СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ГИДРОЛИЗАТА ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ
METHOD OF PRODUCING PROTEIN HYDROLYSATE FROM GRAIN RAW MATERIAL

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению белкового гидролизата из зернового сырья, и может быть использовано при производстве продуктов со сниженной аллергенностью.
Ферментативная модификация белков растительного сырья, в том числе и белков зерновых культур, представляет собой важный этап в перспективных технологиях глубокой переработки зернового сырья. В результате модификации белковых компонентов зерна и муки с применением ферментных препаратов протеолитического действия и композиций на их основе могут быть получены продукты гидролиза с определенным профилем пептидов и набором аминокислот, обладающие специфическими свойствами.
В связи с этим широко применяются методы для получения и/или модификации белковых продуктов. Ферментативный гидролиз с использованием различных протеолитических ферментных препаратов глубоко затрагивает структуру белковой молекулы, протекает при мягком температурном режиме, приводит к изменению фракционного состава белкового комплекса и получению смеси аминокислот и пептидов.
Так, например, известен способ получения белкового гидролизата из семян рапса с использованием эндопептидазы (Алкалазы 2,4 L FG) - фермента, продуцируемого штаммом Bacillus licheniformis, и экзопептидазы (Flovourzyme-1000 MG), представляющих собой комплекс экзопротеаз из Aspergillus orysae (Production and characterization of an extesive rapessed protein haydrolysate / Vioque Javier, Sanchez-Vioque Raul, Clemente Alfonso, Pedrockt Justto, Bautiste Juan, Milan Francisso // J. Amer. Oil Chem. Soc. - 1999. - V. 76. - №7. - P. 819-823).
Недостатком данного способа является необходимость использования серии ферментных препаратов в довольно больших концентрациях для достижения высокой производительности, что приводит к удорожанию продукта.
Для производства белковых концентратов и гидролизатов широко используют различное зерновое сырье. Одним из перспективных видов такого сырья является зерно тритикале. Известно, что белок тритикале характеризуется хорошо сбалансированным аминокислотным составом. Как у белков пшеницы и ржи, первой лимитирующей аминокислотой белка тритикале является лизин, второй - треонин. При этом содержание лизина в тритикале выше по сравнению с пшеницей, поэтому белок этой культуры является более полноценным в биологическом отношении, чем белок пшеницы, вследствие чего использование зерна тритикале при производстве продуктов питания может в значительной степени повысить их биологическую ценность (Мироненко Н.Н. Особенности аминокислотного состава белка зерна тритикале / Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты. - 2002. - Вып. 6. - С. 157-164).
Поэтому поиск новых способов получения белковых гидролизатов из зернового сырья с использованием различных ферментных препаратов является перспективным.
Известен способ получения гидролизата белка из рисовой муки с последовательным применением амилолитического, ксиланазного и протеолитического ферментных препаратов с последующим отделением от растворимых веществ (RU 2012147113 А, 20.05.2014).
Недостатком данного способа является нежелательное дополнительное использование щелочи и кислоты.
Известен способ производства высокобелковой основы из зерна пшеницы (RU2453126 С1, 20.06.2012) для приготовления пищевого продукта, включающий измельчение зерна пшеницы до фракции мучного помола, увлажнение его водой в соотношении 1:2, ферментативный гидролиз Протосубтилином Г ЗХ в концентрации 0,3% в течение 22 ч при 45-50°C, рН 6,5-7,5, разделение увлажненной массы центрифугированием на осадок и фугат.
Недостатком данного способа является длительность процесса.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ приготовления концентрата зернового, предусматривающий очистку семян зерновых злаков от посторонних примесей, замачивание, просушку, измельчение; в качестве семян зерновых злаков используют зерно тритикале, которое замачивают в буферном растворе, состоящем из лимонной кислоты и цитрата натрия с рН 4,5, содержащем ферментный препарат Целловиридин Г20х или комплексный ферментный препарат на основе фитазы F-4.2 В FD-UF в количестве 0,05-0,1% от массы сухих веществ зерна при соотношении зерно : буфер 2:1 и температуре 40-50°C в течение 9-12 ч до достижения зерном влажности 40-43%, не допуская проращивания зерна, измельчение зерна осуществляется после просушивания до влажности 11-14% и величины частиц 0,05-0,08 мм (RU 2344609 С1, 27.01.2009).
Недостатком способа является то, что при продолжительном замачивании зерна происходит активирование амилолитических и протеолитических ферментов, которые осуществляют гидролиз крахмала и белков клейковины, что приводит к снижению качества готового продукта (хлеба и хлебобулочных изделий), в котором используется полученный концентрат.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение выхода белка из сырья, проведение более глубокого гидролиза, расширение ассортимента используемых в технологическом процессе ферментных препаратов, сокращение продолжительности технологического процесса и упрощение (исключение длительной стадии замачивания) и расширение сфер использования готового продукта.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ получения белкового гидролизата из зернового сырья включает измельчение зернового сырья, смешивание измельченного зернового сырья с водой при гидромодуле 1:4 с получением зерновой суспензии, внесение ферментных препаратов протеолитического действия в зерновую суспензию, проведение гидролиза в два этапа, причем на первом этапе вносят ферментные препараты бактериального происхождения, а на втором - грибного происхождения, инактивацию ферментных препаратов путем нагревания при температуре 80°C в течение 7-10 минут, разделение на гидролизат и твердый остаток, при этом в качестве зернового сырья используют зерно тритикале, в качестве ферментных препаратов бактериального происхождения - Нейтразу 1,5 MG и Алкалазу 2,4 L FG в количестве по 0,5-0,75 ед. ПС/г измельченного сырья, грибного происхождения - Протеазу GC-106 в количестве 0,75-1,0 ед. ПС/г измельченного сырья, гидролиз проводят при температуре 50°C и рН 5,0-6,0, продолжительность каждого этапа составляет 2 часа.
Выбор количеств указанных ферментных препаратов обусловлен необходимостью ведения эффективного процесса гидролиза. Установлено, что в этом пределе значений концентраций ферментных препаратов наблюдается высокая скорость реакции гидролитического расщепления субстрата, не происходит ухудшения качества готового продукта. При увеличении дозировки протеолитических ферментных препаратов свыше заявленных происходит необоснованное удорожание получаемого продукта, при снижении ниже заявленных - не происходит глубокого расщепления белковых веществ зерна тритикале.
Гидромодуль ферментативного гидролиза выбран исходя из особенностей исходного сырья. При более низком значении гидромодуля получают густые вязкие среды, в результате чего затрудняется процесс сорбции ферментов и отвода продуктов реакции. При гидромодуле свыше 1:4 не происходит увеличение выхода белкового гидролизата.
Способ осуществляют следующим образом.
Измельченное зерно тритикале, характеризующееся 100% проходом через сито d=1 мм, смешивают с водой в соотношении 1: 4. Добавляют буфер (фосфатно-цитратный буфер рН 5,5) для регулирования заданного уровня рН. Далее в полученную зерновую суспензию вносят протеолитические ферментные препараты бактериального происхождения - Нейтразу 1,5 MG и Алкалазу 2,4 L FG в количестве по 0,5-0,75 ед. ПС/г измельченного сырья, осуществляют гидролиз при температуре 50°C в течение 2 часов, далее вносят протеолитический ферментный препарат грибного происхождения - Протеазу GC-106 в количестве 0,75-1,0 ед. ПС/г измельченного сырья и осуществляют гидролиз при температуре 50°C в течение 2 часов. Далее проводят инактивацию ферментных препаратов путем нагревания при температуре 80°C в течение 7-10 минут. Проводят разделение полученной суспензии на центрифуге при 5000-6000 об/мин в течение 15 минут с получением осветленного гидролизата и твердого остатка. Полученный гидролизат дополнительно может быть высушен любым известным из уровня техники способом (распылительная, сублимационная сушка и пр.). Выход белка составляет 80-85% от его исходного содержания в измельченном сырье в зависимости от количества вносимых ферментных препаратов.
Кроме того, был проведен хроматографический анализ полученного гидролизата с использованием вышеуказазанных ферментных препаратов в количестве: Нейтразу 1,5 MG - 0,5 ед. ПС/г сырья, Алкалазу 2,4 L FG - 0,5 ед. ПС/г сырья, Протеазу GC-106 - 0,75 ед. ПС/г сырья. Для этого на колонку, заполненную гелем сефадекса G-75, наносили 5 мл супернатанта. Элюцию проводили дистиллированной водой. Объем собираемых фракций - 4 мл. Регистрацию оптической плотности элюата во фракциях осуществляли при длине волны 280 нм. В качестве контроля использовали водный экстракт тритикалевой муки, полученный при соотношении измельченное сырье : вода 1:20. В таблице 1 представлены данные по фракционному составу полученного гидролизата.
Анализ, представленных данных свидетельствует, что применение МЭК, в состав которой входят протеолитические ферменты с разной специфичностью действия, принципиально изменило картину элюции белков и позволило практически полностью гидролизовать белки, в том числе, возможно, и высокомолекулярные продукты протеолиза клейковинных белков, которые частично переходят в раствор. Так, высокомолекулярная фракция с молекулярной массой более 70000 и фракция с молекулярной массой 40000÷30000 Да практически отсутствуют, при этом в гидролизате количество низкомолекулярных пептидов и аминокислот увеличилось примерно в 2,5-3,0 раза по сравнению с контролем. Данный факт, вероятно, связан с тем, что действие используемых ферментных препаратов направлено исключительно на растворимые белки, и они не способствуют переходу белков из нерастворимой формы в растворимую.
В связи с чем полученные данные позволяют позиционировать полученный с использованием композиции на основе ферментных препаратов протеаз гидролизат как возможный компонент изделий с функциональными свойствами, а именно как компонент изделий профилактического назначения - со сниженной аллергенностью, поскольку аминокислоты и низкомолекулярные пептиды, в отличие от белков и высокомолекулярных пептидов, не обладают видовой специфичностью и не вызывают выработку антигенов (иммунный ответ); а также как возможный компонент безглютеновых мучных и других продуктов питания для людей пожилого возраста и лиц с непереносимостью глютена (целиакия).