Разработка технологии соевого гидролизата на основе биотрансформации компонентов семян с целью выращивания B. bifidum

Сафронова, Оксана Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Разработка технологии соевого гидролизата на основе биотрансформации компонентов семян с целью выращивания B. bifidum
ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии соевого гидролизата на основе биотрансформации компонентов семян с целью выращивания B. bifidum"

На правах рукописи 0055341*-

Сафронова Оксана Викторовна

разработка технологии соевого гидролизата на основе биотрансформации компонентов семян с

целью выращивания в. вгегоим

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

10 ОКТ 2013

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орёл 2013

005534724

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Государственный университет -учебно-научно-производственный комплекс»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Самофалова Лариса Александровна

Официальные оппоненты: Ермолаева Галина Алексеевна

доктор технических наук, профессор, заведующая секцией процессов ферментации и промышленного биокатализа кафедры технологии сахаристых, бродильных производств и виноделия ФГБОУ ВПО «МГУПП»

Глаголева Людмила Эдуардовна

доктор технических наук, доцент кафедры микробиологии и биохимии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Орловский

государственный аграрный университет»

Защита состоится «23» октября 2013 года в 11 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.035.06 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, просп. Революции, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Автореферат разослан «23» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Шуваева Галина Павловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает направление глубокой переработки зерна на принципах биотехнологии, позволяющих производить высокотехнологичные продукты, спрос на которые на мировом рынке с каждым годом растет. Особое внимание уделяется развитию производства и пищевого инжиниринга пробиотических продуктов, что является необходимым элементом для формирования в России рынка здорового питания.

Среди зерновых культур соя выделяется уникальным составом, оптимальным соотношением аминокислот, высоким содержанием витаминов, макро- и микроэлементов, полиненасыщенных жирных кислот. Использование продуктов переработки сои во многом обусловлено их функциональными свойствами, в соответствии с которыми они применяются как обогатители, заменители, наполнители и как аналоги натуральных пищевых продуктов.

Вместе с тем известно, что бобы сои, обладая высокой пищевой и биологической ценностью, характеризуются наличием антиалиментарных компонентов: ингибиторов протеаз, лектинов, фитатов, сапонинов, алкалоидов, олигосахаридов. Среди них, как правило, выделяют две основные группы: белки-лектины и олигосахариды.

В литературе приводятся сведения об инактивации группы антипитательных веществ, с применением температурной обработки, жёстких детергентов и ферментативного гидролиза, меняющих природу белков, вызывающих денатурационные изменения (Бегеулов М.Ш., 2006).

При этом традиционным сырьем служат семена, находящиеся в состоянии покоя. В таких семенах снижена интенсивность дыхания и обмена веществ, сравнительно невелико содержание витаминов и микроэлементов, а запасные вещества находятся в виде клеточных полимеров - структурных и запасных белков, жиров и углеводов. Тогда, как в прорастающих семенах активизируются эндоферменты, гидролизующие сложные запасные вещества на более простые (пептиды, аминокислоты, ди- и моноглицериды, жирные кислоты, простые сахара), многие из которых приобретают биологическую активность, кратно возрастает содержание витаминов, синтезируемых зародышем.

Несмотря на достаточно широкий ассортимент бактериальных препаратов с бифидобактериями и целевых пищевых продуктов, содержащих их в своем составе, их активизация в преобладающем большинстве случаев является проблемной, так как данные микроорганизмы ха-

рактеризуются сложными потребностями в питательных веществах. Для нормального роста и развития бифидобактерий большое значение имеет присутствие ростовых веществ, в качестве которых используют белки, витамины (пантотеновая кислота, биотин, рибофлавин), минеральные вещества (железо, кобальт, магний, фосфор, калий), растительные компоненты (обезжиренная соя, тростниковый сахар, экстракт картофеля).

Степень разработанности темы. Данные литературы показывают целесообразность использования продуктов переработки сои в функциональных продуктах (Забодалова JT.A., 2000; Бархатова Т.В., 2003; Артюхова С.В., 2006). Это связано с присутствием в соевом сырье, помимо высококачественных белков, дополнительных бифидоген-ных факторов - олигосахаридов, и других компонентов, проявляющих по отношению к представителям рода Bifidobacterium селективные свойства. Сведений об использовании гидролизатов из прорастающих семян сои в качестве субстрата для выращивания бифидобактерий нами не найдено.

Цель и задачи исследований. На основании вышесказанного целью исследований является: разработка технологии гидролизата сои с эффективными бифидогеными свойствами на основе биотрансформации полипептидного состава и антипитательных компонентов семян, и оценка возможности его применения в функциональных напитках.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- выбор условий проращивания семян сои in vitro и возможности тестирования по физиологическому состоянию;

- определение динамики пептидного состава белкового комплекса при смене физиологических фаз, выбор фазы запуска гидролиза лекти-нов;

- исследование динамики активности ингибиторов протеаз при набухании и запуске прорастания;

- определение технологических параметров обработки биоактивированных семян для получения гидролизата сои;

- культивирование В. bifidum-l и выбор эффективных композиций на основе гидролизата сои;

- исследование возможности использования гидролизата сои в технологии напитков функциональной направленности.

Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой Минобразования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», а также в соответствии с тематикой НИР кафедры «Химия и биотехноло-

гия» в рамках научных исследований по теме «Научные основы технологии и биотехнологии переработки семян двудольных сельскохозяйственных растений и получения продуктов с заданными свойствами».

Научная новизна. Выявлена динамика изменений белкового комплекса по пептидному составу и активности ингибиторов трипсина и химотрипсина, содержания витаминов семян сои по стадиям проращивания, выделена физиологическая фаза проращивания с эффективной биотрансформацией компонентов - 36-42 ч инкубации от достижения критической влажности.

Обоснованы параметры обработки пророщенных семян сои и получен гидролизат со сниженными антипитательными свойствами.

Доказана эффективность использования гидролизата сои в качестве питательной среды для культивирования и выявлена динамика роста В. ЫуЫит - 1 на субстрате гидролизата и смеси гидролизат: коровье молоко. Культуральные свойства обусловлены присутствием бифидости-мулирующих субстанций семян сои, обеспечиваемых прорастанием и расщеплением клеточных полимеров. Полученный гидролизат содержит биологически активный белковый комплекс, пептиды, свободные аминокислоты, лецитин, растворимые сахара, пищевую диетическую клетчатку, биогенные макро- и микроэлементы, витамины, фитогормо-ны.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан метод биотрансформации компонентов семян сои путём проращивания с выделением эффективной физиологической фазы по снижению активности лектинов и трипсинингибиторов. Получен гидролизат сои со сниженными антипитательными свойствами для культивирования В. Ъ'фйит - 1. Обоснован подбор заквасочных культур, использующих гидролизат сои, подбор рецептур и технологических параметров получения продуктов йогуртных нового поколения.

Разработана техническая документация на гидролизат сои ТУ 9146-231-02069036-2011, ТУ ТИ 9146-231-02069036; продуктов йогуртных молокосодержащих ТУ 9226-190-02069036-2013, ТУ ТИ 9226-190-02069036.

Получены патенты РФ № 2338432 «Способ получения растительного напитка», РФ № 2312506, «Способ производства кисломолочного продукта».

Производственная апробация работы осуществлялась в условиях ОАО «Молочный комбинат «Орловский», ООО «Урицкий молокозавод» по технической документации. Расчет экономической эффективности подтвердил целесообразность практического

использования разработок.

Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций, дипломном проектировании по специальности 240902 «Пищевая биотехнология» Госуниверситета - УНПК.

Методология и методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на базе применения сравнительного, системного и структурного подходов, статистического анализа и синтеза, графического моделирования. Положения теории основываются на известных фундаментальных и прикладных научных достижениях, сопряженных с предметом исследования.

Исследования выполнялись в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», в творческом сотрудничестве со специалистами лабораторий Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур» (ГНУ ВНИИ ЗБК г. Орел), ФГУ «Орловский референтный центр Россельхознадзора», а также в производственных лабораториях: ООО «Орловский завод по производству солода», ОАО «Молочный комбинат «Орловский», ООО «Урицкий молокозавод» и др. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

Объектами исследования служили семена сои урожая текущего года, покоящиеся и прорастающие при инкубировании в лабораторных условиях, которые исследовались по товарным свойствам, физиологическому потенциалу, морфологическим признакам, биохимическим характеристикам и состоянию белкового комплекса. Статистическим методом осуществлялся выбор технологических параметров обработки пророщенных семян для получения гидролизата со сниженными антипитательными свойствами. Культивирование В. Ырс1ит-1 и выбор эффективных композиций на основе полученного гидролизата осуществляли эмпирическим методом. Наблюдения проводились методом микроскопирования и регистрации изменений морфологических признаков и подсчёта колоний. Все определения проводили не менее чем в трех повторностях, трех серий экспериментов. В диссертации представлены средние результаты серии экспериментов, обеспечивающие 95 % точности по статистическим критериям.

Рисунок 1. - Структурная схема исследований

Положения, выносимые на защиту:

- методологические подходы к выбору условий проращивания in vitro семян сои и регистрации физиологических фаз;

- выявленные закономерности биотрансформации белкового и витаминного комплексов семян на ранних сроках проращивания;

- повышение пищевой ценности прорастающих семян по снижению антипитательных компонентов и обогащению витаминного состава;

- технологические параметры обработки биоактивированных семян сои для получения питательного гидролизата;

- эффективность культивирования В. bifidwn-1 на гидролизате и смеси его с коровьим молоком;

- технологии напитков функциональной направленности на основе полученного гидролизата.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов работы подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных методов обоснования полученных результатов, выводов и рекомендаций. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на всероссийских и международных научно-практических конференциях и конгрессах, в том числе: всероссийской научно-практической конференции "Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды" (Оренбург, 2007), V международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007» (Москва, 2007), V международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007), всероссийской молодёжной научно-практической конференции: «Биотехнология растительного сырья» (Иркутск, 2007, 2009), II международном конгресс-партнеринге по биотехнологии и биоэнергетике «ЕвразияБио» (Москва, 2010), международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем» (Орёл, 2012), II международной виртуальной интернет - конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» (Казань, 2013), на ежегодных отчетных научных конференциях Госуниверситета - УНПК по итогам научно-исследовательской работы за 2006-2012 гг.

Основные положения диссертации изложены в 19 работах, в том числе 2 патентах, в журналах, рекомендованных ВАК РФ опубликованы 4 статьи.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования,

экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 170 источников. Работа изложена на 98 страницах машинописного текста и включает в себя 28 таблиц, 26 рисунков и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и определены основные направления исследования.

ГЛАВА I. Обзор литературы. В обзоре литературы обобщены литературные данные о химическом составе и питательных свойствах сои. Проанализированы особенности белково-протеиназного комплекса, антиалиментарных компонентов и способах их инактивации. Рассмотрены вопросы, связанные с ролью олигосахаридов сои в технологии бактериальных препаратов и функциональных продуктов с бифидо-бактериями. На основании анализа литературного обзора сделан вывод об актуальности проводимых исследований и разработке технологии гидролизата из пророщенных семян сои с эффективными бифидоген-ными свойствами.

ГЛАВА II. Организация работы, объекты и методы исследования. Основные объекты исследования - семена сои районированных сортов Свапа и Ланцетная, предоставленные ГНУ ВНИИ ЗБК г. Орел, имеющие сниженную трипсинингибирующую активность (ТИА - до 14 мг/г, ХИА - до 5 мг/г) и высокое содержание протеина - до 40,5% с.в., покоящиеся и инкубируемые; полученные продукты: гидролизат сои, смесь - гидролизат сои : молоко коровье; бактериальные препараты В. ЬуМит-1, образцы заквасочных культур, продукты йогуртные моло-косодержащие.

В качестве питательной среды для культивирования В. Ы/1с1ит-1 использовали коммерческие препараты «Бифидумбактерина», содержащих сухие препараты живых клеток штамма В. Ы/кЛит-1, произведенных ЗАО «Экополис» (г. Ковров) и ФГУП «НПО Микроген» (г. Ставрополь).

Пробы семян сои для проращивания исследовались по товарным характеристикам и физиологическим показателям: энергии прорастания, способности прорастания, результаты пересчитывались на всю массу зерна. Изучение динамики пептидного состава при культивировании семян в диапазоне проращивания от 0 до 60 ч с интервалом 12 ч. Дифференциацию физиологического состояния от продолжительности инкубации проводили методом отбора фракций из популяции по морфоло-

гическим признакам в указанном интервале. Тестирование физиологического состояния проводили по изменению биохимических показателей семян в состоянии покоя, набухания и прорастания, сопоставляя с результатами анализа пептидного состава по электрофорезу.

Изменения в полипептидном комплексе, в том числе в зонах расположения лектинов при прорастании сои определяли высокочувствительным методом вертикального электрофореза в полиакриламидном геле по методике В.Г. Конарева (1998).

Выделение лектинов из семян сои проводили по методу Г.Я. Алексидзе и др. (1983), гемагглютинирующую активность определяли по реакции агглютинации эритроцитов человека групп крови по методу Э.И. Выскребенцевой (1997). Активность ингибиторов трипсина и химотрипсина (ТИА, ХИА) в семенах сои определяли казеинолитическим методом M.JI. Какейда в модификации И.И. Бенкен (1983).

Компьютерную обработку электрофореграмм проводили на денситометре по светимости белковых компонентов с помощью программы «Biotest -D».

Изменение морфологии, микроструктуры клеток эндосперма прорастающих семян сои изучали в режиме низкого вакуума (Р =60 Па/с) с помощью электронного сканирующего микроскопа YSM-6390 (Япония).

При разработке технологии гидролизата сои проводили статистический анализ влияния степени измельчения (0,5... 1) и дозы облучения (ультрафиолетовый диапазон волн 253,7-265,2 нм, мощность 30 Вт, в режиме от 0 до 14') семян сои на содержание ингибиторов и посторонней микрофлоры в трёх физиологических состояниях - сухие, набухшие и прорастающие 36 ч. Облучение применялось для обеззараживания вегетативной микрофлоры (способствующей усилению бобового запаха и горечи) и блокирования экзоферментов.

Количественный учет бифидобактерий проводили методом предельных разведений на стандартной среде ГМК - 1. Посевы делали сразу после внесения штамма в исследуемых образец и после 48 ч культивирования. Изучение морфологии микроорганизмов проводилось методом микроскопирования окрашенных фуксином фиксированных препаратов на микроскопах «БиоЛам» при увеличении 1350", Axi-oscop 2 МАТ с увеличением 500", получение фотографий, определение размеров клеток с помощью программы Axio Vision Graphite.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА III. Биотрансформация технологических характеристик семян сои при прорастании по физиологическим фазам

Методика прорастания и тестирования семян по физиологическим стадиям. По результатам тестирования семян по физиологическим показателям определены технологические параметры запуска процессов прорастания: оптимальное время замачивания 6-8 ч в сменной воде, орошение, температура 20±2°С, соотношение семена - вода 1:4 -1:6.

В опытных партиях семян в силу матрикальной неоднородности проклёвывание наступает в диапазоне 24 - 72 ч, при этом в период 36 -42 ч - от 50% и более, выявленный диапазон критической влажности составляет 59,5 - 64,2%. При этом способность к прорастанию составляет 60±2,5 % массы семян.

При сопоставлении результатов изменения биохимических показателей (активность ионов водорода, буферная ёмкость) с проявлением морфологических признаков смены физиологических фаз были выделены граничные состояния, по которым проводились дальнейшие исследования. Анализ данных физиологической активности прорастающих семян позволил сделать выбор в пользу сорта Свапа.

Установлено, что показатель pH клеточной протоплазмы набухающих и прорастающих семян находится в диапазоне 6,5-6,8, что соответствует культуральным характеристикам В. bifidum-1.

Динамика биотрансформации белкового и витаминного комплексов при прорастании семян сои. Методом гель-электрофореза выявлены структурные изменения в пептидном составе белкового комплекса набухших и прорастающих семян по сравнению с покоящимися, по всему спектру в диапазоне от 0 до 48 ч, существенные различия заметно выявляются к 48 ч от достижения критической влажности.

Из анализа денситограмм по количеству и расположению пиков сухих семян в сравнении с прорастающими установлено, что через 12 ч набухания наблюдается снижение светимости в среднем на 7%; через 24 ч инкубации на 12%; через 48 ч на 17%, что является результатом гидратации, запуска ферментативных процессов и углубления гидролиза.

Таким образом, процессы биотрансформации имеют место на ранних физиологических фазах прорастания по всему белковому спектру и необходимы исследования в зоне расположения лектинов.

Далее установлено, что выделенные лектины сои представляют собой гетерогенный белковый комплекс, который разделяется на | 1 1 пептидных зон с различной электрофоретической подвижностью. Анализ полученных электрофореграмм показал, что в зоне 65 кДа происходит практически полное размывание пептидов, усиливающееся к 36 ч; в зоне 45 кДа - распад и синтез новых пептидов; в зоне 25 кДА — | размывание к 24 ч и почти полное исчезновение к 36 ч (рисунок 2).

12 3 4 5

Рисунок 2 - Электрофореграмм а лектинов сои сорта Свапа: 1- сухие семена: 2 -12 ч; 3-24 ч; 4-36 ч: 5-48 ч

Анализ биологической активности лектинов по стадиям прорастания на пробах крови представлен на рисунке 3.

(мг/ мл) 1

50 №

40 1

30 1

20 К-

10 и 1

п Л

Ж_шшшм1_ЛнЯ_

Оч 12 ч 24 ч 36 ч 48 ч

■ 1 (О)

■ 2 (А)

■ 3 (В) в 4 (АВ)

Рисунок 3 - Гемагглютинирую-щая активность лектинов сои сорта Свапа по группам крови, (мг/мл)"1

Динамика изменения гемагглютинирующей активности имеет следующий характер: резкое снижение к 12 ч инкубирования (на 95% по сравнению с сухими семенами), сменяется постепенным ростом в последующих физиологических фазах, не достигая первоначального значения.

Динамика активности белков-ингибиторов трипсина и химотрипсина (ТИА; ХИА) также изменяется в сторону снижения, соответственно на 88% и 56% (рисунок 4).

Рисунок 4 - Содержание ингибиторов трипсина и химотрипсина в семенах сои сорта Свапа в разных фазах прорастания, мг/г.

Таким образом, установлено, что наиболее благоприятными фазами являются 24-36 ч инкубирования семян от достижения критической влажности. По морфологическим признакам это появление ростков до ] мм более чем у 50% семян в популяции.

В эти же сроки прорастания выявлено увеличение содержания водорастворимых витаминов: В] на 135-242 %, Вт - 230-290%, В3 - 119152 %, С - 116-3 15 % (рисунок 5).

мг/ШОг

а -

витамин В, витамин В; витамин В3 витамин С

■ сухие семена ■ набухшие семена

■ проклюнувшиеся семена

Рисунок 5 - Содержание водорастворимых витаминов в образцах сои сорта Свапа, мг/100 г

Результаты исследований морфологических изменений в клетках, полученные с помощью электронного микроскопа, подтвердили вывод об активизации белкового комплекса уже от стадии набухания.

ГЛАВА IV. Технология гидролизата сои со сниженными антипитателъными свойствами

Определение технологических параметров обработки биоактивированных семян. Статистическая обработка результатов серийных испытаний влияния технологических параметров (дозы облучения и степени измельчения) и физиологического состояния семян сои на активность ингибиторов и микробную обсеменённость позволила разработать технологию гидролизата сои со сниженными антипитательными свойствами.

Анализ данных эксперимента показал, что при обработке сухих семян время облучения не влияет на активность ТИА, т.к. отсутствует соответствующая корреляционная зависимость. Однако установлено влияние на ферментативную активность степени измельчения.

В опытах с семенами сои в состоянии набухания и проклёвывания получены высокая корреляционная зависимость между средними показателями активности ТИА и дозой облучения при различных степенях измельчения (рисунок 6а).

Также установлена высокая корреляционная зависимость между средними показателями КМАФАнМ и дозы облучения при различных степенях измельчения во всех физиологических состояниях семян сои (рисунок 66) и выявлен эффект суммирования действия указанных факторов.

а)

ДД £53* -

', до! ш.'.

'/ щйШ

Щ'Шщ

1 ш

ЁрйНШ 1 5

-'¿гк

в сухие в мзбухи. В ростки

Рисунок 6 - Корреляционная зависимость между средними значениями дозы облучения при различных степенях измельчения и: а) ТИА, б) КМАФАнМ

б)

Полученные результаты использованы при разработке технологии гидролизата сои со сниженными антипитательными свойствами (рисунок 7).

Исследование технологических характеристик гидро-лизата сои. По физико-химическим показателям, полученный гидролизат сои является устойчивой системой. Активность ионов водорода находится в пределах 6,7-6,9, кислотность снижена по сравнению с молоком, что соответствует необходимым условиям для благоприятного роста и развития бифи-добактерий (таблица 1).

Таким образом, в гидролиза-те сои присутствуют необходимые для бифидобактерий питательные вещества, которые являются внешними бифидоген-ными факторами для их выращивания. Также в нём присутствуют вещества, которые способствуют приживаемости про-биотиков (внутренние бифидо-генные факторы, пребиотики-олигосахариды). Так, изменения углеводной фракции при прорастании достаточно освещены в доступной литературе и нами Рисунок 7 - Технологическая схема были приняты во внимание дан-производства гидролизата сои на основе ные Т.Ф. Демьяненко (1997), из прорастающих семян Т.В. Бархатовой (2003) свиде-

тельствующие, что при прорастании происходит частичный гидролиз олигосахаридов (полисахаридов) до моносахаров, которые уже легко усваиваются бифидобактериями в качестве источников углерода и энергии.

Таблица 1- Физико-химические показатели гидролизата сои

Наименование показателя Гидролизат сои

Массовая доля сухих веществ, % 8,0±0,5

Массовая доля белка, % 1,9±0,5

Массовая доля жира, % 1,4±0,3

Массовая доля углеводов, % 4,8±0,8

Аскорбиновая кислота (С), мг% 2,90

Никотинамид (РР), мг% 1,95

Панготеновая кислота (Вз), мг% 5,81

Тиамин (В|), мг% 1,24

рН 6,6-7,2

Плотность, при 20 "С, г/см^ 1,012

Стабильность дисперсии при 20 °С, % 100

Кислотность,0 Г 9,0

Культивирование В. Ь'ф(1ит-1 и выбор эффективных композиций на основе гидролизата сои. Выбор бакпрепарата осуществляли по активности роста на стандартной среде ГМК -1. Наилучший рост, характерные формы колоний и клеток В. Ы/1с1ит-1 обнаружены у лиофилизата производства ФГУП «НПО Микроген», г. Ставрополь (таблица 2, рисунок 8). Последующие эксперименты проводились с использованием данного бакпрепарата.

Таблица 2 - Исследование процесса культивирования бифидобактерий

Образец Количество колоний в разведении

III IV V VI VII VIII IX X

Препарат производства «Н110 Микроген» г. Ставрополь СР СР СР ДК" 10 8 1 0

Препарат производства «Экополис», г. Ковров СР СР СР 25 2 0 0 0

СР*- сплошной рост; ДК - десятки колоний.

Рисунок 8 - Морфология клеток бифидобактерий В. Ы/1с1ит - I- бакпрепарата «Бифидумбактерин сухой», (ФГУП «НПО Микроген», г. Ставрополь) при культивировании на среде ГМК-1

При культивировании В. Ьфс!ит-1 на гидролизате сои наблюдался рост колоний в разведении с 1О6 по 108.

Сравнение активности роста В. Ы^с1ит-1 на гидролизате сои и смеси гидролизат - молоко коровье (1:1) показало, что на смеси рост колоний происходит активнее (таблица 3).

Для сравнения проводили посев и микроскопирование клеток В. Ьфс!ит-1, выращенных на коровьем молоке при тех же условиях. На рисунке 9 представлена морфология клеток при культивировании на различных средах.

Таблица 3 - Сравнение активности роста В. Ьфс!игг1-1 на гидролизате сои и смеси гидролизата и молока (1:1)__

Количество колоний в разведении Тип колоний

хЮ6 | х10' | х10"

Гидролизат сои

При внесении активированного бакпрепарата 3 - - гвоздики

После 48ч культивирования 10 6 6 кометы.пучки

Гидролизат сои : молоко коровье (1:1)

При внесении активированного бакпрепарата дк 16 - гвоздики

После 4В ч культивирования СР дк 10 кометы

' \

V '

В)

Рисунок 9 - Морфология клеток В. Ь1/}с1ит-1 при культивировании на: а) гидролизате сои; б) смеси гидролизата сои : молоко коровье (1:1); в) молоке коровьем.

Клетки бифидобактерий, культивируемых на разных питательных средах, имеют различия в форме, длине и расположении (таблица 4).

Таблица 4 - Морфология и длина клеток В. Ьфс1ит-1, при культивировании на разных средах __

Питательная среда Среднеарифметическая длина отдельных клеток, цп1 Форма клеток и расположение

крупных мелких

ГМК - 1 14,17 8,03 Палочки слегка изогнутые без перетяжек, чётко ориентированные, плотно упакованные в форме растянутых лент.

Гидролизат сои 8,64 5,44 Раздвоенные палочки, У- форма отдельных клеток. Располагаются в виде скоплений неопределённой формы.

Гидролизат сои-молоко коровье (1:1) 10,65 8,91 Палочки, образующие разветвленные нити с многочисленными перегородками

Молоко коровье не измерялись не измерялись Гранулированная форма клеток. Располагаются парами и в виде небольших скоплений

Таким образом установлено, что гидролизат сои со сниженными антипитательными свойствами и смесь гидролизат сои - молоко (1:1) обладают стимулирующим действием на рост В. bifidum-1, что связано с присутствием в гидролизате продуктов неполного расщепления клеточных полимеров - пептидов, ди- и моноглицеридов, олиго- и моносахаридов, обогащенного витаминного состава, биологически активных веществ, накопленных при ферментировании.

ГЛАВА V. Технология продуктов йогуртных молокосодержащих, комплексная оценка качества

Сквашивание молокосодержащей смеси (50:50), проводили 3 опытными образцами заквасочных культур компании «Даниско» (1- Lactococcus lactic, Acetobacter aceti; 2 - Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus\ 3 - кефирные грибки), с добавлением в каждый образец В. bifidum-1. Полученные образцы оценивались по органолептическим показателям и по кислотности на конец сквашивания смеси.

На основе полученных данных была составлена смесь чистых культур: термофильного молочнокислого стрептококка (,Streptococcus thermophilus) и молочнокислой болгарской палочки (Lactobacillus bidgaricus) с добавлением В. bifidum - 1 в соотношении 1:1:2.

'> Полученные результаты положены в основу разработки продуктов

йогуртных молокосодержащих.

Оптимальным количеством закваски признаны образцы 5%. При ! этом опытный продукт имел титруемую кислотность 53 °Т (для смеси 70:30) и 65 °Т (для смеси 50:50) (рисунок 10).

Рисунок 10 - Зависимость нарастания кислотности от продолжительности сквашивания

Титруемая кислотность готовых продуктов ниже на 5-10°Т по сравнению с традиционными кисломолочным, как установлено при дегустации, это положительно сказывается на качестве продукта, т.к. потребители обычно предпочитают слабокислый вкус.

В качестве вкусовых наполнителей, а также дополнительных источников витаминов, вводили фруктовые наполнители (персиковый нектар, морковное пюре). Рецептуру составляли, контролируя сухие вещества и кислотность продукта.

Технологическая схема производства продуктов йогуртных не имеет принципиальных отличий от традиционной технологии йогурта, при этом В. ЫАс1ит -1 вносят на стадии заквашивания.

Содержание остаточной активной микрофлоры на конец хранения (72 ч) составляет 1107 термофильного стрептококка и болгарской палочки, МО7 бифидобактерий. При микроскопировании опытных образцов напитков посторонняя микрофлора не обнаруживалась.

Результаты исследования биологической ценности и физико-химических показателей качества полученных продуктов представлены рисунке 11 и в таблице 5.

Рисунок 11 - Биологическая ценность новых видов напитков - АК скор: 1 - валин, 2 - изолейцин, 3 - лейцин, 4- лизин,

5 - метионин +цистин,

6 - треонин, 7 - триптофан, 8 - фенилаланин +тирозин

Наименование показателя Значение показателя для продукта

«Ромашка» «Стимул» «Айболит» «Дарина» «Витамин»

Массовая доля белка, %, не менее 3,4 3,9 2,7 3,4 4,0

Массовая доля жира, %, не менее 0,6 0,7 0,4 0,4 1,0

Массовая доля углеводов, %, не менее 7,0 6,3 4,6 7,0 6,3

Массовая доля сахарозы, %, не менее - - 4,0 - -

Энергетическая ценность 47 47 49 46 49

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 12,0

Кислотность, °Т от 65 до 75

Продукты полноценные по химическому составу, сниженной энергетической ценности содержат сбалансированный по АК составу белковый комплекс, рекомендованы в диетическом питании.

Апробация новых технологий в производственных условиях и оценка экономической целесообразности их внедрения. Проведена промышленная апробация разработанных продуктов йогуртных в условиях ООО «Урицкий молокозавод». Нами также получены и апробированы в производственных условиях гидролизаты на основе прорастающих семян двудольных культур - гречихи и культурной конопли.

В основе расчета калькуляции себестоимости продуктов были использованы данные ООО «Урицкий молокозавод». Сравнивали с экономическими показателями по йогурту, выпускаемому предприятием.

Общий экономический эффект, полученный при производстве по сравнению с производством контрольных образцов составил 15-20%.

Рассчитанные интегральные показатели продуктов превышают показатели базового образца и приближены к 1, а значит, соотношение цена/качество является оптимальным.

Социальный эффект от внедрения разработанных продуктов заключается в расширении контингента потребителей, в том числе с непереносимостью казеина и лактозы и обогащении рационов незаменимыми факторами питания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены основные закономерности биотрансформации функционально-технологических характеристик и пептидного состава белкового комплекса семян сои на ранних сроках проращивания in vitro, получено технологичное сырьё - гидролизат, с эффективными культуральными свойствами в отношении В. bifidum -1, доказана возможность его применения в технологии функциональных напитков.

2. Показано, что динамика биохимических показателей рН и буферной ёмкости, прорастающих семян отражает смену их физиологического состояния, что позволило выявить тестирующие моменты процесса и обосновать условия проращивания.

3. На основании анализа динамики полипептидного состава и содержания антипитательных компонентов прорастающих семян обоснованы оптимальные сроки прорастания 24-36 ч, что имеет практическое значение при приготовлении гидролизата - соевой основы. В указанных фазах снижение активности ТИА на 46-83 %, ХИА - 4449%, лектинов - 88-77 %. При этом повышение витаминной ценности составило: В, - на 135-242%, В2- на 230-290%, В3- на 1 19-152%, С - на 116-315%.

4. В статистическом анализе определены технологические параметры обработки биоактивированных семян для получения гидролизата: инкубирование 24-36 ч при t (16±2)°С, облучение семян УФ-лампой мощностью 30 Вт, 7-8 мин, экстрагирование при t > 60 "С; гидромодуль 1:7-1:9.

5. Доказана эффективность использования гидролизата сои из прорастающих семян и смеси гидролизата сои : коровьего молока в соотношении 1:1 в качестве субстрата для В. bifidum-]. Составлена заква-сочная композиция из симбиотической смеси чистых культур: термофильного молочнокислого стрептококка (Streptococcus thermophilus) и молочнокислой болгарской палочки (Lactobacillus bulgaricus) с добавлением бифидобактерии (В. bifidum-1) в соотношении 1:2.

6. Разработаны рецептуры, определены технологические параметры сбалансированных по составу и биологической ценности напитков функционального назначения, содержащих до 60% гидролизата сои, установленные сроки хранения 72 ч. Содержание остаточной активной микрофлоры на конец хранения составляет 1-107 термофильного стрептококка и болгарской палочки, 1-107бифидобактерий. В дегустационном анализе выявлено, что сниженный уровень кислотности напитков по сравнению с традиционными молочными положительно влияет на их качество.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных

ВАК РФ:

1. Самофалова, Л. А. Растительная основа для получения функциональных напитков и молокосодержащих продуктов / Л. А. Самофалова,

A. П. Симоненкова, Е. В. Климова, О. В. Сафронова // Пиво и напитки. -2009. -№5.-0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

2. Самофалова, Л. А. Изучение активности роста и морфологических бифидобактерий из прорастающих семян сои и комбинированной смеси с молоком коровьи / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. -2012. -№ 2 (13).- 0,375 п. л. (лично автором 0,18 п. л.).

3. Самофалова, Л. А. Влияние технологических параметров на техно-функциональные свойства и обсемененность дисперсий из прорастающих семян сои / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова, Л. И. Шмарко-ва // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов -2013. - № 1 (18). - 0,3 12 п. л. (лично автором 0,12 п. л.).

4. Сафронова, О. В. Биологическая модификация сои из прорастающих семян и получение целевых напитков / О. В. Сафронова, Л. А. Самофалова, С. В. Бобков // Вестник ВГУИТ. - 2013. - № 2. - 0,375 п. л. (лично автором 0,18 п. л.).

Публикации в других изданиях и материалах конференций:

5. Самофалова, Л. А. Основа из прорастающих бобов сои: информационный листок № 53-081-06 Серия 65.53.03. / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова. Орёл: ЦНТИ, 2006. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

6. Самофалова, Л. А. Кисломолочно-растительные напитки / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Сб. науч. тр. по материалам Всероссийской научно-практической конф. "Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды" в поддержку реализации национального проекта "Здоровье". - Оренбург, 22-23 мая 2007 г. - 0,187 п. л. (лично автором 0,09 п. л.).

7. Самофалова, Л. А. Сравнительная оценка сортов сои районированных в Орловской области / Л. А. Самофалова, А. П. Симоненкова, О.

B. Сафронова и др. // Материалы V Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007» - Ч. 2. Москва, МГУПП, 18-19 сентября 2007. - 0,187 п. л. (лично автором 0,09 п. л.).

8. Самофалова, Л. А. Развитие бифидобактерий на основе из прорастающих семян сои / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Сб. «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания». - Иркутск: ИрГТУ, 2007. -0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

9. Самофалова, Л. А. Получение соевого молока со сниженными антипитательными свойствами: информационный листок № 53-033-08 / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова. Орёл: ЦНТИ, 2008. - 0,06 п. л. (лично автором 0,03 п. л.).

10. Самофалова, Л. А. Оценка белкового компонента растительной основы для комбинированных продуктов молочного типа / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Сб. Юбилейного V Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М.: Экспобиохим РХТУ им. Менделеева. 16-20.03.09. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

11. Самофалова, Л. А. Исследование содержания антипитательных веществ в семенах сои при прорастании / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Сб. материалов Всероссийской молодёжной научно-практической конференции: «Биотехнология растительного сырья», г. Иркутск: ИГТУ, 15-17 октября 2009 г. - 0,187 п. л. (лично автором 0,09 п. л.).

12. Самофалова, Л. А. Получение кисломолочно-соевых напитков: информационный листок № 053-032-08. / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова. Орёл: ЦНТИ. 2008. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

13. Самофалова, Л. А. Способ получения растительного напитка повышенной пищевой ценности с улучшенными органолептическими характеристиками: информационный листок №57-027-09. / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова Орёл: ЦНТИ. 2009. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

14. Самофалова, Л.А. Возможности расширения ассортимента про-биотических продуктов на основе прорастающих семян сои / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Материалы: 2-й Международный Кон-гресс-Партнёринг по биотехнологии и биоэнергетике «Евразия-Био», 12-14 апреля 2010. - 0,187 п. л. (лично автором 0,09 п. л.).

15. Самофалова, Л. А. Изучение морфологических особенностей клеток В. ЫАс1ит-1 при культивировании на соевом молоке из прорастающих семян / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // Известия, вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. - № 1. — 0,06 п. л. (лично автором 0,03 п. л.).

16. Самофалова, Л. А. Товарные и технологические показатели районированных сортов сои / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова, Зайцев

В.Н. и др. // международная научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем» г. Орел, декабрь 2012 г. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

17. Самофалова, Л.А. Инновационные технологии переработки семян сельскохозяйственных культур на принципах биотехнологии / Л. А. Самофалова, О. В. Сафронова // II международная интернет-конференция «Биотехнология. Взгляд в будущее» Казань, 26-27 марта 2013г. - 0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

Патенты РФ на изобретения

18. Патент № 2312506 «Способ производства кисломолочного продукта». Самофалова Л.А., Сафронова О.В. Опубликовано: 20.12. 2007, Бюл. № 35.

19. Патент № 2338432 «Способ получения растительного напитка». Самофалова Л. А., Сафронова О.В. Опубликовано: 20.11.2008, Бюл. № 32.

Подписано к печати 17.09.2013 г. Формат 60x84 1/16. Объем 1,0 усл. п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1523

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Сафронова, Оксана Викторовна, Орел

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ - УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОЕВОГО ГИДРОЛИЗАТА НА ОСНОВЕ БИОТРАНСФОРМАЦИИ КОМПОНЕНТОВ СЕМЯН С ЦЕЛЬЮ ВЫРАЩИВАНИЯ Я ВШЮиМ

На правах рукописи

04201364780

САФРОНОВА Оксана Викторовна

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Самофалова Лариса Александровна

Орел, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................ 5

Глава 1. Обзор литературы.................................................. 11

1.1 Пищевая ценность и характеристика белково-протеиназного комплекса семян сои........................................................... 11

1.2 Характеристика антипитательных компонентов сои и способы их инактивации..................................................................... 17

1.3 Использование бифидобактерий в технологии пробиотических продуктов........................................................................ 21

1.4 Современные представления теории позитивного питания

и создание биопродуктов.................................................... 27

Глава 2. Организация работы, объекты и методы исследования.... 36

2.1 Материалы, объекты и схема экспериментальных исследований... 36

2.2 Общие методы исследований................................................ 38

2.3 Математическое планирование и статистическая обработка 42 результатов эксперимента...................................................

2.4 Специальные методы исследования....................................... 43

Глава 3. Биотрансформация компонентов семян сои при прорастании по физиологическим фазам.................................... 45

3.1 Методика прорастания и тестирования семян по физиологическим стадиям........................................................................... 45

3.2 Динамика биотрансформации белкового и витаминного

комплексов при прорастании семян сои................................. 49

Глава 4. Технология гидролизата сои со сниженными антипитательными свойствами.............................................. 57

4.1 Определение технологических параметров обработки биоактивированных семян................................................... 57

4.2 Исследование технологических характеристик гидролизата сои.... 69

4.3 Культивирование В. Ы/1с1ит и выбор эффективных композиций на

основе гидролизата сои................................................... 72

Глава 5. Технология продуктов йогуртных молокосодержащих, комплексная оценка качества................................................ 78

5.1 Разработка молокосодержащей смеси..................................... 78

5.2 Подбор заквасочных культур и исследование динамики сквашивания.................................................................... 79

5.3 Обоснование состава сквашенных напитков............................. 82

5.4 Оценка качества, пищевая и биологическая ценность напитков .... 87

5.5 Оценка экономического эффекта от внедрения разработанных

напитков..................................................................................................................................................92

Заключение............................................................................................................................................97

Список сокращений и условных обозначений......................................................99

Список использованных источников..............................................................................100

Приложение 1. Заменитель молока «Молоко соевое плюс».

Технические условия, технологическая инструкция......................................116

Приложение 2. Напитки молокосодержащие сквашенные.

Технические условия, технологическая инструкция....................116

Приложение 3. Патент № 2312506. Способ получения

растительного напитка..................................................................................................116

Приложение 4. Патент № 2338432. Способ производства 116

кисломолочного продукта....................................................

Приложение 5. Договор о творческом научно-техническом 116

сотрудничестве с ГНУВНИИЗБК.......................................

Приложение 6. Договор о творческом научно-техническом сотрудничестве с ФГУ «Орловский референтный центр Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному

надзору»........................................................................ 116

Приложение 7. Элетрофорераммы белков сои сорта Свапа 116 Приложение 8. Обработка электрофореграмм на денситометре..... 138

Приложение 9. Протоколы испытаний проб пищевых продуктов.. 140 Приложение 10. Акты производственных испытаний и

рекомендации..................................................................................................................................142

Приложение 11. Шкала дегустационной оценки напитков......................144

Приложение 12. Оценка экономического эффекта от внедрения

напитков..........................................................................................................................................................145

Введение

Актуальность темы исследования. Программа развития биотехнологий на период до 2020 года в Российской Федерации предусматривает направление глубокой переработки зерна на принципах биотехнологии, позволяющих производить высокотехнологичные продукты, спрос на которые на мировом рынке с каждым годом растет.

Соя характеризуется уникальным составом, оптимальным соотношением аминокислот, высоким содержанием витаминов, макро- и микроэлементов, полиненасыщенных жирных кислот. А широкое использование продуктов переработки сои (обогатители, заменители, наполнители и как аналоги натуральных пищевых продуктов) во многом обусловлено их функциональными свойствами. [8, 11, 29, 39, 56, 77, 148, 153, 157, 166].

Вместе с тем, бобы сои, обладая высокой пищевой и биологической ценностью, характеризуются также наличием антиалиментарных компонентов, к которым относят ингибиторы протеаз, лектины, фитаты, сапонины, алкалоиды, оли-госахариды. Среди них, как правило, выделяют две основные группы: белки-лектины и олигосахариды. В литературных источниках приводятся сведения об инактивации группы антипитательных веществ, основанные на применении температурной обработки, жёстких детергентов и ферментативного гидролиза, меняющих природу белков и вызывающих денатурационные изменения [12, 30, 38, 86,145].

В основном традиционным сырьем служат семена, находящиеся в состоянии покоя. В сухих семенах обмена веществ и интенсивность дыхания снижены, сравнительно невелико содержание витаминов и микроэлементов, все запасные вещества находятся в виде клеточных полимеров — структурных и запасных белков, жиров и углеводов. В прорастающих семенах активизируются эндофермен-ты, гидролизующие сложные запасные вещества на более простые (пептиды, аминокислоты, ди- и моноглицериды, жирные кислоты, простые сахара), многие из

которых приобретают биологическую активность, при этом кратно возрастает содержание витаминов, которые синтезирубются зародышем.

Несмотря на достаточно широкий ассортимент бактериальных препаратов с бифидобактериями и целевых пищевых продуктов, содержащих их в своем составе, в преобладающем большинстве случаев используются достаточно сложные приемы их активизации, так как данные микроорганизмы характеризуются сложными потребностями в питательных веществах. Для динамичного развития и роста бифидобактерий большое значение имеет в первую очередь присутствие в питательном субстрате основных веществ, к которым относят белки, витамины, минеральные вещества, растительные компоненты.

Степень разработанности темы. Данные литературы показывают целесообразность использования продуктов переработки сои в функциональных продуктах [9, 10, 11, 39]. Это связано с присутствием в сое, помимо высококачественных белков, дополнительных бифидогенных факторов - олигосахаридов, и других компонентов, проявляющих по отношению к представителям рода Bifidobacterium селективные свойства. Сведений об использовании гидролизатов из прорастающих семян сои в качестве субстрата для выращивания бифидобактерий нами не найдено.

Цель и задачи исследований. На основании вышесказанного целью исследований является: разработка технологии гидролизата сои с эффективными би-фидогеными свойствами на основе биотрансформации полипептидного состава и антипитательных компонентов семян, и оценка возможности его применения в функциональных напитках.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- выбор условий проращивания семян сои in vitro и возможности тестирования по физиологическому состоянию;

- определение динамики пептидного состава белкового комплекса при смене физиологических фаз, выбор фазы запуска гидролиза лектинов;

- исследование динамики активности ингибиторов протеаз при набухании и запуске прорастания;

- определение технологических параметров обработки биоактивированных семян для получения гидролизата сои;

- культивирование В. Ы^ит и выбор эффективных композиций на основе гидролизата сои;

Обоснованы параметры обработки пророщенных семян сои и получен гид-ролизат со сниженными антипитательными свойствами.

Доказана эффективность использования гидролизата сои в качестве питательной среды для культивирования и выявлена динамика роста В. ЫАс1ит на субстрате соевой основы и смеси основа : коровье молоко. Культуральные свойства обеспечиваются присутствием бифидостимулирующих субстанций семян сои, обеспечиваемых прорастанием и расщеплением клеточных полимеров. Полученный гидролизат содержит активный белковый комплекс, в том числе пептиды, свободные аминокислоты, растворимые сахара, пищевую клетчатку, витамины, лецитин, макро- и микроэлементы.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан метод биотрансформации компонентов семян сои путём проращивания с выделением эффективной физиологической фазы по снижению активности лектинов и трип-синингибиторов. Получен гидролизат сои со сниженными антипитательными свойствами для культивирования В. Ы/гЛит. Обоснован подбор заквасочных культур, использующих гидролизат сои, подбор рецептур и технологических параметров получения продуктов йогуртных нового поколения.

Разработана техническая документация на гидролизат сои

ТУ 9146-231-02069036-2011, ТУ ТИ 9146-231-02069036; напитков йогуртных мо-локосодержащих ТУ 9226-190-02069036-2011, ТУ ТИ 9226-190-02069036 (приложения 1,2).

Получены патенты РФ № 2338432 «Способ получения растительного напитка», РФ № 2312506, «Способ производства кисломолочного продукта» (приложения 3, 4).

Производственная апробация работы проводилась в условиях ОАО

«Молочный комбинат «Орловский», ООО «Урицкий молокозавод» по технической документации. Расчет экономической эффективности подтвердил целесообразность практического использования разработок.

Методология и методы исследования. Исследования выполнялись в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБОУ ВПО «Госуниверситет -УНПК», при сотрудничестве со специалистами лабораторий Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур» (ГНУ ВНИИ ЗБК г. Орел), ФГУ «Орловский референтный центр Россельхознадзора» (приложения 5, 6), а также в производственных лабораториях: ООО «Орловский завод по производству солода», ОАО «Молочный комбинат «Орловский», ООО «Урицкий молокозавод» и др.

Схема проведения исследований приведена на рис.1 (с. 38).

Объектами исследования служили семена сои урожая текущего года, покоящиеся и культивированные в лабораторных условиях, которые исследовались по товарным свойствам, физиологическому потенциалу, морфологическим признакам, биохимическим характеристикам и состоянию белкового комплекса. Статистическим методом осуществлялся выбор технологических параметров обработки пророщенных семян для получения гидролизата со сниженными антипитатель-

ными свойствами. Культивирование В. bifidum и выбор эффективных композиций на основе полученного гидролизата осуществляли эмпирическим методом. Наблюдения проводились методом микроскопирования и регистрации изменений морфологических признаков и подсчёта колоний. Все определения проводили не менее чем в трех повторностях, трех серий экспериментов. В диссертации представлены средние результаты серии экспериментов, обеспечивающие 95 % точности по статистическим критериям.

Положения, выносимые на защиту.

♦ Результаты исследования условий проращивания семян сои in vitro и возможности тестирования по физиологическому состоянию;

♦ Результаты исследования динамики белкового и витаминного комплексов при прорастании семян сои;

♦ Результаты исследования динамики активности ингибиторов протеаз при набухании и запуске прорастания;

♦ Технологические параметры обработки биоактивированных семян для получения гидролизата сои;

♦ Условия культивирования В. bifidum и выбор эффективных композиций на основе гидролизата сои;

♦ Возможность использования гидролизата сои в технологии напитков функциональной направленности.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на всероссийских и международных научно-практических конференциях и конгрессах, в том числе: всероссийской научно-практической конференции "Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды" (Оренбург, 2007 г), V международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания 2007» (Москва, 2007 г), V

международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007 г), всероссийской молодёжной научно-практической конференции: «Биотехнология растительного сырья» (Иркутск, 2007, 2009), II международном конгресс-партнеринге по биотехнологии и биоэнергетике «ЕвразияБио» (Москва, 2010), международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем» (Орёл, 2012), II международной виртуальной интернет - конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» (Казань, 2013), на ежегодных отчетных научных конференциях Госуниверситета - УНПК по итогам научно-исследовательской работы за 20062012 гг.

Основные положения диссертации изложены в 19 работах, в том числе 2 патентах. Основные материалы диссертации представлены 4 статьями в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой Минобразования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», а также в соответствии с тематикой НИР кафедры «Химия и биотехнология» в рамках научных исследований по теме «Научные основы технологии и биотехнологии переработки семян двудольных сельскохозяйственных растений и получения продуктов с заданными свойствами».

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 170 источников. Работа изложена на 99 страницах машинописного текста и включает в себя 28 таблиц, 26 рисунков и приложений.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Пищевая ценность и характеристика белково-протенназного комплекса

семян сои

Государственная политика в области здорового питания разработана концепция о совершенствовании процессов переработки сельскохозяйственного сырья, в том числе получение пищевых продуктов общего и специального назначения на принципах биотехнологии. [61].

Благодаря известным целебным свойствам, пищевой и биологической ценности бобовая культура соя занимает одно из первых мест в разработке новых биопродуктов [3, 6, 12, 17, 18, 19, 23, 30, 31, 32, 36, 57, 65, 122, 138].

В белке сои в значительных количествах содержатся отдельные аминокислоты (например, аргинин), что позволяет снижать уровень холестерина. Также в сое содержатся различные антиканцерогены: ингибиторы протеиназ, фи-таты, фитостеролы, сапонины, изофлавоны [64, 70].

Химический состав соевых семян изменяется в зависимости от метеорологических условий, сорта, минерального питания [69], и в среднем имеет показатели, указанные в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав семян сои в сравнении с пшеницей, % *

Пищевые компоненты Соя Пшеница

Белок 36-44 6-12

Липиды 19-21 2,1-3,5

Крахмал 25-35 54-74

Зола 3,3-6,4 1,2-2,5

Пищевые волокна 4,3-7,6 2,5-5,8

Аскорбиновая кислота 0,8-1,5 -

Продолжение таблицы 1

1 2 3

Никотинамид (РР) 3,8-

Информация о работе