V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Практически все действующие производства в пищевой промышленности, равно как и в других отраслях, работают не в оптимальных режимах и имеют существенные резервы по снижению себестоимости, энерго- и ресурсосбережению, повышению производительности и качества продукции, сокращению количества отходов производства и другим показателям.

Учитывая проблему, связанную с дефицитом молочного сырья, все большую актуальность приобретает вопрос о его рациональном использовании. Молокоперерабатывающие предприятия в большинстве своем сливают молочную сыворотку, образующуюся в процессе производства молочных продуктов в канализацию, как отходы производства, что является негативным как с экологической точки зрения, так и с экономической. Решением проблемы переработки молочной сыворотки является применение мембранных технологий, а именно ультрафильтрации. Однако, благодаря современным биотехнологическим приемам в комплексе с традиционными методами, можно создавать уникальные по своему составу и свойствам ферментированные функциональные продукты с контролируемым химическим составом, заданными физиолого-биохимическими свойствами.

На базе Воронежского Университета Инженерных Технологий было предложено применение метода ферментативной модификации УФ-концентрата подсырной сыворотки для получения белковой композиции функциональной направленности.

С целью улучшения реологических свойств полученного УФ-концентрата подсырной сыворотки нами осуществлена ферментация в присутствии β-трансглютаминазы, активностью 250 ед./г. Этот фермент воздействует исключительно на протеины, катализируя реакцию формирования специфической изопептидной связи между γ-карбоксиамидной группой глутамина и ε-аминогруппой лизина, что усиливает пептидные связи и стабилизирует структуру белка. Трансглютаминаза связывает белки на молекулярном уровне: в организме человека формирует высокомолекулярные структуры протеина, способствует образованию поперечных связей между молекулами белка. Обладает особым свойством: соединяет между собой протеиновые цепи, и как бы вновь «склеивает» их. Применяется для улучшения функциональных свойств белков – их биологической ценности, структуры, вкуса и продолжительности хранения.

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 (мПа∙с). Интервалы изменения входных параметров выбирали с учетом химического состава и свойств исходного сырья (табл.1).

Таблица 1 - Пределы изменения входных параметров

Условия планирования ферментации	Предел изменения факторов
	X1, °С	X2, мин	X3, ед./г. белка
Основной уровень Интервал варьирования Верхний уровень Нижний уровень Верхняя «звездная точка» Нижняя «звездная точка»	55 5 60 50 65 45	90 45 105 75 120 60	0,038 0,02 0,058 0,02 0,078 -2∙10-3

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 была заложена в матрицу планирования эксперимента.

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 белка 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 продуктов функциональной направленности, а также повышения выхода белковых продуктов.

Код для цитирования: Скопировать