МОДИФИКАЦИЯ СОЕВЫХ БЕЛКОВ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

МОДИФИКАЦИЯ СОЕВЫХ БЕЛКОВ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Лысенко Т.Е.
Дальневосточный федеральный университет, 5 курс, группа С7503
Владивосток, Российская Федерация
Научный руководитель Табакаева О.В., профессор
Кафедра биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального
питания
Дальневосточный федеральный университет
Владивосток, Российская Федерация
MODIFICATION OF SOY PROTEINS AND ITS USE BY PRODUCTION
OF FOOD
Lysenko T.E.
Far East federal university, 5th course, C7503 group
Vladivostok, Russian Federation
Tabakayevа O. V. research supervisor, professor
Chair of biotechnology of products from animal raw materials and a functional
food
Far East federal university
Vladivostok, Russian Federation
На сегодняшний день соя – одна из важнейших продовольственных
культур, выращиванию, переработке и исследованиям, которой уделяется все
большее внимания. Никакая из других культур не имеет такого удачного
состава, который представлен высоким содержанием белков, липидов,
витаминов и минеральных веществ. В соевом зерне также содержится ряд
важных так называемых фитопитательных веществ, приносящих пользу
здоровью человека. При этом соевое зерно должно рассматриваться как
натуральное, естественное продовольственное сырье, такое же как пшеница,
рис, ячмень и др. Соответственно, все продукты из соевого зерна следует
рассматривать как натуральные, естественные продукты питания. Медикобиологическими исследованиями отечественных и зарубежных ученых
установлено только положительное влияние соевых продуктов на здоровье
человека [1].
Основное внимание в будущем будет уделяться новой технологии и
методам приготовления составов, а также принципиально новым продуктам
поликомпонентного состава. Произойдет революция в рецептуре продуктов,
прежде всего в традиционно консервативной мясной индустрии. Устаревшие
идеи отойдут в прошлое, а новые продукты питания будут составлять на
основе
доступных
ингредиентов,
усовершенствованных
технологий,
потребностей рынка и новых требований к питательным свойствам пищи.
Эти новые тенденции открывают новые возможности для производителей
белка сои [2].
Исходя из этого, белковые соевые продукты смогут сыграть важную
роль в удовлетворении потребностей в питательных продуктах. Они
разработаны для повышения питательности разнообразных продуктов
поликомпонентного состава и могут быть использованы как частичный или
полный
заменитель
мясных
белков.
Белки
сои,
благодаря
их
функциональным свойствам, могут дополнять или улучшать питательные
качества готовой пищи, а также помогают снизить стоимость ее производства
[3].
Целью данной работы является рассмотрение белковых продуктов,
выделенных из сои, методов их выделения и способов модификации и
использования в мясоперерабатывающей промышленности.
Способы модификации соевых белков
Функциональные свойства соевых белков 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 [4].
В процессе химической и ферментативной модификации можно
получить так называемые белковые гидролизаты.
Белковыми гидролизатами называют продукты гидролитического
расщепления белков, состоящие в основном из отдельных аминокислот, их
натриевых солей и полипептидных остатков.
Ферментативная модификация
Преимущество
ферментной
модификации
заключается
в
ее
специфичности и, соответственно, в отсутствии нежелательных побочных
реакций. Недостаток заключается в том, что атаке того или иного фермента
подвергаются лишь определенные аминокислотные последовательности в
белковой молекуле и поэтому ферментативная реакция способна привести
лишь к достаточно ограниченной модификации [5].
Методы ферментной модификации, в частности протеолитические
методы
гидролиза,
соевого
белка
предназначены
для
изменения
структурообразующих свойств пищевых продуктов, с одной стороны, и для
увеличения усвояемости белка растительного происхождения – с другой. Это
позволяет разрабатывать новые продукты питания и добавки к ним, а также
повышать пищевую ценность продуктов [6].
Выделено огромное количество ферментов из различных культур
микроорганизмов, которые при температуре 35 - 50°С расщепляют белковую
молекулу.
Для гидролиза белков используют ферменты, культивированные с
помощью бактерий (протосублитин, рапидоза), и с помощью грибковых
культур:протооризаны(Aspergillius,terricoba,
Orisius),
римопротелин
(Actinomycesrimosus), протелин (Striptomiceusgriseys), Актиномицет 771
(Actinomyces
Высокой
771),
протогигролитин(Actinomyceshydroscompius)
ферментной
активностью
обладают
также
и
др.
ферменты
поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота.
Можно выделить главные особенности ферментативного гидролиза:
- специфичность расщепления белковой молекулы, в результате чего
аминокислотный состав полученного гидролизата зависит оттипа фермента;
- мягкие условия гидролиза: нормальное давление и температура от 30
до 50°С, благодаря чему нет деструкции выделяемых аминокислот;
- ограниченная концентрация свободных аминокислот, которая в
зависимости от гидролизующего фермента колеблется от 20 до 30%.
Оптимальное соотношение фермент: субстрат обычно составляет 1% в
пересчете
на
100%
активное
начало.
Оптимальное
количественное
соотношение вода:субстрат составляет по литературным данным не менее,
чем 3:1. Большое количество воды ведет к разбавлению продуктов гидролиза.
При ферментном гидролизе не происходит разрушение триптофана и
наблюдается самая низкая рацемизация аминокислот.
В одном из методов ферментативного гидролиза соевого белка
используют трехстадийную процедуру гидролиза. Белок суспендируют в
воде в щелочных условиях и обрабатывают в щелочной среде щелочной
протеиназой, которая дополнительно солюбилизирует белок и осуществляет
гидролиз. Данную реакцию можно проводить до тех пор, пока скорость
реакции не начнет уменьшаться, хотя не предполагается исключить более
длительные времена.
Если реакционная среда первого соевого гидролизата не была ранее
нейтрализована, ее можно нейтрализовать и затем нагреть для того, чтобы
инактивировать
ферментный
препарат
и
сделать
мезофильные
микроорганизмы нежизнеспособными, например, нагреванием при 100-110oС
в течение 5 - 10 минут.
После охлаждения первый гидролизат обрабатывают в нейтральных
условиях нейтральной протеиназой для того, чтобы гидролизовать пептиды и
все интактные белки, и получают второй гидролизат. Эту реакцию также
можно проводить до тех пор, пока скорость реакции не начнет уменьшаться.
Данный второй гидролиз также проводят для того, чтобы провести стадию
выроста спор, и, таким образом, среду субстрата нужно только обработать
теплом, чтобы инактивировать ферментный препарат и сделать мезофильные
микроорганизмы нежизнеспособными.
После охлаждения второй гидролизат обрабатывают стерильным
ферментным
препаратом
в
стерильной
системе
в
соответствии
с
вышеописанным настоящим изобретением для того, чтобы гидролизовать
пептиды предпочтительно экзопептидазойи по меньшей мере до момента,
когда скорость гидролиза начинает уменьшаться[7].
Химическая модификация
Химические методы модификации подразумевают изменение рН
среды, осаждение белка солями и кислотами и в меньшей степени
применение детергентов и органических растворителей. Однако в силу
национальных законодательных норм (CанПиН 2.3.2.1078 - 01), а также
благодаря предубеждению потребителей против химических изменений
пищевых белков применение этих методов ограничено [6].
К химическим методам модификации относят также кислотный
гидролиз, который будет рассмотрен как отдельный пункт, и щелочной
гидролиз.
Щелочной гидролиз. В качестве гидролизующего агента используют
щелочь. Гидролиз щелочью проводят при температуре 90 - 100°С в течении 4
- 6 часов. Используют концентрацию не выше 2 н. Более высокая
концентрация или более продолжительный гидролиз приводят к рацемизации
аминокислот. В силу указанных причин щелочной гидролиз не может быть
полным. В процессе щелочного гидролиза полностью разрушается цистин. В
основном щелочной гидролиз применяют для получения кормовых добавок.
При этом щелочь нейтрализуют соляной кислотой, получая смесь
аминокислот, пептидов и соли.
Использование при гидролизе щелочных реагентов позволяет получать
протеинаты,
наиболее
распространенными
протеинаты
натрия,
кальция
функциональными
свойствами.
и
среди
калия.
Известно,
что
Они
которых
являются
обладаютразными
жироудерживающая
и
водоудерживающая способности максимальны у соевых протеинатов калия.
Пенообразующая способность – у протеината натрия, жироэмульгирующая
способность – у соевых протеинатов кальция.То есть имеет место
выраженное влияние катионов щелочных и щелочноземельных металлов на
функциональные свойства протеинатов соевого белка [7].
К другим методам химической модификации также можно отнести
такие методы, как ацилирование, ацетилирование и сукцинилирование.
После гидролиза растительных белков остаточные полипептиды можно
видоизменять
посредством
реакции
ацилирования.
Эта
химическая
модификация заключается в реагировании различных ацилирующих агентов
типа ангидридов моно- или дикарбоновых кислот, таких как ангидрид
уксусной, янтарной, пропионовой, глутаминовой или яблочной кислот с
полипептидами, имеющими функциональные группировки – аминные,
кислородные или серосодержащие.
После термической денатурации белок в суспензии гидролизуется на 6- 80% при добавлении кислотных или основных эндопептидаз животного или
растительного происхождения (пепсин, трипсин, химотрипсин, папаин) либо
экзопептидазмикробиального происхождения. Затем происходит реакция с
ангидридом янтарной кислоты при рН 7,0 и температуре ниже 15°С. В
результате продукты гидролиза теряют запах и вкус даже в кислом растворе.
Устойчивость ацилированных белков к нагреву возрастает по мере
увеличения суммарного отрицательного заряда. Это оказывает влияние и на
гелеобразующую способность белков.
Сукцинилирование белков приводит к повышению суммарного
отрицательного заряда молекулы благодаря ковалентному присоединению
сукцинильной
группы
аминогруппам
остатков
(остаток
янтарной
лизина.
Степень
кислоты)
к
катионным
сукцинилирования
может
дополнительно возрастать за счет других функциональных групп белка
(гидроксильные группы остатков серина и треонина).
Сукцинилирование
вызывает
электростатическое
отталкивание
одноименно заряженных карбоксильных групп, что приводит к структурным
изменениям в белках – распаду на субъединицы. Соответственно, варьируя
степень модификации, можно достичь различных структурных состояний.
При
ацетилировании
происходит
замещение
нейтральными
ацетильными группами в основных аминогруппах остатков лизина. В
реакцию также вступают гидроксильные группы остатков серина, треонина и
тирозина.
аминогрупп
Таким
образом,
возрастает
в
результате
суммарный
нейтрализации
отрицательный
катионных
заряд
молекулы.
Возникающее при этом электростатическое отталкивание может вызвать
диссоциацию молекулы на субъединицы.
Сукцинилирование и ацетилирование – наиболее распространенные
методы химической модификации из числа используемых для изменения
функциональных
свойств
растительных
белков.
Благодаря
резкому
изменению заряда и гидрофобности белков, с одной стороны, и их
пространственной структуры, с другой, указанные процессы приводят к
заметному изменению водорастворимости, гелеобразующей способности,
эмульгирующих и пенообразующих свойств.
Также существует метод фосфорилирование, который преследует цель
придать белкам хорошие структурно-функциональные свойства, присущие
природным фосфопротеинам. Среди многих реагентов, пригодных для
химического фосфорилирования белков, наибольшее значение приобрела
хлорокись фосфора. Она способна взаимодействовать с белками различными
способами,
образуя
помимо
отрицательно
заряженных
N-
или
О-
фосфорилированных соединений также и ковалентно сшитые продукты.
Активация хлорокисью фосфора функциональных групп в белках
может быть использована для ковалентного присоединения незаменимых
аминокислот, а значит для повышения биологической ценности белка.
Фосфорилирование приводит при определенных степенях модификации к
диссоциации белков на субъединицы, но одновременно с этим происходит
образование внутри- и межмолекулярно сшитых продуктов.
Фосфорилирование
приводит
к
улучшению
растворимости,
эмульгирующих и пенообразующих свойств соевых белков, а также к
стабилизации структуры геля [5].
Способ модификации соевого белка кислотным гидролизом
Получение белкового гидролизата кислотным гидролизом.
Собственно производство включает в себя несколько основных
операций: гидролиз, нейтрализация, фильтрация, созревание, в некоторых
случаях частичная или полная дегидратация. Гидролиз производится с
помощью хлороводородной кислоты с концентрацией около 6 моль/ л (около
20%).обычно гидролиз проводят в течение 8 - 12 ч при температуре 105 120°C и давлении 0,15 -0,20 MПа. Степень гидролиза определяется
содержанием азота свободных аминокислот. Гидролиз заканчивают, когда
оно составляет 35 - 58% от общего содержания азота в гидролизате.
Гидролизат нейтрализуют гидрооксидом натрия (или углекислым натрием)
до pH4,5 - 7,0 (обычно pH 5,3 - 5,5) и направляют на созревание.
Созревание гидролизата продолжается от одного месяца до полугода. В
этот период гидролизат приобретает более нежный вкус и запах, а также
более светлый цвет. Одновременно седиментируются часть хлорида натрия и
некоторые
плохо
растворимые
аминокислоты
(главным
образом
алифатические разветвленные), которые удаляются в процессе последующей
фильтрации. Конечный жидкий продукт содержит 30 – 40 % хлорида натрия.
Меняя
основные
параметры
процесса
(температуру,
продолжительность воздействия кислот, давление), получают ингредиенты с
различными вкусовыми характеристиками: вкус и аромат говядины,
свинины, курицы пряной, говядины жареной, свинины жареной и др.
Значительная часть производства белковых гидролизатов приходится
на сухие гидролизаты, при производстве которых активно используются
распылительные, барабанные сушилки, а также операция гранулирования.
Причем
гранулированный
гидролизат
в
сравнении
с
высушенным
классическими методами лучше и быстрее регидратируется.
Готовый гидролизат представляет собой мелкодисперсный порошок от
желтого до коричневого цвета.
Полученные таким способом гидролизаты содержат значительное
количество летучих и нелетучих компонентов, которые влияют на их
химические свойства и органолептические качества. Из нелетучих веществ
основными являются свободные аминокислоты и хлорид натрия. Содержание
отдельных аминокислот зависит от использованного сырья и условий
гидролиза. Все гидролизаты содержат в наибольшем количестве глютамовую
кислоту. В значительном количестве содержатся также аспараговая кислота,
пролин, аргинин, аланин и лейцин. Наоборот, гидролизаты содержат очень
мало
гистидина,
тирозина,
изолейцина,
гидроксипролина,
серных
аминокислот и практически не содержат триптофан.
Он стабилен как при высоких температурах варки, стерилизации
продукта, так и при низких температурах замораживания.
Использование гидролизата удобно с технологической точки зрения,
потому что он хорошо смешивается с сухими компонентами рецептуры.
Такой соевый гидролизат может быть использован при производстве
колбасных изделий, мясных паштетов, рубленых полуфабрикатов из мяса
говядины, свинины, птицы. Он позволяет улучшить и усилить вкусовые
характеристики готового продукта, подчеркнуть его натуральный мясной
вкус и аромат, которые сохраняются на протяжении всего срока хранения [8].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Доморощенникова М.Д. Современные технологии получения пищевых
белков
из
соевого
шрота/
М.Д.
Доморощенникова//
Пищевая
промышленность, 2001. - №4. - С. 6 - 10.
2. Доценко С.М. Проблема дефицита белка и соя/ С.М. Доценко, В.А.
Тильба, С.А. Иванов, Е.А. Абрамеина//Пищевая промышленность, 2002. №8. - С. 38 - 40.
3. Кисиль Н.Н. Исследование процессов ионообменного выделения и
очистки аминокислот из гидролизатов кератина: канд. хим. наук. - Москва,
2001.
4. Мендельсон Г.И. Значение соевых белковых продуктов в питании
человека/ Г.И. Мендельсон// Пищевая промышленность, 2004. - №6. - С. 9091.
5. Неверова
O.A.
Пищевая
биотехнология
продуктов
из
сырья
растительного происхождения/ O.A. Неверова, Г.А. Гореликова, В.М.
Поздняковский. -Новосибирск: Сибирское университетское издательство,
2007. - 415 с.
6. Радомир М. Белковые гидролизаты в пищевых продуктах/ М. Радомир,
Панек Ян, М. Митсуоши// Мясные технологии, 2007. - № 11. - С. 30 - 31.
7. Смагина А.В. Анализ использования соевого белка в пищевой
промышленности/
В.А.
Смагина,
Дальневосточного
государственного
М.В.
Сытова//
технического
Научные
труды
рыбохозяйственного
университета, 2011. - №23. - С. 174 - 179.
8. Чернышева А.Н. Обоснование технологии модификации белкового
растительного сырья и комбинированных продуктов на его основе для
общественного питания: диссерт. канд. техн. наук. - Владивосток, 2005.