Главная \ 2. Пробиотики (биодобавки) \ Алиментарные заболевания \ Гемопропиовит \ Микроэлемент Железо и Железодефицит \ Концентрат сывороточных белков, обогащенный железом

Железосодержащий белковый продукт

ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЙ КОНЦЕНТРАТ СЫВОРОТОЧНЫХ БЕЛКОВ 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

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.

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).

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).

Выводы

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

Струтынский А.В. Диагностика и лечение железодефицитных анемий // Русский медицинский журнал. – 2014. – № 11. – С. 839–844.
Хамагаева И.С., Кривоносова А.В. Влияние сульфата железа на пропионовокислые бактерии // Молочная промышленность. – 2009. – № 6. – С. 71–72.
Хелаты // Химическая энциклопедия. – М.: Большая российская энциклопедия, 1998. – Т. 5. – С. 224–225.
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.
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: ГЕМОПРОПИОВИТ

По теме см. также:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ