в заявленном способе позволяет провести гидролитическое расщепление белков до аминокислот и других составляющих компонентов, что обеспечивает лучшую усвояемость белкового компонента молочной сыворотки, а это, в свою очередь, повышает пищевую ценность готового продукта.
При этом глубина гидролиза составляет 41–72 % от общего содержания белка. Это обеспечивает накопление в конечном продукте аминокислот, необходимых организму, в том числе незаменимых (триптофан, фенилаланин и тирозин, лизин, валин, изолейцин, треонин, метионин и цистеин), а также такой ценной аминокислоты, как таурин, что способствует приданию функциональных свойств конечному продукту.
Кроме того, использование фермента «Protamex», разрешенного для применения в пищевых производствах и пищевых системах, обеспечивает приятный вкус готовому продукту без наличия горечи в отличие от известных аналогичных продуктов и серо-бежевый или кремовый цвет.
«Alcalase» является ферментом, продуцируемым бактериями линии Bacillus. При гидролизе «Alcalase» протеиназой К наблюдается наименьшее остаточное содержание антигенных детерминант, однако при этом белки гидролизуются до высокого количества незаменимых аминокислот. Кроме того, использование фермента «Alcalase», разрешенного для применения в пищевых производствах и пищевых системах, обеспечивает приятный вкус готовому продукту без наличия горечи.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении ферментативного гидролизата сывороточных белков со сниженной потенциальной аллергенностью, что дает возможность его использования в гипоаллергенных смесях.
Результат исследования достигается тем, что в способе получения ферментативного гидролизата сывороточных белков, включающем получение белкового раствора, его пастеризацию, ферментативный гидролиз препаратами «Protamex» и «Alcalase», ультрафильтрацию полученных гидролизатов с разделением на фильтрат и концентрат, сушку. Перед внесением ферментов начальное значение рН белкового раствора устанавливают 5 % водным раствором щелочи гидроксида калия. Раствор белка получают из сухого концентрата сывороточного белка, а гидролиз ведут при температуре (40–55) °С в течение 4,0 часов, с начальным рН 7,5–8,0 ед., ультрафильтрацию гидролизата осуществляют на мембранах с пропускной способностью 10 кДа (до массовой доли сухих веществ в концентрате 20–22 %, после чего полученный концентрат пастеризуют при температуре (70–80) °С в течение 30 с и сушат на распылительной сушилке.
Экспериментально было установлено, что температура гидролиза составляет (40–55) °С. Отклонение в меньшую сторону ниже 40 °С нежелательно, т.к. приводит к увеличенному содержанию остающихся в реакционной смеси негидролизованных высокомолекулярных белковых структур, что снижает выход получаемого продукта и приводит к снижению качества, повышению потенциальной аллергенности. Отклонение в большую сторону (свыше 55 °С) также нежелательно, т.к. приводит к ускорению процесса термической инактивации ферментного препарата, что влечет за собой уменьшение выхода готового продукта. Кроме того, это приводит к перерасходу энергии на поддержание температуры в ходе процесса и последующее охлаждение готового продукта, что вызывает увеличение себестоимости продукта.
Проведение протеолиза «Protamex» и «Alcalase» при установлении начального рН 7,5–8,0 ед., которое в течение гидролиза постепенно снижается, позволяет не проводить в дальнейшем рН-статирование, что уменьшает количество солей, поступающих в продукт, и, следовательно, улучшает его качество.
Регулирование рН осуществляют 5 %-м раствором щелочи КОН (гидроксида калия). Ультрафильтрационная обработка гидролизата позволяет удалить высокомолекулярную фракцию (ВМФ) – негидролизованный сывороточный белок и жир.
Экспериментально было установлено, что ультрафильтрация неочищенного гидролизата на мембранах с размерами пор 10 кДа позволяет получить гидролизаты белков молочной сыворотки как с максимальным выходом, так и с требуемым снижением остаточной антигенности. Использование мембран с большими размерами пор приводит к недопустимому увеличению остаточной антигенности, а мембраны с меньшей пористостью снижают выход гидролизата.
Пастеризация продуктов необходима для улучшения их микробиологических показателей. Уменьшение температуры пастеризации ниже заявленного диапазона значений приводит к возрастанию риска микробной контаминации гидролизатов и продуктов на его основе при их последующем хранении.
Заявляемая совокупность признаков позволяет получить ферментативные гидролизаты сывороточных белков с повышенной биологической и пищевой ценностью, улучшенным качеством и органолептическими свойствами, сниженной потенциальной аллергенностью. Это дает возможность их использования в гипоаллергенных смесях со сниженной аллергенностью по отношению к белкам молока.
В заявляемом изобретении степень удаления нерасщепленного белка контролируется методом жидкостной хроматографии. Это позволяет получить продукты более высокого качества с меньшим содержанием нерасщепленных белков и аллергенов.
Качественные преимущества получаемых гидролизатов заключаются в следующем:
– в низкой остаточной антигенности.
Благодаря этому гидролизаты в качестве белковых компонентов могут быть использованы для получения продуктов для профилактического питания детей и взрослых, предрасположенных к пищевой аллергии и непереносимости белков коровьего молока.
– в высокой биологической ценности.
Сбалансированное содержание незаменимых аминокислот в составе гидролизатов обеспечивает их высокую биологическую ценность, то есть максимально эффективное усвоение в организме и способность использоваться для построения собственных белков организма.
Способ получения ферментативного гидролизата сывороточных белков осуществляется следующим образом.
Сухой концентрат сывороточных белков (КСБ) растворяют при постоянном перемешивании в питьевой воде с температурой (40–45) °С, охлаждают и оставляют набухать в течение 3,0–6,0 часов при перемешивании каждые 30 минут. Полученный раствор сывороточных белков пастеризуют при температуре 85 °С с выдержкой 20 с, охлаждают и подают на ферментативный гидролиз.
Ферментативный гидролиз раствора сывороточных белков ведут с использованием ферментных препаратов «Protamex» и «Alcalase» в течение 4,0 часов.
Ферменты «Protamex» и «Alcalase» в количестве 4 % от массы сухих веществ КСБ предварительно растворяют в питьевой воде с температурой (40–50) °С до образования раствора с массовой долей сухих веществ 3–6 % и при постоянном перемешивании вносят в раствор сывороточных белков. Ферментативный гидролиз ведут при температуре (40–55) °С в течение 4,0 часов.
По окончании гидролиза полученные неочищенные гидролизаты охлаждают и направляют на ультрафильтрацию.
Неочищенные гидролизаты сывороточных белков (ГСБ) разделяют на ультрафильтрационной установке с пропускной способностью мембран 10 кДа, давлении 3 атм. на концентраты, содержащие высокомолекулярную фракцию (ВМФ), и фильтраты, содержащие низкомолекулярную фракцию (НМФ).
Сушку гидролизатов осуществляют при следующих режимах:
– температура воздуха на входе в сушильную башню – (150–170) °С;
– температура воздуха на выходе из сушильной башни – (70–90) °С.
Полученные сухие гидролизаты охлаждают, фасуют и направляют на хранение.
Окончательный контроль качества полученных гидролизатов осуществляется после проведения распылительной сушки хроматографическим и иммунохимическим методами. Аналитические определения проводят согласно стандартным методикам.
Следующие примеры иллюстрируют способ получения ферментативного гидролизата сывороточных белков.
Согласно гель-хроматографии, фракция главных сывороточных белков содержит белки с молекулярными массами 65–70 кДа (8,3 %), 35–40 кДа (58,5 %) и 14–18 кДа (33,2 %), что соответствует бычьему сывороточному альбумину, димеру β-лактоглобулина и α-лактоальбумину.
С целью получения очищенных ферментативных гидролизатов первоначально проводили концентрирование сывороточных белков методом ультрафильтрации и отмывку от низкомолекулярных веществ методом диафильтрации. Для данного процесса были использованы мембраны УПМ-5, УПМ-10, УПМ-20, УПМ-50. Для количественной характеристики процесса ультрафильтрации и выбора оптимальной мембраны рассчитывали значения производительности G и интегральной селективности φ для каждой использованной мембраны. При увеличении кратности концентрирования резко падает производительность всех мембран и происходит замедление процесса, поэтому ограничились проведением 5-кратного концентрирования. В результате данного процесса получили концентрат сывороточных белков и пермеат, обогащенный низкомолекулярными компонентами исследуемой фракции (табл. 1).
Сравнительная характеристика эффективности использования мембранных элементов
Содержание белковых веществ, г/л
Молекулярно-массовое распределение белковых веществ в пермеате, %
Ферментативно гидролизованный белок молочной сыворотки что это
Белки, содержащиеся в молочной сыворотке и концентратах сывороточных белков, обладают ценными биологическими свойствами. Наибольшее практическое значение имеют β-лактоглобулин и α-лактоальбумин, доля которых в сывороточных белках составляет 70-80 %. Аминокислотный состав этих белков наиболее близок к аминокислотному составу мышечной ткани человека, а по содержанию незаменимых аминокислот (лизина, триптофана, метионина, треонина) и аминокислот с разветвленной цепью (валина, лейцина и изолейцина) они превосходят все остальные белки животного и растительного происхождения [4].
Гидролиз сывороточных белков может быть осуществлен при действии химических агентов (щелочь, кислота) или ферментных препаратов. Однако наибольший интерес вызывает именно ферментативный гидролиз, позволяющий получить гидролизаты с заданными свойствами. Преимуществом ферментативного гидролиза сывороточных белков является высокая скорость при относительно мягких условиях: атмосферном давлении и температуре не выше 70 °С (как правило, 37-50 °С). Поэтому в результате ферментативного гидролиза практически не происходит разрушения аминокислот и снижения биологической ценности конечного продукта. Особенностью действия протеолитических ферментов является их специфичность по отношению к типу пептидной связи, что позволяет получать гидролизаты с различной степенью гидролиза белка [1, 2]. В зависимости от содержания аминокислот, молекулярной массы полипептидной фракции, наличия ди-, три- и олигопептидов может быть определена область наиболее эффективного использования гидролизатов. Гидролизаты сывороточных белков добавляют в кондитерскую и хлебобулочную продукцию, продукты мясного производства; они входят в состав напитков для спортсменов и заменителей женского молока благодаря высокой пищевой ценности, отсутствию горького вкуса и низким антигенным свойствам [5].
Целью данной работы являлось исследование процесса ферментативного гидролиза белков молочной сыворотки различными протеолитическими препаратами и выбор оптимальных условий для получения ферментативных гидролизатов с высоким содержанием низкомолекулярных пептидов и аминокислот.
Материалы и методы исследования
В качестве ферментных препаратов были использованы трипсин (4040 ± 120 ед/г), химотрипсин (4960 ± 150 ед/г), химопсин (5250 ± 160 ед/г) производства «Самсон-Мед» (Россия) и панкреатин медицинский (5310 ± 160 ед/г) производства Panreac (Италия). Общую протеолитическую активность ферментов определяли модифицированным методом Ансона с использованием в качестве субстрата казеината натрия. При построении калибровочного графика использовали стандартные растворы тирозина.
Концентрацию белковых веществ определяли методом Лоури. Для построения калибровочной кривой использовали стандартные растворы казеина. Содержание низкомолекулярных пептидов определяли модифицированным методом Лоури с предварительным осаждением белков и высокомолекулярных пептидов трихлоруксусной кислотой.
Содержание аминного азота в растворе определяли методом формольного титрования.
Определение молекулярной массы белка определяли методом гель-хроматографии с использованием колонки, заполненной полимерным гелем Молселект G-75 (рабочий диапазон 3000-70000 Дальтон). Для построения калибровочного графика использовали стандартные растворы белков в концентрации 1 мг/мл. В собранных фракциях определяли содержание белковых веществ по поглощению при длине волны 280 нм.
Результаты исследования и их обсуждение
Согласно гель-хроматографии фракция главных сывороточных белков содержит белки с молекулярными массами 65-70 кДа (7,2 %), 35-40 кДа (59,7 %) и 14-18 кДа (33,1 %), что соответствует бычьему сывороточному альбумину, димеру β-лактоглобулина и α-лактоальбумину.
С целью получения очищенных ферментативных гидролизатов первоначально проводили концентрирование сывороточных белков методом ультрафильтрации и отмывку от низкомолекулярных веществ методом диафильтрации. Для данного процесса были использованы мембраны УПМ-10, УПМ-20, УПМ-50, УПМ-100. Для количественной характеристики процесса ультрафильтрации и выбора оптимальной мембраны рассчитывали значения производительности G и интегральной селективности φ для каждой использованной мембраны. При увеличении кратности концентрирования резко падает производительность всех мембран и происходит замедление процесса, поэтому ограничились проведением 5-кратного концентрирования. В результате данного процесса получили концентрат сывороточных белков и пермеат, обогащенный низкомолекулярными компонентами исследуемой фракции (табл. 1).
Таблица 1
Сравнительная характеристика эффективности использования мембранных элементов
4 Ферментативный гидролиз белков молочной сыворотки
4.1 Ферментативный гидролиз белков молочной сыворотки
При гидролизе сывороточных белков протеолитическими ферментами получают гидролизаты сывороточных белков. Гидролиз белков молочной сыворотки до пептидов и аминокислот осуществляют для повышения биологической ценности вырабатываемых продуктов или из-за требований технологического процесса, например при изготовлении напитков из сыворотки. При этом кроме повышения их питательной и биологической ценности (обогащение аминокислотами) улучшается качество (прозрачность и отсутствие осадка) готовых продуктов. Кроме того, потребление продуктов с расщепленными сывороточными белками рекомендуется людям, страдающих некоторыми заболеваниями ЖКТ и аллергией (у некоторых людей бывает аллергия к бета-лактоглобулину).
Источниками протеолитических ферментов могут быть растения, животные и микроорганизмы.
Протеолитические ферменты животного происхождения – пепсин, ренин, панкреатин и др., выделяемые из желудочно-кишечного тракта убойных сельскохозяйственных животных.
Большинство микроорганизмов обладает протеолитической активностью. В нашей стране наиболее известный микробный протеолитический фермент, выпускаемый в промышленных масштабах – протосубтилин. Ферменты из различных микроорганизмов обладают не только разной протелитической активностью, но и образуют разные продукты гидролиза. Глубокий протеолиз может сопровождаться образованием нежелательных, часто дурно пахнущих и ядовитых веществ. При использовании таких ферментов необходимо применять специальные технические приемы, препятствующие образованию этих веществ. для улучшения органолептических показателей необходимо добавление вкусовых и ароматических веществ, маскирующих неприятные тона во вкусе.
Наиболее целесообразно использовать ферменты специфически расщепляющих сывороточные белки без образования нежелательных продуктов гидролиза. Это ферменты, продуцируемые молочнокислыми микроорганизмами. Способность к протеолизу является одним из биохимических свойств молочнокислых бактерий. Поскольку растворы, содержащие сывороточные белки, являются природным субстратом протеолитических ферментов молочнокислых бактерий, протеолиз проходит специфически мягко.
По эффективности гидролиза белков молочной сыворотки протео-литические ферменты можно расположить в следующий ряд (% гидролиза):
Рекомендуемые файлы
В гидролизованной протеолитическими ферментами молочной сыворотке содержится весь набор аминокислот, заметно увеличивается их содержание в сравнении с исходной сывороткой, особенно лейцина и глутаминовой кислоты. Появляются оксиаминокислоты (серии и треонин), двухосновные (гистидин, аргинин), а также ароматические и серосодержащие аминокислоты.
Из молочной сыворотки после гидролиза белков можно готовить сгущенные и сухие обогащенные концентраты. В последние годы разработаны эффективные способы гидролиза концентратов сывороточных белков, выделенных из молочной сыворотки тепловой денатурацией и ультрафильтрацией. За рубежом на этой основе готовят сухой быстрорастворимый продукт с фирменным названием «Сан-Бол».
В производстве молочного сахара гидролиз белков позволяет улучшить его качество и стабилизировать технологический процесс.
На основе ферментации молочной сыворотки можно приготовить белковые гидролизаты для микробиологических исследований.
4.2 Синтез белковых вещества дрожжами
Наиболее приемлемым продуцентом биологического синтеза азотистых веществ в молочной сыворотке являются дрожжи, обладающие способностью использовать для питания лактозу. В среднем абсолютно сухие дрожжи (АСД) содержат 45 – 55 % азотистых веществ, 2 – 5 % жира, 25 – 35 % углеводов, 6 – 8 % золы. Азотистые вещества дрожжей биологически полноценны, так как представлены белками (70 %), аминокислотами и нуклеотидами (15 %), пуриновыми (8 – 10 %) и пиримидиновыми (4 %) основаниями.
Кроме дрожжей, микробный белок на молочной сыворотке синтезируют плесени. При этом сыворотку целесообразно обогащать солями марганца или цинка и вносить азотсодержащие соединения, например мочевину. Культивирование плесени можно улучшить, введя в сыворотку бактерии Е. coli, Lbm. helveticum и др.
Целенаправленные исследования по микробному синтезу на молочной сыворотке с использованием дрожжей проводятся школой проф. М.В. Залашко (Беларусь). Ими была доказана высокая эффективность синтеза белка на основе лактозы дрожжами. При оптимальных условиях культивирования некоторые штаммы дрожжей дают более 40 г биомассы из 1 л сыворотки.
При культивировании дрожжей в молочной сыворотке, она обогащается не только белком, но и витаминами группы В, провитамином D, микроэлементами и рядом других биологически активных веществ.
Эффективность выращивания дрожжей выше на стерильной сыворотке, чем на нестерильной, что объясняется развитием «диких» дрожжей, наличием посторонней микрофлоры и дрожжей, сбраживающих лактозу в нестирильной среде. Лучшие результаты дают дрожжи Т. Candida ФК, которые и рекомендованы для использования.
Выход биомассы дрожжей зависит больше от предварительной подготовки сыворотки, чем от ее вида. Подсырная или творожная сыворотка, очищенная от белков, является более полноценной средой для культивирования дрожжей, чем неочищенная. Это объясняется тем, что дрожжи не обладают протеолитической активностью, не могут ассимилировать белки, которые в данном случае являются балластом. К тому же с технологической точки зрения белки затрудняют процесс, загрязняют трубопроводы и емкости.
Для дрожжевания применяют свежую творожную или подсырную сыворотку. Для лучших условий дрожжевания из нее удаляют белки, нагревая до 92 – 95 °С. Процесс ферментации осуществляют в аппаратах, снабженных мешалкой и барботером, при постоянном поступлении воздуха до полного использования лактозы. По окончании процесса молочная сыворотка содержит до 2,3 % белка. Далее ее подвергают температурной обработке для инактивации живых клеток, сгущают до содержания сухих веществ 44 – 46 % и используют при производстве био-ЗЦМ.
Для очистки подсырной сыворотки перед дрожжеванием используют тепловаую денатурацию при 90 – 93 о С в сочетании с кислотной коагуляцией. В качестве реагента рекомендована соляная или молочная кислота. При очистке творожной сыворотки ее после нагревания целесообразно раскислить водным раствором аммиака. Оптимальная температура культивирования находится в пределах 26 – 28 °С.
Количество посевного материала обусловливает продолжительность процесса ферментации. Однако увеличение его свыше 25 % по отношению к объему сыворотки влияет на процесс массообмена и снижает прирост биомассы, хотя лактоза используется полностью.
Для интенсификации процесса накопления биомассы и получения высококачественного протеина в сыворотку рекомендуется вводить минеральные вещества: хлористый магний, двузамещенный сернокислый аммоний и мочевину.
При оптимальных условиях выращивания дрожжи Т. Candida ФК дают более 40 г биомассы из 1 л сыворотки. Дрожжеванная сыворотка по составу приближалась к обезжиренному молоку, а по содержанию белка значительно превосходила исходную творожную сыворотку. Блок-схема получения дрожжеванной сыворотки представлена на рисунке 4.1.
4.3 Ферментативный гидролиз лактозы молочной сыворотки
Ферментативный гидролиз лактозы в молочной сыворотке проводят ферментом лактоза (бета-галактозидаза), полученным на основе микробного синтеза из дрожжей и плесневых грибов. В результате гидролиза плохо растворимый и несладкий молочный сахар (лактоза) превращается в более сладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), что позволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовых продуктов.
В молочной промышленности для гидролиза лактозы в молочной сыворотке рекомендуется применение дрожжевой и грибной β-галактозидазы, а также препарата лактофрагелина Гх, получаемого на основе высушенной биомассы дрожжей Saccharomeces fragilis.
Каждый микроорганизм имеет свой оптимум действия – активную кислотность и температуру. Бактериальные и дрожжевые препараты проявляют максимальную активность при рН 6,2 – 7,2, а грибные – при рН 3,5 – 5,0. Кроме того, грибные β-галактозидазы имеют, как правило, более высокий температурный оптимум действия. Исходя из этого, дрожжевые и бактериальные препараты целесообразно использовать для гидролиза лактозы в подсырной сыворотке, а грибные – в творожной сыворотке.
При использовании дрожжевых и бактериальных препаратов оптимальные технологические параметры для обеспечения гидролиза лактозы: температура 35 о С, время гидролиза 4,52 ч, количество препарата из расчета 4 ед. на 1 г лактозы и активная кислотность среды 6,7. Грибные β-галактозидазы имеют более высокий температурный оптимум действия (40 – 60 о С). В результате гидролиза в моносахара превращается до 50— 70% лактозы, увеличиваются сладость и усвояемость готового продукта.
Во многих странах пользуются популярностью кисломолочные продукты и напитки, вырабатываемые из молока с гидролизованной лактозой. Проводятся исследования по производству сыра из гидролизованного молока. Сыр по сравнению с контрольными образцами отличается более высокими вкусовыми качествами и ускоренным процессом созревания.
В гидролизованной молочной сыворотке увеличивается примерно в два раза содержание летучих жирных кислот, накапливаются ароматические соединения. Следует отметить, что натуральная молочная сыворотка содержит значительное количество ароматических соединений. Технологическая обработка и гидролиз увеличивают их количество, что благоприятно отражается на возможности ее использования в хлебопечении, производстве безалкогольных напитков и других пищевых продуктов.
Гидролизованная молочная сыворотка и ее концентраты (глюкозо-галактозные сиропы) могут быть широко использованы в пищевой промышленности в качестве наполнителей и обогатителей продуктов питания, а также в сельском хозяйстве для обогащения кормов.