Сельское хозяйство/4. Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Д.т.н., проф. Мельникова Е.И., к.т.н. Богданова Е.В.

Воронежский государственный университет

инженерных технологий, Россия

Оптимизация условий биоконверсии белков УФ-концентрата

подсырной сыворотки

Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации до 2020 года предусматривает обеспечение гарантированного и устойчивого снабжения населения страны безопасным и качественным продовольствием в соответствии с нормами физиологического потребления. Гарантией этого является стабильность внутренних источников продовольственных и сырьевых ресурсов, а также наличие необходимых резервных фондов [1].

Проблема дефицита сырья в молочной отрасли может быть решена за счет применения альтернативных ресурсов, в частности белково-углеводного сырья. В настоящее время актуальны технологии промышленной переработки молочной сыворотки, предусматривающие комплексное использование всего сухого остатка, извлечение и глубокое фракционирование отдельных наиболее ценных компонентов, их направленную химическую или ферментативную трансформацию для получения промышленно важных производных.

Для улучшения функционально-технологических свойств УФ-концентрата подсырной сыворотки нами осуществлена ферментативная обработка сывороточных белков в присутствии β-трансглютаминазы с активностью 250 ед/г. Этот фермент катализирует реакцию формирования специфической изопептидной связи между γ-карбоксиамидной группой глутамина и ε-аминогруппой лизина, что усиливает пептидное взаимодействие и стабилизирует структуру белка [2]. Трансглютаминаза связывает белки на молекулярном уровне: в организме человека формирует высокомолекулярные структуры протеина, способствует образованию поперечных связей между молекулами белка. Этот фермент применяется для улучшения функциональных свойств белков, структуры, вкуса и продолжительности хранения готового продукта.

Для оптимизации условий биотрансформации УФ-концентрата в качестве основных факторов, влияющих на процесс, нами выбраны: X₁ – температура (45-65 °С); X₂ – продолжительность ферментации (45-120 мин); X₃ – расход фермента (0,002-0,078 ед/г белка). Критерий оценки оптимизации процесса биоконверсии – вязкость полученной после ферментативной обработки смеси Y, мПа·с. Интервалы изменения входных параметров выбирали с учетом химического состава и свойств исходного сырья (табл.).

Таблица – Пределы изменения входных параметров

Условия планирования эксперимента	Предел изменения факторов
	Х1, °С	Х2, мин	Х3, ед/г белка
Основной уровень	55	90	0,058
Интервал варьирования	5	45	0,02
Верхний уровень	60	105	0,078
Нижний уровень	50	75	0,038
Верхняя «звездная точка»	65	120	0,098
Нижняя «звездная точка»	45	60	0,018

Для построения математических моделей выбран полный факторный эксперимент 2³. Порядок экспериментов рандомировали с учетом таблицы случайных чисел, что исключало влияние неконтролируемых параметров на получаемые результаты. Программа исследований заложена в матрицу планирования эксперимента [3].

При обработке экспериментальных данных применяли следующие статические критерии: проверка однородности дисперсий – критерий Кохрена; значимость коэффициентов уравнения регрессии – критерий Стьюдента; адекватность уравнения – критерий Фишера. В результате статической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, адекватно описывающее процесс биоконверсии белков в УФ-концентрате подсырной сыворотки под влиянием учитываемых факторов:

Y = 9,59 + 0,29 X₁ - 0,67 X₂ + 0,46 X₃ – 0,09 X₁ X₂ – 0,16 X₁ X₃ +

+ 0,19 X₂ X₃ – 0,83 X₁² + 0,05 X₃².

При анализе полученного нелинейного уравнения выделяли факторы, оказывающие влияние на процесс. Знаки «–» и «+» перед соответствующими коэффициентами означают, что максимальная вязкость будет получена при повышении температуры и увеличении содержания фермента.

По результатам ридж-анализа установлены оптимальные условия биоконверсии УФ-концентрата подсырной сыворотки: температура 55 °С, продолжительность процесса 1,5 часа, расход фермента 0,038 ед/г белка (активность 250 ед/г).

Полученная композиция характеризуется высокой пищевой и биологической ценностью, поскольку содержит 2,6 % сывороточных белков, легко усваиваемых организмом человека. Модифицированный УФ-концентрат подсырной сыворотки может быть применен для производства кисломолочных напитков функциональной направленности, а также повышения выхода белковых продуктов.

Литература:

1. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации до 2020 года [Электронный ресурс] / https://www. mcxrb.ru/UserFiles/File/Programs/Razvitie_prom_proekt.doc.

2. Шлейкин, А.Г. Влияние трансглутаминазы на связывание сывороточных белков [Текст] / А.Г. Шлейкин, Н.П. Данилов, Л.В. Красникова // Пищевая промышленность, № 7. - 2009. – С. 9.

3. Грачев, Ю. П. Математические методы планирования экспериментов [Текст] / Ю. П. Грачев, Ю. М. Плаксин. – М.: ДеЛи принт, 2005. – 296 с.