Получение дрожжевого белка

С технологической точки зрения наилучшими продуцентами кормового и пищевого белка являются дроожжи. Их преимущество заключается прежде всего в «технологичности»: дрожжи легко выращивать в условиях производства. Клетки дрожжей крупнее, чем бактерий, и легче отделяются от жидкости при центрифугировании. Они характеризуются высокой скоростью роста, устойчивостью к посторонней микрофлоре, способны усваивать любые источники питания, легко отделяются, не загрязняют воздух спорами. Клетки дрожжей содержат до 25 % сухих веществ. Наиболее ценный компонент дрожжевой биомассы – белок, который по составу аминокислот превосходит белок зерна злаковых культур и лишь немного уступает белкам молока и рыбной муки. Биологическая ценность дрожжевого белка определяется наличием значительного количества незаменимых аминокислот. По содержанию витаминов дрожжи превосходят все белковые корма, в том числе и рыбную муку. Кроме того, дрожжевые клетки содержат микроэлементы и значительное количество жира, в котором преобладают ненасыщенные жирные кислоты. При скармливании кормовых дрожжей коровам повышаются удои и содержание жира в молоке, а у пушных зверей улучшается качество меха.

Культивирование дрожжевой биомассы на углеводном сырье. Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок – отходы целлюлозно-бумажной промышленности.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов-продуцентов получили распространение виды дрожжей C. utilis, C. scottii и C. tropicalis , способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2 – 4,6. Оптимальная температура от 30 до 40 о С.Кормовые дрожжи, полученные при культивировании на гидролизатах растительного сырья и сульфитных щелоках, имеют следующий состав (%): белок 43 – 58; липиды 2,3 – 3,0; углеводы 11 – 23; зола – до 11.Культивирование дрожжевой биомассы на низших спиртах. Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата – высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технологической схемы стадии очистки. Однако, необходимо учитывать при проведении процесса и такие особенности метанола, как горючесть и возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом.В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candid boidinii, Hansenula polymorpha и Piehia pastoris , оптимальные условия для которых (Т 34 – 37 о C, рН 4,2 – 4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12 – 0,16 ч. На стадии выделения для всех видов продуцентов предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах.Культивирование на этаноле. Кроме метанола, в качестве высококачественного сырья используют этанол, который имеет малую токсичность, хорошую растворимость в воде, небольшое количество примесей.В качестве микроорганизмов – продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи Candida utilis, Sacharomyces lambica, Hansenula anomala .Кормовые дрожжи, полученные на спиртах, имеют следующий процентный состав: сырой протеин 56 – 62; липиды 5 – 6; зола 7 – 11.

Культивирование дрожжевой биомассы на углеводородном сырье. Дрожжевые клетки в качестве источника углерода для роста способны использовать неразветвленные углеводороды с числом от 10 до 30 углеродных атомов в молекуле. В основном они представлены жидкими фракциями углеводородов нефти с температурой кипения 200 – 320 °С (нормальные парафины и дистилляты нефти, природный газ, спирты, растительные гидролизаты и отходы промышленных предприятий).

При выращивании дрожжей на парафинах нефти в приготовленную из них питательную среду добавляют макро- и микроэлементы, необходимые витамины и аминокислоты. Выход биомассы может достигать при их использовании до 100 % от массы субстрата. Качество продукта зависит от степени чистоты парафинов. Дрожжи, выращенные на недостаточно очищенных парафинах, содержат неметаболизированные компоненты. При использовании парафинов достаточной степени очистки, полученная дрожжевая масса может успешно применяться в качестве дополнительного источника белка в рационах животных.

Высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 50 – 60 % белковых веществ, для кормления сельскохозяйственных животных.

Оптимальная норма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 -10 % от сухого вещества.

Наряду с технологией использования дрожжевых белков в качестве кормовой добавки в рационы сельскохозяйственных животных разработаны технологии получения из них пищевых белков. В некоторых странах пивные и пищевые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae, Candida arborea, C. utilis) широко используют в качестве белковых добавок к различным пищевым продуктам. Так, разработана рецептура приготовления сосисок из мяса индейки с добавлением 25 % белка. В результате ферментации дрожжевыми клетками глюкозы, получаемой из кукурузного крахмала, синтезирован белковый продукт мукопротеин, используемый при производстве колбас в качестве замены основного сырья (Великобритания).

Получение автолизата дрожжей. Ценные компоненты биомассы дрожжей – аминокислоты белков, витамины, и др. – могут бытьиспользованы для приготовления натуральных и полусинтетических сред, применяемых как в лабораториях, так и для нужд промышленного микробиологического синтеза. Однако большинство ценных компонентов клетки находится в виде различных белковых комплексов, поэтому добавление к среде нативных дрожжей не дает эффекта.

Гидролиз белков можно провести ферментативно или используя кислоты и щелочи. При щелочном гидролизе белков возможно разрушение некоторых аминокислот или их изомеризация в. D-формы, которые в биологических системах используются не полностью. Надо отметить, что в щелочной среде инактивируются некоторые витамины. При кислотном гидролизе белков разрушаются незаменимая аминокислота – триптофан и некоторые витамины группы В. Гидролиз белков можно осуществить, используя препараты протеолитических ферментов. Кроме того, в самих клетках дрожжей есть активные протеолитические ферменты, которые при определенных условиях в среде могут разрушать клеточные белки (автолиз).

Для приготовления дрожжевого автолизата сначала получают дрожжевую пасту влажностью 65 – 76 %. В реакторе из дрожжевой пасты и воды (50 °С) в соотношении 1:1 готовят суспензию, которую выдерживают 1 – 2 сут при температуре 45 °С. В это время идет автолиз клеток. Активировать процесс автолиза можно добавлением фосфатов или добавляя к суспензии дрожжей в воде 2,5 % хлорида натрия (на сухую массу дрожжей).

Полученную жидкую массу подкисляют, добавляя на каждые 100 л автолизата 0,25 л концентрированной серной кислоты, которую предварительно разбавляют в 4 раза. После этого автолизат кипятят 15 – 20 мин. После охлаждения он готов к употреблению.

После автолиза 10 – 12 % (по сухой массе) суспензии дрожжей в течение 24 ч при 45 °С в жидкой фракции автолизата содержится до 5 % сухих веществ. Из общего количества азота фильтрата 50% приходится на аминный азот аминокислот тирозина, триптофана, метионина, цистеина, аргинина, гистидина и др. Кроме того, в фильтрат переходят витамины группы В.

Выпаривая в вакууме и затем лиофилизируя или высушивая в распылительной сушилке жидкий дрожжевой автолизат, можно получить сухой препарат, который удобно хранить. Особо обработанный автолизат можно использовать в медицине при парентеральном питании как источник аминокислот и витаминов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

белок пищевой биотехнология

В настоящей курсовой работе применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Асептика - комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания в среду или на объект посторонних микроорганизмов.

Брожение - биологический процесс расщепления сложных органических веществ. В зависимости от вида микроорганизмов, участвующих в процессе различают молочно-кислое, уксуснокислое, пропионово-кислое, спиртовое и иное брожение.

Биотехнология - комплекс естественных или искусственно созданных технологических приемов для создания биологических систем или использования в промышленных научных целях.

Мембрана - высокопористая или беспористая плоская или трубчатая перегородка, оформленная из полимерных или неорганических материалов и способная эффективно разделять частицы. Мембрана имеет большое количество пор (до 10 10 -10 11 на 1 м 2), диаметр которых не превышает 0,5 мкм.

Микрофильтрация - использование мембран с диаметром пор от 0,1 до 10 мкм для отделения мелких частиц твердой фазы, в том числе

Осаждение - процесс расслоения дисперсных систем под действием силы тяжести.

Стабилизаторы - вещества, добавляемые в кровь, сыворотку, вакцину и т.д. для сохранения их свойств.

Стерилизация - уничтожение микробов с помощью высокой температуры или химических свойств.

Термическая стерилизация - использование водяного пара под различным давлением и температурой.

Термолабильность - отсутствие у материала термостойкости и термостабильности.

Термостабильность - способность материала длительное время выдерживать нагревание при определенной температуре без изменения свойств продукта (без его разложения).

Термостойкость - способность материала противостоять нагреву до температуры, при которой происходит необратимое изменение его качества (разрушение физической или химической структуры).

Ультрафильтрация - разделение клеток и молекул с использованием мембран с диаметром пор от 0,001 до 0,1 мкм.

Упаривание - процесс концентрирования жидких растворов путем частичного удаления растворителя испарением при нагревании жидкости.

Химическая стерилизация - обработка элементов оборудования химическими веществами (формальдегид, перекись водорода, кислоты, спирты и т.д.)

Экстракция - процесс разделения смеси твердых и жидких веществ с помощью избирательных растворителей (экстрагентов).

ВВЕЕДЕНИЕ

Как известно, взрослому человеку при умеренной физической нагрузке ежедневно с пищей необходимо получать около 12,5 кДж (3000 калорий). Эту потребность в энергии могут покрыть 75 г. сахара. Но пища обеспечивает нас не только калориями. Организму нужен материал для роста и регенерации устаревших клеток и тканей, поэтому пища должна содержать белки, жиры, углеводы, витамины. Тот факт, что люди в основном ориентировались на потребление продуктов земледелия, скотоводства и рыболовства, объясняется тем, что в этих областях пищевого производства в свое время удалось достичь высокой производительности труда. По самым скромным подсчетам в масштабах планеты дефицит пищевого белка оценивается в 15-25 млн.т. в год, что связано с нехваткой и неполноценностью продуктов питания. Основным путем снижения и ликвидации этого дефицита является производство белков с помощью микробного синтеза, имеющие следующие преимущества: 1) микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления биомассы (500 кг дрожжей за сутки дают 80т. белка, тогда как для быка того же веса за тот же период прирост белка составляет 400-500 гр.); 2) микробные клетки способны накапливать очень большое количество белка (дрожжи - до 60%, бактерии - до 75% по массе); 3) процесс микробного синтеза менее трудоемок и экономически выгоден по сравнению с химическим синтезом белков. Все эти преимущества и предопределили быстрое развитие технологии получения микробного белка, которая являетсясамой крупнотоннажной отраслью биотехнологии.

Целью данной курсовой работы является изучение методов получения пищевого белка.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1)Изучение характеристики пищевого белка;

2) Описание функциональных свойств пищевого белка;

3) Исследование методов производствапищевого белка

4) Представление технологической схемы производства пищевого белка на примере.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

белок пищевой биотехнология

1.1 Общая характеристика пищевого белка

Белок - важнейший жизненно необходимый компонент питания, выполняет в пищевых продуктах две основные функции. Способность белка выполнять пищевую или питательную функцию характеризуют его биологической ценностью. Вторая функция - структурная. Она обеспечивает необходимую структуру, а также комплекс реологических и других физико-химических свойств перерабатываемых пищевых систем и готовых пищевых продуктов. Тем самым задаются консистенция, технологические и другие качества пищевых продуктов. Способность белка выполнять структурные функции, обеспечивая желаемые потребительские качества пищевого продукта, характеризуется широким комплексом физико-химических характеристик, объединяемых термином «функциональные свойства белка». Выполняя пищевую функцию, белок обеспечивает адекватность пищевого продукта физиологическим потребностям организма, в то время как выполнение им структурных функций призвано обеспечить потребительские качества пищевого продукта, его адекватность социально-культурным потребностям людей. Существенно, что реальный спрос на пищевые продукты обусловлен прежде всего экономическими и социальнокультурными факторами, поэтому он в большой мере определяется стоимостью и потребительскими (товароведными) характеристиками пищевого продукта, а не его биологической или пищевой ценностью, о которой потребитель обычно мало осведомлен. Потребительские характеристики продукта обеспечивают его покупку и потребление, что означает реализацию биологической ценности этого продукта. Отсюда первостепенное значение имеют структурные функции белка, обеспечивающие потребительские качества пищевого продукта и определяющие возможность реализации пищевой функции белка.

Биологическая ценность белка, не потребленного человеком, равна нулю. Она возрастает приблизительно до 10 % от максимально реализуемой в случае скармливания животному белка из новых нетрадиционных источников в соответствии с эффективностью конверсии белка кормов в белки мяса. Биологическая ценность нетрадиционного или недостаточно утилизируемого белка может быть наиболее полно реализована при его переработке в пищевые продукты. Следовательно, наиболее рационально применение пищевого белка для питания при его переработке в пищевые продукты, недорогие и привлекательные для потребителя. Отсюда вытекают ведущее значение структурной функции белка и проблемы получения белка с необходимыми функциональными свойствами, обеспечивающими как экономичность его переработки в пищевые продукты, так и их потребительские свойствНаряду с функциональными свойствами и биологической ценностью пищевого белка важным критерием его качества является стоимость. Она определяет возможность получения на основе белка достаточно недорогих пищевых продуктов массового потребления. Помимо стоимости пищевого белка существенное значение имеет и стоимость его переработки в пищу, т. е. придание ему необходимых потребительских качеств. Стоимость же переработки белка в значительной мере зависит от его функциональных свойств, которые, в свою очередь, влияют на выбор технологии переработки белка. В большинстве случаев возрастание степени очистки белка при его выделении ведет к повышению его функциональных свойств, стоимости, а зачастую и к снижению биологической ценности. При этом повышение стоимости белка и снижение его биологической ценности компенсируются тем, что улучшенные функциональные свойства позволяют перерабатывать этот белок с меньшими затратами в более широкий ассортимент пищевых продуктов различного состава и пищевой ценности, в том числе в наиболее дорогостоящие комбинированные мясные и молочные изделия и их аналоги. Кроме того, белки с более высокой степенью очистки обычно легче и дольше сохраняются, отличаются более высокой стандартностью, что способствует снижению стоимости их переработки в пищу. Следовательно, среди ряда показателей качества белка превалирующее значение принадлежит функциональным свойствам. При этом во всех случаях сохраняется значение биологической ценности и стоимости белка.

1.2 История исследования

Белок попал в число объектовхимических исследований 250 лет тому назад. В 1728 году итальянский ученый Якопо Бартоломео Беккари получил из пшеничной муки первый препарат белкового вещества - клейковины. Он подверг клейковину сухой перегонке и убедился, что продукты такой перегонки были щелочными. Это было первое доказательство единства природы веществ растительного и животного царств. Он опубликовал результаты своей работы в 1745 году, и это была первая статья о белке.

В XVIII - начале XIX веков неоднократно описывали белковые вещества растительного и животного происхождения. Особенностью таких описаний было сближение этих веществ и сопоставление их с веществами неорганическими.

Важно отметить, что в это время, еще до появления элементного анализа, сложилось представление о том, что белки из различных источников - это группа близких по общим свойствам индивидуальных веществ.

В 1810 году Жозеф Гей-Люссакк и Луи Тенар впервые определили элементный состав белковых веществ. В 1833 году Ж. Гей-Люссак доказал, что в белках обязательно присутствует азот, а вскоре было показано, что содержание азота в различных белках приблизительно одинаково. В это же время английский химик Джон Дальтон попытался изобразить первые формулы белковых веществ. Он представлял их довольно просто устроенными веществами, но чтобы подчеркнуть их индивидуальное различие при одинаковом составе, он прибег к изображению молекул, которые бы сейчас назвали изомерными. Однако понятия изомерии во времена Дальтона еще не было..

Одной из самых распространенных теорий доструктурной органической химии была теория радикалов - неизменных компонентов родственных веществ. В 1836 году голландец Г. Мульдер высказал предположение о том, что все белки содержат один и тот же радикал, который он назвал протеином (от греческого слова "первенствую", "занимаю первое место").

В середине XIX века были разработаны многочисленные методы экстракции белков, очистки и выделения их в растворах нейтральных солей. В 1847 году К. Рейхерт открыл способность белков образовывать кристаллы. В 1836 году Т. Шванн открыл пепсин - фермент, расщепляющий белки. В 1856 году Л. Корвизар открыл еще один подобный фермент - трипсин. Изучая действие этих ферментов на белки, биохимики пытались разгадать тайну пищеварения. Однако наибольшее внимание привлекли вещества, получающиеся в результате действия на белки протеолитических ферментов (протеаз, к ним относятся вышеприведенные ферменты): одни из них были фрагментами исходных молекул белка (их назвали пептонами), другие же не подвергались дальнейшему расщеплению протеазами и относились к известному еще с начала века классу соединений - аминокислот (первое аминокислотное производное - амид аспарагин был открыт в 1806 году, а первая аминокислота - цистин в 1810). Аминокислоты в составе белков впервые обнаружил в 1820 году французский химик Анри Браконно. Он применил кислотный гидролиз белка и в гидролизате обнаружил сладковатое вещество, названное им глицином. В 1839 году было доказано существование в составе белков лейцина, а в 1849 году Ф. Бопп выделил из белка еще одну аминокислоту - тирозин.

К концу 80-х гг. XIX века из белковых гидролизатов было выделено уже 19 аминокислот и стало медленно укрепляться мнение, что сведения о продуктах гидролиза белков несут важную информацию о строении белковой молекулы. Тем не менее, аминокислоты считались обязательным, но неглавным компонентом белка.

Немецким химиком Э.Фишер была разработана пептидная теория, получившая общее признание во всем мире.

Немаловажно, что Фишер построил план исследования, резко отличающийся от того, что предпринималось раньше, однако учитывающий все известные на тот момент факты. Прежде всего он принял, как наиболее вероятную гипотезу о том, что белки построены из аминокислот, соединенных амидной связью:

Рис.2 - Амидная связь по представлению Фишера

Такой тип связи Фишер назвал (по аналогии с пептонами) пептидной. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Доказывая пептидный тип соединения аминокислотных остатков. Э. Фишер исходил из следующих наблюдений. Во-первых, и при гидролизе белков, и при их ферментативном разложении образовывались различные аминокислоты. Другие соединения было чрезвычайно трудно описать а еще труднее получить. Кроме того Фишеру было известно, что у белков не наблюдается преобладания ни кислотных, ни основных свойств, значит, рассуждал он, амино- и карбоксильные группы в составе аминокислот в белковых молекулах замыкаются и как бы маскируют друг друга (амфотерность белков, как сказали бы сейчас).

Решение проблемы строения белка Фишер разделил, сведя ее к следующим положениям :

1) Качественное и количественное определение продуктов полного гидролиза белков.

2) Установление строения этих конечных продуктов.

3) Синтез полимеров аминокислот с соединениями амидного (пептидного) типа.

4) Сравнение полученных таким образом соединений с природными белками.

В дальнейшем пептидная теория Фишера была многочисленно пересмотренаи дополнена.

1.3 Функционыльные свойства белка

Понятие о функциональных свойствах белка впервые ввели Серкл и Джонсон в 1962 г. Под функциональными свойствами белка понимают физико-химические характеристики, определяющие его поведение при переработке в пищевые продукты, а также обеспечивающие желаемые структуру, технологические и потребительские свойства готовых пищевых продуктов. Эта область научных исследований имеет центральное, ключевое значение для развития технологии переработки белка в новые формы пищи. К наиболее важным функциональным свойствам белка относят растворимость и набухание, способность стабилизировать дисперсные системы (пены, эмульсии и суспензии), образовывать гели, адгезионные и реологические свойства белковых систем, прядомость растворов белка и др. Высокими функциональными свойствами характеризуются белки, хорошо растворимые в водных средах, способные образовывать высококонцентрированные растворы, суспензии и гели, а также эффективно стабилизирующие эмульсии и пены. Существенно, чтобы эти свойства могли проявляться при pH, температуре и составе систем, характерных для процессов переработки и выделения белка, а также для готовых пищевых продуктов. Белки с низкими функциональными свойствами слаборастворимы, нерастворимы и не набухают в водных средах (без химической модификации, деструкции или гидролиза), не способны образовывать вязкие концентрированные суспензии (тестовые массы), гели, стабилизировать пены и эмульсии. Подобные белки обычно используют для получения пищевых гидролизатов, в виде небольших добавок в пищевые продукты, а также в составе кормов.

Понятие «функциональные свойства белка» охватывает широкий комплекс физико-химических характеристик белоксодержащих водных систем. Это понятие, как правило, относится к свойствам весьма концентрированных, многокомпонентных белоксодержащих систем. Ввиду того что в этих случаях невозможно предсказать функциональные свойства систем на основе молекулярных характеристик белка, преобладающую роль в их оценке играют эмпирические методы. Поэтому функциональные характеристики исследуют в основном с помощью эмпирически выбираемых методик, причем лишь некоторые из них стандартизированы. Получаемые количественные результаты для исследуемого белка сопоставляют с результатами исследования других белков, выбранных для сравнения.

Изучение функциональных свойств белка является ключевым научным направлением проблемы получения новых форм пищи, обеспечивая разработку рецептур многокомпонентных пищевых систем, выбор процессов и режимов их переработки в пищевые изделия. Несмотря на значительные усилия, предпринятые в этой области большим числом научных коллективов, научные и прикладные аспекты проблемы изучения функциональных свойств белка разработаны крайне недостаточно, что обусловлено ее исключительной сложностью.

Эта область исследований находится в процессе формирования, так что даже общепринятая терминология в ней еще не разработана. В последнее десятилетие достигнуты заметные успехи в области моделирования многокомпонентных пищевых систем, оценки и регулирования функциональных свойств белков.

2 . Биотехнология пищевого белка

2.1 Методы получения белка

2.1.1 Получение микробного белка на низших спиртах

Культивирование на метаноле. Основное преимущество этого субстрата - высокая чистота и отсутствие канцерогенных примесей, хорошая растворимость в воде, высокая летучесть, позволяющая легко удалять его остатки из готового продукта. Биомасса, полученная на метаноле, не содержит нежелательных примесей, что дает возможность исключить из технологической схемы стадии очистки.

Однако, необходимо учитывать при проведении процесса и такие особенности метанола, как горючесть и возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом.

В качестве продуцентов, использующих метанол в конструктивном обмене, были изучены как дрожжевые, так и бактериальные штаммы. У дрожжей были рекомендованы в производство Candidaboidinii, Hansenulapolymorpha и Piehiapastoris , оптимальные условия для которых (t=34-37°C, рН=4,2-4,6) позволяют проводить процесс с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,40 при скорости протока в интервале 0,12-0,16 ч -1 . Среди бактериальных культур применяется Methylomonasclara, Pseudomonasrosea и др, способные развиваться при t=32-34°C, рН=6,0-6,4 с экономическим коэффициентом усвоения субстрата до 0,55 при скорости протока до 0,5 ч -1 .

Особенности процесса культивирования во многом обусловлены применяемым штаммом-продуцентом (дрожжи или бактерии) и условиями асептики. Ряд зарубежных фирм предлагает использовать дрожжевые штаммы и проводить выращивание в отсутствии строгой асептики. В этом случае технологический процесс протекает в ферментёре инжекционного типа производительностью 75 т АСВ в сутки, а удельный расход метанола составляет 2,5 т/т АСВ.

В ряде стран в качестве продуцентов применяются бактериальные штаммы, процесс проводится в асептических условиях в ферментерах эрлифитного или струйного типов производительностью 100-300 т/сут и расходом метанола до 2,3 т/т АСВ. Ферментация осуществляется одностадийно при невысоких концентрациях спирта (до 12 г/л) с высокой степенью утилизации метанола.

Наиболее перспективным по своей конструкции является струйный ферментёр Института технической химии АН ГДР. Ферментёр объемом 1000м 3 состоит из секций, расположенных одна над другой и соединенных между собой шахтными переливами. Ферментационная среда из нижней секции ферментёра по напорному трубопроводу подается центробежными циркуляционными насосами в верхние шахтные переливы, через которые проходит в низлежащую секцию, подсасывая при этом воздух из газовода. Таким образом, среда протекает из секции в секцию, постоянно подсасывая новые порции воздуха. Падающие струи в шахтных переливах обеспечивают интенсивноеаэрирование среды.

Питательная среда непрерывно подается в зону верхних шахтных переливов, а микробная суспензия отводится из выносных контуров. На стадии выделения для всех видов продуцентов предусмотрено отделение грануляции с целью получения готового продукта в гранулах.

В качестве микроорганизмов - продуцентов белка на этиловом спирте как единственном источнике углерода могут использоваться дрожжи (Candidautilis, Sacharomyceslambica, Hansenulaanomala, Acinetobactercalcoaceticus ). Процесс культивирования проводят одностадийно в ферментерах с высокими массообменными характеристиками при концентрации этанола не более 15 г/л.

Дрожжи, выращенные на этаноле, содержат (%): сырого протеина 60-62; липидов 2-4; золы 8-10; влаги до 10.

2.1.2 Получение белковых веществ на углеводном сырье

Исторически одним из первых субстратов, используемых для получения кормовой биомассы, были гидролизаты растительных отходов, предгидрализаты и сульфитный щелок - отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Интерес к углеводному сырью как основному возобновляемому источнику углерода значительно возрос еще и с экологической точки зрения, так как оно может служить основой для создания безотходной технологии переработки растительных продуктов.

В связи с тем, что гидролизаты представляют собой сложный субстрат, состоящий из смеси гексоз и пентоз, среди промышленных штаммов- продуцентов получили распространение виды дрожжей C.utilis, C.scottii и C.tropicalis , способные наряду с гексозами усваивать пентозы, а также переносить наличие фурфурола в среде.

Состав питательной среды в случае культивирования на углеводородном сырье значительно отличается от применяемого при выращивании микроорганизмов на углеводородном субстрате. В гидролизатах и сульфитных щелоках имеются в небольшом количестве практически все необходимые для роста дрожжей микроэлементы. Недостающие количества азота, фосфора и калия вводятся в виде общего раствора солей аммофоса, хлорида калия и сульфата аммония.

Ферментация осуществляется в эрлифтных аппаратах конструкции Лефрансуа-Марийе объемом 320 и 600 м 3 . Процесс культивирования дрожжей осуществляется в непрерывном режиме при рН 4,2-4,6. Оптимальная температура от 30 до 40°С.

2.1.3 Грибной белок (микопротеин)

Микопротеин - это пищевой продукт, состоящий в основном из мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusarium graminearum , выделенный из почвы. Микопротеин производят сегодня на опытной установке методом непрерывного выращивания. В качестве субстрата используется глюкоза и другие питательные вещества, а источниками азота служат аммиак и аммонийные соли. После завершения стадии ферментации культуру подвергают термообработке для уменьшения содержания рибонуклеиновой кислоты, а затем отделяют мицелий методом вакуумного фильтрования.

Если сопоставить производство микопротеина с процессом синтеза белков животных, то выявится ряд его преимуществ. Помимо того, что здесь выше скорость роста, превращение субстрата в белок происходит несравненно эффективнее, чем при усвоении пищи домашними животными.

Положительным фактором является и волокнистое строение выращенной культуры; текстура массы мицелия близка к таковой у естественных продуктов, поэтому у продукта может быть имитирована текстура мяса, а за счет добавок - его вкус и цвет. Плотность продукта зависит от длины гиф выращенного гриба, которая определяется скоростью роста.

После проведения всесторонних исследований питательной ценности и безвредности микопротеина министерство сельского хозяйства, рыболовства и пищевых продуктов дало разрешение на его продажу в Англии. Содержание питательных веществ в нем указано в таблице 1.

Таблица 1. Средний состав микопротеина и сравнение его с составом говядины.

2.2 Получения пищевых белков из соевого шрота

Технологии получения белковых продуктов из растительного сырья строятся на двух основных технологических подходах:

1. Глубокое фракционирование макронутриентов сырья с максимизацией выхода белков, их очистка, концентрированно и при необходимости модификация функциональных и медико-биологических характеристик.

2. Оптимальное фракционирование макро- и микронутриентов сырья с получением белково-липидных и белково-углеводных композитов заданного состава с максимальным сохранением фитохимического потенциала сопутствующих микронутриентов.

Хотя употребление сои в пищу известно уже несколько тысячелетий, в основном оно приходилось на продукты из полножирной сои - соевое молоко, тофу, темпех и т. д. Только в XX в. стали развиваться технологии производства концентрированных соевых белков. В начале века появилась соевая мука, которую получали из целых семян, прессовых жмыхов, а позднее из обезжиренных соевых шротов. Сильный бобовый привкус ограничивал рост рынка соевой муки, поэтому значительные усилия были предприняты для разработки технологий "удаления плохого вкуса".

Широкое развитие технологий производства соевых белков появилось только после разработки технологии экстракции масла растворителем. В 1937 г. появились технические соевые изоляты, которые использовали как связующие для пигментов в бумажных покрытиях и "пенное одеяло" при тушении пожаров пожаров. В 50-х годах появились концентраты, которые были восприняты как промежуточные ингредиенты между мукой и изолятами. Обезжиренные соевые продукты можно разделить на три основные группы, которые различаются по содержанию протеина.

Примерный состав соевых белковых продуктов, представленный Советом по соевым белкам, приведен в табл. 1.

Рис.1 - Обобщенная схема технологии получения сои с получением пищевых белков

Соевая мука имеет ограничения при использовании в питании вследствие вспучивания кишечника. У человека отсутствуют ферменты, способные гидролизовать а-галактозидные связи раффинозы и стэхиозы, имеющихся в сое, с образованием простых сахаров. Поэтому эти углеводы попадают в кишечный тракт, где подвергаются воздействию бактерий, и метаболиты этого взаимодействия вызывают газообразование.

Изоляты и концентраты - более очищенные формы соевых белков. Они используются в питании без каких-либо ограничений и в совокупности с другими пищевыми компонентами могут служить основным источником белка в рационе человека

Технологии получения соевых белков

В промышленных технологиях получения соевых белков существуют свои "ноу-хау. Количество комбинаций способов выработки различных продуктов безгранично. Даже при производстве одного вида продукта технологии и оборудование у разных производителей отличаются, что обусловливает небольшие отличия продуктов. Обычно пищевые соевые белки производят на отдельных технологических линиях, а не на тех же линиях, которые используются для производства масла и кормовых шротов, когда из колотых и недостаточно качественных соевых семян в процессе экстракции получают кормовой шрот . Некоторые производители промывают сою для удаления грязи и маленьких камешков .

До настоящего времени большинство соевых белковых продуктов в мире производят из белого лепестка (БЛ - обезжиренный гексаном лепесток, полученный из пищевых сортов очищенных от оболочки соевых семян).

Для производства лепестка с высоким значением PDI/NSI обычно используют систему отгонки растворителя в газовой трубе (флеш) или в перегретых парах растворителя, которую иногда называют "системой получения белого лепестка". Ни на одном из отечественных предприятий таких систем отгонки растворителя из шрота нет.

В России соевый шрот на заводах получают в основном по схеме форпрес-сование-экстракция, когда на прессах производят предварительный съем масла перед экстракцией. Отгонку растворителя из шрота ведут на тостерах-испарителях чанного типа. Продукты экстракции имеют NSI 50 и ниже вследствие денатурации соевого белка под действием влаги и высоких температур. По этим схемам на имеющемся оборудовании в России можно получить только тестированный соевый шрот и из него только тостированную соевую муку.

Соевая мука и крупа . Обезжиренную соевую муку получают в результате помола и рассева обезжиренных соевых лепестков. Белый лепесток в крупу обычно измельчают на молотковых дробилках, вихревых мельницах или классификаторах. Разброс размера частиц контролируется воздушной классификацией, причем если необходимо получить более узкий диапазон размеров частиц, то используются сита. Обезжиренная соевая мука содержит около 38 % общих углеводов, в том числе 15 % растворимых моно- и олигосахаридов и 13 % полисахаридов, которые могут быть в дальнейшем извлечены при получении соевых белковых концентратов или изолятов. В состав муки с восстановленным содержанием жира или лецитинированной соевой муки входит исходная мука и добавки масла или лецитина. Муку с восстановленным содержанием жира получают при добавлении в соевую муку дополнительно жира в количестве от 1 до 15 %, чтобы снизить пылеобразование и внести дополнительное количество жира, необходимое по рецептуре продукта. Для зажиривания муки, полученной из проэкстрагированного материала, используется рафинированное масло. Лецитинированная мука выпускается с добавлением 3, б и 15 % лецитина. Лецитин улучшает диспергируемость муки и других ингредиентов в кондитерских изделиях и холодных напитка.

3 . Получение пищевого белка

Улучшение вкуса и запаха продуктов питания при одновременном повышении содержания белка при помощи микроскопических грибов - плесеней уже давно используется при получении пищи (мисо, суфу, темпех), употребляемой в азиатских странах. Одним из исходных продуктов служат соевые бобы. В Индонезии соевые лепешки употребляют в пищу обросшими плесневыми грибами рода Rhizopus -темпех, который содержит до 55% белка и по вкусу напоминают мясные изделия. Производство темпеха занимает 2-3 дня. Сначала соевые бобы лущат (для удаления шелухи), затем кипятят в течение получаса, чтобы разрушить ингибиторы трипсина желудочного сока, которые делают сырые соевые бобы несъедобными для человека. Затем бобы высушивают и засеивают спорами плесени Rhizopusoligosporus . Брожение длится 36-38 ч при 30°С. В итоге получается компактный светло-коричневый шрот (бобовое пюре). Темпех обычно употребляют в пищу в виде лепешки, обжаренный в кокосовом масле.

Содержание белка возрастает, достигая 50-55% по сравнению с 20-25% в соевых бобах. Темпех считается самой высокопитательной и легко усваиваемой пищей. Среди других восточных блюд получаемых при помощи плесней можно выделить японское мисо, которое приготавливают из соевых бобов с Aspergillusorisae , китайское суфу - напоминающий сыр продукт, получаемый при выращивании соевых бобов с плесенью рода Mucor . Незаменимую приправу восточной кухни - соевый соус готовят с использованием плесневогo гриба Aspergillusorisae , молочнокислых бактерии Pediococcus , дрожжей Saccharomyces , Torula . В результате продукт обогащается молочной и другими кислотами, этанолом и приобретает специфический вкус и аромат

Рис.2 - Схема приготовления темпеха

Приготовление брожением соевого соуса

Рис.3 - Схема приготовления соевого соуса

Традиционные соевые соусы готовятся сбраживанием смеси бобов и зерна плесневыми грибами Aspergillus oryzae и другими. В Японии как сама закваска, так и бродящая масса называются кодзи.В древности ферментирующаяся масса выставлялась на солнце в огромных чанах, в XX веке температуру и влажность обычно контролируют в особых инкубационных камерах.

1. Вымачивание и отваривание : бобы отмачивают в воде, а затем варят до готовности. Пшеницу обжаривают и толкут.

2. Соединение ингредиентов : равное количество варёных бобов и обжаренного толчёного зерна перемешивают, затем на них высеивают споры нескольких видов грибов аспергилли других микроорганизмов:

· A. oryzae , A sojae : культуры с высоким содержанием протеазышироко используются при производстве соевого соуса;

· A. tamai : используется для приготовления соевого соуса «тамари»;

· Saccharomycescerevisiae дрожжи, содержащиеся в этой культуре, превращают сахарам в этанол, который может пройти побочную реакцию, в результате которой в соевый соус попадут дополнительные ингредиенты;

· Bacillusspp. (род): в результате деятельности этих бактерий соевый соус приобретает характемрный запах;

· Lactobacillusspecies : молочная кислота, которую производят эти бактерии, увеличивает кислотность соуса.

3. Ферментация : смесь бобов и зерна смачивается соляным раствором (для влажной ферментации) или посыпается солью, после чего её оставляют для брожения на срок от 40 дней до 2-3лет. С течением времени микроорганизмы расщепляют протеины суслана свободные аминокислоты, белковые фрагменты, а крахмал-- на простые сахара. Эти амино-гликозидные реакции и дают соусу тёмно-коричневый цвет. Лактобактериисбраживают сахарам в молочную кислоту, а дрожжи производят этанол, который проходит вторичную реакцию и насыщает соус новыми добавками. Если на этом этапе процесс прекращается, продукт носит названиесоевая паста.

4. Прессование : полностью ферментированная кашица помещается под обёрнутые тканью тяжёлые контейнеры и прессуется для того, чтобы отделить соевый соус от твёрдых отходов, которыми в дальнейшем удобряют почву или кормят скот.

5. Пастеризация : сырой соус нагревают для того, чтобы плесень и дрожжи погибли. После этого соус фильтруют и разливают для продажи.

Американские ученые приспособили производственный процесс получения индонезийского темпеха для хлебных злаков. Так, пшеница, ферментируемая той же плесенью Rizopus в течение 20 часов при 30 0 С, превращается в продукт, содержащий в 6-7 раз больше белка, чем обычная пшеница. Ими же разработан метод обогащения белком другого пищевого крахмалсодержащего продукта - маниока на основе роста плесени Aspergillus . После 30 ч ферментации при 38 0 С, содержание белка в продукте возрастает с 5% до 18%, а содержание углеводов падает с 65% до 28%.

Мисо или соевая паста - один из самых часто используемых ингредиентов в японской кухне. Технология приготовления Мисо основана на процессе брожения (ферментации) соевых бобов, злаков и специального вида грибов “кодзи-кин”. В результате получается густая паста, при помощи которой готовятся различные японские блюда, такие как японский мисо суп .

В Японии, мисо суп , как и водоросли чука, является неотъемлемым атрибутом завтрака, обеда и ужина. Суп принято подавать перед основным блюдом, будь то легкая утренняя закуска или набор суши на обед. Суп является дополнительной жидкой пищей, которая балансирует процесс пищеварение и делает его более полезным.

Помимо витаминов A и D, соевая паста содержит большое количество кальция, железа и цинка. Сегодня, в Японии насчитывается как минимум 3 вида мисо супа: из риса, сои и пшеницы. Каждый вид супа имеет свои вкусовые отличия и регион происхождения.

В этом материале мы расскажем вам, как приготовить традиционный мисо суп, который можно попробовать в большинстве ресторанов японский кухни. Суп будет полезен для тех, кто следит за своей фигурой и предпочитает питаться правильно. Мисо Суп с морской капустой готовится из следующих ингредиентов:

Даси -- 1,5 Чайная ложка

Мисо -- 0,5 стакана (соевая паста)

Тофу -- 0,5 стакана (кубиками)

Зелёный лук -- 2 ст/л (мелко порезать)

Вода -- 4 стакана

Морские водоросли -- 1 Ст. ложка (Специальные сухие водоросли для супа)

Приведенные данные не охватывают все области использования плесневых грибов, но характеризуют принципиальные возможности использования их в качестве источника пищевого белка.

Для получения пищевого белка активно используются также другие микроорганизмы - водоросли. Народы Тихоокеанского побережья с давних времен употребляют в пищу морские и океанские водоросли. Жители Гавайских островов из 115 видов водорослей, обитающих в местных океанских просторах, используют в питании 60 видов. В Китае особенно ценят сине-зеленые водоросли Nostoc , по внешнему виду напоминающие сливу и по вкусовым качествам причисленные к китайским лакомствам. В кулинарных справочниках Японии встречается более 300 рецептур, в состав которых входят водоросли. Однако весьма интенсивное использование водорослей в пищевых целях не позволяет плантациям восстанавливаться естественным путем. В связи с этим водоросли стали культивировать искусственно в подводных садах. Выращивание аквакультур - процветающая отрасль биотехнологии. Внимание специалистов, занимающихся вопросами питания, привлекает сине-зеленая одноклеточная водоросль спирулина - растущая в Африке (озеро Чад) и в Мексике (озеро Тескоко). Местные жители употребляют их в высушенном виде - галеты или дихэ. Продукт характеризуется очень высоким содержанием белка - до 70%. Озеро Тескоко и озеро Чад - единственные в мире щелочные озера (рН до 11). При такой рН спирулина бурно разрастается и растет как монокультура. Благодаря наличию в клетках наполненных газом вакуолей водоросли всплывают, а ветер выносит их на берег озера, где под солнцем клубки водорослей высыхают. Анализ образцов спирулины в лабораторных условиях показал содержание белков до 70% и углеводов - 19%. С 1967 г. мексиканская компания «Тескоко» вплотную занялась сбором урожая спирулины и превращения ее в муку. В настоящее время производство муки из спирулины достигает 1000 т. в год и она импортируется в США, Японию и европейские страны для компании, специализирующихся сбытом белковых концентратов и диетических продуктов питания. Биомасса спирулины приравнивается к стандартам пищевого белка, установленного ФАО ВОЗ. В Италии функционирует фабрика, где спирулину выращивают на площади 20 га в закрытой системе, состоящей из полиэтилена (с соответствующим рН) и получали высокие урожаи (20 г биомассы с 1м 3 в сутки). В Узбекистане (г.Самарканд) спирулину выращивали на водах ТЭЦ, богатых СО 2 . Урожай составлял 30-60т с 1 га в год.

Дрожжи как источник пищевого белка человек применяет только в экстремальных условиях (альпинисты, мореплаватели), как компонент сухого пайка. Одной из причин является сравнительно толстая клеточная оболочка дрожжей, препятствующая его усвоению организмом человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время имеется свыше 300 наименований продукции с использованием соевых белков. Разработанные рецептуры пищевых продуктов прошли соответствующие испытания и рекомендованы к применению Министерством здравоохранения. Большую часть соевых белковых продуктов потребляет мясоперерабатывающая промышленность. Кроме того, соевые белки широко используют в молочной, масложировой, кондитерской, хлебопекарной промышленности, в общественном питании, а также в детском, лечебно-профилактическом, лечебном и диетическом питании.

В отечественной концепции здорового питания важное место занимает использование растительных белков в производстве пищевых изделий. В целом продукты с добавлением растительных белков относят к здоровой пище с улучшенным балансом питательных веществ по сравнению с традиционными продуктами. В связи с этим интерес к соевым белкам постоянно растет, увеличивается выпуск продуктов с вводом соевых белков.

Поэтому я считаю, что комбинированные изделия позволяют решить проблемы рационального использования животного сырья и эффективно использовать высокую биологическую и пищевую ценность соевых белков и их функциональные свойства. Введение соевых белков позволяет сделать питание человека более рациональным и здоровым.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ескендирова С.З «Биотехнология микроорганизмов»

2..Биотехнология: Принципы и применение. Под ред. И.Хиггенса и др. Москва: «Мир», 1988 г.

3.Биотехнология. Производство белковых веществ. В.А.Быков, М.Н.Манаков и др. Москва «Высшая школа», 1987 г.

4.Воробьева А.И. Промышленная микробиология. Изд. Московского университета.

5.Дюсенова Г.Т, Кухар Е.В « Пищевая биотехнология»

6. Бутенко Р.Г., Гусев М.В., Киркин А.В. Биотехнология. Кн.3. Клеточная инженерия. М. Высш.школа.

7.Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная микробиология и иммунология. Омск. Изд. ОмГАУ.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Состав и свойства кормового дрожжевого белка. Производство кормовых дрожжей на зерно-картофельной барде. Технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, использующая непатогенный штамм Rhodosporium diobovatum. Выращивание товарных дрожжей.

презентация , добавлен 19.03.2015


Санитарные и ветеринарные требования к молочной продукции. Влияние сезона года, периода лактации, кормов и обмена веществ в организме коров на содержание жира и белка в молоке. Методы выявления фальсифицированной продукции и некачественного сырья.

презентация , добавлен 13.06.2014


Применение сепараторов в молочной промышленности при переработке и гомогенизации молока, его очистки от примесей, для получения сливок, отделения белка и жира от сыворотки. Технологический и энергетический расчет, монтаж и эксплуатация сепаратора.

курсовая работа , добавлен 24.01.2016


Процесс вулканизации резины, ее общая характеристика. Классификация каучука, особенности его применения в России. Специфические свойства резин. Технология получения, методы воздействия на их свойства. Описание и свойства готовых резинотехнических изделий.

реферат , добавлен 28.12.2009


Тепловая обработка молока, ее влияние на состав и технологические свойства. Белки молока, способы их выделения при производстве сыров. Органолептические свойства термокислотных сыров при использовании коагулянтов белка растительного происхождения.

дипломная работа , добавлен 21.06.2015


Принципы проектирования рецептур хлебобулочных изделий со сбалансированным химическим составом. Критерии оптимальности фракционного состава белка и липидов хлеба. Использование закваски на основе пропионовокислых бактерий в кисломолочной продукции.

реферат , добавлен 23.08.2013


Подготовка воды для ликероводочного производства. Принципиальная технологическая схема получения водки. Купажирование напитков, каскадная фильтрация ликероводочных изделий. Технология получения пищевого уксуса. Производство твердого диоксида углерода.

учебное пособие , добавлен 09.02.2012


Свойства и применение молибдена, характеристика сырья для его получения. Окислительный обжиг молибденитовых концентратов. Разложение азотной кислотой. Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии получения триоксида молибдена.

курсовая работа , добавлен 04.08.2012


Методы получения наноматериалов. Синтез наночастиц в аморфных и упорядоченных матрицах. Получение наночастиц в нульмерных и одномерных нанореакторах. Цеолиты структурного типа. Мезопористые алюмосиликаты, молекулярные сита. Слоистые двойные гидроксиды.

курсовая работа , добавлен 01.12.2014


История и основные этапы в развитии производства химического волокна. Характеристика искусственных и синтетических волокон. Промышленные методы их получения. Свойства и способы получения полиуретановых нитей. Структура и ассортимент материала из лайкры.

Белки - природные полипептиды с огромной молекулярной массой. Они входят в состав всех живых организмов и выполняют различные биологические функции.

Строение белка.

У белков существует 4 уровня строения:

• первичная структура белка - линейная последовательность аминокислот в полипептидной цепи, свернутых в пространстве:

• вторичная структура белка - конформация полипептидной цепи, т.к. скручивание в пространстве за счет водородных связей между NH и СО группами. Есть 2 способа укладки: α -спираль и β - структура.

• третичная структура белка - это трехмерное представление закрученной α -спираль или β -структуры в пространстве:

Эта структура образуется за счет дисульфидных мостиков -S-S- между цистеиновыми остатками. В образовании такой структуры участвуют противоположно заряженные ионы.

• четвертичная структура белка образуется за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями:

Синтез белка.

В основе синтеза лежит твердофазный метод, в котором первая аминокислота закрепляется на полимерном носителе, а к ней последовательно подшиваются новые аминокислоты. После полимер отделяют от полипептидной цепи.

Физические свойства белка.

Физические свойства белка определяются строением, поэтому белки делят на глобулярные (растворимые в воде) и фибриллярные (нерастворимые в воде).

Химические свойства белков.

1. Денатурация белка (разрушение вторичной и третичной структуры с сохранением первичной). Пример денатурации - свертывание яичных белков при варке яиц.

2. Гидролиз белков - необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот. Так можно установить количественный состав белков.

3. Качественные реакции:

Биуретовая реакция - взаимодействие пептидной связи и солей меди (II) в щелочном растворе. По окончанию реакции раствор окрашивается в фиолетовый цвет.

Ксантопротеиновая реакция - при реакции с азотной кислотой наблюдается желтое окрашивание.

Биологическое значение белка.

1. Белки - строительный материал, из него построены мышцы, кости, ткани.

2. Белки - рецепторы. Передают и воспринимают сигнал, поступающих от соседних клеток из окружающей среды.

3. Белки играют важную роль в иммунной системе организма.

4. Белки выполняют транспортные функции и переносят молекулы или ионы в место синтеза или накопления. (Гемоглобин переносит кислород к тканям.)

5. Белки - катализаторы - ферменты. Это очень мощные селективные катализаторы, которые ускоряют реакции в миллионы раз.

Есть ряд аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме - незаменимые , их получают только с пищей: тизин, фенилаланин, метинин, валин, лейцин, триптофан, изолейцин, треонин.

Лекция № 15

Раздел: “Сельскохозяйственная биотехнология”

1. История использования микроорганизмов для получения белка

2. Технологический процесс выращивания микроорганизмов (на примере кормовых дрожжей)

3. Основные виды сырья и используемые микроорганизмы

4. Перспективы производства белка с использованием микроорганизмов

Структура питания человечества в целом, в том числе и населения нашей страны, далеко не идеальна, причем наиболее дефицитным компонентом пищи является белок, особенно белок высокой питательной ценности. Традиционные источники белка – продукты животноводства и растениеводства, не покрывают все возрастающую потребность в белковой пище, особенно, увеличившуюся в связи с интенсивным приростом населения. Альтернативным источником белка могут служить различные микроорганизмы – дрожжи, высшие съедобные грибы, некоторые микроводоросли и т.д.

Микробиологическое производства белка налажено относительно недавно, однако, оно обладает рядом преимуществ, по сравнению с традиционными способами получения белковой пищи (животноводством и растениеводством). А именно, микробиологическое производство не требует посевных площадей, не зависит от климатических и погодных условий, поддается точному планированию и высокому уровню автоматизации, позволяет получать продукцию стандартного качества. Продукты микробиологического синтеза можно назвать новыми видами кормов и пищи. Разнообразие микроорганизмов и типов их питания позволяют легко маневрировать в использовании различных видов сырья для биосинтеза.

1. История использования микроорганизмов для получения белка

Более века назад, экспериментируя с дрожжами, Л.Пастер открыл микробиологический синтез белка из аммиака и органических соединений не содержащих азота. Заводы по выращиванию дрожжей, созданные вскоре после исследования Пастера, выпускали дрожжевые закваски. С течением времени совершенствовалась технология производства дрожжей и в 1876 г. в США начали применять в хлебопечении прессованные дрожжи.

Идею использования микроорганизмов как белковых компонентов в питании в 1890-х гг. начал пропагандировать Дельбрюк, рекомендовавший применять для этой цели пивные дрожжи.

Первые заводы по выращиванию пищевых дрожжей на мелассе были открыть в Германии в первую мировую войну. После первой мировой войны в различных странах приступили к производству кормовых дрожжей. К середине 30-х гг. началось производство дрожжей из гидролизатов отходов сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности, из сульфитных щелоков, барды гидролизно-спиртовых заводов. В 1935 г у нас в стране был пущен первый опытный завод по производству кормовых дрожжей на основе использования соломы, кукурузных кочерыжек и древесных опилок, предварительно гидролизованных серной кислотой. В это время горячим поборником использования дрожжей в питании выступал Гивартовский, рассматривавший дрожжи как ценный источник витаминов группы В. Во время второй мировой войны во многих странах развернулось широкое производство пищевых дрожжей: в Германии - на основе сульфитных щелоков и гидролизатов древесины, в СССР, на Ямайке (тогда колонии Великобритании).

После войны в ряде стран стали возникать производства кормовых дрожжей на различных отходах, в первую очередь на сульфитных щелоках, а также на гидролизатах растительного сырья. В 60-е гг внимание исследователей привлекла возможность использования углеводородов нефти как сырья для получения кормовых дрожжей. С начала 70-х гг в СССР развернулось строительство по производству кормовых дрожжей на основе использования очищенных н-алканов нефти.

Однако в настоящее время большинство крупнотоннажных заводов нашей страны бездействуют, что связано как с экономическим кризисом и как следствие с падением производства в последнее десятилетие, так и с нефтяным кризисом, поскольку запасы нефти постепенно истощаются и, следовательно, уменьшается количество сырья. В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом наблюдается возрождение интереса к получению микробного белка как пищевого так и кормового назначения с использованием в качестве сырья различных отходов сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности, а также получение белка с помощью автотрофных микроорганизмов.

2. Технологический процесс выращивания микроорганизмов (на примере кормовых дрожжей)

Современное промышленное использование микроорганизмов для производства белка осуществляется в ферментерах, рабо­тающих по принципу хемостата. Объемы ферментеров достигают нескольких сот кубических метров. В среду с размножающимися микроорганизмами непрерывно подаются водный раствор мине­ральных солей и применяемый в конкретном процессе органи­ческий субстрат. Культура подвергается перемешиванию, аэрированию и охлаждению. Рациональный процесс выращивания осуществляют при ли­митировании роста микроорганизмов кислородом или близко к такому лимитированию. Принципиальная технологическая схема производства кормо­вых дрожжей приведена на рис. 1.

Выращенные клетки дрожжей отделяют от водной среды сепарированием, или фильт­рованием, если используют мицелиальные грибы. Разработаны и другие методы отделения биомассы, например флотация для концентрирования мелких бактериальных клеток. Их обычно промывают, концентрируют, после чего подвергают термической обработке при 80-90°С, приводящей к отмиранию клеток. Полу­ченную в результате такой обработки сметанообразную массу высушивают, используя, как правило, распылительные сушилки. После высушивания получают порошкообразный или хлопьевидный продукт, который можно подвергнуть гранулированию. Продукт упаковывают и направляют на комбикормовые заводы и другим потребителям. Такие белоксодержащие добавки мик­робного происхождения имеют то или иное коммерческое назва­ние в зависимости от применяемого органического сырья, штам­ма микроорганизма и особенностей технологии, используемой на различных фирмах или предприятиях.

3. Основные виды сырья и используемые микроорганизмы

В производстве белка пищевого и кормового назначения используется самое разнообразное сырье и микроорганизмы. К такому сырью относятся – лигноцеллюлозные отходы и их гидролизаты, парафины нефти, газ, этанол и т.д.

Производство кормовых дрожжей на гидролизатах раститель­ного сырья, существует несколько десяти­летий. Для этой цели используются гидролизаты древесины, под­солнечной и рисовой лузги, кукурузных кочерыжек, стеблей хлопчатника, багассы (жом, оставшийся после извлечения саха­ра из сахарного тростника) и других целлюлозосодержащих ма­териалов. Сырье ежегодно возобновляется и, как правило, явля­ется отходами.

К недостаткам гидролизно-дрожжевого производства относит­ся сложность сбора и транспортировки сырья на крупные пред­приятия. Процесс выращивания дрожжей на гидролизатах осуществля­ется в неасептических условиях, а развитие контаминантных бактерий ограничивается поддержанием в ферментационной сре­де определенного значения рН (около 4,0). В гидролизатах со­держатся компоненты (например, фурфурол), оказывающие токсическое действие на рост дрожжей. Селекционированные в лаборатории штаммы имеют высокий выход биомассы в расчете на потребленные сахара. Но в производственных условиях эти штаммы зачастую вытесняются дикими штаммами, отличающи­мися большей устойчивостью к токсичным компонентам среды, меньшей потребностью в витаминах и высокими скоростями роста. Практически на каждом заводе происходит автоселекция штаммов или ассоциации дрожжей, приспособленной к местным условиям.

Список штаммов, используемых для производства кормовых дрожжей из гидролизатов растительного сырья, весьма обширен, он включает виды рода Candida и других родов (Trichosporon, Hansenula, Zygofabospora).

Перспективно получение биомассы микроорганизмов на фер­ментативных гидролизатах целлюлозосодержащего сырья. За­труднением для промышленной реализации такого процесса яв­ляется то, что в целлюлозосодержащем сырье имеется лигнин, препятствующий контакту целлюлаз с субстратом. Кроме того, сырье нуждается в обработке, позволяющей понизить содержа­ние в нем кристаллической формы целлюлозы и перевести ее в аморфное состояние, после чего ферментативный гидролиз значительно ускоряется.

Возможность выращивания микроорганизмов, относящихся к различным таксономическим группам, на средах с углеводорода­ми исследована достаточно широко. Способности к утилизации углеводородов часто встречаются у представителей дрожжей, из которых в первую очередь следует назвать род Candida, у представителей мицелиальных грибов, в частности Aspergillus и Fusarium, у многих видов грибов семейства Mucoraceae и раз­ных бактерий.

Сравнительная оценка твердых и жидких углеводородов как сырья для биосинтеза показала несомненное преимущество соединений, температура плавления которых значительно ниже температуры культивирования микроорганизмов.

Все классы углеводородов могут служить субстратами для микроорганизмов, однако, как правило, процесс роста наиболее интенсивно происходит на среде, содержащей н-алканы с различ­ной длиной цепи. Дрожжами с наибольшей скоростью обычно потребляются н-алканы С 11 - С 14 , среднее положение занимают н-алкайы С 15 - С 18 и медленнее других усваиваются н-алканы С 23 - С 24 . Алканы С 6 - С 9 не только плохо используются дрож­жами, но часто токсичны для них.

Наиболее перспективными новыми видами сырья для микробного биосинтеза кормового белка на ближайшие годы являются спирты - метиловый и этиловый.

Повышение внимания к низшим спиртам объясняется рядом обстоятельств, среди которых следует отметить разработку новых эффективных способов крупнотоннажного производства метанола и этанола, высокую степень чистоты получаемых спиртов, хоро­шую растворимость их в воде.

Многие бактерии могут расти за счет использования мета­нола. Выходы биомассы при росте на метаноле составляют 50% и более от массы использованного спирта. Энергетические выходы роста бактерий на метаноле (доля химической энергии органи­ческого субстрата, сохраняющаяся как химическая энергия в выросшей биомассе) достаточно велики (более 50%), но ниже, чем при росте микроорганизмов на углеводах (до 65%). При росте микроорганизмов на углеводородах энергетический выход роста ниже и составляет около 40 %. С этим связано более эффективное использование дорогостоящего растворенного кислорода и повышение производительности ферментеров при ис­пользовании метанола по сравнению с культивированием микро­организмов на н-алканах.

Процесс выращивания метанолиспользующих бактерий уже доведен до реализации, например, западногерманская фирма Хёхст, исполь­зующая0 в качестве продуцента Methylomonas clara и английская кампания ICI, организовавшая промышленное производство на основе использования метанола бактериальной массы кормового назначения. В последние годы найден и интенсивно изучается ряд штаммов дрожжей, способных расти, используя метанол. Метанолассимилирующие дрожжи часто встречаются среди ро­дов Hansenula и Pichia. К метанолассимилирующим дрожжам относится Candida boidinii. В Англии организовано производство пищевого белка из гриба Fusarium. Продукт, названный микопротеином, исполь­зуется как добавка к различным продуктам. В США производится торутин - продукт высушенной биомассы С. utilis, полученной на синтетическом этаноле. Торутин ис­пользуется для добавления в продукты питания человека с целью улучшения их органолептических свойств (вид, вкус, запах и др.), снижения себестоимости и повышения белковой ценности.

В нашей стране разработан способ производства на этаноле био­массы Sacch. cerevisiae. Используется штамм, применяемый в хлебопечении. Безвредность постоянного применения неболь­ших количеств пекарских дрожжей в питании проверена опытом человечества на протяжении тысячелетий. Выход сахаромице­тов при росте на этаноле несколько ниже, чем при выращивании С. utilis. Однако в белках сахаромицетов, выращенных на этаноле, содержание лизина очень высоко (около 10% по мас­се). Добавление биомассы саха­ромицетов в пшеничный хлеб позволяет не только повысить содержание в нем белка, но и улучшить аминокислотный состав белков. При добавлении 5 % (от массы муки) биомассы сахаро­мицетов белковая ценность получаемого пшеничного хлеба повы­шается в 1,5 раза.

4. Перспективы производства белка с использованием микроорганизмов

В последние годы основные направления исследований по микробиологическому получению белковых веществ несколько изменились. Прежде всего следует отметить повышение внимания к изысканию новых видов сырья для производства белковых веществ. В этой связи изучают фототрофные микроорганизмы, которые растут в автотрофных условиях, ассимилируя углекис­лоту.

Культивирование водорослей с целью получения белковых веществ исследуется уже несколько десятилетий. В настоящее время наиболее эффективный способ использования биомассы хлореллы и других водорослей заключается в применении их в качестве биостимуляторов. Обнадеживающие данные имеются по выращиванию цианобактерии спирулины. Жители района оз. Чад издавна используют спирулину в питании.

Может оказаться перспективным применение в качестве про­дуцентов белковых веществ водородных бактерий, относящихся к хемолитоавтотрофам.

Другой перспективный продуцент белка пищевого и кормового назначения – высшие базидиальные грибы. Согласно современным данным, около 2000 видов базидиальных грибов из 30 родов считается съедобными, из них только 20 видов выращивают в коммерческих целях, но всего 5-6 видов культивируют в промышленных масштабах, причем основными являются Agaricus bisporus, Lentinus edodes, а в нашей стране - Pleurotus ostreatus.

Народнохозяйственное значение дереворазрушающих базидиальных грибов определяется рядом особенностей, что дает им определенное преимущество. Эти особенности следующие: биомасса базидиальных грибов обладает приятным грибным запахом (в результате биосинтеза ароматических метаболитов); кроме того, биомасса мицелия Basidiomycetes, например Pleurotus ostreatus, содержит до 26% белка. Аминокислотный состав белка базидиальных грибов не уступает и даже выше ряда растительных (сои, риса, пшеницы) белков и близок к животному. Сумма аминокислот составляет до 24-25% от сухой биомассы. Также в грибной биомассе содержание нуклеиновых кислот очень низко (2%), что делает их безвредными. Мицелий вешенки очень богат витаминами группы В: тиамином, рибофлавином, ниацином, пиридоксином, биотином. Кроме того, биомасса мицелия содержит ряд необходимых человеку металлов: железа, цинка, меди, кальция, магния.

В настоящее время мицелий съедобных грибов в виде сухого грибного порошка (ГП) используют во многих странах как ценную пищевую добавку к супам и соусам, а также вводят ГП в овощные и мясные концентраты. Так как мицелий представляет собой нити, состоящие из фрагментов различной величины, его очень удобно добавлять в сыры, консервированные овощи и хлебные изделия, а в последние годы также в колбасные изделия и мясные полуфабрикаты. В Японии на основе вытяжки из ГП готовят специальные напитки.

В нашей стране был разработан ряд препаратов для использования в пищевой промышленности. Это пантигрин на основе мицелия Panus tigrinus ИБК-131 и даедалин,где продуцентом является Daedalea confragosa Г-115, у которого 1 кг препарата содержит столько же белка, сколько 1 кг мяса. В самые последние годы ГП Pleurotus ostreatus рекомендован в виде добавок к крупяным и овощным изделиям.

Кроме ГП все шире начинают использовать в кулинарии плодовые тела базидиальных грибов. На Востоке для этих целей популярен L.edodes (шиитаке).

В основе интенсивного культивирования грибов (например, вешенки) находится использование целлюлозосодержащих отходов сельского хозяйства и промышленности. Традиционным субстратом является солома различных злаковых культур, лесосечные отходы: щепки, опилки, кора., листья (хвойных или лиственных пород деревьев).

После сбора урожая грибов, первой и второй волн, остается неиспользованный блок субстрата, богатый разросшимся мицелием (белком), который используют как белковый концентрат в животноводстве.

Важный резерв пополнения ресурсов кормового и пищевого белка - производство его за счет глубинного выращивания грибного мицелия. Для такого производства белка характерна высокая скорость производства, способность грибов усваивать различные отходы - углеводы, органические кислоты, крахмал, целлюлозу и т.д. Выращивание грибного мицелия в глубинных условиях является регулируемым и управляемым процессом получения белка и других метаболитов.

М. Л. Доморощенкова

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров (печатается с разрешения автора и редакции журнала "Пищевая промышленность")

Создание промышленных технологий производства концентрированных белковых продуктов из растительного сырья, в частности сои, - одно из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия и кормов, совершенствования структуры питания населения.

В большинстве промышленно развитых стран (США, Японии, Бельгии, Дании и др.) уже накоплен практический опыт по переработке сои с получением соевых белков и разнообразного ассортимента высококачественных пищевых продуктов на их основе. Как правило, эти производства работают по экологически чистой безотходной технологии, выпуская помимо пищевых высококонцентрированных белков также высококачественные корма и биологически активные препараты.

Особое внимание к белкам сои обусловлено следующими факторами:

1. Доступность сырья (посевы сои в мире занимают более 70 млн га, общий объем производства семян сои составляет около 160 млн т, с 1 га можно получить до 731 кг белка).
2. Уникальный химический состав семян сои (содержание белка 40%, липидов 20%), обеспечивающий ренельность промышленной переработки.
3. Высокая биологическая и пищевая ценность и хорошие функциональные свойства соевых белковых продуктов.
4. Большой исторический опыт использования продуктов переработки сои в питании.

Современные технологии получения белковых продуктов из растительного сырья строятся на двух основных технологических подходах:

1. Глубокое фракционирование макронутриентов сырья с максимизацией выхода белков, их очистка, концентрированно и при необходимости модификация функциональных и медико-биологических характеристик.
2. Оптимальное фракционирование макро- и микронутриентов сырья с получением белково-липидных и белково-углеводных композитов заданного состава с максимальным сохранением фитохимического потенциала сопутствующих микронутриентов.

Хотя употребление сои в пищу известно уже несколько тысячелетий, в основном оно приходилось на продукты из полножирной сои - соевое молоко, тофу, темпе и т. д. Только в XX в. стали развиваться технологии производства концентрированных соевых белков. В начале века появилась соевая мука, которую получали из целых семян, прессовых жмыхов, а позднее из обезжиренных соевых шротов. Сильный бобовый привкус ограничивал рост рынка соевой муки, поэтому значительные усилия были предприняты для разработки технологий "удаления плохого вкуса".

Для российской пищевой промышленности наибольший интерес представляют белковые продукты из соевого шрота (изоляты, концентраты, обезжиренная мука, текстурированные белки). Технологии их производства можно отнести к первому подходу, так как при их получении ставилась задача достижения максимального выхода белкового компонента после исчерпывающего извлечения липидов.

Обезжиренные соевые продукты можно разделить на три основные группы, которые различаются по содержанию протеина.

Обезжиренная мука и крупа - 52-59%, Концентраты белка - 65-72%, Изоляты белка - 90-92% (сырой протеин в пересчете на сухое вещество).

Изоляты и концентраты - более очищенные формы соевых белков. Они используются в питании без каких-либо ограничений и в совокупности с другими пищевыми компонентами могут служить основным источником белка в рационе человека.

Качество семян сои

Основное сырье для производства соевых белков - семена сои, или точнее, соевый шрот, получаемый после экстракции масла из семян. При выработке всех видов соевых белков необходимо использовать только тщательно очищенные, здоровые, зрелые, желтые семена, калиброванные по размеру. Качество получаемых соевых белков зависит в первую очередь от качества исходных семян сои. Их качество должно быть не ниже, чем у сорта US N2, по американским стандартам и спецификациям на соевые бобы.

Анализ технических предложений инофирм показал, что к семенам сои как к сырью для производства пищевого белка зарубежные фирмы дополнительно предъявляют следующие требования:

Для масличных растений одним из основных биохимических критериев, связанных с качеством белкового комплекса семян, служит изменение кислотного числа масла семян (ядра). При возрастании его выше 1,5-2,0 мг КОН уменьшается общее содержание сырого протеина в семенах, усиливаются процессы гидролитического расщепления белков, что приводит к уменьшению содержания переваримого и усваиваемого протеина.

Показатель влажности семян установлен на уровне 10-13%. Этот показатель в определенной степени гарантирует сохранность качества белковой части семян при хранении, а также сравнительно низкий уровень развития микрофлоры, которая может быть причиной микробиологической порчи ценных компонентов семян и источником заражения пищевых белковых продуктов токсинами. При низком содержании посторонних (сорных) примесей (1,0-2,0%) и битых семян (3,0-10%) также снижается возможность заражения семян микрофлорой и устраняется благоприятная среда для их развития. Кроме того, в этом случае есть возможность получить пищевые продукты с хорошими органо-лептическими характеристиками вследствие снижения в сырье количества окисленных липидов и продуктов их взаимодействия с белками, уменьшения содержания некоторых вредных метаболитов.

Характеристика семян сои US N2

В настоящее время при поставках семян сои в России действует ГОСТ 17109-88 "Соя. Требования при заготовках и поставках". Учитывая, что в него не включен ряд важнейших показателей, которые могут существенно влиять на качество и эффективность производства концентрированных соевых белков, ВНИИЖ разработал специальные требования к соевым семенам как к сырью для производства концентратов и изолятов.

Технологии получения соевых белков

В промышленных технологиях получения соевых белков существуют свои "ноу-хау. Количество комбинаций способов выработки различных продуктов безгранично. Даже при производстве одного вида продукта технологии и оборудование у разных производителей отличаются, что обусловливает небольшие отличия продуктов. Обычно пищевые соевые белки производят на отдельных технологических линиях, а не на тех же линиях, которые используются для производства масла и кормовых шротов, когда из колотых и недостаточно качественных соевых семян в процессе экстракции получают кормовой шрот. Некоторые производители промывают сою для удаления грязи и маленьких камешков.

До настоящего времени большинство соевых белковых продуктов в мире производят из белого лепестка (БЛ -обезжиренный гексаном лепесток, полученный из пищевых сортов очищенных от оболочки соевых семян).

Для производства лепестка с высоким значением PDI/NSI обычно используют систему отгонки растворителя в газовой трубе (флеш) или в перегретых парах растворителя, которую иногда называют "системой получения белого лепестка". Ни на одном из отечественных предприятий таких систем отгонки растворителя из шрота нет.

В России соевый шрот на заводах получают в основном по схеме форпрес-сование-экстракция, когда на прессах производят предварительный съем масла перед экстракцией. Отгонку растворителя из шрота ведут на тостерах-испарителях чанного типа. Продукты экстракции имеют NSI 50 и ниже вследствие денатурации соевого белка под действием влаги и высоких температур. По этим схемам на имеющемся оборудовании в России можно получить только тестированный соевый шрот и из него только тестированную соевую муку.

В настоящее время на территории РФ действует ГОСТ на шрот соевый пищевой, применяемый для производства пищевой соевой муки - ГОСТ 8056-96 "Шрот соевый пищевой. Технические условия". ВНИИЖ разработал специальные требования к соевому шроту для получения концентратов и изолятов соевых белков.

Изоляты соевых белков

Существует много технологических процессов получения изолятов соевых белков. Более предпочтительны технологии, которые основаны на дальнейшей переработке шрота, получаемого после экстракции масла из семян. При этом качество получаемых изолятов оптимально и соответствует ожиданиям потребителей.

Большинство изолятов, поступающих на рынок, производят экстракцией, осаждением и нейтрализацией, проводимыми при заданных значениях рН, и последующей распылительной сушкой полученного продукта. Затем они могут быть обогащены кальцием, если предназначены для использования в качестве заменителя молочных продуктов. Их можно гранулировать, чтобы увеличить плотность, либо лецитинировать для улучшения диспергируемости.

Традиционный процесс производства изолятов

В некоторых технологиях нерастворимый остаток шрота промывают дважды, чтобы увеличить выход протеина. Для производства изолятов следует использовать деионизированную технологическую воду вместо типовой "жесткой" или щелочной воды. Иногда целью является получение изолята, имеющего растворимость при определенных значениях рН, а не просто оптимизация суммарного выхода белка. В этих случаях один продукт выделяют при заданных значениях, а другой продукт - при pH изоэлектрической точки белков.

Другими способами получения, основанным на разнице в молекулярных массах, являются ультрафильтрация (УФ) и обратный осмос (00). УФ обычно используют для удержания на фильтре или, наоборот, пропускания через фильтр молекул в соответствии с размером выбранных пор, а 00 применяют для обезвоживания и концентрирования.

Нет публикаций о практике использования мембранных технологий для производства соевых белковых концентратов и изолятов в США, сообщается только об их применении в Японии и Европе.

Функциональные свойства соевых концентратов и изолятов могут быть модифицированы перед окончательной сушкой продукта путем подведения рН натриевой или кальциевой щелочью и применением механических нагрузок, химической модификацией боковых групп белка, а также с использованием гидролиза протеолитическими ферментами.

Под физическими способами подразумевается нагрев и/или мягкая щелочная обработка, в результате которой происходят структурные изменения во вторичной и в третичной структуре белка без разрыва ковалентных связей. Такие физические изменения могут быть охарактеризованы как денатурация белка. Денатурация в щелочной зоне рН приводит к диссоциации и раскручиванию спирали с образованием вязких растворов или гелей в зависимости от концентрации белка в растворе. Щелочные условия могут приводить также к разрыву дисульфидных связей.

Химические способы предполагают модификацию боковых групп белка путем ацилирования, фосфорилирования, диамидирования для улучшения функциональных характеристик. Более изучен способ модификации ацилированием с использованием ангидрида уксусной кислоты. Эти процессы пока используют только в фундаментальных научных исследованиях.

Промежуток процесса между стадией экстракции белка и его сушкой представляет прекрасные возможности для проведения ферментативной модификации.

Сейчас в промышленных масштабах производят большое количество протеолитических ферментов растительного, микробного и животного происхождения. Они различаются по субстратной специфичности, избирательности гидролиза пептидных связей в зависимости от вида аминокислот, образующих пептидную связь, а также оптимальными условиями, влияющими на скорость реакции (рН, температура, ингибиторы).

Пенообразующие ферментативно модифицированные соевые белки - пример белков для специальных областей использования . Нехватка яичного альбумина стала причиной появления на рынке трех видов пенообразователей (аэрирующих агентов): соевых альбуминов, ферментативных гидролизатов, получаемых на основе сырого соевого изолята и ферментативных гидролизатов, вырабатываемых непосредственно из соевой муки.

Производство соевых белков. Потребности и рынок.

Производство высококонцентрированных соевых белков (изолятов и концентратов) сосредоточено на заводах нескольких фирм в США, Западной Европе, Японии и Израиле, ведущими из которых являются Central Soya и ADM (США), Central Soya Aarhus (Дания), ADM (Голландия), Protein Technology International - РП (США), РTI (Бельгия), Sogip (Франция), Solbar Hatzor (Израиль), Fuji-PTI (Япония), Sanbra (Бразилия).

Данные по объемам производства соевых белковых продуктов в мире отрывочны и практически не публикуются. Считаем, что наиболее достоверные данные по объемам производства изолятов и концентратов приводятся D. Chaiuss , который оценивает объем производства концентратов в мире на уровне 284 тыс. т в год, а объем изолятов 138 тыс. т в год.

Эти данные не учитывают объемов производства соевых белков в развивающихся странах. В последние годы собственное производство концентратов и изолятов соевых белков активно развивается в Индии, Китае. Однако конкретных данных об объемах производства и характеристиках белков, выпускаемых в этих странах, не имеется.

В настоящее время стремительное развитие получили функциональные концентраты, которые в основном производят из концентратов, полученных методом спиртовой экстракции с последующей физической модификацией. Более высокий выход концентратов (48%) из исходного сырья по сравнению с выходом изолятов (26%) при сравнимых функциональных характеристиках позволяет формировать уровень цен на функциональные концентраты ниже, чем на изоляты.

В России соевый белок в виде концентратов и изолятов не вырабатывают. Текстурированную соевую муку производят, используя в качестве исходного сырья импортную соевую муку. Для удовлетворения потребности промышленности и населения в концентратах, изолятах и в текстурированной муке и концентратах их ввозят из других стран: 48% соевых концентратов ввозят в Россию из Дании, 31% из США, 7% из Германии и 6% из Нидерландов. Наибольшие объемы изолятов импортируют из Бельгии - 44%, далее идут Нидерланды (24%) и США (14%).

Согласно экспертной оценке Института потребительского рынка и маркетинга годовая потребность в пищевых растительных белках в России оценивается в 400-450 тыс. т при выпуске продуктов с использованием растительных белков в объеме примерно 10 млн т. Реальная потребность пищевой промышленности России в соевых белках в настоящее время оценивается в 40 тыс. т в год. К 2010 г. эта потребность, по оценкам специалистов, резко возрастет и достигнет 85-100 тыс. т в год.

В настоящее время имеется свыше 300 наименований продукции с использованием соевых белков. Разработанные рецептуры пищевых продуктов прошли соответствующие испытания и рекомендованы к применению Министерством здравоохранения. Большую часть соевых белковых продуктов потребляет мясоперерабатывающая промышленность. Кроме того, соевые белки широко используют в молочной, масложировой, кондитерской, хлебопекарной промышленности, в общественном питании, а также в детском, лечебно-профилактическом, лечебном и диетическом питании.

Использование соевых белков в продуктах питания обеспечивает следующие основные эффекты.

Особое внимание к сое с начала 1990 г. обусловлено тем, что она была отнесена к "функциональным" продуктам питания, т. е. ее добавление в продукты питания рассматривается не просто, как "мясной заменитель или наполнитель", а как компонент, который имеет профилактическое или терапевтическое действие при ряде заболеваний. Все большее внимание в мире уделяется соевому белку как профилактическому средству для предупреждения таких болезней века, как сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, диабет, болезни почек и др.

10 ноября 1998 г. Администрация по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) официально объявила о соевом белке, как о продукте группы "здоровье". Чтобы продукт относился к этой категории, необходимо, чтобы он содержал, по крайней мере, 6,25 г соевого белка на порцию. Эта цифра основана на том факте, что потребление 25 г соевого белка в день значительно снижает уровень холестерина в крови, а рекомендуется принимать пищу 4 раза в день.