Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологический потенциал переработки крови сельскохозяйственных животных и ее использование на пищевые цели. Монография
.pdf
ГЛАВА 2 ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЭРИТРОЦИТАРНОЙ МАССЫ И
ПЛАЗМЫ КРОВИ УБОЙНЫХ ЖИВОТНЫХ
2.1. Исследование условий получения гемолизатов эритроцитарной массы
убойных животных
К серьезным ограничивающим факторам для использования крови при
производстве пищевой продукции относятся специфические красный цвет, запах
и плохая усвояемость, так как строма кровяных клеток плохо подвергается
действию пищеварительных ферментов.
Для промышленного использования крови и ее компонентов в пищевых
продуктах необходимо вызвать разрушение клеточных оболочек – гемолиз.
Результатом гемолиза является переход гемоглобина из связанного состояния в
свободное, т.е. в раствор с равномерно распределенным содержимым
форменных элементов, доступным воздействию пищеварительных энзимов и
последующей ассимиляции организмом.
В настоящее время существует несколько путей разрушения клеток крови:
водный гемолиз (разведение водой 1:2), гемолиз с применением растворов
кислот, спирта или эфира, а также ферментативный способ.
Для выбора оптимального способа гемолиза был проведен ряд
исследований с использованием различных гемолизирующих веществ: соляной
кислоты с концентрацией 0,25моль/дм3 (в соотношении 1:1), воды (в
соотношении 1:2), фермента коллагеназа в виде 5% раствора (конечная
концентрация препарата в системе 0,025 г/дм3). Сравнительная характеристика
полученных гемолизатов представлена в таблице.
Традиционным и широко применяемым в лабораторной практике методом
разрушения строматических оболочек является водный гемолиз. Скорость его
протекания достаточно велика, вызывая разрушение порядка 70% клеток через
минуту и 80% - через 2 минуты, однако для разрушения 100 % клеток требуется
существенно большее количество времени. В технологиях пищевых продуктов
использовать водные гемолизаты нецелесообразно из-за снижения
концентрации сухих веществ, незначительного окисление железа и низких
органолептических характеристик.
Таблица 21 –Характеристика гемолизатов форменных элементов крови
убойных животных
Гемолизат
Массова
я доля
влаги, %
Массова
я доля
белка, %
Массова
я доля
влаги, %
Массова
я доля
золы, %
Внешний
вид
Запах
Водный
86,7
9,4
86,7
1,8
Коричнево
-красная
жидкость
Присутствуе
т слабый
кровяной
запах
Солянокислый
79,4
17,2
79,4
2,5
Коричнева
я жидкость
Нейтральный
, без запаха
крови
Ферментативны
й
63,8
33,6
63,8
2,3
Ярко-
красная
масса
Нейтральный
, без запаха
крови
Кислотный гидролиз обеспечивает получение продукта с высоким
содержанием белка, нейтральным запахом и желаемым цветом, однако внесение
соляной кислоты существенно повышает кислотность среды (рН системы
составляет 2-3 ед.), что требует внесения нейтрализующей щелочи, вызывая
нежелательное разбавление гемолизата и появление солоноватого привкуса,
ограничивая тем самым его использование.
К преимуществам ферментативного гидролиза можно отнести высокую
концентрацию сухих веществ, распад оболочек кровяных клеток до
водорастворимых продуктов, накопление пептидных фракций белка и
присутствие до 30% гемового железа в свободном состоянии.
Однако длительность процесса и ярко-красная окраска получаемого
гемолизата ограничивает возможности его использования ввиду риска развития
патогенной микрофлоры и низкой степени окисления гемоглобина.
Лабораторные исследования спиртового гемолиза показали крайне низкую
скорость протекания при отсутствии значимых преимуществ перед кислотным
способом.
Учитывая преимущества кислотного гемолиза предлагается заменить
соляную кислоту на аскорбиновую, широко применяемую в пищевой
промышленности, внесение которой не потребует нейтрализации по истечении
гемолиза.
В ходе поиска оптимальной молярной концентрации аскорбиновой
кислоты учитывались такие факторы, как скорость гемолиза, его полнота,
активная кислотность конечного гемолизата и степень окисления гемоглобина.
Внесение раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,25 моль/дм3
увеличивает время протекание гемолиза и вызывает не достаточную
окисляемость гемоглобина. Молярная концентрация 1,5 моль/дм3, напротив,
вызывает практически мгновенное разрушение клеток, однако при этом pH
смещается в кислую сторону, вызывая сильное окисление гемоглобина и
появление кислого, вяжущего привкуса и слишком темного цвета у конечного
продукта. Таким образом целесообразно применять аскорбиновую кислоту с
концентрацией 0,75-1,0 моль/дм3. Оценка влияния соотношения объемов
раствора аскорбиновой кислоты (0,75 моль/дм3) и форменных элементов на
продолжительность гемолиза проводилось в 3 вариантах: 1:0,5; 1:1; 1:1,5
(рисунок 2).
Рисунок 2 – Изучение динамики гемолиза форменных элементов крови
аскорбиновой кислотой концентрацией 0,75 моль/дм3
Анализ экспериментальных данных показал, что при соотношении
форменных элементов и кислоты 1:0,5 существенно увеличивает время
протекания гемолиза. Использование соотношения 1:1,5 потребует введения
большого количества кислоты, что приведет к разбавлению системы и
дополнительным затратам.
Таким образом, максимальный гемолиз эритроцитов рациональным
достигается при соотношении объемов форменных элементов и кислоты в
пропорции 1:1, обеспечивая при этом минимальное разбавление системы.
Помимо гемолиза, внесение аскорбиновой кислоты стимулирует активное
окисление гемоглобина до метгемоглобина, изменяя тем самым цвет гемолизата
с красного на коричневый.
Установлено, что степень окисления гемоглобина зависит как от
концентрации аскорбиновой кислоты, так и от соотношения объемов ее внесения
с форменными элементами. При этом повышение степени разбавления системы
увеличивает концентрацию метгемоглобина (рисунок 3).
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 3 5 10 15
Оптическая плотность, ед
Продолжительность гемолиза, мин
1:0.5
1:1
1:1.5
Рисунок 3 – Влияние концентрации (моль/дм3) и соотношения растворов
аскорбиновой кислотой и форменных элементов на содержание
метгемоглобина
Оценка цвета различных вариантов опытных образцов выявила, что
оптимальный коричневый цвет гемолизата, близкий к цвету шоколада,
формируется при окислении порядка 50 % гемоглобина в метгемоглобин. Это
достигается внесением аскорбиновой кислоты концентрацией с 0,75 моль/дм3 в
соотношении с форменными элементами 1:1. Дальнейшее развитие окисление
железа гемоглобина формирует у гемолизата чрезмерно темный цвет, что
неприемлемо для пищевых продуктов.
Диссоциация гемоглобина также приводит высвобождению гемовых
колец, которые характеризуются повышенной усвояемостью.
Высокая биологическая ценность полученных гемолизатов формируется
также за счет перехода в растворенное состояние около трети порфириновых
комплексов. Таким образом, предлагаемый способ гемолиза позволяет получить
продукт с приемлемыми органолептическими характеристика и потенциальной
антианемической эффективностью.
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Содержание метгемоглобина,
%
Соотношение 1:1
0,25
0,75
1,5
Соотношение 1:1,5
Дальнейшей целью стояло изучение качественных показателей
полученного продукта в высушенном виде. Сушку продукта проводили на
лабораторной установке с температурой воздуха на входе 125-160 °С, на выходе
60-70 °С. Характеристики сухого продукта представлены в таблицах 22 и 23.
Таблица 22 –Качественные показатели аскорбиновокислогогемолизата
Показатели
Значение
Содержание сухих веществ, %
80,3
Содержание влаги, %
8,4
Содержание белка, %
74,6
Содержание жира, %
2,9
Содержание железа, %
0,9
Содержание золы, %
4,4
Степень растворимости, %
95,8
Структура
Порошкообразная, комочки легко
разрушаются
Цвет
Светло-коричневый, однородный во всей
массе продукта
Запах
Без запаха
Таблица 23 –Результаты изучения качества аминокислотного состава сухого
гемолизата
Аминокислоты
Показатели
Содержание
аминокислот в белке
сухого гемолизата,
г/100 г белка
Аминокислотный
скор, %
Эталонный
белок
(незаменимые
аминокислоты),
г/100 г белка
Фенилаланин+ Тирозин
6,88
114,7
6,0
Валин
5,74
114,8
5,0
Треонин
2,47
61,7
4,0
Лейцин + Изолейцин
11,57
105,2
11,0
Метионин + Цистин
1,58
45,1
3,5
Лизин
4,96
90,2
5,5
Высокие количественные и качественные показатели белковой
составляющей гемолизата и высокое содержание в нем органического железа
сухого позволяют характеризовать его как ценное сырье при разработке
продуктов профилактического действия. Важно отметить, что в 100 г сухого
гемолизата содержится около 6000% от средней суточной нормы потребления
железа.
Изучение функционально-технологических свойств гемолизата проводили
как для высушенного продукта, так и для восстановленного (массовая доля сухих
веществ 22%). Результаты представлены в таблице 24.
Таблица 24 –Функционально-технологические свойства гемолизатов
Показатели
Сухой гемолизат
Восстановленный гемолизат
Влагосвязываюшая способность
58,9
61,2
Жиросвязывающая способность
22,1
24,0
Эмульгирующая способность
62,5
63,8
Стабильность эмульсии
63,9
64,6
Гелеобразующая способность
+
+
Экспериментальные данные показали, что гемолизаты обладают
хорошими водо- и жиросвязывающими способностями, образуют стабильные
эмульсии и обладают гелеобразующей способностью, что делает технологически
оправданным их использование в широком спектре пищевых продуктов.
2.2 Изучение биотехнологических приемов модификации плазмы крови
убойных животных
Любой белковый раствор представляет собой коллоидную систему.
Применительно к пищевым системам коллоидные растворы нестабильны при
хранении (даже непродолжительном) и образуют муть, а затем осадок. В то
время как одним из показателей качества жидких продуктов, в частности
напитков, выступает такое свойство как прозрачность. Получение стабильных
водных систем пищевых продуктов - актуальная задача пищевой технологии.
Опасность образования мути связана также с действием температуры,
вызывающей денатурацию белков.
Наряду со всеми достоинствами плазма крови имеет существенный
недостаток - непродолжительный срок хранения, в связи с чем необходима ее
термическая обработка, т.е. нужно подобрать режимы бактерицидной обработки,
обеспечивающей хранимость продуктов на ее основе без потерь
функциональности.
Известно, что температура денатурации белков плазмы лежит в интервале
52-55 °С, обработка при таких температурах не дает бактерицидного эффекта,
поэтому необходимо добиться изменения структуры белковой фракции плазмы
крови, чтобы при тепловой обработке в интервале 56-64 °С они не подвергались
денатурации, либо подобрать стабилизаторы.
Одним из способов направленного изменения структуры белков является
расщепление белков на более мелкие фрагменты - пептиды, аминокислоты,
которые за счёт меньшей длины молекулы не способны денатурировать даже под
воздействием относительно высоких температур.
Гидролиз оказывает полезное действие и с точки зрения увеличения
усвояемости субстратов, а, следовательно, способствует повышению
биологической ценности.
Наиболее распространенным и легкодоступным методами гидролиза
являются химический и биохимический. Среди химических методов в
технологии пищевых производств успешно применяется кислотный гидролиз.
Проведённый кислотный гидролиз плазмы крови показал, что при воздействии
низких значений рН на белки, происходит их коагуляция, смесь приобретает
неприятный специфический вкус и запах.
Для полного раскрытия потенциальных возможностей плазмы как
основного сырья при производстве натуральных белковых продуктов прекрасно
зарекомендовал себя ферментативный гидролиз, глубоко затрагивающий
структуру белков и повышающий растворимость системы.
Кроме того, ферментные технологии весьма привлекательны в связи с
возможностью организации экологически чистых процессов.
Ферментный гидролиз протекает в более мягких условиях и приводит к
получению смеси аминокислот и пептидов. При таком способе разрушения
белковых комплексов наблюдается самая низкая степень рацемизации
аминокислот.
Для направленного воздействия на белки плазмы нами были использованы
протеолитические ферменты различного происхождения.
Обычно для гидролиза применяют ферментные препараты животного,
микробного и растительного происхождения. Однако, не все ферменты,
обладающие высокой протеолитической активностью, дают желаемый эффект
при обработке белковых субстратов.
Как известно, каждый ферментный препарат имеет характерные значения
параметров наибольшей активности, поэтому для каждого фермента были
определены оптимальные значения рН, температуры, а также стабильность под
воздействием этих факторов (таблица 25).
Таблица 25 – Стабильность ферментных препаратов
Ферментный препарат
Область стабильности
Температура, °С
pH
Мегатерин
25-42
6,8-8,0
Коллагеназа
30-40
6,8-7,2
Протосубтилин
20-40
6,6-7,6
Трипсин
45-50
7,0-8,4
С целью определения оптимальных условий гидролиза для достижения
максимальной степени деструкции белков ПК проводили эксперименты с
различными препаратами. Оптимум действия ферментных препаратов
определяли на стандартном субстрате –казеинате натрия при рН среды равной 7.
Максимальную активность ферменты микробного происхождения (мегатерии,
протосубтилин) и препарат из гидробионтов (коллагеназа) проявляют в
температурном интервале 37 - 40 °С. Оптимум действия трипсина находится в
интервале температур 48 - 52 °С.
Для успешного проведения гидролиза белков необходимо установить рН
оптимум действия ферментных препаратов. Установлено, что максимальную
протеолитическую активность ферменты проявляют при рН = 6,8 - 7,2 (t = 37 °С),
т. е. являются нейтральными протеазами. Исключение составляет трипсин,
который имеет оптимум действия при рН = 8 (t = 50 °С), а также мегатерии, для
которого характерны два максимальных значения активности (рН = 6,8 - 7,2; рН
= 7,6 - 8,0, при t = 37 °С), что связано, очевидно, с гетерогенностью
протеолитического комплекса данного препарата (рисунок 3).
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0
Активность ферментов, ед./г
pH, ед.
Мегатерин
Коллагеназа
Протосубтилин
Трипсин
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]