Функциональный мясной протеин
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский государственный университет пищевых производств
Институт инновационных технологий и биоиндустрии продуктов питания Кафедра: «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза»
Реферат на тему: «Современные технологии глубокой биоконверсии побочных продуктов и отходов переработки сырья животного происхождения с целью извлечения максимального количества пищевого белка и получения белковых композиций»
Выполнил студент:
группы 16-БТ-МАГ
Соколова Е.Р.
Проверил преподаватель:
проф., д.т.н. Иванова Л.А.
Москва, 2017 год
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Введение…………………………………………………………………3
2. Кератинсодержащие отходы………………………………..…….…….4
3. Характеристика способов получения кератина………………….……5
4. Рациональное использование белковых препаратов………….………9
5. Получение аминокислот из белоксодержащего сырья…………...….15
6. Получение белка из молочной сыворотки……………………………17
7. Список использованной литературы………………………………….20
Введение [2]
Мировые тенденции в области питания связаны с созданием ассортимента продуктов, способствующих улучшению здоровья при ежедневном потреблении. В последнее время популярность здоровой пищи сильно возросла. Рынок функциональных продуктов в настоящее время достигает 3,6 млн т и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению.
|
|
|
Питание считается одним из факторов, определяющих физическое и умственное развитие человеческого организма. Основным поставщиком белкового питания традиционно является мясная промышленность. Применимость белков в получении раз личных функциональных продуктов связана с их функционально-технологическими свойствами, которые зависят от природы и концентрации биополимеров и низкомолекулярных веществ в пищевых системах, температуры, рН. С целью повышения функционально-технологических свойств и снижения себестоимости продукции предприятия мясной промышленности стали активно использовать белки растительного и животного происхождения. Однако недостатки растительных белков известны и связаны главным образом с наличием лимитирующих биологическую ценность аминокислот и ограничениями по органолептическим свойствам. Ассортимент белков животного происхождения достаточно широк и базируется на следующих источниках: кровь промышленных животных, соединительная ткань, молоко и молочная сыворотка и другие. Экономическая целесообразность и аминокислотный состав кератиновых белков позволяют положительно оценить перспективы использования этих малоценных вторичных продуктов мясной отрасли.
|
|
|
Современная мясная промышленность решает целый ряд актуальных задач, прежде всего связанных с восполнением недостатка пищевого и кормового белка в мировом производстве, разработкой и внедрением способов рационального и максимального использования вторичного сырья переработки скота, птицы и мяса, в том числе промышленных кератинсодержащих продуктов. Привлекательность последних состоит прежде всего в полноценности аминокислотного состава белков, массовая доля которых находится в пределах 70-98 %. Однако сдерживающим фактором является низкая перевариваемость и усвоение, связанное со специфической упрочненной структурой и наличием значительного числа межцепочечных дисульфидных связей.
Кератинсодержащие отходы
К кератинсодержащим отходам относятся отходы первичной обработки шерсти, выделки кожи и меха, которые содержат волос, пух, перо, рыбью чешую, мездру, кости и мышечную ткань.
Белоксодержащие отходы содержат от 40 до 95 % кератина и кератиноподобных белков, коллагена и коллагеноподобных белков; миозина, альбуминов, глобулинов и т.д. Продуктами гидролиза белков являются аминокислоты, низкомолекулярные пептиды и липопротеины.
|
|
|
Кератинсодержащими твердыми отходами являются шерсть, щетина, возникающие при переработки кожевенного и мехового полуфабриката (на подготовительных стадиях производства).
Однако наиболее ценной является овечья шерсть. Она прядома и валкоспособна. В отдельности ость и пух представляют очень ценное вторичное сырье (ость - для щеточной промышленности, пух-для фетровой); неразделенная заводская козья шерсть имеет значительно меньшую ценность и используется в основном в валяльно-войлочной промышленности.
Перопуховое сырье - получают с сельскохозяйственных птиц (гусей, уток, кур и др.) и с пернатой дичи. Его подразделяют на перо цельное, мелкое и среднее, перо недозрелое, перо ломанное, слипшиеся комочки, ворс перопуховой. Перопуховое сырье применяют для изготовления кормовой муки, фильтров, щеточных изделий, зубочисток, одеял, подушек, пуховиков [2].
Оценка перопухового сырья позволяет положительно оценить потенциальные возможности этих белковых ресурсов. В них содержится до 85 % белка при практически полном наборе аминокислот. Нами проведены исследования общего химического состава перопухового сырья, что позволяет сделать вывод о высоких потенциальных возможностях его использования для производства белковых гидролизатов.
|
|
|
| Наименование | Массовая доля, % | |||
| Влаги | Жира | Белка | Золы | |
| Перопуховое сырье | 2,86±0,17 | 1,42±0,08 | 87,58±5,25 | 1,56±0,09 |
На основании анализа химического состава перопухового сырья видно, что основную часть составляют белки (87,58 %) [1].
К рогокопытному сырью относят рога (полые и плотные) и копыта (от КРС, лошадей, коз и овец). Они используются для получения расчесок, гребней, пуговиц, роговых пластин. Роговые опилки и обрезки идут на изготовление прессованных изделий, кормовой муки.
Кератинсодержащие отходы являются ценным источником самой дефицитной части рационов сельскохозяйственных животных - протеина. Кератин содержит все незаменимые аминокислоты, однако в натуральном состоянии он не усваивается организмом животных, так как ферменты пищеварительного тракта его не переваривают [2].
3. Характеристика способов получения кератина [3]
В нативном состоянии кератины не расщепляются пищеварительными протеолитическими ферментами из-за прочных дисульфидных связей между полипептидными цепочками молекулы белка, нерастворимы в воде, устойчивы к химическим воздействиям, что ограничивает целесообразность их применения в составе пищевых и кормовых продуктов без предварительной обработки с целью получения его усвояемых форм. Дополнительную трудность обусловливает наличие полисахаридных компонентов.Поэтому для рационального использования вторичного сырья необходимо разрушить в молекуле белка дисульфидные связи, используя гидролиз.
Способ получения кератина, предусматривающий обработку, кератинсодержащего сырья в щелочной среде, промывку, обработку в кислотной среде, сбор полученного осадка, удаление примесей, перерастворение осадка в слабощелочной среде с последующими гомогенизацией и фильтрованием полученного продукта
Разработаны и апробированы в промышленности несколько способов получения гидролизатов из кератинсодержащего сырья: гидротермический, щелочной, кислотный и ферментативный. При щелочном гидролизе в качестве химического реагента используют 0,25 - 10,0 % растворы едкого натра, 13% раствор едкого калия или 25 % раствор аммиака. Гидролиз проводят с нагреванием до 95оС, либо под давлением до 0,4 МПа. По окончании процесса гидролизат нейтрализуют соляной или ортофосфорной кислотами. В некоторых случаях проводят кристаллизацию солей, образовавшихся при нейтрализации, затем их отделяют и жидкость концентрируют в гидролизат без запаха. Полученные продукты в форме перевариваемых порошков и жидких гидролизатов применяют в пищевых продуктах и кормах. К недостаткам щелочного гидролиза относят разрушение аминокислот цистина, метионина и цистеина, частичную их рацемизацию. К другим недостаткам данного способа гидролиза кератинового сырья относятся длительность процесса, применение аппаратов для отгонки аммиака из гидролизата и для центрифугирования, использование кислот для нейтрализации щелочного гидролизата. Кислотный гидролиз используют в технологических схемах изготовления кормовых гидролизатов из кератинового сырья, которые предусматривают очистку сырья и его гидролиз 2 - 6 % соляной кислотой, 10-40 % серной кислотой или 5 % ортофосфорной кислотой. Продолжительность гидролиза 6 - 10 часов. Гидролиз ведут при температурах 80 - 152°С (0,4 - 0,8 МПа). Кератин шерсти или пуха иногда предварительно обрабатывают щелочной протеазой при рН 12. Гидролизаты очищают активированным углем и нейтрализуют кальцинированной содой, окисью кальция или щелочами; раствор отделяют от образовавшегося осадка соли и упаривают. Готовые белковые гидролизаты можно использовать в сухом и жидком виде. Кислотный гидролиз имеет некоторые преимущества перед щелочным: предотвращается распад аминокислоты аргинина на орнитин и аммиак, исключается дезаминирование таких аминокислот, как серин, треонин; интенсифицируется гидролиз сырья. Ещё одним положительным моментом является образование бактерицидных условий в ходе процесса, что предотвращает бактериальную контаминацию и позволяет хранить гидролизат без нейтрализации продолжительное время. Однако, при кислотном способе разрушаются аминокислоты триптофан и тирозин, а также некоторые из них превращаются вне усвояемую организмом животных форму. К числу химических способов переработки кератинсодержащего сырья относится гидролиз под давлением в горизонтальном вакуумном котле с использованием мочевины и дисульфата натрия. Сырье и воду берут при гидромодуле 1: 1-1: 2,5 и вносят кристаллические мочевину или сульфат натрия из расчета1-3 или 5 % к массе сырья. Гидролиз проводят при давлении 0,2 МПа в течение 5 - 6 часов, затем обработанную массу сушат. В процессе гидролиза кератинсодержащего сырья образуются высокомолекулярные пептиды, которые хорошо связывают воду. Благодаря этому слив бульона исключается, что предотвращает потери сухих веществ. Гидролиз кератина можно проводить и 0,5 - 3 % раствором карбоната натрия при 10 - 70°С [4].
Гидротермический способ является более простым и наиболее часто встречающимся способом обработки кератинового сырья, так как представляет собой термическую обработку в водной среде под давлением. Сырье обрабатывают в течение 0,5 - 5,0 часов при давлении 0,1 - 1,0 МПа. После обработки кератиновый материал сушат, измельчают и просеивают. По сравнению с щелочными кислотным гидролизом гидротермический способ имеет преимущества: непродолжительность процесса, исключение использования химических веществ, аппаратов для очистки гидролизата от соли, не требуется сложное оборудование. Но жесткие условия гидролиза разрушают некоторые незаменимые и серосодержащие аминокислоты, способствуют образованию циклопептидов, в результате чего они становятся устойчивыми к воздействию пищеварительных протеолитических ферментов. Поэтому продукт имеет низкую усвояемость животными.
В последнее время в связи с внедрением безотходных технологий и необходимостью обеспечения безвредности производств популярны способы деструкции кератинсодержащих отходов сырья животного происхождения с помощью протеолитических препаратов. При ферментативном гидролизе максимально сохраняется питательная ценность получаемых продуктов, значительно повышаются их растворимость и усвояемость. Гидролиз ведут ферментами при температуре и рН, обеспечивающих максимальную активность используемых протеаз. Гидролиз проходит чаще в нейтральной, слабощелочной или слабокислой среде. Для большинства используемых в промышленности ферментных препаратов оптимум колеблется в пределах нейтральных значений от 4,5 до 7,5. Температурный оптимум промышленных протеаз находится а пределах 35-55 . В зависимости от удельной активности используемого ферментного препарата и времени проведения процесса глубина гидролиза белкового субстрата может быть различной. Для обогащения отходов к необработанному сырью добавляют препараты ферментов и ведут гидролиз до достижения максимальной степени обогащения аминокислотами. Затем температуру поднимают до уровня, необходимого для инактивации энзимов. Термоинактивацию ферментов часто совмещают с нейтрализацией, т.е. добавление реагентов проводят при одновременном прогревании. Водный раствор отделяют от не переработанного твердого остатка, концентрируют и высушивают (при необходимости). Ферментативный гидролиз кератинов приобретает важное значение в связи с возможностью создания на его основе различны белковых добавок и гидролизатов. В большинстве случаев, технологическая схема которых включает в себя следующие этапы: подготовку сырья, предварительную обработку сырья, механическое измельчение сырья, ферментативный гидролиз, инактивацию ферментного препарата и нейтрализацию гидролизата.
4. Рациональное использование белковых препаратов [5]
Кератин получается из экологически чистого и натурального материала - шерсти, волоса, пера и т.д. и родственен всем кератинсодержащим оболочкам, включая кожный покров, слизистые и синовиальные оболочки, ногти и волосы. Белковые препараты используют как в пищевой промышленности, так и в других отраслях: медицине, косметологии, легкой промышленности.
Перспективность использования модифицированных кератинов в качестве пищи для человека показана в работах Шорланд и Бейтли. Они исследовали возможность замены 2/3 обычной муки мукой, полученной из ферментативных гидролизатов шерсти. Бисквиты, выпеченные из муки, которая на 37 % состояла из упомянутых выше видов белковой муки, не уступали по своим свойствам обычным бисквитам.
Кератиновый гидролизат - это порошок светло - кремового цвета со слабым грибным запахом, мясным вкусом, присущим глютаминату. К особенностям белкового гидролизата относят: полноценный аминокислотный состав; хорошая растворимость в воде; Экономическая эффективность ферментативного гидролиза обеспечивается низкой стоимостью исходного сырья, высоким содержанием азотистых веществ, возможностью использования его для эквивалентной замены дефицитных и дорогостоящих белков (обезжиренного молока, рыбной муки) в составе рациона для кормления раннего возраста телят и поросят.
Применяемый для выращивания бактериальных культур пептон, состоящий из смеси различных ди-, трипептидов, а также свободных аминокислот и получаемый ферментативным гидролизом мясных продуктов может быть заменен гидролизатом из кератинсодержащего сырья, при этом экономятся пищевые ресурсы, не требуется дополнительных затрат на оборудование. В результате аммиачного и ферментативного гидролиза всех видов кератинсодержащего сырья получен препарат - порошок желтого цвета, хорошо растворимый в воде, гигроскопичный, со специфическим запахом. Выход составляет 30-45 % от исходного сырья.
Были предприняты попытку изменить пищевые привычки человека, применив кератинсодержащее сырье, которые провели ряд экспериментов с кератиновыми гидролизатами. Есть данные об использовании белкового продукта, полученного в результате экстракции с ДМФ, с различными добавками для приготовления печенья, кофейного торта, блинов. Белковый продукт получаемый по предлагаемому способу, содержит все незаменимые аминокислоты. При необходимости его смешивают с 1,75 % триптофана или 15 % (весовых или объемных) белкового концентрированного гидролизата и с 85 % дистиллированной воды в смесителе и получают эмульсию. Белковый продукт можно применять в виде суспензий для многих напитков, соков. Эти суспензии стабильны, не дают осадков и могут быть использованы для приготовления апельсинового и виноградного соков и шоколадных напитков.
Кератины находят все большее применение и в непищевых отраслях народного хозяйства, медицине. Например, щелочные гидролизаты кератинового сырья используют в литейном производстве в качестве быстротвердеющего вещества. Этот материал обладает большой относительной прочностью, скоростью твердения и меньшей прилипаемостью. Основой для производства быстротвердеющего связующего крепителя из кератина послужили его свойства под действием щелочей давать высокомолекулярные растворы частичного гидролиза в виде вязких и клейких продуктов при их упаривании. Это же свойство кератина используется при изготовлении клея из рогокопытного сырья. Щелочные гидролизаты применяются при производстве пенообразователя для тушения огня. Регулятор травления металлургических и металлообрабатывающих заводов для химического травления металла кислотами, изготавливают также из кератиновых отходов. Заметим, что эти направления использования гидролизатов имеют тенденцию к свертыванию из-за внедрения синтетических аналогов.
Белковый продукт на основе кератина можно применять как составную часть различных косметических препаратов, в том числе шампуней, кремов для кожи, средств ухода за волосами. В настоящее время эти производства значительно расширены из-за высокого спроса на компоненты и добавки натурального происхождения.
В медицинской практике известно использование препаратов "аминопептид", "аминосол" для парентерального белкового питания. Полученные из кератиновых гидролизатов, они содержат до 70 % свободных аминокислот и обладают высокой питательной эффективностью. Последние разработки в использовании продуктов ферментативного гидролиза кератинсодержащего сырья связаны с модификацией аминокислоты цистеина в таурин (2-аминоэтансульфоновую кислоту) и его применение в виде 4 % - го водного раствора (лекарственная форма "тауфон") в медицинских целях.
Особый интерес представляют пути применения дисперсий фибриллярных белков в легкой промышленности.
К положительным свойствам кератина следует отнести также способность химически взаимодействовать с лекарственными веществами за счет большого числа функциональных групп. Создан ряд лекарственных форм, в которых кератин как биоадекватныей полимер, выполняет роль матрицы. Благодаря уникальным свойствам кератиновые губки используются в качестве носителей лекарств замедленного выделения с эффектом резервуара, а в смеси с лекарственными препаратами - для лечения ожогов, ран, пролежней, язв.
На основе кератина выпускаются препараты для послеоперационного лечения рубцов и шрамов, особенно на лице (Byderm - США, Koken Atelocollagen - Япония).
Принимая во внимание основной принцип гомеопатии "подобное лечится подобным", косметологи широко используют в составе косметических и моющих средств кератин. По статистике более 42 % современных шампуней содержат кератин. Он ограничивает набухание волос в растворах ПАВ, особенно в щелочной среде, снижает их раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз, обладает кондиционирующим эффектом для волос, выполняет защитную и пеностабилизирующую функции в составе пенных препаратов для ванн и душа.
Косметические средства, содержащие солюбилизированные эластин и кератин, полученные с помощью нового пероксидно-щелочного метода обработки белоксодержащих отходов, имеют высокую эффективность. Они хорошо проникают в кожу и волос, блокируя свободные радикалы молекул, разрушенных в процессе старения и под действием агрессивных факторов внешней среды, обеспечивая коже надежную защиту, улучшая механические свойства поврежденных волос.
Средство для укрепления волос на основе кератина и мукополисахаридов усиливает обмен веществ, улучшает кровообращение, насыщает корни волос питательными веществами, уменьшает сухость кожи головы и восстанавливает поврежденную структуру волос.
Кератинсодержащие отходы мясной и птицеперерабатывающей промышленности после чисто водного гидролиза используются в качестве белковых кормовых добавок в рацион сельскохозяйственным животным. Гидролизаты кератина в смеси с содой, ацетатом алюминия, сульфатом железа, водой, применяют в качестве пенообразующих средств с усиленным пенообразованием для огнетушителей.
Кератинсодержащие отходы мехового и кожевенного производства используют в небольших количествах в виде продуктов кислотного, щелочного, водного или ферментативного гидролиза в производстве кормовых добавок, органоминеральных удобрений, пеногасителей, строительных материалов.
Функциональный кератин пера [2]
Технологическая схема получения ферментативных гидролизатов из кератина пера
Подготовка перопухового сырья к переработке
(обезжиривание)
Предварительная обработка сырья
(промывание – гидромодуль 1:25),
t = 40–60 ºС, 
= 5–8 мин
Механическое измельчение подготовленного сырья
Ферментативный гидролиз ферментным препаратом
t = 45±2ºС; = 6 ч
Инактивация ферментного препарата
кратковременный нагрев = 15±1 мин до t = 98±2 ºС
Фильтрация ферментативного гидролизата
Упаривание 3–5 % раствора гидролизата: t = 60±2 ºС
Распылительная сушка t = 180±2 ºС
Расфасовка, упаковка готового продукта
Технологический процесс получения ферментативных белковых гидролизатов состоит из последовательных и взаимосвязанных этапов. На первом этапе осуществляют подготовку перопухового сырья к переработке. Перо и пух подвергают обезжириванию и промывают в теплой воде температурой 40-60 °С, гидромодуль 1:25. После промывки перо измельчали. Протеин перопухового сырья состоит из сложных веществ - кератинов, которые обладают большой крепостью и упругостью. Поэтому для превращения кератина пера в усвояемые белки в процессе переработки проводят их гидролиз водой и непрерывное перемешивание. Ферментативный гидролиз представляет собой уникальный путь для поддержания и увеличения питательной ценности белка путем обработки белкового субстрата протеазами, обладающими эндопротеазной и экзопептидазной активностями. Широкий ассортимент эндо- и экзопротеиназ и пептидаз позволяет проводить ферментативный гидролиз и получать белковые гидролизаты с заданными свойствами, обладающие определенной функциональной направленностью.
С целью получения максимального количества свободных аминокислот гидролиз перопухового сырья проводили при оптимальных условиях действия ферментов: коллагеназа - рН 7,0 при температуре 38-40 °С; мегатерин Г10х - рН 7,4-7,6 при температуре 40 °С; протосубтилин - рН 7,5-7,8 при температуре 45-50 °С. Продолжительность гидролиза 6 часов.
Аминокислотный состав белковой добавки из вторичных продуктов переработки птицы (перопуховое сырье) показывает, что белковые фракции содержат полный набор аминокислот, включая незаменимые.
НИЗКОКАЛОРИЙНЫЕ ДЕСЕРТЫ ЖЕЛЕ. МУССЫ. СУФЛЕ [6]
Предназначены для лечебно-профилактического питания людей с заболеваниями органов пищеварения и нарушениями процессов метаболизма (ожирение, сахарный диабет, гипертония).
Базовой основой производства низкокалорийных десертов является белковый экстракт, содержащий коллаген, получаемый из лапок цыплят-бройлеров, - «Люсо», который содержит биологически активные вещества и обладает рядом полезных функциональных свойств:
♦ отсутствие явлений синерезиса;
♦ высокая гелеобразующая и эмульгирующая способность;
♦ довольно высокое содержание микроэлементов (хром, кальций, калий),
участвующих в регуляции углеводного обмена;
♦ высокая степень перевариваемости продукта.
В состав ингредиентов низкокалорийных десертов входят фруктовые соки, сахарозаменители, аскорбиновая кислота, биологически активная добавка «Витасил-селен», белок куриных яиц и сливки (для суфле). Десерты имеют приятный слабокислый вкус, запах и цвет, обусловленные фруктовым наполнителем.
Функциональный мясной протеин
Функциональный мясной протеин - это белковый концентрат нового поколения.
Получают его из малоценных продуктов переработки птицы и мяса благодаря легкому ферментативному гидролизу. Содержит белковый концентрат до 90% животного белка и полный аминокислотный состав.
Полностью растворим, обладает низкой осмотичностью и гипоаллергенен.
Используют в производстве колбасно-кулинарных изделий и сухих
продуктов системы «быстрого питания» в качестве:
- регулятора пищевой ценности продукта;
- стабилизатора консистенции, улучшающего монолитность и
нарезаемость продукта;
- эмульгатора, повышающего связанность белкового, жирового и водного баланса составных частей мяса;
- заменителя части фосфатов в составе посолочных смесей;
- улучшителя вкуса и запаха;
- восстановителя «бледного», размягченного мяса
Пути использования ФМП
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 530; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!