Разное2 / Бессонов - Совершенствование технологии бифидогенных концетратов - 2007

13

После предварительных экспериментов было изучено влияние технологических факторов (температуры, продолжительности и рН процесса) на выходные параметры. Для этого был реализован трехфакторный эксперимент по униформ-ротатабельному плану. Параметры эксперимента (значения варьируемых факторов в натуральных и кодированных величинах) приведены в

Таблица 3 – Выходные параметры двухфакторного эксперимента.

На основании результатов эксперимента были получены математические модели процесса изомеризации лактозы в лактулозу для рассмотренного объекта исследований.

Уравнения регрессии имеют вид:

У3=12,734+0,813*Х1+0,286*Х2+9,965*Х3–1,246*Х12–1,261*Х22+3,101*Х32+0,514*Х1*Х2+0,061*Х1*Х3–0,270*Х2*Х3 (8) У4=31,132+0,903*Х1–0,045*Х2+4,255*Х3–2,729*Х12–2,503*Х22–4,260*Х32–0,141*Х1*Х2–0,904*Х1*Х3+0,244*Х2*Х3 (9) У5=56,160–1,712*Х1–0,249*Х2–14,228*Х3+3,967*Х12+3,748*Х22+1,151*Х32–0,371*Х1*Х2+0,835*Х1*Х3+0,032*Х2*Х3 (10)

15

Рисунок 5 - Трехмерные изображения и сечения поверхностей отклика выходного параметра Y4 (концентрация лактулозы).

При математической обработке уравнения регрессии было установлено максимальное значение относительной концентрации лактулозы равное 32,21 %. Это значение достигнуто при технологических параметрах:

температура – 80,67 0С, время – 40,10 минуты и рН – 11,25. При этом режиме оптическая плотность составляет – 0,778, конечное значение рН – 8,77, относительная концентрация галактозы – 18,43 %, лактозы – 49,37 %.

Таким образом, оптимальными значениями варьируемых факторов являются: температура 79-82 0С, время выдержки 37-42 минуты и начальное значение рН молочной сыворотки – 11,2-11,4 при этом концентрация лактулозы (от общего количества углеводов) составляет 31-32 %.

Вчетвертой главе описаны различные питательные среды, рекомендованные в нашей стране и за рубежом для выделения и культивирования бифидобактерий. С учетом литературных данных была разработана модельная питательная среда на лактозо-лактулозной основе с добавками: молоко обезжиренное гидролизованное – 5%; NaCl – 0,5%; KH2PO4 – 0,1%; К2НРО4 – 0,1%; агар – 0,08%.

Вэтой среде лактозо-лактулозная основа используется в качестве углеводного и энергетического источника, гидролизованное молоко в качестве источника азотного питания, NaCl применяется для внесения в среду ионов Na+, благотворно влияющих на рост бифидобактерий, соли КН2РО4 и К2НРО4 – для создания буферности среды, агар – для создания анаэробных условий.

Для приготовления лактозо-лактулозной основы использовалась лактоза (марки «ч.») и сироп лактулозы фирмы «MILIE».

Активированный в течение суток на среде ГМС препарат вносили в исследованную питательную среду в количестве 5%. Показатели роста бифидобактерий на среде культивирования определили после 24 часов: кислотность,0Т – титриметрическим методом, количество КОЕ – методом предельного разведения и соотношение углеводов – методом газо-жидкостной

17

температуре 80 0С в течение 40 минут; в 4-й пробе осветленная сыворотка подвергнутая анионообменной обработке.

Культивирование осуществляли в среде без гидролизованного обезжиренного молока (опыт 1) и с добавлением 5% гидролизата (опыт 2), при этом количество бифидобактерий в пробах возросло на порядок. Это свидетельствует о необходимости обогащения среды источниками азотного питания.

Процесс изомеризации лактозы в лактулозу оказывает положительный эффект на рост бифидобактерий. Такой результат определяется в основном наличием в среде гидролизованных сывороточных белков, а наибольшей рост связан с более высокой степенью гидролиза белков, который происходит при использовании в качестве катализатора щелочи.

Графическое изображение результатов экспериментов представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 – Диаграмма роста бифидобактерий в пробах.

Оптимальная концентрация гидролизованного обезжиренного молока в модельной питательной среде составила 15 %, при меньших дозах внесения гидролизата количество биомассы бифидобактерий уменьшается, а при больших дозах – незначительно увеличивается, что приведёт в производственных условиях к возрастанию затрат на приготовление среды при несущественном технологическом эффекте.

18

Для исследования кинетики роста бифидобактерий в оптимизированной среде использовали питательную среду на основе депротеинезированной молочной сыворотки, подвергнутой ионному обмену и изомеризации следующего состава: молоко обезжиренное гидролизованное - 15%; NaCl - 0,5%; KH2PO4 - 0,1%; К2НРО4 - 0,1%; агар - 0,08%.

Результаты экспериментов представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Результаты культивирования бифидобактерий в оптимизированной питательной среде.

В процессе культивирования происходит нарастание титруемой кислотности питательной среды и, следовательно, уменьшение значения рН. В течение всего процесса культивирования (40 часов) происходит увеличение биомассы бифидобактерий, КОЕ достигает 8,0×109 в 1см3.

Изменения показателей КОЕ и относительной концентрации лактулозы в процессе культивирования (рисунок 8) показывают, что культивирование можно продолжать 16-20 ч. В течение этого времени происходит интенсивное накопление биомассы бифидобактерий и остаточная концентрация лактулозы находится в пределах 18-21 % (от общей концентрации углеводов). При продолжении культивирования происходит незначительное увеличение биомассы при стабильном понижении концентрации лактулозы в питательной среде, что не приемлемо для получения синбиотического концентрата.

Рисунок 8 – Изменение показателей КОЕ и относительной концентрации лактулозы в процессе культивирования.

Оптимальное время культивирования для получения синбиотического концентрата составляет (17 ± 1) ч, при этом кислотность питательной среды достигает 53 0Т, рН – 6,11, КОЕ достигает 7,3×108 в 1 см3, а относительная концентрация лактулозы соответствует 20 %.

В пятой главе на основании анализа результатов экспериментальных исследований, представленных в главах 3 и 4, были обоснованы параметры технологических операций получения бифидогенного и синбиотического концентратов.

Технологический процесс производства концентратов осуществляют по схеме, приведенной на рисунке 9.

Проведены технико-экономические расчеты, экологический мониторинг, оценка социальной значимости и маркетинговых аспектов производства концентратов.

Проведена адаптация системы НАССР (Hazard Analysis Critical Control Points) для контроля технологического процесса производства бифидогенного концентрата. Определены критические контрольные точки: на этапах приемки и оценки качества сырья, ионообменной обработки, изомеризации лактозы в лактулозу и расфасовки.

20

Перечень оборудования: 1 – насос центробежный; 2 – счетчик; 3 – резервуар для сбора сыворотки; 4 – трубчатый нагреватель; 5 – ванна для отваривания альбумина; 6 – сепаратор-осветлитель; 7 – пластинчатый охладитель; 8 – емкость для депротеинизированной сыворотки; 9 – реактор для анионообменной обработки; 10 – емкость для раствора щелочи; 11 – емкость для сбора сыворотки, подвергнутой ионному обмену; 12 – выдерживатель; 13 – емкость для приготовления питательной среды; 14 – емкость для сквашивания сыворотки; 15 – насос-дозатор; 16 –пастеризационно-охладительная установка; 17 – емкость для культивирования бифидобактерий; 18 – емкость для инокулирования бифидобактерий; 19 – вакуум-выпарной аппарат пленочного типа; 20 – насос винтовой; 21 – резервуар для сбора сгущенной сыворотки; 22 – распылительная сушилка; 23 – весы.

использования метода анионообменной обработки лактозосодержащего сырья