Исследование биокаталитических процессов получения пищевых углеводных компонентов из нетрадиционных зерновых источников

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

выводы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

10. Разработана схема технологии комплексного получения сахаристых продуктов и пищевых волокон на основе биокатализа. Утверждены ТУ 9 295 055−2 068 640−08 «Волокна пищевые ячменные».

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

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