Разработка технологии производства молокосвертывающего

УДК 637.325:543.54
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
МОЛОКОСВЕРТЫВАЮЩЕГО ПРЕПАРАТА ДЛЯ СЫРОДЕЛИЯ.
3. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ СУЛЬФАТА
АММОНИЯ НА ВЫХОД ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ
Ельчанинов В.В., к.т.н., Коваль А.Д., к.т.н.
ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Россельхозакадемии, Барнаул
Актуальность. Статья продолжает серию публикаций, посвященных
разработке технологии производства жидкого молокосвертывающего ферментного препарата (МФП) для сыроделия, а именно - исследованию влияния различных технологических параметров на эффективность экстракции
говяжьего пепсина.
Цели и задачи. Работа выполнена в рамках НИР (Тема № 10.02.03.06),
целью которой является создание технологии получения жидкого препарата
говяжьего пепсина и подбор физико-химических параметров, обеспечивающих его длительное хранение. Задачей данной работы стало исследование
влияния на выход ферментативной активности качества воды и концентрации сульфата аммония в экстрагенте.
Материалы и методы. Удельную молокосвертывающую активность
(МА) жидких препаратов определяли по ранее опубликованной методике [1].
В качестве контроля использован отраслевой контрольный образец сычужного фермента (ОКО СФ) 2010/2011 (ОАО "МЗСФ").
Слизистые оболочки сычугов КРС получены на ООО "АМК" (г.
Алейск). Замороженные (-200С) слизистые оболочки размораживали при
комнатной температуре, измельчали на мясорубке, полученный фарш использовали как сырьё для экстрагирования пепсина.
Для исследования влияния качества воды на выход пепсина, готовили
экстрагенты следующего состава. Контроль: в дистиллированную воду вносили 0,2М соляную кислоту до получения раствора с рН=1,5. Опыт: в проточную (водопроводную) воду, выдержанную (отстоянную) при комнатной
температуре в течение 24 часов, вносили 0,2М соляную кислоту до получения раствора с рН=1,5.
Для исследования влияния сульфата аммония (СА) на выход пепсина,
готовили экстрагент следующего состава: в дистиллированную воду вносили
0,2М соляную кислоту до рН=1,5. В полученный экстрагент вносили сухой
(NH4)2SO4 до конечной концентрации 5,0%, 7,5%, 10,0% и контролировали
значение рН. При необходимости, доводили рН до значения 1,5 с использованием 0,2М соляной кислоты. Ранее нами показано (неопубликованные данные), что при концентрации СА >10% молокосвертывающие ферменты (пепсин и химозин) начинают выпадать в осадок, при этом удельная МА экстрак-
тов снижается. Поэтому в данном исследовании максимальная концентрация
СА в экстрагенте не превышала 10%. Экстракцию проводили при 22-240С.
Во всех экспериментах соотношение слизистых оболочек сычугов и
экстрагента составляло 1:5 (масса : объем), МА экстракционной смеси контролировали через 12 и 24 часа, суммарный выход МА определяли через 24
часа экстракции.
После добавления экстрагента к измельченным слизистым оболочкам,
смеси интенсивно перемешивали на магнитной мешалке в течение 30 минут.
Через 24 часа экстракции, отделяли экстракт методом грубой фильтрации через пластиковое сито с диаметром отверстий ~1 мм и 1 слой лавсана, и определяли в нем удельную МА (усл.ед./мл). Суммарный выход ферментативной
(молокосвертывающей) активности в условных единицах (усл.ед.) рассчитывали как произведение удельной МА экстракта на его объем.
Результаты и обсуждение. Влияние водопроводной воды. Очевидно,
что использование водопроводной воды для получения молокосвертывающего фермента (МФ) вместо дистиллированной, - намного выгоднее. Но
насколько критично качество воды для технологии получения молокосвертывающего фермента? Для ответа на этот вопрос, исследована возможность
использования водопроводной воды для экстракции и активации пепсина.
Полученные нами данные о влиянии водопроводной воды на удельную
и суммарную молокосвертывающую активность экстрактов говяжьих сычугов представлены на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1 - Зависимость удельной молокосвертывающей активности
экстракта от качества воды.
12 часов экстракции
24 часа экстракции
Удельная
молокосвертывающая
активность (усл.ед./мл)
3000
2882
2900
2809
2800
2700
2640
2620
2600
2500
Вода дистиллированная
Водопроводная вода
Качество воды
Удельная МА опытных образцов, полученных с использованием водопроводной воды, через 12 и 24 часа экстракции была, соответственно на 6% и
9% ниже, чем в контрольных экстрактах. Отметим также и тот факт, что в
контроле (дистиллированная вода) активность возрастает на 2,6% с увеличе-
нием времени экстракции с 12 до 24 часов, тогда как при использовании экстрагента на основе водопроводной воды, этот показатель уменьшается на
0,8%. После фильтрации и отделения проэкстрагированного сырья, объемы
экстракта в контроле и опыте составили, соответственно, 155 мл и 150 мл.
Суммарный выход молокосвертывающей активности в экстрактах на основе
водопроводной воды снижается, по сравнению с контролем, на 14% (Рис.2).
Рисунок 2 - Зависимость суммарной молокосвертывающей активности
экстракта от качества воды.
Суммарная
молокосвертывающая
активность (усл.ед)
500000
450000
446710
393000
400000
350000
300000
250000
Вода дистиллированная
Водопроводная вода
Качество воды
Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и
благополучия человека констатирует низкое качество водопроводной воды в
России. Серьезной проблемой являются водоразводящие сети, 40-70% которых требуют замены. В водопроводной воде, как правило, превышена ПДК
по железу, хлору и хлорорганическим соединениям. Качество водопроводной
воды может в значительной степени варьировать от времени года. Например,
весной, во время интенсивного таяния снега, качество водопроводной воды
заметно снижается [2].
Как известно, одной из стадий обеззараживания водопроводной воды
является её хлорирование. Принято считать, что остаточные количества хлора ингибируют активность МФ. Инструкции по применению МФП требуют
разводить препараты только в дистиллированной воде, поскольку при использовании водопроводной воды МА фермента может значительно снижаться. Ингибирующее воздействие на ферменты оказывает не только хлор,
но и побочные продукты взаимодействия жидкого хлора, гипохлоритов
натрия или кальция с органическими веществами, находящимися в водопроводной воде. К таким веществам относятся галогенсодержащие соединения и
тригалометаны – хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан, бромоформ и галогеноуксусные кислоты [2]. Не исключено, что наблюдаемое нами
снижение удельной и общей (суммарной) МА в опытных образцах, вызвано
продуктами взаимодействия хлора с органическими соединениями, содержащимися в водопроводной воде.
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что использование водопроводной воды (даже отстоянной в течение суток) в качестве основы экстрагирующего раствора для получения пепсина, приводит к
потерям ферментативной активности. Выбор: дистиллированная или водопроводная вода (?) для экстракции пепсина, - должен зависеть от баланса затрат на получение дистиллята (или на использование установки обратного
осмоса) и потерь от снижения выхода фермента при его экстракции с использованием дешевой воды "из-под крана".
Влияние концентрации сульфата аммония в экстрагенте. Результаты исследования зависимости удельной и суммарной МА экстракта от концентрации (NH4)2SO4 в экстрагенте представлены на рисунках 3 и 4.
Рисунок 3 - Зависимость удельной молокосвертывающей активности
экстракта от концентрации сульфата аммония в экстрагенте.
12 часов экстракции
24 часа экстракции
Удельная
молокосвертывающая
активность экстракта
(усл.ед./мл)
4500
3274
2806
3000
2112
3438
3125
2708
2296
2200
1500
0
0,0
5,0
7,5
10,0
Концентрация сульфата аммония (%)
Внесение в экстрагент сульфата аммония в концентрации 5,0-10,0%
способствует увеличению удельной молокосвертывающей активности экстрактов (через 24 часа) в 1,17 (СА=5,0%), 1,11(СА=7,5%) и 1,23 (СА=10%)
раза. Наибольший эффект получен при 10,0% сульфата аммония в экстрагенте. При этой концентрации удельная МА увеличивается за 12 часов на 28%,
за 24 часа – на 23%, по сравнению с контролем.
После фильтрации и отделения проэкстрагированных слизистых оболочек, объемы экстрактов составили: контроль (0,0% СА) - 135 мл, 5,0% СА150 мл, 7,5% СА - 170 мл, 10,0% СА - 175 мл. Кроме увеличения объема экстрактов в присутствии СА, во всех опытных образцах отмечено низкое, по
сравнению с контролем, содержание флотирующего жира. Увеличение объемов экстрактов в присутствии СА можно объяснить флоккуляцией слизей,
крупных частиц и высокомолекулярных компонентов, что значительно облегчило фильтрацию экстракционных смесей и, в конечном итоге, привело к
увеличению объемов экстрактов. Кроме того, поскольку при концентрации
СА=5-10% происходит удаление части балластных высокомолекулярных
белков, можно говорить и о повышении удельной чистоты выделяемого пепсина.
С увеличением концентрации СА суммарная МА экстрактов увеличивается. По сравнению с контролем, выход фермента возрастает при 5,0 % СА
– на 30%, при 7,5 % СА – на 40%, при 10,0 % СА – на 59%.
Рисунок 4 - Зависимость суммарной молокосвертывающей активности
экстракта от концентрации сульфата аммония в экстрагенте.
Суммарная
молокосвертывающая
активность (усл. ед.)
700000
601563
600000
491071
500000
400000
531250
378827
300000
200000
100000
0
0,0
5,0
7,5
10,0
Концентрация сульфата аммония (%)
Сульфат аммония широко используется для осаждения различных белков (в том числе и молокосвертывающих ферментов) методом высаливания и
практически не имеет недостатков при работе с типичными белками. Растворимость этой соли незначительно меняется при температурах от 0 до 30 0С;
концентрация насыщенного раствора равна 4,05М; плотность насыщенного
раствора составляет 1,235 г/см3 (плотность белкового агрегата в таком растворе – 1,290 г/см3) [3]. СА доступен в достаточно чистом виде и его применение экономически оправдано даже при крупномасштабном производстве
молокосвертывающих ферментов [4].
Фракционирование белков сульфатом аммония имеет важное преимущество по сравнению c другими методами – оно приводит к стабилизации
белков. Суспензии белковых осадков или кристаллов в насыщенных растворах СА могут сохранять стабильность в течение многих лет. Высокая концентрация соли предотвращает протеолиз и действие бактерий. Это обычный
способ хранения коммерческих ферментов [3].
Ранее нами запатентована линия производства молокосвёртывающего
ферментного препарата, предусматривающая введение в экстракт, содержащий МФ, нейтральной структурообразующей соли (в том числе и сульфата
аммония) до конечной концентрации 5,5-11,0%. Это даёт возможность в процессе отстаивания экстракта перевести в осадок большинство механических
примесей и высокомолекулярных (балластных) белков, но оставить в жидкой
фазе экстракта молокосвёртывающий фермент [5]. Согласно патенту
нейтральная соль использовалась после проведения экстракции и активации
МФ.
В данной работе исследована возможность применения СА на стадии
экстракции и активации пепсина. Установлено, что введение СА в состав
экстрагирующего раствора способствует увеличению как удельной, так и
суммарной молокосвертывающей активности экстрактов. Наибольший эффект достигается при концентрации СА в экстрагенте равной 10,0%.
Выводы. Проведенные исследования показали, что: (1) использование
отстоенной водопроводной воды для экстракции и активации пепсина приводит к снижению удельной МА на 6-9% (в зависимости от времени экстракции) и к уменьшению суммарного выхода фермента на 14%; (2) введение в
экстрагент сульфата аммония в концентрации 5-10% способствует увеличению удельной МА на 11-23%, при этом суммарный выход пепсина возрастает
на 30-59%.
Таким образом, для получения максимального выхода пепсина целесообразно использовать экстрагент на основе дистиллированной воды и вводить в состав экстрагирующего раствора сульфат аммония, до конечной концентрации 10%.
Список литературы.
1. Ельчанинов, В.В. Молокосвертывающий фермент из сычугов северного оленя / В.В. Ельчанинов, М.С. Уманский, А.Н. Белов, А.Д. Коваль, В.Г.
Шелепов // Сыроделие и маслоделие.- 2005.- №4.- С.13-16.
2. Официальный сайт Главного испытательно-контрольного центра питьевой воды (ГИЦ ПВ). - 2011. - http://www.gicpv.ru/book48-17-3.htm.
3. Скоупс, Р. Методы очистки белков / Р. Скоупс.- М. : Мир, 1985.358 с.
4. Теплы, М. Молокосвертывающие ферменты животного и микробного происхождения / М. Теплы, Я. Машек, Я. Гавлова. - М.: Пищевая промышленность, 1980.- 272 С.
5. Патент на полезную модель. № 78191 Российская Федерация, МПК7,
C12М 1/00 (2006/01). Линия производства молокосвёртывающего ферментного препарата / Ельчанинов В.В., Белов А.Н., Коваль А.Д.; Заявитель и патентообладатель ГНУ СибНИИС СО РАСХН, RU – № 2008124346/22; заявл.
16.06. 2008., опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32.- 2 с.
Реферат
УДК 637.325:543.54
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
МОЛОКОСВЕРТЫВАЮЩЕГО ПРЕПАРАТА ДЛЯ СЫРОДЕЛИЯ.
3. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ СУЛЬФАТА
АММОНИЯ НА ВЫХОД ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ
Ельчанинов В.В., к.т.н., Коваль А.Д., к.т.н.
ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Россельхозакадемии, Барнаул
Исследовано влияния на выход, в процессе выделения говяжьего пепсина, двух технологических параметров - качества воды, используемой для
подготовки экстрагирующего раствора и концентрации сульфата аммония в
экстрагенте.
Установлено, что использование водопроводной воды для экстракции и
активации пепсина приводит к снижению удельной молокосвертывающей
активности на 6-9% (в зависимости от времени экстракции) и к уменьшению
суммарного выхода фермента на 14%. Введение в экстрагент сульфата аммония, в концентрации 5-10%, способствует увеличению удельной молокосвертывающей активности на 11-23%, при этом суммарный выход пепсина возрастает на 30-59%.