WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

На правахрукописи

Румянцева ГалинаНиколаевна

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКАИСПОЛЬЗОВАНИЯ

НАПРАВЛЕННОГОБИОКАТАЛИЗА В ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ ИИНГРЕДИЕНТОВ БЕЛКОВОЙ И

УГЛЕВОДНОЙ ПРИРОДЫ

Специальность 05.18.07–Биотехнология пищевых продуктов

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соисканиеучёной степени

доктора техническихнаук

Москва 2008

Работа выполнена в ГОУВПО «Московский государственныйуниверситет прикладной биотехнологии»(МГУПБ).

Научный консультант:

Официальныеоппоненты:

Ведущаяорганизация:

Доктор технических наук, профессор,

акад. РАЕН

Дунченко Н.И.

Заслуженный деятельнауки РФ, доктор технических наук,профессор

Римарева Л.В.

Доктор технических наук,профессор

Ермолаева Г.А.

Доктор техническихнаук

Нефедова Н.В.

Санкт-Петербургскийгосударственный технический университетнизкотемпе-ратурных и пищевыхтехнологий

Защита диссертациисостоится «24»декабря 2008 г. в 11-00 на заседаниидиссертационного совета Д 212.149.01 приМосковском государственном университетеприкладной биотехнологии по адресу 109316,Москва, ул. Талалихина, д. 33.Конференц-зал.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке МГУПБ и на сайтеwww.msaab.ru.

Автореферат разослан«____»_________________ 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационногосовета

Д 212.149.01, канд. техн. наук,проф.Забашта А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальностьпроблемы. Совершенствование традиционныхпищевых технологий, а также получениеновых продуктов и ингредиентов белковой иполисахаридной природы смодифицированными свойствами являетсяактуальной задачей, которая может бытьрешена c использованием биокатализа.

В настоящее времяотмечается тенденция к расширениюсырьевой базы для получения ферментативномодифицированных ингредиентов и продуктовза счёт использования вторичных сырьевыхресурсов (ВСР). Учитывая особенности ихсубстратного состава, необходим новый подход к механизмуиспользования специфичных ферментов длятаких нетрадиционных, практически неиспользуемых ранее ВСР, как солодоваядробина, пшеничные отруби, подсолнечныйшрот, жом тыквы, альбедо цитрусовых плодови т.д.

Объемы таких ВСР напивоваренных, соковых, винодельческих,спиртовых заводах и мелькомбинатахисчисляются миллионами тонн/год по России.Учитывая особенности переработки сырья ихимический состав ВСР, их по праву можноотнести к богатейшим источникам пищевого белка (до47 %) иуглеводных ингредиентов пищи (до 60 % к массе ВСР).

Вовлечение втехнологический процесс вторичныхсырьевых ресурсов ВСР, несомненно, повыситэффективность производств путем созданиямалоотходных и безотходных предприятий свысокой рентабельностью.

Первостепенноезначение приобретает получение ииспользование белковых ингредиентов дляобогащения пищевых продуктов, а также ихприменения в качестве водосвязывающих иструктурообразующих агентов в мясных,молочных и других продуктах питания.Данной проблеме посвящены работы ученых:И.А. Рогова, Н.И. Дунченко, Е.И. Титова, Е.Е.Браудо, А.И. Жаринова, М.В. Гернет, С.Е.Траубенберг, В.В. Колпаковой, Л.А. Ивановой,Л.В. Антиповой, L. Underkoffler, L. Hernandes и др.

Не менее важноезначение имеют пищевые ингредиентыполисахаридной природы: пектин инерастворимые пищевые волокна (ПВ). Ихполезные физиологические свойствамногочисленны: главные из них – сорбция токсинов,выведение из организма человека и животныхрадиоактивных элементов и ионов тяжелыхметаллов. В России в настоящее времяпрепараты пектина, нерастворимых ПВ, атакже белка в очищенной форме непроизводят –отечественная пищевая промышленностьиспользует зарубежные аналоги.

Усилиями российскихученых: А.А. Кочетковой, Л.В. Донченко, Н.П.Нечаева, Г.А. Ермолаевой, В.В. Нелиной, В.Н.Голубева, Н.П. Шелухиной, Н.Д. Лукина идругих совершенствуется технологияингредиентов углеводной природы, вчастности, за счет использованиясовременных методов гидролиза, очистки исушки.

Работы И.А. Рогова, Е.И.Титова, Н.И. Дунченко, Ю.А. Ивашкина, В.Г.Высоцкого, Э.С. Токаева, Н.К. Журавской, В.И.Ганиной, И.В. Квитко, К.К. Полянского, В.А.Лосевой, Т.В. Саниной, Л.А. Ивановой, D. Burkit, H.Trowell свидетельствуют о целесообразностииспользования растительных полисахаридовдля получения продуктов общего ифункционально-профилактического питания.

Проблемабиокаталической переработки традиционныхвидов растительного сырья,таких как бобовые, зерновые,эфиромасличные культуры, чайное иплодоовощное сырье, морские водоросли,остается актуальной и в настоящее время.Для каждой конкретнойтехнологии необходим научно обоснованный выбор ферментныхпрепаратов, специфичных к субстратам сырьяи наиболее полно отвечающий требованиямпроизводства.

Одной из важных задачявляется исключение из технологическогопроцесса вредных с экологической точкизрения химических реагентов, например,растворителей (эфир), осадителей (этиловыйспирт), а также замена кислотного ищелочного гидролиза на ферментативный,имеющий неоспоримые преимущества: щадящиеусловия, которые позволяют сохранить природныесвойствасырья, улучшить качество и увеличить выходпродукции.

Анализ литературных ипатентных источников позволил оценитьперспективы промышленного биокатализа какспособа интенсификации технологическихпроцессов получения пищевых продуктов иингредиентов. Однако обобщающие работы вэтой области представлены всегонесколькими изданиями И.А. Рогова и Л.В.Антиповой, О.В. Кислухиной, М.В. Гернет, Л.А.Ивановой, Л.И. Войно.

В данной работепредставлялось целесообразным обобщитьнакопленный опыт отечественных изарубежных исследователей, а такжесобственный экспериментальный материал вобласти биокатализа применительно крастительным объектам, выявитьособенности и закономерности этогобиотехнологического направления,сформулировать концепциюнаправленного биокатализаи определить пути еёреализации.

Работа выполнена в МГУприкладной биотехнологии в рамкахФедеральной научно-технической программы«Научные исследования высшей школы поприоритетным направлениям науки итехники», включая подпрограмму«Технология живых систем», а также набазе НПО «Биотехнология», Институтабиохимии им. А.Н. Баха РАН, по хоздоговорам сфирмами и предприятиями.

Цель и задачиисследований. Цельюисследования явилась разработкатеоретических и практических основнаправленного биокатализа в технологиипищевых продуктов и ингредиентов белковойи углеводной природы, получаемых в томчисле из нетрадиционного сырья иВСР.

Для достиженияпоставленной цели решались следующиезадачи:

  • исследоватьсубстратный состав ранее не используемых впроцессах биокатализа ВСР инетрадиционных видов сырья;
  • изучить каталитическиесвойства исследуемых микробныхферментных препаратов (МФП) на стандартныхи природных субстратах, систематизироватьих по направленности действия;
  • разработатьпараметрическую модель направленногобиокатализа;
  • научно обосноватьметодологию направленногобиокатализа;
  • изучить эффективностьдействия МФП на растительное сырье иВСР;
  • обосновать иразработать технологии пищевых продуктови ингредиентов белковой и углеводнойприроды на основе направленногобиокатализа, а также техническуюдокументацию на их производство;
  • научно обосноватьметоды ферментативной модификации ФТСингредиентов и возможность ихиспользования в пищевых продуктах;
  • провестиопытно-промышленную апробацию и внедрениеосновных результатов исследований.

Научнаяконцепция. В основутеоретического обоснования технологийпищевых продуктов и ингредиентов белковойи углеводной природы, получаемых извторичных сырьевых ресурсов, традиционныхи нетрадиционных растительных источников,положена научная гипотезанаправленного биокатализа, заключающаясяв целесообразности подбора МФП поабсолютной или групповой субстратнойспецифичности и механизмукаталитического действия, а также созданияэнзимных композиций, проявляющихсинергизм действия в условиях«ограниченного» биокатализа, с цельюинтенсификации технологических процессови получения продуктов с заданнымипоказателями выхода и качества.

Основные положения,выносимые на защиту:

  • Параметрическая модельнаправленного биокатализа.
  • Методологиянаправленного биокатализа, включая подборспецифичных микробныхферментов (МФ)и режимов биокатализа для растительныхсырьевых источников, в том численетрадиционных и ВСР, ранее неперерабатываемых для получения пищевыхпродуктов и ингредиентов.
  • Совокупность данных,обуславливающих совершенствованиетрадиционных и создание новых технологийпищевых продуктов и ингредиентов белковойи углеводной природы с заданнымипоказателями качества и выхода на основенаправленного биосинтеза.
  • Введение понятия«ограниченного» биокатализа с цельюсохранения природных качественных свойстви максимального выхода продукта.
  • Использование энзимныхкомпозиций, включающих как ферменты,непосредственно действующие на субстрат–предшественник готового продукта, так икомплекс ферментов, разрушающих структуруклеточной стенки растений: целлюлазы,ксиланазы, глюканазы.
  • Решение экологическихпроблем, в том числе замены кислотного ищелочного гидролиза на ферментативный впроизводстве ингредиентов белковой иуглеводной природы.

Научная новизнаработы:

  • Сформулированаконцепция направленногобиокатализа иразработана параметрическая модельпроцесса, позволяющие наиболее полноиспользовать каталитические возможностиМФ при их воздействии на субстратырастительного сырья и ВСР. Обоснованыподходы, принципы и методы использованиянаправленного биокатализа в технологиипищевых продуктов и ингредиентов.
  • Представлены данныескрининга МФП по каталитическойактивности на 10 различных субстратах.Изучены каталитические свойства более20 МФ,относящихся к протеазам,пектиназам, в томчисле пектинтрансэлиминазам (ПТЭ), целлюлазам, -глюкозидазам, -глюканазам,амилазам.
  • Длянаиболее активных МФ дана количественная оценкасродства ферментов к субстратам:определены константа Михаэлиса,максимальная скорость гидролиза.
  • Установлена абсолютнаяспецифичность ферментов:

- -глюкозидазы Aspergillus awamori, полученной врезультате 45-кратной очистки в гомогеннойформе, а также -глюкозидазы Clostridium thermocellum(генно-инженерный препарат), в отношениигликозидов эфиромасличного сырья;

- групповаяспецифичность протеаз Bacillus subtilis вотношении белков сои и гороха;

- -глюканазы Bacillus subtilis, целлюлазыTrichoderma reesei в отношении структурныхполисахаридов сырья;

- ПТЭ Bacillus macerans вотношении этерифицированныхпектинов;

- амилазы Bacillus licheniformis(генно-инженерный препарат) в отношениипшеничного крахмала.

  • Впервые установленмеханизм действия арил--глюкозидазы Aspergillus awamori на гликозидыэфиромасличной розы, заключающийся вотщеплении глюкозы от ароматическогоагликона.
  • Обоснован выборрастительного сырья, в том числе ВСР длядействия ферментных систем, обусловленныйсубстратным составом сырья испецифичностью ферментов в отношенииконкретных субстратов традиционных инетрадиционных видов сырья и ВСР – источников пищевыхпродуктов и ингредиентов.
  • Установлен синергизм вдействии ферментов:

- арил--глюкозидазы Aspergillusawamori и целлюлолитического комплекса Trichodermaviride на гликозидносвязанные субстратыэфиромасличных растений – предшественникилиналоола, цитронеллола, нерола, гераниола.Эффект синергитического действияпроявляется в улучшении качества эфирныхмасел за счет увеличения содержания ценныхкомпонентов в 1,5-2 раза (подтвержденохроматографически);

- протеазы иамилазы Bacillus subtilis на белки гороха впроцессе его выделения, позволяющийповысить выход продукта более, чем в 4раза.

  • Расширеныпредставления об эффективности действияотдельных ферментов и их композиции.Установлена определяющая роль каждого изферментов в процессах биокатализа(хроматографически):

- -глюкозидазыAspergillus awamori в процессе выделения эфирногорозового масла;

- ПТЭ из культур родаBacillus, целлюлаз и -глюканаз из культурмикроскопических грибов в процессеполучения пектина;

- эндо-ПГ Aspergillusfoetidus и целлюлазы Trichoderma viride впроизводстве черного, зеленого,кирпичного видов чая, концентратовчая;

- протеазы изкультур Bacillus subtilis и амилазы Bacillus licheniformis(генно-инженерный препарат) в процессеполучения ПВ из ВСР;

- протеазы Bacillus subtillis и глюканазыPenicillium emersonii в технологиипищевого белка;

- методомматематического моделированияоптимизирован компонентный составэнзимной композиции, обеспечивающиймаксимальный выход соевого белка – 98,7 % от исходногосодержания в сырье.

Новизнатехнологических решений подтверждена 12авторскими свидетельствами и патентами РФ,а также 7 патентами в зарубежныхстранах.

Практическаязначимость:

  • Экспериментальноподтверждена возможность ицелесообразность использования нетрадиционных видов сырьяи ВСР при получении белка (солодоваядробина, пшеничные отруби), пектина(тыквенные и цитрусовые отжимы),нерастворимых ПВ (тыквенные и солодовыеВСР).
  • Установленаэффективность замены физико-химическихспособов, в том числе кислотного гидролиза,при получении пектинов, и щелочного – при получениибелков на ферментативный.
  • Методология направленного биокатализареализована в технологии эфирных масел,различных видов чая, а также соков,экстрактов, пектина и витамина Р прикомплексной переработке цитрусовых ВСР,пищевых экстрактов из трав и ягод, агараморских водорослей.
  • Разработаныбиокаталитические технологии белков избобовых культур, пектина из яблочных,тыквенных, цитрусовых ВСР, а такженерастворимых ПВ из яблочных,свекловичных, тыквенных, пшеничных,солодовых ВСР.
  • Разработана ТД напроизводство ингредиентов белковой иуглеводной природы:

- ТИ по производствуяблочного пектина (концентрат) к ТУ №15.8-30807701-003-2003 «Концентрат пектиновыйяблочный»;

- ТИ по производствубелковых изолятов к ТУ№ 914616-011-02068640-07«Изолят белковый соевый» и ТУ №914616-012-02068640-07 «Концентрат белковыйгороховый»;

- ТИпо производству растительных пищевыхволокон к ТУ 916962-814-02068640-08«Волокна пищевыетыквенные», № 929522-515-02068640-08«Волокна пищевыеячменные», №916961-213-02068640-08 «Волокнапищевые яблочные».

  • Биокаталитическиетехнологии апробированы и внедрены напредприятиях России и зарубежныхстран:

- черного, зеленого икирпичного видов чая на фабриках г.Озургети (Абхазия);

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»