WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

1. Разработка процесса получения ферментативных белковых гидролизатов электрохимическим методом 1.1. Выбор электролита. Электролиты, используемые для создания условий проведения ферментолиза белоксодержащего сырья, должны полностью растворяться в воде, обеспечивать необходимые значения рН и температуры, не содержать токсичных элементов, быть дешевыми. С этой целью изучили соли: нитраты калия и натрия (KNO3, NaNO3), хлорид натрия (NaCl), сульфат натрия (Na2SO4). Были рассчитаны теоретические и получены экспериментальные данные по изменению температуры и величины рН растворов электролитов в зависимости от концентрации соли при плотности тока 250, 400, 530 А/м2.

Теоретическое изменение температуры раствора (Tтеор) в условиях эксперимента определяли как отношение теплового эффекта процесса к мольной теплоемкости раствора. При расчете Tтеор учитывали, что выделение тепла обусловлено протеканием химической реакции электролиза соли и нагреванием раствора электролита при прохождением через него тока.

С учетом потерь тепловой энергии, для расчета Tтеор использовали следующее соотношение:

где I - сила тока, А; - время электролиза, с; U – напряжение, подаваемое на электроды, В; F -постоянная Фарадея; М и Ср соответственно молярная масса, г/моль и мольная теплоемкость раствора электролита, Дж/(мольК);Q3 - потери тепловой энергии, Дж/моль.

Теоретические значения рН рассчитывали по формуле где I - сила тока, А; - время электролиза, с; - коэффициент активности ионов водорода в растворе; V - объем раствора, м3.

На основании анализа полученных данных в качестве электролита для проведения ферментативного гидролиза белоксодержащего сырья электрохимическим методом был выбран 1% раствор хлорида натрия.

Влияние процессов, происходящих в реакционной среде при электролизе раствора хлорида натрия с концентрацией 1–4 %, на протеолитическую активность панкреатина было изучено в ходе ферментолиза рыбной муки и 1 % раствора белка – казеината натрия. Анализ полученных результатов показал, что электрохимические процессы, происходящие при ферментолизе белоксодержащего сырья электрохимическим методом, не снижают протеолитическую активность панкреатина в исследованном интервале концентраций хлорида натрия.

1.2. Изучение процесса ферментативного гидролиза белоксодержащего сырья Предварительная обработка белоксодержащего сырья в электролизере Предварительную обработку сырья проводят для того, чтобы технологические параметры реакционной среды соответствовали оптимальным условиям работы ферментного препарата. Обработку сырья в растворе электролита осуществляли токами плотностью не менее 400 А/м2, так как ток более низкой плотности не обеспечивает нагрев реакционной среды до температуры 45– 50 °С в условиях эксперимента. Сырье смешивали с раствором электролита в массовом соотношении 1:1 - для дефростированного сырья и 1:8 – для рыбной муки. Поскольку выбранные ферменты имеют наибольшую активность при значениях рН>7, то обработку сырья проводили в катодной камере электролизера. Анодную камеру заполняли раствором электролита. Зависимость изменения температуры и рН реакционной среды от продолжительности обработки смеси сырье/электролит токами различной плотности представлена на рис. 1.

Анализ данных, приведенных на рис. 1, показал, что предварительную обработку сырья следует проводить при плотности тока 530 А/м2 в 2 этапа: на первом – процесс ведут в течение 40 мин при переменном токе до t = 40-45 С, затем необходимо заменить переменный ток на постоянный и обрабатывать сырье в течение 15 мин до значений рН = 7,8–8,0 и t = 45–50 С.

14рН t, С Рис. 1. Зависимость величины рН и 60 температуры (t, С) от продолжительности обработки сырья токами 50 различной плотности в катодной 40 камере электролизера 1 – t при J = 400 А/м2;

30 2 – t при J = 530 А/м2;

20 3 – рН при J = 400 А/м2;

0 15 30 45 60 75 90 105 4 – рН при J = 530 А/м2.

Время, мин Гидролиз белоксодержащего сырья в катодной камере электролизера Ферментные препараты вводили после достижения оптимальных условий для их работы. После введения в камеру электролизера фермента, для обеспечения максимальной скорости реакции ферментативного расщепления, первые 2 часа поддерживали оптимальные значения рН и t С реакционной среды (t = 48 ± 2 С и рН = 7,8 ± 0,2). Плотность постоянного тока при этом составила J = 300–400 А/м2. Плотность тока выше 530 А/м2 вызывает перегрев реакционной среды. В дальнейшем, для предотвращения увеличения рН среды, необходимо перейти на переменный ток плотностью J = 300 А/м2, что позволит поддерживать t = 48 ± 2C в течение последующих 4 часов процесса ферментолиза (значения рН при этом не изменяются).

Обработка ферментативного гидролизата в кислой среде Кислотную обработку гидролизата проводили для его осветления. Для создания значений рН<7, обработку сырья проводили в анодной камере электролизера, так как при прохождении постоянного электрического тока через раствор в анодной камере создается кислая среда. Поскольку на данном этапе не требуется поддержания постоянной температуры, то использовали токи плотностью 250, 400 и 530 А/м2.

Зависимость изменения величины рН реакционной среды от продолжительности обработки токами различной плотности приведена на рис. 2.

рН Рис. 2. Зависимость величин рН от продолжительности обработки гидролизатов токами различной плотности в анодной камере электролизера 1 – J = 250 А/м2;

2 – J = 400 А/м2;

0 15 30 45 60 75 90 105 120 3 – J = 530 А/м2.

Время, мин Анализ кривых на рис. 2 показал, что значения рН = 4,0-4,5 достигаются при плотности тока J = 400 А/м2 за 105 мин, при J = 530 А/м2 за 60–75 мин. Ток плотностью тока J = 250 А/м2 не обеспечивает значения рН = 4,0–4,5 за исследованный промежуток времени. На следующей стадии гидролизат нагревали до 100 °С для инактивации фермента и денатурации негидролизованных белковых молекул. Негидролизованное сырье удаляли фильтрацией.

Обработка ферментативного гидролизата в щелочной среде На этом этапе проводили нейтрализацию гидролизата при рН = 7,6–8,в катодной камере электролизера. Необходимые значения рН достигались в течение 1 часа при прохождении постоянного электрического тока J = 400530 А/м2. Нейтрализованный гидролизат извлекали из ячейки, нагревали до t = 100 °С, фильтровали и сушили.

Разработанный процесс ферментативного гидролиза белоксодержащего сырья электрохимическим методом позволяет поддерживать необходимые для ферментолиза значения рН и температуры путем изменения плотности постоянного и переменного тока, без использования концентрированных кислот и щелочей. Это повышает безопасность технологии гидролизатов и улучшает санитарно-гигиенические условия производства.

2. Факторы, влияющие на процесс ферментолиза белоксодержащего сырья электрохимическим методом 2.1. Природа ферментного препарата и белоксодержащего сырья Сравнительная характеристика белковой фракции ферментативных гидролизатов, полученных электрохимическим методом под действием панкреатина и гепатопанкреатина, приведена в таблицах 1,2 и на рис. 3. Гидролиз проводили при t = 48 ± 2C, рН = 7,8–8,0, времени обработки – 6 часов, количество вводимого ферментного препарата – 1,25 % от массы сырья. Осветление ферментативного гидролизата в кислой среде проводили при рН = 4,0–4,5; нейтрализацию при рН = 7,6–8,0. Негидролизованное сырье удаляли фильтрацией.

Результаты сравнительного анализа химического состава белковой фракции гидролизатов, полученных по ферментативной и ферментативной электрохимической технологиям, приведены в табл. 1.

Таблица Сравнительная характеристика белковой фракции гидролизатов из путассу Путассу Сайка Ферментативная Ферментативная техно- Фермента- Ферментативтехнология логия (электрохимиче- тивная тех- ная техноло(электрохимичеПоказатели ский метод) нология гия ский метод) панкреатин гепатопан- панкреатин панкреатин панкреатин креатин Nоб. % 10,1 10,4 10,9 9,1 11,Nам. % 3,9 4,1 4,2 3,3 4,СГ=Nам./ Nоб., % 39,0 39,1 39,0 35,7 40,Nнба. % 7,9 7,5 8,7 6,7 8,Nнба/Nоб. 0,78 0,72 0,80 0,74 0,САК, % 23,3 23,2 21,3 - Ферментативные гидролизаты из путассу, полученные электрохимическим методом, под действием различных ферментов имеют практически одинаковые величины СГ и САК (табл. 1).Отношение Nнба/Nоб в панкреатическом гидролизате выше, т.е. этот гидролизат содержит больше поли- и олигопептидов.

Аминокислотный анализ панкреатических гидролизатов из путассу, полученных ферментативным и ферментативным электрохимическим методами показал, что последний содержит в 1,5–3 раза больше глицина, аргинина и лейцина.

В табл. 2 приведена сравнительная характеристика белковой фракции гидролизатов из креветки, полученных по ферментативной и ферментативной электрохимической технологиям.

Таблица Сравнительная характеристика белковой фракции гидролизатов из креветки Ферментативная технология Ферментативная технология Показатели (электрохимический метод) панкреатин гепатопанкреатин панкреатин гепатопанкреатин Nоб. % 9,4 9,3 10,8 12,Nам. % 3,5 3,9 4,1 4,СГ=Nам./ Nоб., % 37,0 41,0 38,0 38,Nнба. % 7,2 7,4 8,1 9,Nнба/Nоб. 0,76 0,79 0,75 0,САК, % 24,9 35,3 - 35,Из данных, представленных в таблице 2, следует, что все гидролизаты имеют высокую СГ (37–41 %). Панкреатический гидролизат из креветки, полученный электрохимическим методом, имеет СГ = 37 %, что на 4 % ниже, чем у гидролизата, полученного под действием гепатопанкреатина, и содержит на 10,4 % меньше САК. Очевидно, что ферментный препарат гепатопанкреатин проявляет большее сродство к белкам ракообразных. Гидролизаты из креветки, полученные под действием гепатопанкреатина по ферментативной и ферментативной электрохимической технологиям, содержат практически одинаковое количество САК (35,3 % и 35,5 %).

Результаты сравнительного анализа химического и аминокислотного состава панкреатического гидролизата рыбной муки (ПГРМ), полученного электрохимическим методом, показали, что данный гидролизат может быть использован в качестве основы для приготовления микробиологических питательных сред. Свойства белкового гидролизата из рыбной муки, полученного ферментативным электрохимическим методом под действием гепатопанкреатина, не позволяют использовать его для приготовления микробиологических питательных сред из-за низкой СГ (менее 10 %).

Данные, характеризующие молекулярный состав панкреатических гидролизатов из рыбной муки, путассу и креветки, полученных электрохимическим методом, приведены в табл. 3. Результаты молекулярно-массового распределения белковых фракций обрабатывались с помощью программы PeakFit.

Таблица Молекулярно-массовое распределение белковых фракций в панкреатических гидролизатах Белоксодержащие Фракции белковых веществ, % сырье > 100 кД 100-25 кД < 25 кД САК рыбная мука 9,8 16 53,6 20,путассу 9 5,5 62,2 23,креветка 4 8,1 63 24,Анализ полученных экспериментальных данных показал, что свойства гидролизатов зависят от природы белоксодержащего сырья и ферментного препарата. Эффективность расщепления (СГ) путассу, сайки и креветки ферментными препаратами – панкреатином и гепатопанкреатином составила 35,7– 41 %. ПГРМ, полученный электрохимическим методом, имеет СГ = 28,9 %.

2.2. Продолжительность процесса ферментолиза Влияние продолжительности гидролиза на содержание САК и полипептидных фрагментов в ферментативном гидролизате, полученном электрохимическим методом, определяли по изменению концентрации аминного азота (АА). Изменение этого показателя свидетельствует о скорости расщепления белковых молекул в процессе ферментолиза.

0,Рис. 3. Изменение концентрации 0,аминного азота в процессе фермен0,2 толиза электрохимическим методом 1 – рыбная мука;

0,2 – креветка;

3 – путассу.

0 1 2 3 4 5 6 Время, ч Анализ данных, приведенных на рис. 3, показал, что содержание АА достигает максимальных и практически постоянных значений за 5–6 часов и не зависит от природы белоксодержащего сырья. Наибольшее изменение концентрации АА наблюдается в первые 2 часа ферментолиза. После 6 часов - количество АА в исследуемых гидролизатах достигает 0,30–0,40 %.

2.3. Количество ферментного препарата Количество вводимого ферментного препарата зависит от активности фермента и требований, предъявляемых к гидролизатам. Гидролизаты, используемые для микробиологических целей, должны содержать общего азота – не менее 9 %, аминного – не менее 2,9 % (ТУ 480-00001927-27-93). Результаты изучения влияния количества ферментного препарата на состав Сод-е амин. азота, % белковой фракции панкреатических гидролизатов, полученных электрохимическим методом, приведены в табл. 4.

Таблица Сравнительная характеристика белковой фракции панкреатических гидролизатов, полученных электрохимическим методом, при различных концентрациях ферментного препарата Белоксодержащее сырье Рыбная мука Путассу Креветка Показатели Массовая доля вводимого фермента, % 0,75 1,25 1,75 0,75 1,25 1,75 0,75 1,25 1,Nам. % 2,1 3,0 3,4 2,6 3,9 4,5 2,4 3,5 4,Nоб. % 10,1 10,5 11,2 10,6 10,1 10,5 9,9 9,4 10,Nнб. % 5,4 7,2 7,5 6,2 7,9 8,2 6,1 7,2 7,Из данных, представленных в табл. 4, следует, что концентрация панкреатина равная 1,25 % масс. является оптимальной. При увеличении концентрации фермента до 1,75 % для более эффективного расщепления белковой молекулы необходимо увеличить гидромодуль, чтобы обеспечить доступ ферментного препарата к макромолекулам белка. Увеличение гидромодуля приведет к росту экономических затрат на стадии сушки гидролизатов.

2.4. Температура процесса Влияние температуры на эффективность процесса ферментолиза оценивали по изменению содержания АА и САК в гидролизатах. (табл. 5) Таблица Влияние температуры на состав белковой фракции панкреатических гидролизатов, полученных электрохимическим методом Белоксодержащее сырьё Рыбная мука Путассу Креветка Показатели Температура, °C 45±1 50±1 55±1 45±1 50±1 55±1 45±1 50±1 55±Nам. % 3,1 3,0 2,1 3,4 3,9 1,7 3,1 3,5 1,Nоб. % 10,6 10,5 10,1 10,2 10,1 10,8 9,1 9,4 9,Nнб. % 7,3 7,2 5,1 7,4 7,9 5,1 6,8 7,2 3,СГ=Nам/ Nоб.% 29,0 28,9 20,6 33,2 39,0 16,0 33,6 37,0 17,Анализ полученных экспериментальных данных показал, что наибольшее количество АА содержится в гидролизатах из путассу и креветки, полученных при t = 50 ± 1 С. Понижение температуры до 45 ± 1 С снижает качество гидролизатов. В гидролизатах из рыбной муки, полученных при температурах 45 ± 1 и 50 ± 1 С, количество аминного, небелкового азота и СГ практически одинаковы. Количество АА во всех гидролизатах, полученных при t = 55 ± 1°С, уменьшилось в 1,5 раза, а СГ снизилась до 16–20 %. При температуре выше 54-55 °С преобладает процесс деструкции белков, приводящий к инактивации ферментного препарата.

Pages:     | 1 || 3 |






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