Применение трансглутаминазы для повышения биологической ценности творога

УДК 637.138

Применение трансглутаминазы

для повышения биологической ценности творога

З. С. Зобкова, д-р техн. наук; Т. П. Фурсова, канд. техн. наук; Д. В. Зенина, канд. техн. наук Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности, Москва Л. В. Федулова, канд. техн. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности имени В. М. Горбатова, Москва

Снижение расхода сырья и увеличение выхода продукта имеет особое значение для молочной промышленности в связи с тем, что основную часть стоимости молочного продукта составляет стоимость сырья. Одной из проблем молочного производства в настоящее время являетсянеодно-родность качества сырья, что не позволяет получать стабильные показатели выхода продукта. При производстве творога, наиболее ценного в пищевом отношении молочного продукта, в сыворотку переходит около 50 % сухих веществ молока. Молочная сыворотка кроме углеводов, липидов, органических кислот, минеральных солей, витаминов, ферментов и других компонентов содержит от 0,5 до 1,5 % белка, включая казеин и сывороточные белки [1, 2]. В творожной сыворотке содержится в 3,5 раза больше свободных аминокислот и в 7 раз больше незаменимых свободных аминокислот, чем в подсырной. В связи с этим, сывороточные белки могут служить дополнительным источником триптофана, цистина, лизина, лейцина, гистидина, метионина, треонина. Однако при использовании существующих технологий более 70 % молочной сыворотки практически не перерабатывается, что отрицательно влияет на экологическую ситуацию вследствие загрязнения стоков белковыми, углеводными, жировыми и прочими веществами.

Связывание дополнительного количества сывороточных белков, уменьшение потерь общего белка при производстве творога позволило бы решить проблему перехода сухих веществ в сыворотку, увеличить выход продукта из единицы сырья, повысить его биологическую ценность и, кроме того, снизить сте-

пень загрязнения сточных вод предприятий [3, 4].

В настоящее время появляется все больше работ зарубежных и отечественных ученых, направленных на применение микробной транс-глутаминазы в производстве молочных продуктов [5-9]. Установлено, что использование при производстве кисломолочных продуктов транс-глутаминазы способствует лучшему формированию и оптимизации консистенции. Необратимое связывание казеина, вызванное инкубированием молока с микробной трансглута-миназой, приводит к уменьшению устойчивости мицелл казеина в отношении кислотно-индуцированной коагуляции, образованию кисломолочного сгустка с повышенной прочностью, вязкостью и влагоу-держивающей способностью [10, 11]. При производстве низкожирных молочных продуктов фермент усиливает ощущение присутствия жира. Использование трансглутаминазы дает возможность разработать ингредиенты для продуктов переработки сыра с пониженным содержанием жира и /или белка. Связывание молочных белков с помощью микробной транс-глутаминазы позволяет уменьшить количество дополнительно вносимого белка или стабилизатора в продукт [12]. Обработка молока трансглута-миназой предотвращает диссоциацию казеиновых мицелл в условиях, которые разрушают их слияние, например, при повышенном давлении. Получены положительные результаты при применении трансглутаминазы в производстве мороженого, что выражается в улучшении профиля плавления продукта и его псевдопластических свойств [13].

Цель данного исследования -изучить возможность применения

трансглутаминазы в производстве творога с целью повышения его биологической ценности. Исследование проведено с использованием химических и биологических методов. Объектами исследования служили образцы творога, изготовленного по традиционной технологии (контроль) и творога, выработанного с использованием трансглутаминазы (опыт).

Творог изготавливали кислотным способом по нижеприведенной технологии. Обезжиренное молоко пастеризовали при температуре (78±2) °С с выдержкой 20 с, затем охлаждали до температуры заквашивания (30±2) °С. Вносили закваску лактококков в количестве 3 % от массы заквашиваемого молока, в опытные образцы помимо закваски добавляли препарат транс-глутаминазы (активностью 100 ед/г, BioConnecta Milk). Смесь перемешивали, сквашивали в течение 8-12 ч до получения творожного сгустка кислотностью (85±5) °Т. Полученный сгусток разрезали, нагревали до температуры (40±2) °С, выдерживали при этой температуре для отделения сыворотки, охлаждали, разливали сгусток в формы, подвергали самопрессованию и прессованию в течение 1-4 ч, затем охлаждали и упаковывали. Упакованный продукт направляли на доохлаждение в холодильной камере до температуры (4±2) °С.

Для определения степени изменения биологической ценности белка творога, изготовленного с применением трансглутаминазы, по отношению к белку творога, полученного по традиционной технологии, их аминокислотный состав сравнивали с составом «идеального» белка, массовые доли аминокислот в котором и сбалансированность полностью удовлетворяют потребностям организма взрослого человека.

Аминокислотный состав исследуемых продуктов определяли методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе LC-5000 (Biotronik, Германия). Содержание аминокислот в анализируемом растворе рассчитывали автоматически с помощью Chromatopac C-R3A (Shimadzu, Япония).

Для расчета биологической ценности и оценки сбалансированности аминокислотного состава продуктов были использованы критерии, разработанные академиками А. А. Покровским, Н. Н. Липатовым и И. А. Роговым [14].

Рассчитывали коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС, %), показывающий среднюю ве-

личину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот по сравнению с наименьшим уровнем скора незаменимой аминокислоты изолейцина и суммы фенила-ланина и тирозина:

Таблица 1

Аминокислотный состав творога, изготовленного по традиционной технологии

где п - количество незаменимых аминокислот; АРАС - разность между значением аминокислотного скора ^незаменимой аминокислоты и аминокислотным скором первой лимитирующей аминокислоты:

PAC = AC - AC ,

j / mm'

где АС/ - аминокислотный скор /-незаменимой аминокислоты в исследуемом продукте; АСтпп - аминокислотный скор первой лимитирующей аминокислоты в данном продукте.

Биологическую ценность (БЦрасч) пищевого белка (%) определяли по формуле

БЦ = 100 - КРАС

^расч

Результаты исследований аминокислотного состава творога контрольного и опытных образцов представлены в табл. 1. Как следует из результатов экспериментов, количественное содержание аминокислот при применении трансглутаминазы возрастало. Стоит отметить достаточно высокое содержание наиболее ценных серосодержащих аминокислот метионина, лизина и триптофана в опытном образце. В обоих образцах творога в качестве лимитирующих аминокислот выявлены изолейцин и фенилаланин+тирозин, при этом их количество в опытных образцах было несколько выше (79,4 и 79,4 дол. ед. в контроле, 81,3 и 85 дол. ед. в опыте).

Анализ аминокислотной сбалансированности (табл. 2) показал, что в опытном образце творога КРАС на 4,5 % выше, а биологическая ценность, т. е. усвояемость на анаболические цели и рациональное использование белка, соответственно немного ниже по сравнению с контрольным образцом творога. Это вследствие большей аминокислотной разбалансированности, в которую наибольший вклад вносит лизин, что обусловлено, по-видимому, специфичностью действия трансглутаминазы. Стоит отметить, что образцы творога, изготовленного с трансглутаминазой, можно считать обогащенными лизином, так как они содержали на -30% больше лизина по сравнению с опытным образцом,

изготовленным по традиционном технологии.

Исследования биологической ценности продуктов были проведены также на белых крысах-самцах стока Вистар (80±10 г), которых после прохождения карантина (10 сут) произвольно разделили на три группы по 10 животных в каждой. Первая группа крыс служила в качестве опыта, вторая была контрольной, третья - интактной. Рационы для растущих крыс составляли в соответствии с нормами потребностей в питательных веществах. Кормление животных осуществляли ежедневно в одно и то же время. Массу животных измеряли с помощью электронных технических весов Ohaus (Adventurer Pro, США) с точностью (±0,1) г.

Через 22 сут животных пересаживали в индивидуальные метаболические клетки (Techniplast, Испания) и выдерживали в течение суток, после чего собирали фекалии и мочу, определяя в них содержание белка по азоту на аппарате Къельтек 2300 (Foss Tecator, Швеция).

Биологическую ценность испытуемых продуктов рассчитывали по формуле [15]:

где I - азот, потребленный с пищей, F - азот кала (в эксперименте с изучаемым белком); F0 - эндогенный азот кала крыс на безбелковой диете, принятый за 0,02; U - эндогенный азот мочи; U0 - эндогенный

Таблица 3

Усвояемость творога, изготовленного по традиционной технологии и с применением

трансглутаминазы

Аминокислота Содержание, мг /г белка

Контроль Опыт

Аланин 48,3 47

Глицин 29,9 30,7

Аспарагиновая 129,6 122,3

кислота

Глутаминовая 146,1 136,2

кислота

Лизин 66,7 87,5

Гистидин 34,3 33,6

Треонин 44,5 45,8

Цистеин 11,4 13,3

Метионин 42,6 41,2

Валин 65,4 63,2

Лейцин 92,8 89,3

Изолейцин 31,8 32,5

Серин 52,7 50,4

Аргинин 29,9 29,6

Фенилаланин 28,6 30,1

Тирозин 19,1 20,9

Пролин 104,8 103,8

Триптофан 21,6 22,6

Таблица 2

Биологическая ценность творога, изготовленного по традиционной технологии и с применением трансглутаминазы

Показатель Контроль Опыт

Белок, % 17 19

Сумма незаменимых аминокислот, г/100 г белка 42,5 44,6

КРАС, % 48,7 53,2

БЦ , % ^расч' 51,3 46,8

Группа животных Средняя масса крыс на начало эксперимента, г Средняя масса крыс на конец эксперимента, г Количество азота, потребленного крысой, г/ сут Содержание азота в фекалиях, г / сут Содержание азота в моче, г/сут БЦ, %

Опыт 88,10+16,32 201,02+6,69 0,79±0,03 0,026±0,003 0,014±0,001 99

Контроль 90,53+17,18 198,22+5,19 0,78±0,06 0,034±0,003 0,016±0,002 97

Интакт 86,98+16,27 210,43+7,14 0,77±0,02 0,012±0,001 0,027±0,003 97

азот мочи крыс на безбелковой диете, принятый за 0,005.

В табл. 3 представлены данные балансного эксперимента на растущих крысах. Выявлено положительное влияние на рост и развитие растущих животных анализируемых кисломолочных продуктов. Суточный прирост массы тела крыс за 23 сут у опытной группы составил в среднем 3,9-4,1 г. При этом максимальные привесы по сравнению с началом эксперимента отмечены у крыс интактной группы (141,9%), опытные крысы увеличили массу на 128,2%, контрольные - на 119,0%.

Следует отметить, что при примерно одинаковом поступлении азота в составе корма, в который вводили образцы творога, наименьшее его выделение с мочой и фекалиями наблюдалось у опытных крыс. При этом биологическая ценность творога, изготовленного с применением трансглутаминазы, превышала показатели творога, выработанного по традиционной технологии.

Различие результатов, полученных расчетным путем на основании аминокислотного анализа, и данных биологического эксперимента можно объяснить увеличением несбаланси-

рованности аминокислот в продукте при использовании трансглутаминазы, характеризующимся избытком лизина, что оказало влияние на расчетные показатели биологической ценности. Однако в опыте на крысах выявлено, что данный факт не приводит к увеличению количества неутилизируемого азота.

Таким образом, проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что применение микробной транс-глутаминазы в производстве творога способствует увеличению биологической ценности кисломолочного продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Храмцов, А. Г. Молочная сыворотка/А. Г. Храмцов. - М.: Агропромиздат: 1990. - 240 с.

2. Храмцов, А. Г. Производство и использование белков молочной сыворотки в лечебно-диетическом питании: обзорная информация/ А. Г. Храмцов [и др.]. - М: АгроНИИТЭИПП. - Сер. Молочная промышленность, 1993. -32 с.

3. Шлейкин, А. Г. Технологические и медико-биологические аспекты действия трансглутаминазы/А. Г. Шлейкин, Н. П. Данилов, Т. А. Шарапова // Известия СПбГУНиПТ. - 2009. - № 3, 4. -С. 47-49.

4. Зобкова, З. С. Новое в производстве творога/З. С. Зобкова, Д. В. Зенина // Молочная промышленность. - 2011. -№ 7. - С. 29-30.

5. Schorsch, C. Crosslinking casein micelles by a microbial transglutaminase: Conditions for formation of transglutaminase-induced gels / C. Schorsch, H. Carrie, A. H. Clark, I. T. Norton // International Dairy Journal, 2000. - № 10. - Р. 519528.

6. Bönisch, M. P. Transglutaminase cross-linking of milk proteins and impact on yoghurt gel properties/M. P. Bönisch, M. Huss, K. We it I, U. Kulozik // International Dairy Journal, 2007. -№ 17. - Р. 1360-1371.

7. Bönisch, M. P. Inactivation of an indigenous transglutaminase inhibitor in milk serum by means of UHT-treatment and membrane separation techniques/ M. P. Bönisch, A. Tolkach, U. Kulozik // International Dairy Journal, 2006. - № 16. - Р. 669-678.

8. Qureshi, M. A. Enzymes used in dairy industries / M. A. Qureshi, A. K. Khare, A. Pervez, S. Uprit // International Journal of Applied Research, 2015. - № 1 (10). - Р. 523-527.

9. Шлейкин, А. Г. Изучение связывания белков сыворотки молока микробной трансглутаминазой/ А. Г. Шлейкин, Н. П. Данилов // Современные подходы к метаболической коррекции в профилактике и терапии. Материалы конференции. - СПб., 2009. - С. 142-144.

10. Lauber, S. Relationship between the crossLinking of caseins by transglutaminase and the gel strength of yoghurt/S. Lauber, T. HenLe, H. KLostermeyer. - European Food Research and Technology, 2000. - № 210. -Р. 305-309.

11. Lorenzen, P. C. Renneting properties of transgLutaminase-treated miLk/P. C. Lorenzen. - MiLchwissenshaft, 2000. - № 55. - Р. 433-437.

12. Зобкова, З. С. О комплексном применении стабилизирующих консистенцию и модифицирующих молочный белок пищевых добавок в йогурте/ З. С. Зобкова [и др.] // Молочная промышленность. - 2016. - № 10. - С. 54-55.

13. Rossa, Р. N. Optimization of microbial transglutaminase activity in ice cream using response surface methodoLogy/Р. N. Rossa, E. M. F. de Sa, V. M. Burin, M. T. Bordignon-Luiz. - LWT -Food Science and Technology, 2011. -№ 44. - Р. 29-34.

14. Покровский, А. А. Биохимические обоснования разработки продуктов повышенной биологической ценности/А. А. Покровский // Вопросы питания. - 1994. - № 1. - С. 1-3.

15. Покровский, А. А. О биологической и пищевой ценности продуктов питания/А. А. Покровский // Вопросы питания. - 1975. - № 3. - С. 25-40.

REFERENCES

1. Khramtsov A.G. Molochnaya syvorotka [Milk serum]. Moscow, Agropromizdat, 1990. 240 p.

2. Khramtsov A.G. et aL. Proizvodstvo i ispot'zovanie belkov motochnoi syvorotki v lechebno-dieticheskom pitanii: obzornaya informatsiya [Production and use of whey proteins in therapeutic diets]. Moscow, AgroNIITEIPP PubL., Ser. Molochnaya promyshlennost', 1993.

3. S h Lei ki n A.G., DaniLov N.P., Sharapova T.A. TekhnoLogicheskie i mediko-bioLogicheskie aspekty deistviya transgLutaminazy / Izvestiya SPbGUNiPT, 2009, no. 3, 4, pp. 47-49.

4. Zobkova Z.S., Zenina D.V. [New in the production of cottage cheese]. Molochnaya promyshlennost', 2011, no. 7, pp. 29-30.

5. Schorsch C., Carrie H., Clark A.H., Norton I.T. Crosslinking casein micelles by a microbial transglutaminase: Conditions for formation of transglutaminase-induced gels. International Dairy Journal, 2000, no. 10, pp. 519-528.

6. Bönisch M.P., Huss M., Weitl K., Kulozik U. Transglutaminase cross-linking of milk proteins and impact on yoghurt gel properties. International Dairy Journal, 2007, no. 17, pp. 13601371.

7. Bönisch M.P., Tolkach A., Kulozik U. Inactivation of an indigenous transglutaminase inhibitor in milk serum by means of UHT-treatment and membrane separation techniques. International Dairy Journal, 2006, no. 16, pp. 669-678.

8. Qureshi M.A., Khare A.K., Pervez A., Uprit S. Enzymes used in dairy industries. International Journal of Applied Research,

2015, vol. 1, no. 10, pp. 523-527.

9. Shleikin A.G., Danilov N.P. [The study of binding the milk serum proteins by microbial transglutaminase]. Sovremennye podkhody k metabolicheskoi korrektsii v profilaktike i terapii. Materialy konferentsii [Modern approaches to metabolic correction in prevention and therapy. Conference materials]. St. Petersburg, 2009, pp. 142-144.

10. Lauber S., Henle T., Klostermeyer H. Relationship between the crosslinking of caseins by transglutaminase and the gel strength of yoghurt. European Food Research and Technology, 2000, no. 210, pp. 305-309.

11. Lorenzen P.C. Renneting properties of transglutaminase-treated milk. Milchwissenshaft, 2000, no. 55, pp. 433437.

12. Zobkova Z.S. et al. [On the complex application of stabilizing consistency and milk protein-modifying food additives in yoghurt]. Molochnaya promyshlennost',

2016, no. 10, pp. 54-55.

13. Rossa P.N., de Sa E.M.F., Burin V.M., Bordignon-Luiz M.T.. Optimization of microbial transglutaminase activity in ice cream using response surface methodology. LWT - Food Science and Technology, 2011, no. 44, pp. 29-34.

14. Pokrovskii A.A. [Biochemical substantiations for the development of products of increased biological value]. Voprosy pitaniya, 1994, no. 1, pp. 1-3.

15. Pokrovskii A.A. [On the biological and nutritional value of food]. Voprosy pitaniya, 1975, no. 3, pp. 25-40.

Применение трансглутаминазы для повышения биологической ценности творога

Ключевые слова

аминокислотный состав; биологическая ценность; крысы; творог; трансглутаминаза

Реферат

Одна из проблем при переработке молока на творог - неоднородность качества сырья, приводящая к значительным потерям белка с сывороткой и не позволяющая получить стабильные показатели выхода продукта. Ферментативная модификация молочного белка микробной трансглутаминазой с целью улучшения гелеобразующих свойств молока и увеличения выхода готового продукта позволяет дополнительно обогащать продукт сывороточными белками и таким образом повышать его биологическую ценность. Изучено влияние применения трансглутаминазы в производстве творога на его биологическую ценность. Работы проводили во Всероссийском научно-исследовательском институте молочной промышленности и Всероссийском научно-исследовательском институте мясной промышленности имени В. М. Горбатова. Исследование выполнялось с использованием химических и биологических методов. Объектами исследования служили образцы творога, изготовленного по традиционной технологии (контроль) и творога, полученного с использованием трансглутаминазы (опыт). Аминокислотный состав исследуемых продуктов определяли методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе. Для расчета биологической ценности и оценки сбалансированности аминокислотного состава продуктов были использованы критерии, разработанные академиками А. А. Покровским, Н. Н. Липатовым и И. А. Роговым. Исследования биологической ценности продуктов были проведены также на белых крысах-самцах стока Вистар. Расчетные данные биологической ценности показали увеличение аминокислотной разбалансированности опытного образца вследствие специфичности действия трансглутаминазы и преобладающего обогащения продукта лизином (около 30%). Однако в опыте на крысах выявлено, что данный факт не приводит к увеличению количества не-утилизируемого азота. Проведенные эксперименты свидетельствовали о том, что применение микробной трансглутаминазы в производстве творога способствует увеличению биологической ценности творога.

Авторы

Зобкова Зинаида Семеновна, д-р техн. наук,

Фурсова Татьяна Петровна, канд. техн. наук,

Зенина Дарья Вячеславовна, канд. техн. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт молочной

промышленности, 115093, Москва, ул. Люсиновская, д. 35, корп. 7,

technologi-vnimi@yandex.ru; tvorog-vnimi@mail.ru

Федулова Лилия Вячеславовна, канд. техн. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт мясной

промышленности имени В. М. Горбатова, 109316, Москва, ул.

Талалихина, д. 26, fedulova@vniimp.ru

The use of transglutaminase to increase the biological value of cottage cheese

Key words

amino acid composition; biological value; rats; quark; transglutaminase

Abstracts

One of the problems in the process of processing milk into quark is heterogeneity of raw material quality resulting in protein loss with whey that doesn't permit to obtain the stable indices of the product yield. Fermentative modification of milk protein by microbial transglutaminase aimed at improving of milk gel-forming properties and increasing the finished product yield make it possible as well additionally enrich the product by whey proteins and thus improve its biological value. The investigations were carried out in All-Russian Dairy Research Institute and All-Russian Meat Research Institute after V. M. Gorbatov. The study was executed by means of chemical and biological methods. The objects of the study were the samples of quark prepared according the traditional technology (control) and quark prepared by using transglutaminase (test). Amino-acid composition of the tested products was determined by ion-exchange chromatography at amino acid analyzer. The criteria developed by academicians Pokrovsky A. A., Lipatov N. N. and Rogov I. A. were used for calculation of biological value and evaluation of the product balanced amino acid composition. The product biological value was tested at white male rats Wistar. The calculated biological data value showed the increase the amino acid disbalance of the tested sample due to transglutaminase specific effect and prevailing enrichment of the product by lysine (appr. 30%). However the tests on rats showed that the mentioned evidence doesn't result in the increase of nonutilizable nitrogen amount. The carried out experiments indicated that usage of microbial transglutaminase for quark production promotes the improvement of the quark biological value.

Authors

Zobkova Zinaida Semenovna, Doctor of Technical Sciences,

Fursova Tatyana Petrovna, of Technical Sciences,

Zenina Darya Vyacheslavovna, Candidate of Technical Sciences,

All-Russian Scientific Research Institute of Dairy Industry

7 building, 35 house,. Lyusinovskaya street, Moscow, 115093, Russia

Technologi-vnimi@yandex.ru; Tvorog-vnimi@mail.ru

Fedulova Lilia Vyacheslavovna, Candidate of Technical Sciences

All-Russian Scientific Research Institute of Meat Industry named

after VM Gorbatov, 26 house, Talalikhina street, Moscow, 109316, Russia

Fedulova@vniimp.ru