Ферментативный гидролиз белков молочной сыворотки

4.1 Ферментативный гидролиз белков молочной сыворотки

При гидролизе сывороточных белков протеолитическими ферментами получают гидролизаты сывороточных белков. Гидролиз белков молочной сыворотки до пептидов и аминокислот осуществляют для повышения биологической ценности вырабатываемых продуктов или из-за требований технологического процесса, например при изготовлении напитков из сыворотки. При этом кроме повышения их питательной и биологической ценности (обогащение аминокислотами) улучшается качество (прозрачность и отсутствие осадка) готовых продуктов. Кроме того, потребление продуктов с расщепленными сывороточными белками рекомендуется людям, страдающих некоторыми заболеваниями ЖКТ и аллергией (у некоторых людей бывает аллергия к бета-лактоглобулину).

Источниками протеолитических ферментов могут быть растения, животные и микроорганизмы.

Источники протеолитических ферментов растительного происхождения – листья папайи, плоды дынного дерева, побеги и листья инжира и отходы переработки ананасов. Например, папаин и химопапаин – ферменты латекса плодов дынного дерева. Фермент фицин - млечный сок инжира и бромелаин - свежий сок ананаса.

Протеолитические ферменты животного происхождения – пепсин, ренин, панкреатин и др., выделяемые из желудочно-кишечного тракта убойных сельскохозяйственных животных.

Большинство микроорганизмов обладает протеолитической активностью. В нашей стране наиболее известный микробный протеолитический фермент, выпускаемый в промышленных масштабах – протосубтилин. Ферменты из различных микроорганизмов обладают не только разной протелитической активностью, но и образуют разные продукты гидролиза. Глубокий протеолиз может сопровождаться образованием нежелательных, часто дурно пахнущих и ядовитых веществ. При использовании таких ферментов необходимо применять специальные технические приемы, препятствующие образованию этих веществ. для улучшения органолептических показателей необходимо добавление вкусовых и ароматических веществ, маскирующих неприятные тона во вкусе.

Наиболее целесообразно использовать ферменты специфически расщепляющих сывороточные белки без образования нежелательных продуктов гидролиза. Это ферменты, продуцируемые молочнокислыми микроорганизмами. Способность к протеолизу является одним из биохимических свойств молочнокислых бактерий. Поскольку растворы, содержащие сывороточные белки, являются природным субстратом протеолитических ферментов молочнокислых бактерий, протеолиз проходит специфически мягко.

По эффективности гидролиза белков молочной сыворотки протео-литические ферменты можно расположить в следующий ряд (% гидролиза):

В гидролизованной протеолитическими ферментами молочной сыворотке содержится весь набор аминокислот, заметно увеличивается их содержание в сравнении с исходной сывороткой, особенно лейцина и глутаминовой кислоты. Появляются оксиаминокислоты (серии и треонин), двухосновные (гистидин, аргинин), а также ароматические и серосодержащие аминокислоты.

Из молочной сыворотки после гидролиза белков можно готовить сгущенные и сухие обогащенные концентраты. В последние годы разработаны эффективные способы гидролиза концентратов сывороточных белков, выделенных из молочной сыворотки тепловой денатурацией и ультрафильтрацией. За рубежом на этой основе готовят сухой быстрорастворимый продукт с фирменным названием "Сан-Бол".

В производстве молочного сахара гидролиз белков позволяет улучшить его качество и стабилизировать технологический процесс.

На основе ферментации молочной сыворотки можно приготовить белковые гидролизаты для микробиологических исследований.

4.2 Синтез белковых вещества дрожжами

Наиболее приемлемым продуцентом биологического синтеза азотистых веществ в молочной сыворотке являются дрожжи, обладающие способностью использовать для питания лактозу. В среднем абсолютно сухие дрожжи (АСД) содержат 45 – 55 % азотистых веществ, 2 – 5 % жира, 25 – 35 % углеводов, 6 – 8 % золы. Азотистые вещества дрожжей биологически полноценны, так как представлены белками (70 %), аминокислотами и нуклеотидами (15 %), пуриновыми (8 – 10 %) и пиримидиновыми (4 %) основаниями.

Кроме дрожжей, микробный белок на молочной сыворотке синтезируют плесени. При этом сыворотку целесообразно обогащать солями марганца или цинка и вносить азотсодержащие соединения, например мочевину. Культивирование плесени можно улучшить, введя в сыворотку бактерии Е. coli, Lbm. helveticum и др.

Целенаправленные исследования по микробному синтезу на молочной сыворотке с использованием дрожжей проводятся школой проф. М.В. Залашко (Беларусь). Ими была доказана высокая эффективность синтеза белка на основе лактозы дрожжами. При оптимальных условиях культивирования некоторые штаммы дрожжей дают более 40 г биомассы из 1 л сыворотки.

При культивировании дрожжей в молочной сыворотке, она обогащается не только белком, но и витаминами группы В, провитамином D, микроэлементами и рядом других биологически активных веществ.

Эффективность выращивания дрожжей выше на стерильной сыворотке, чем на нестерильной, что объясняется развитием "диких" дрожжей, наличием посторонней микрофлоры и дрожжей, сбраживающих лактозу в нестирильной среде. Лучшие результаты дают дрожжи Т. Candida ФК, которые и рекомендованы для использования.

Выход биомассы дрожжей зависит больше от предварительной подготовки сыворотки, чем от ее вида. Подсырная или творожная сыворотка, очищенная от белков, является более полноценной средой для культивирования дрожжей, чем неочищенная. Это объясняется тем, что дрожжи не обладают протеолитической активностью, не могут ассимилировать белки, которые в данном случае являются балластом. К тому же с технологической точки зрения белки затрудняют процесс, загрязняют трубопроводы и емкости.

Для дрожжевания применяют свежую творожную или подсырную сыворотку. Для лучших условий дрожжевания из нее удаляют белки, нагревая до 92 – 95 °С. Процесс ферментации осуществляют в аппаратах, снабженных мешалкой и барботером, при постоянном поступлении воздуха до полного использования лактозы. По окончании процесса молочная сыворотка содержит до 2,3 % белка. Далее ее подвергают температурной обработке для инактивации живых клеток, сгущают до содержания сухих веществ 44 – 46 % и используют при производстве био-ЗЦМ.

Для очистки подсырной сыворотки перед дрожжеванием используют тепловаую денатурацию при 90 – 93^оС в сочетании с кислотной коагуляцией. В качестве реагента рекомендована соляная или молочная кислота. При очистке творожной сыворотки ее после нагревания целесообразно раскислить водным раствором аммиака. Оптимальная температура культивирования находится в пределах 26 – 28 °С.

Количество посевного материала обусловливает продолжительность процесса ферментации. Однако увеличение его свыше 25 % по отношению к объему сыворотки влияет на процесс массообмена и снижает прирост биомассы, хотя лактоза используется полностью.

Для интенсификации процесса накопления биомассы и получения высококачественного протеина в сыворотку рекомендуется вводить минеральные вещества: хлористый магний, двузамещенный сернокислый аммоний и мочевину.

При оптимальных условиях выращивания дрожжи Т. Candida ФК дают более 40 г биомассы из 1 л сыворотки. Дрожжеванная сыворотка по составу приближалась к обезжиренному молоку, а по содержанию белка значительно превосходила исходную творожную сыворотку. Блок-схема получения дрожжеванной сыворотки представлена на рисунке 4.1.

4.3 Ферментативный гидролиз лактозы молочной сыворотки

Ферментативный гидролиз лактозы в молочной сыворотке проводят ферментом лактоза (бета-галактозидаза), полученным на основе микробного синтеза из дрожжей и плесневых грибов. В результате гидролиза плохо растворимый и несладкий молочный сахар (лактоза) превращается в более сладкую и хорошо растворимую смесь моносахаров (глюкозы и галактозы), что позволяет широко использовать фермент для производства пищевых и кормовых продуктов.

В молочной промышленности для гидролиза лактозы в молочной сыворотке рекомендуется применение дрожжевой и грибной β-галактозидазы, а также препарата лактофрагелина Гх, получаемого на основе высушенной биомассы дрожжей Saccharomeces fragilis.

Фермент продуцируется многими микроорганизмами. У бактерии и дрожжей это внутриклеточный фермент. Активными продуцентами β -галактозидазы являются спороносные бактерии В.subtilis, В.megaterium и др. виды. Среди неспороносных бактерий Е. со1i; молочнокислые бактерии, такие, как Streptococcus lactis, Str.cremoris, Lactobacillus bulgaricus и др. Высокая активность β -галактозидазы обнаружена во многих дрожжевых культурах, среди которых можно назвать Saccharomyces fragilis, Sac. lactis, Candida pseudotropicalis, Torulopsis versatilis. Среди дрожжей наибольшая лактазная активность отмечена у Kluyveromyces fragilis. Ферментативная активность дрожжевых и бактериальных клеток возрастала на 34 % после промывки их толуолом.

Микроскопические грибы также образуют β- галактозидазу, но этот фермент принципиально отличается от бактериальных и дрожжевых β - галактозидаз и в основном тем, что она секретируется грибами в среду.

"Литература" - тут тоже много полезного для Вас.

Внеклеточная β - галактозидаза накапливается в значительных количествах в культуральной жидкости при глубинном культивировании микроскопических грибов. Следует отметить, что среди наиболее активных продуцентов следует назвать Penicillium multicolor, P.terlikowskii, Mucor pusillus, Alternaria tenius и др. микроорганизмы. Продуценты внеклеточной β-галактозидазы являются наиболее перспективными для производства, так как в этом случае отпадает необходимость в разрушении клеточной стенки микроорганизмов.

Каждый микроорганизм имеет свой оптимум действия – активную кислотность и температуру. Бактериальные и дрожжевые препараты проявляют максимальную активность при рН 6,2 – 7,2, а грибные – при рН 3,5 – 5,0. Кроме того, грибные β-галактозидазы имеют, как правило, более высокий температурный оптимум действия. Исходя из этого, дрожжевые и бактериальные препараты целесообразно использовать для гидролиза лактозы в подсырной сыворотке, а грибные – в творожной сыворотке.

При использовании дрожжевых и бактериальных препаратов оптимальные технологические параметры для обеспечения гидролиза лактозы: температура 35 ^оС, время гидролиза 4,52 ч, количество препарата из расчета 4 ед. на 1 г лактозы и активная кислотность среды 6,7. Грибные β-галактозидазы имеют более высокий температурный оптимум действия (40 – 60 ^оС). В результате гидролиза в моносахара превращается до 50— 70% лактозы, увеличиваются сладость и усвояемость готового продукта.

Во многих странах пользуются популярностью кисломолочные продукты и напитки, вырабатываемые из молока с гидролизованной лактозой. Проводятся исследования по производству сыра из гидролизованного молока. Сыр по сравнению с контрольными образцами отличается более высокими вкусовыми качествами и ускоренным процессом созревания.

В гидролизованной молочной сыворотке увеличивается примерно в два раза содержание летучих жирных кислот, накапливаются ароматические соединения. Следует отметить, что натуральная молочная сыворотка содержит значительное количество ароматических соединений. Технологическая обработка и гидролиз увеличивают их количество, что благоприятно отражается на возможности ее использования в хлебопечении, производстве безалкогольных напитков и других пищевых продуктов.

Гидролизованная молочная сыворотка и ее концентраты (глюкозо-галактозные сиропы) могут быть широко использованы в пищевой промышленности в качестве наполнителей и обогатителей продуктов питания, а также в сельском хозяйстве для обогащения кормов.