Главная \ Пробиотики \ Микроэлементный состав \ Микроэлемент Железо и Железодефицит \ Концентрат сывороточных белков, обогащенный железом

Железосодержащий белковый продукт

ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЙ КОНЦЕНТРАТ СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ МОЛОКА

состав молока

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕЙ ПИЩЕВОЙ БЕЛКОВОЙ ДОБАВКИ

Что такое сывороточные белки?

Белки молока делят на две основные группы - казеины и сывороточные белки. Из др. оставшихся белков (очень незначительная часть) наибольшее значение имеет белок жировых шариков, который относится к сложным белкам. 

Основная часть белков молока (78-85%) представлена казеинами (казеином). Казеин относится к сложным белкам и находится в молоке в виде мицелл и в составе молока занимает 2,7%.

После осаждения казеина из молока кислотой при рН 4,6-4,7 в сыворотке остается около 0,6% веществ, которые называют сывороточными белками (20% от содержания всех белков молока). Сывороточные белки характеризуются равномерным распределением полярных и неполярных аминокислот вдоль полипептидной цепи, низким содержанием пролина, поэтому имеют компактную глобулярную конформацию со значительной спирализацией цепей и средним диаметром от 15 до 50 нм. Из-за малого размера их количество в молоке превышает число казеиновых мицелл приблизительно в 1500 раз.

Сывороточные белки состоят из b-лактоглобулина (52%), a-лактальбумина (23%), иммуноглобулинов (16%), альбумина сыворотки крови (8%), лактоферрина и других минорных белков (1%). Они выполняют важные биологические функции.

Иммуноглобулины выполняют защитную функцию, являясь носителями пассивного иммунитета, лактоферрин и другой белок – лизоцим, относящийся к ферментам молока, обладают антибактериальными свойствами. Лактоферрин и β-лактоглобулин выполняют транспортную роль – переносят в кишечник новорожденного железо, витамины и другие важные соединения (альбумин сыворотки крови содержится в молоке в незначительных количествах и не имеет практического значения).

Основные сывороточные белки - альбумин и глобулин.

Альбумин относится к простым белкам, хорошо растворим в воде. Под действием сычужного фермента и кислот альбумин не свертывается, а при нагревании до 70°С выпадает в осадок. Альбумин содержит ценную незаменимую аминокислоту триптофан (до 7%), которую не содержат ни один белок.

Глобулин - простой белок, присутствует в молоке в растворенном состоянии, свертывается при нагревании в слабокислой среде до температуры 72 °С.

Сывороточные белки все шире используют в качестве добавок при производстве молочных и других продуктов. Степень усвоения таких белков - 96-98%. Данные белки с точки зрения физиологии питания более полноценные, чем казеин, так как содержат больше незаменимых, в т.ч. серосодержащих аминокислот. Технологическое значение имеет сера, образующая свободные сульфгидрильные группы. Наличие серы в сывороточных белках обусловлено присутствием серосодержащих аминокислот — метионина, цистина, цистеина. Они влияют на изменения белков в процессе переработки, например на денатурацию и органолептические показатели при тепловой обработке.

Статья:

КОНЦЕНТРАТ СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ, ОБОГАЩЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОМ

Концентрат сывороточных белков, обогащенный железом - сульфат железа, сывороточные белки, бифидобактерии

Авторами статьи доказана возможность получения железосодержащего белкового продукта методом химической модификации сывороточных белков и последующим ферментированием белковой массы бифидобактериями. Изучены и теоретически обоснованы закономерности тепловой денатурации белков творожной сыворотки при использовании в качестве коагулянта сульфата железа. Отмечено, что ионы железа повышают биохимическую активность бифидобактерий и интенсифицируют технологический процесс производства ферментированных продуктов.

Установлено, что денатурированные сывороточные белки активно атакуются протеиназами бифидобактерий с образованием более простых соединений. На основании проведенных исследований авторами разработана технология ферментированного концентрата сывороточных белков, обогащенного  железом. Установлено, что полученные белковые концентраты обладают высокими функциональными и потребительскими свойствами, отличаются повышенным содержанием легкоусвояемого железа и высоким количеством жизнеспособных клеток бифидобактерий.

Введение

Концепция оптимального питания предполагает в качестве одного из важнейших условий сохранения здоровья человека адекватную обеспеченность его организма как макро-, так и микронутриентами, в том числе и эссенциальными микроэлементами, в частности железом. Железодефицитные состояния по-прежнему остаются актуальной и во многих отношениях нерешенной проблемой современной медицины. Недостаток железа в организме приводит ко многим негативным последствиям. Одним из них является развитие железодефицитной анемии [1].

Учитывая, что в повседневной жизни человек потребляет железо в составе растительных и животных продуктов и что наличие аминокислот и пептидов, а также белков животного происхождения способствует лучшему усвоению организмом этого микроэлемента, представляется целесообразным обогащать рационы питания именно органическими формами железа [2]. Известно, что лучше усваиваиваются хорошо растворимые (хелатированные) препараты железа, в которых элемент находится в виде Fe2+. Примером классического хелата служит гемоглобин, где атом железа окружен белковой оболочкой [3].

По нашему мнению, наиболее удобным объектом для обогащения железом являются сывороточные белки, поскольку они близки к глобинам и обладают высокой биологической ценностью. (Прим.: Глобины – семейство дыхательных белков, включающее гемоглобин, миоглобин и леггемоглобин). Сывороточные белки могут служить дополнительным источником незаменимых аминокислот. Это позволяет отнести их к полноценным белкам, используемым организмом для структурного обмена, образования гемоглобина и плазмы крови.

Выделение сывороточных белков основано на их физико-химических свойствах. В настоящее время широко распространены кислотно-тепловой способ коагуляции при значениях рН, близких к изоэлектрической точке, и мембранные методы (ультрафильтрация, ионный обмен, электродиализ и др.) [4]. Коагуляция белков из сыворотки с введением химических реагентов изучена недостаточно. В связи с этим, представляет интерес исследование режимов выделения сывороточных белков комплексным методом, тепловой денатурацией и введением реагентов, содержащих двухвалентное железо.

Прим.: Денатурация белка – это внутримолекулярная перегруппировка его молекулы, нарушение нативной конформации, не сопровождающиеся расщеплением пептидной связи. Аминокислотная последовательность белка не изменяется. В результате денатурации происходит нарушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка, образованных нековалентными связями, и биологическая активность белка утрачивается полностью или частично, обратимо или необратимо в зависимости от денатурирующих агентов, интенсивности и продолжительности их действия. Тепловая денатурация вызывается высокими температурами – нагреванием раствора белка до 60…80°С. При 100°С все белки денатурируют.

Денатурация сывороточных белков и последующая биологическая обработка с помощью бифидобактерий позволят снизить аллергизирующиее действие сывороточных белков. Кроме того, бифидобактерии будут обеспечивать поддержание нормального состава и функциональной активности микрофлоры кишечника человека [5].

Цель данной работы – разработка технологии ферментированного концентрата сывороточных белков, обогащенного железом для диетической коррекции железодефицитных состояний.

Материалы и методы

В качестве сырья для концентрата сывороточных белков (КСБ) использовалась творожная сыворотка. Выделение сывороточных белков осуществлялось тепловой денатурацией с добавлением 10% раствора FeSO4. Для ферментации белковой массы применялась активная закваска бифидобактерий В. longum В 379М (ТУ 9229-001-02069473-98).

Физико-химические показатели определяли по стандартным методикам: массовую долю железа определяли по ГОСТ 26928-86; протеолитическую активность определяли по методике Э.Г. Грудзинской и А.К. Максимовой по сумме трех свободных аминокислот (тирозина, триптофана и цистеина в пересчете на тирозин); титруемую кислотность по ГОСТ 3624-92; активной кислотности - потенциометрическим методом на приборе рН-222.2 по ГОСТ 26781; массовую долю влаги - по ГОСТ 29246-91; индекс растворимости - по ГОСТ 30305.4-95. Микробиологические показатели определяли в соответствии с нормативной базой: количество клеток бифидобактерий определяли методом предельных разведений на плотной агаризованной среде ГМК по ТУ 10-10-02-789-192-95.

Обработка результатов экспериментов проводилась с помощью известных методов математической статистики с использованием MS Excel.

Результаты и обсуждение

С целью получения белков, обогащенных железом на первом этапе исследований изучали влияние дозы коагулянта и режимы тепловой обработки на степень использования сывороточных белков (табл. 1).

Прим.: Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных).

Полученные данные свидетельствуют о том, что процесс коагуляции в зависимости от дозы сульфата железа и продолжительности выдержки идет в узких пределах и скачкообразно. Максимальная степень использования сывороточных белков отмечена при температуре 950С, дозе сульфата железа 1,0 г/л и продолжительности выдержки 5 мин. При этом степень использования белка составляет 86,6% (см. табл. 1). Дальнейшая выдержка не приводит к заметному повышению степени использования сывороточных белков.

Таблица 1 Влияние режимов коагуляции на степень использования сывороточных белков

Температура коагуляции, 0С
Доза FeSO4, г/л
Выдержка, мин
Степень использования белков, %
Мутность сыворотки, в усл. ед.
90
0,8
7
65,9
0,023
1,0
5
68,2
0,021
1,2
3
70,2
0,018
95
0,8
7
84,3
0,016
1,0
5
86,6
0,007
1,2
3
86,8
0,007
98
0,8
7
85,5
0,014
1,0
5
86,8
0,007
1,2
3
86,9
0,006

Согласно литературным данным существенное влияние на минеральный обмен оказывают бифидобактерии, которые составляют основу нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта [6]. Поэтому в дальнейших исследованиях концентрат сывороточных белков ферментировали активной закваской чистых культур бифидобактерий.

Ферментацию проводили при оптимальной для В. longum В 379М температуре культивирования: (37±1)0С с внесением различной дозы закваски. Изменение титруемой и активной кислотности, а также количества жизнеспособных клеток бифидобактерий при ферментации белковых сгустков представлено на рисунках 1 и 2.

влияние дозы закваски бифидобактерий на активность кислотообразования и рост клеток

Анализ данных рисунка 1 показывает, что с увеличением дозы закваски с 3 до 5 % наблюдается повышение титруемой кислотности. При этом процесс ферментации при внесении 5 % закваски сокращается на 2 ч. Количество клеток бифидобактерий при данной дозировке закваски через 4 ч ферментации составляет 1010 КОЕ/см3 (рис. 2). Дальнейшее повышение дозы закваски до 10% не дает значительного эффекта (см. рис. 1 и 2).

В следующей серии экспериментов изучали процесс протеолиза белков при  ферментации. О протеолизе белков судили по накоплению тирозина (рис. 3).

Влияние дозы закваски на протеолиз белков концентрата сывороточных белков

Из результатов исследований, представленных на рисунке 3, видно, что накопление тирозина во всех образцах идет достаточно интенсивно. Так, через 2 ч культивирования содержание тирозина при внесении 5 и 10% закваски составляет 0,8 и 1,4 мг/100 г, а в конце ферментации содержание тирозина повысилось до 1,7 и 1,9 мг/100 г соответственно. Это свидетельствует о высокой протеолитической активности бифидобактерий, протеиназы которых расщепляют денатурированные сывороточные белки с образованием более простых соединений. Высокая биологическая ценность сывороточных белков, вероятно, создает благоприятные условия для развития бифидобактерий.

В таблице 2 приведены данные, характеризующие влияние процесса ферментации на основные органолептические и физико-химические показатели белковой массы железосодержащих КСБ.

Таблица 2 Характеристика белковой массы

Показатели
Белковая масса
Ферментированная белковая масса
Вкус и запах
Чистый, со специфическим привкусом сывороточных белков
Чистый, кисломолочный
Консистенция
Однородная, мажущаяся
Цвет
Белый, с сероватым оттенком
Массовая доля сухих веществ не менее, %
20
20
Титруемая кислотность, 0Т не выше
82
93
Содержание железа, мг/кг
81,8
91,5
Кол-во клеток бифидобактерий, КОЕ/1 см3
-
109

Как видно из данных таблицы 2, процесс ферментации способствует переходу железа в белковую массу и она содержит высокое количество жизнеспособных клеток бифидобактерий.

Для получения белковой массы со стандартными показателями были проведены исследования по определению продолжительности процесса самопрессования. В результате исследований установлено, что процесс самопрессования при температуре (20±2)°С в течение (1-1,5) ч обеспечивает получение готового продукта с требуемыми показателями.

При изучении сроков хранения белковой массы нами обнаружено, что титруемая кислотность ферментированной белковой массы понижалась, и через 12 сут. хранения составляла 82°Т и соответствовала значению титруемой кислотности до ферментации. Это явление, вероятно, можно объяснить взаимодействием ионов железа с молочной кислотой и образованием лактата железа. Снижение кислотности оказывает благоприятное действие на жизнеспособность бифидобактерий в процессе хранения.

Для продления сроков хранения ферментированного КСБ изучали возможность сохранения качества белка методом сублимационной сушки. Температурный режим сушки выбирали с учетом термоустойчивости бифидобактерий: температура (40-45)оС, продолжительность (22-24) ч. Продолжительность сушки контролировали по остаточной влажности (не более 5%).

Качественная характеристика комплексной пищевой добавки, полученной методом сублимационной сушки, представлена в таблице 3.

Таблица 3 Характеристика сухой железосодержащей белковой добавки

Показатели
Сухая ферментированная белковая добавка
Вкус и запах
Чистый, кисломолочный
Консистенция
Мелкий сухой порошок. Допускается незначительное количество легко рассыпающихся комочков
Цвет
Белый, с сероватым оттенком
Массовая доля влаги, %
4
Содержание железа, мг/кг
420,1
Растворимость, мл сырого остатка
2
Кол-во клеток бифидобактерий, КОЕ/1 см3
3∙109
Масса продукта, г, в котором не допускаются
БГКП (колиформы)
1
патогенные (в том числе сальмонеллы)
25
стафилококки S.aureus
1
листерии L. monocytogenes
-
Дрожжи, плесени, КОЕ/см3(г), не более
-

Из данных таблицы 3 следует, что комплексная пищевая добавка содержит железо в легкоусвояемой органической форме. Ферментация белковой массы улучшает органолептические свойства белков и снижает их аллергизирующее действие. Высокое количество жизнеспособных клеток бифидобактерий (109 КОЕ/см3) придает пищевой добавке дополнительные свойства эубиотика, регулирующего состав микрофлоры кишечника.

На основе полученных экспериментальных данных разработана технология производства сухого концентрата сывороточных белков, обогащенного железом (рис. 4).

Технологическая схема производства сухого концентрата сывороточных белков, обогащенного железомВыводы

В результате проведенных исследований выбраны оптимальные технологические режимы выделения сывороточных белков из творожной сыворотки при использовании в качестве коагулянта сульфата железа, а также рациональные режимы ферментации белковой массы (доза закваски - 5%, продолжительность ферментации - 4 ч). Установлено, что В. longum В 379М обладает достаточно высокой протеолитический активностью и расщепляет денатурированные сывороточные белки. Подобраны оптимальные режимы процесса самопрессования, обеспечивающие получение продукта с требуемыми показателями. Отмечено, что мягкие режимы сублимационной сушки позволяют получить продукт с высоким количеством жизнеспособных клеток бифидобактерий (109 КОЕ/см3) и длительным сроком хранения.

Предлагаемая технология позволяет получить железосодержащую пищевую белковую добавку, обладающую полифункциональными свойствами и высокой биологической ценностью. КСБ, обогащенный железом, представляет собой комплексный белковый продукт, использование которого позволит восполнить дефицит белка, крайне важного микронутриента железа, а также нормализовать микроэкологию желудочно-кишечного тракта.

Библиография

  1. Струтынский А.В. Диагностика и лечение железодефицитных анемий // Русский медицинский журнал. – 2014. – № 11. – С. 839–844.
  2. Хамагаева И.С., Кривоносова А.В. Влияние сульфата железа на пропионовокислые бактерии // Молочная промышленность. – 2009. – № 6. – С. 71–72.
  3. Хелаты // Химическая энциклопедия. – М.: Большая российская энциклопедия, 1998. – Т. 5. – С. 224–225.
  4. Ельчанинов В.В. Некоторые технологические аспекты получения сывороточных белков коровьего молока. Получение молочной сыворотки и продуктов, обогащенных сывороточными белками // Молочная промышленность. – 2015. – № 3. – С. 64–66.
  5. Булатова Е.М., Богданова Н.М., Лобанова Е.А. и др. Кишечная микробиота: современные представления // Педиатрия. – 2009. – Т. 87, № 3. – С. 104–111.

Источник:

I.S. Khamagaeva, Dr. Sc. Engineering, Prof., A.V. Shсhyokotova, Cand. Sc. Engineering, I.V. Khamaganova, Dr. Sc. Engineering

WHEY PROTEIN CONCENTRATE FORTIFIED WITH IRON

ВЕСТНИК ВСГУТУ / 2017 / №2 – С. 64-69

К разделу: ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕ ПРОБИОТИКИ

По теме см. также:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  28. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  29. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  30. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  31. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  32. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  33. НОВОСТИ