Отечественные бактериальные протеазы в технологии модификации функциональных свойств гороховых белков

1.

Отечественные бактериальные
протеазы в технологии модификации
функциональных свойств гороховых
белков
IX Международная научная конференция
«Современное состояние, проблемы и перспективы развития
аграрной науки»
г. Симферополь, Крым, 25 сентября 2024 г
Докладчик: Куликов Д.С., к.т.н., с.н.с.

2.

Производство белковых продуктов из гороха
Преимущества:
• Валовые сборы гороха в РФ – более 3,5 млн.
тонн в год
• Содержание белка – 20-25 г/100 г
• Более 70 % доходов от глубокой
переработки гороха приходятся на белковые
продукты
• Расход воды и выбросов CO2 при
выращивании гороха меньше в десятки раз,
по сравнению с другими источниками
растительных и животных белков
• Белки гороха – гипоаллергенны, отсутствуют
антипитательные вещества
Недостатки:
• Белки гороха содержат
лимитирующие метионин и цистеин,
обладают сравнительно низкими
усвояемостью и функциональными
свойствами, обеспечивающими
качество белкового продукта
Решение: ферментативная модификация
2

3.

Преимущества ферментативной модификации белков:
• Высокая специфичность ферментных препаратов
• Мягкие условия обработки
Эффективные модификаторы функциональных свойств гороховых белков
импортного производства: «Alcalase», «Flavourzyme», «Neutrase»,
«Protamex» и др.
Протеазы производства ООО ПО «Сиббиофарм»
(«Ацидолюкс-А» и «Ацидолюкс-НП») используются, как правило, для
спиртовой промышленности.
Цель работы - определение оптимальных параметров модификации
функциональных свойств белковых продуктов из гороха препаратами
«Ацидолюкс-А» и «Ацидолюкс-НП».
3

4.

Объекты исследования
- гороховые белковые продукты:«Yantai Shuangta Food Co., LTD» (КНР), ООО
«Уралхим Инновация» (РФ), «Blindenmass, BRAG» (Австрия);
- ферментные препараты производства ООО ПО «Сиббиофарм» (РФ):
«АцидоЛюкс-НП» – бактериальная нейтральная эндопротеаза с активностью
90000 ед./см3 на основе Bacillus subtilis,
«АцидоЛюкс-А» – грибная кислая протеаза с активностью 600 ед./см3 на
основе Aspergillus niger;
- ферментные препараты производства «Novozymes A/S» (Дания):
«Alcalase 2,4 FL G» – бактериальная нейтральная эндопротеаза с активностью
2,4 ед.А./см3 на основе Bacillus licheniformis,
«Neutrase 0,8 L» – бактериальная нейтральная эндопротеаза с активностью
0,8 ед.А./см3 на основе Bacillus amyloliquefaciens,
«Flavourzyme 1000 L» – грибная нейтральная эндо- и экзопротеаза с
активностью 1000 ед./см3 на основе Aspergillus oryzae.
4

5.

Химический состав белковых продуктов
Производитель
Влажность,
%
Белок
(Nx6,25)
Массовая доля, % на СВ
Зольность
Жир
Углеводы
Yantai Shuangta
Food Co., LTD
Уралхим Инновация
5,97±0,10
82,18±0,17
3,79±0,05
4,86±0,12
70,69±1,04
6,98±0,12
Blindenmass, BRAG
6,42±0,03
47,43±0,11
3,34±0,10
0,10±
0,02
0,17±
0,03
0,64±
0,04
13,93±
0,24
23,16±
1,19
48,59±
0,25
По содержанию белка образцы относятся к группам:
«Yantai Shuangta Food Co., LTD» – «изоляты»
«Уралхим Инновация» – «концентраты»
«Blindenmass, BRAG» – «белковая мука»
5

6.

Влияние концентрации ферментных препаратов на растворимость в воде (a), жиросвязывающую (ЖСС) (b) и
пенообразующую (ПОС) (c) способности исходного и модифицированных изолятов
Ацидолюкс-НП
Alcalase 2,4 FL G
Контроль
0,1
0,2
Neutrase 0,8 L
0,5
1,0
4
Концентрация ФП, %/г белка
250
3
200
ПОС, %
ЖСС, г/г
Растворимость белка в
воде, %
Ацидолюкс-А
Flavourzyme 1000 L
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2
1
1,5
2,5
a
150
100
50
0
0
Контроль
0,1
0,2
0,5
1,0
Концентрация ФП, %/г белка
1,5
2,5
b
Контроль
0,1
0,2
0,5
1
1,5
2,5
c
Концентрация ФП, %/г белка
Оптимальная концентрация «Ацидолюкс-НП» – 0,2 %/г белка, «Ацидолюкс-А» – 0,5 %/г белка. При
выбранных концентрациях растворимость белка в воде увеличилась в 1,8 и 2,0 раза, ПОС - в 1,6 и 2,2 раза,
ЖСС – в 2,0 и 3,2 раза, соответственно.
6

7.

Растворимость белка в
воде, %
Влияние продолжительности обработки на растворимость в воде (a), жиросвязывающую (ЖСС)
(b) и пенообразующую (ПОС) (c) способности исходного и модифицированных изолятов
Ацидолюкс-А
Ацидолюкс-НП
Flavourzyme 1000 L
40
20
0
Контроль
30
60
90
120
150
Продолжительность, мин
250
200
150
100
50
0
180
210
a
240
ПОС, %
ЖСС, г/г
Neutrase 0,8 L
60
4
3
2
1
0
Alcalase 2,4 FL G
Контроль
30
60
90
120
150
Продолжительность, мин
180
210
b
240
Контроль
30
60
90
120
150
Продолжительность, мин
180
210
c
240
Оптимальная продолжительность гидролиза с «Ацидолюкс-А» - 180 мин, с «Ацидолюкс-НП» 120 мин. Растворимость белка в воде увеличилась в 1,8–2,0 раза, ЖСС - в 2,6–3,2 раза, ПОС – в
2,0–2,2 раза. Использование импортных ферментов позволило увеличить растворимость белка
в воде в 1,5–2,0 раза, ЖСС - в 2,0–2,3 раза, ПОС – в 1,5–2,4 раза, что свидетельствует об
эффективности замены импортных препаратов отечественными ферментами для
модификации функциональных свойств гороховых белков.
7

8.

Перевариваемость in vitro исходного и модифицированных гороховых изолятов
Пепсин
(рН 1,8)
Перевариваемость, %
Трипсин
(рН 8,4)
Итого
180 мин
180 мин
360 мин
67,60±0,17
78,35±0,20
66,62±0,11
19,06±0,05
12,28±0,13
22,15±0,09
86,66±0,22
90,63±0,23
88,77±0,20
Образец
Контроль
Модификация «Ацидолюкс-А»
Модификация «Ацидолюкс-НП»
Установлено увеличение усвояемости модифицированных изолятов на 2,4-4,6 %, по
сравнению с контрольным образцом. При этом перевариваемость гидролизата,
модифицированного «Ацидолюкс-А», эффективнее в кислой среде с пепсином на
15,9 %, а модифицированного «Ацидолюкс-НП» - в щелочной с трипсином на 16,2 %.
8

9.

Внешний вид исходного и модифицированных изолятов
Контроль
Ацидолюкс-А
Ацидолюкс-НП
Alcalase 2,4FLG Neutrase 0,8L Flavourzyme 1000L
Изолят, модифицированный «Ацидолюкс-А», в сравнении с другими образцами и
контролем, имел более светлый цвет и рассыпчатую консистенцию. Образцы,
модифицированные российской и зарубежными нейтральными протеазами, имели
схожий кремовый цвет и среднюю рассыпчатость.
9

10.

Функционально-технологические свойства исходных
и модифицированных концентратов и муки
Образец
Контроль
Модифицированный
«Ацидолюкс-А»
Модифицированный
«Ацидолюкс-НП»
Пенообразующая
Жиросвязывающая
способность, %
способность, г/г
Белковый концентрат
Растворимость белка в воде,
%
47±1
143±2
0,87±0,06
2,20±0,10
22,16±0,29
53,43±0,21
136±3
1,67±0,07
65,95±0,18
Белковая мука
Контроль
Модифицированный
«Ацидолюкс-А»
Модифицированный
«Ацидолюкс-НП»
46±2
193±1
0,74±0,01
1,61±0,05
40,74±0,73
48,58±0,35
116±2
1,15±0,02
84,80±0,40
Гидролизаты обладали высокими показателями ПОС, ЖСС и растворимости в воде,
увеличившись сравнительно контрольного образца, соответственно, в 2,5 – 4,2; 1,6 – 2,5 и 1,2
– 3,0 раза.
10

11.

Внешний вид исходных и модифицированных концентратов и муки
Белковый концентрат
Контроль
Ацидолюкс-А
Ацидолюкс-НП
Белковая мука
Контроль
Ацидолюкс-А
Ацидолюкс-НП
Подтвердилась зависимость консистенции гидролизатов концентрата и муки от рН гидролиза,
обнаруженная ранее при модификации изолята. Обработка кислой протеазой способствовала получению
гидролизатов концентрата и белковой муки с более рассыпчатой консистенцией, по сравнению с
гидролизом нейтральной протеазой и контрольными образцами. Ферментативная модификация изменяла
цвет гидролизатов – они становились светлее исходных образцов, что ранее наблюдалось при
модификации изолята.
11

12.

Выводы
Российские протеазы «Ацидолюкс-А» и «Ацидолюкс-НП» являются эффективными модификаторами
функциональных свойств белковых продуктов из гороха и перспективной заменой протеолитических
ферментных препаратов зарубежного производства.
Установлены оптимальные параметры гидролиза гороховых белков с использованием «АцидолюксНП» и «Ацидолюкс-А»: концентрация фермента 0,2 и 0,5 %/ г белка, продолжительность процесса
120 и 180 мин, соответственно.
Полученные гидролизаты имели более светлый цвет, увеличенные показатели пенообразования
(116 – 214 %), жиросвязывания (1,15 – 3,00 г/г), растворимости белка в воде (48,58 – 84,80 %) и
перевариваемости in vitro (88,77 – 90,63 %). Гидролизаты белковых продуктов, модифицированные
кислой протеазой, обладали более рассыпчатой консистенцией.
Гидролизаты рекомендуются для применения в качестве белковой добавки в спортивном питании,
растительном молоке, в технологии изготовления кисломолочных напитков, тортов, мороженого,
взбитых сливок, муссов, зефира, суфле, пастилы, кексов и т.д.
12

13.

Спасибо за внимание !
[email protected]
+7 903 709-81-23