ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2015, том 49, № 4, с. 447-455
УДК 64.12:664
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ФОРМ ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ © 2015 г. С. М. Доценко, О. В. Скрипко, Т. К. Каленик*, Е. В. Медведева*
Всероссийский научно-исследовательский институт сои Россельхозакадемии, г. Благовещенск *Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ), г. Владивосток
oskripko@rambler.ru Поступила в редакцию 07.04.2014 г.
Изучена кинетика процесса получения концентрированных форм поликомпонентных систем на основе физико-химических методов обработки сырья и материалов, который включает такие операции как замачивание семян сои с целью их набухания, приготовление белковой дисперсной системы путем измельчения семян сои и экстракции белковых веществ из них, термокислотную коагуляцию белков, отжим влаги из коагулята, формование коагулята и сушка гранул. Экспериментальным путем и с помощью математического моделирования обоснована кинетика изучаемого процесса по приведенным операциям, а также химический состав исходного сырья в виде семян сои и других материалов.
Б01: 10.7868/80040357115040053
ВВЕДЕНИЕ
В отечественной концепции здорового питания важное место занимает использование растительных белков при производстве пищевых продуктов. При этом продукты с добавлением растительных белков относят к здоровой пище, так как они имеют улучшенный баланс питательных веществ по сравнению с традиционными продуктами.
В Америке и Европе разработаны технологии производства концентрированных форм соевых белков, которые активно применяются во многих отраслях пищевой промышленности как добавки, обогатители, улучшители и структурирующие компоненты. Они позволяют значительно расширить ассортимент комбинированных изделий, в том числе и изделий для лечебно-профилактического питания на основе поликомпонентных пищевых систем.
Однако известные методы получения концентрированных форм на основе соевых белков связаны либо со сложностью и многостадийностью технологического процесса производства, либо с применением химических реагентов, запрещенных к использованию в диетических и лечебно-профилактических продуктах.
В.Б. Толстогузовым отмечается, что в процессе коагуляции белка при получении соевого творога — тофу, с сывороткой теряется часть полезных нутри-ентов сои. При этом он указывает, что белок такой сыворотки имеет на 65% больше серосодержащих аминокислот, чем суммарный белок сои.
В свою очередь, по данным В.Б. Толстогузова, в качестве осадителя соевого белка используют органические растворители (метанол, этанол, изо-
пропанол, ацетон). Одним из интересных типов осадителей белков являются анионные полисахариды. При этом выбор осадителя белка (коагулянта) носит всегда компромиссный характер и зависит от специфических особенностей сырья, технологических возможностей, оборудования, а также возможностей утилизации отходов и стоков [1].
В настоящее время при производстве структурированных форм соевого белка его коагуляцию осуществляют химическим способом с помощью хлористого кальция (СаС12), а также уксусной кислоты, что приводит к потерям ценной соевой сыворотки. При этом, по данным В.В. Суханова, СаС12 обладает токсикологическим эффектом [2].
В связи с данным фактом, по нашему мнению, в качестве структурообразователя при осуществлении процесса коагуляции соевого белка в его дисперсной системе эффективно использование раствора томатной пасты в молочной сыворотке, которую в больших количествах получают в виде отхода при производстве кисломолочных продуктов.
При этом проблема безотходной технологии в молочной промышленности актуальна и в настоящее время. Молочная сыворотка — это белково-углеводное сырье, получаемое при производстве творога, сыра, казеина. По пользе она превосходит даже молоко, так как биологическая ценность белка сыворотки выше биологической ценности казеина. Коэффициент эффективности ее составляет 3.0—3.2, а казеина — 2.5. В молочной сыворотке содержится более 200 жизненно важных питательных и биологически активных веществ,
6
447
Таблица 1. Химический состав и энергетическая ценность молочного, растительного и комбинированного компонентов (х ± т;т < 0.05)
Продукт Вода, % Белки, №6.25, % Липиды, % Углеводы, % Минеральные вещества, % Органические кислоты в пересчете на яблочную, % Р-каротин, мг/100 г Витамин С, мг/100 г Энергетическая ценность, ккал/100 г
Семена сои сорта "Лазурная" 12.0 39.3 17.5 25.2 6.0 - - - 418.5
Соевая белковая дисперсная система 87.5 3.8 2.2 4.2 2.3 - - 5.5 51.0
Ликопиново-кислотный комплекс 85.0 2.8 0.1 12.0 1.6 1.8 1.0 25.0 67.3
необходимых для полноценного развития и функционирования организма.
Целью исследований является изучение кинетики получения концентрированных форм поликомпонентных систем заданного химического состава и повышенной биологической ценности.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
С учетом изложенного выше, в качестве струк-турообразователя в соевой белковой дисперсной системе, нами выбран раствор томатной пасты в молочной сыворотке [3].
Белковую дисперсную систему готовили путем измельчения предварительно замоченных семян сои в водной среде.
Характеристика общего химического состава соевой белковой дисперсной системы и ликопи-ново-кислотного раствора приведены в таблице 1.
Анализ данных, представленных в таблице 1 показывает, что коагулянт в виде ликопиново-кислотного раствора с содержанием 15% сухих веществ, 1.8% органических кислот, в совокупности с Р-каротином, ликопином и витамином С, представляет собой биологически активный комплекс пищевых нутриентов [3].
На втором этапе исследований изучались процессы выделения соевого белка и его осаждения в полученной дисперсной системе. Анализ многочисленных исследований показывает, что наиболее предпочтительным с точки зрения получения и выделения из семян сои белковых веществ, а также других полезных нутриентов является процесс их экстракции из предварительно проро-щенных семян сои.
Проращивание семян сои в минерализованной водной среде до длины ростков 20—30 мм, позволило увеличить содержание минеральных веществ в семенах, разделить семя на 2 семядоли
за счет удаления оболочки, а также снизить содержание уреазы в семенах на 30—50% [4].
Более того, в процессе проращивания семян сои содержание аскорбиновой кислоты увеличивается до 25 мкг/100 г, причем в семенах во время проращивания активизируется собственная ферментная система [4, 5]. В тоже время, на наш взгляд, процесс осаждения соевых белков в такой дисперсной системе, как соевая белковая основа, изучен не достаточно полно.
На наш взгляд, использование в качестве коагулянта раствора томатной пасты на основе молочной сыворотки (далее — ликопиново-кислотный комплекс — ЛКК), позволит исключить потери сыворотки и получить окрашенный в розовато-красный цвет белковый коагулят, обогащенный ликопином по данным Шаброва А.В. и др., обладающий радиопротекторной, онкопротекторной и другой активностью [6].
Процесс получения концентрированных форм поликомпонентных систем включает следующие операции:
— замачивание семян сои в водной среде с целью набухания белковых веществ в них;
— приготовление белковой дисперсной системы, путем измельчения данных семян и осуществления экстракции белковых веществ в водную среду методом конвективной диффузии;
— концентрирование белковых веществ, путем осаждения их методом коагуляции;
— отделение коагулята от жидкой фракции с последующим отжимом влаги до заданного ее значения;
— формование полученного коагулята и его сушка.
Процесс замачивания семян сои рассмотрели
как набухание белковых веществ, кинетика которого описывается следующей зависимостью
= А - Ве ^, (1)
где Як — коэффициент водонасыщения белковых веществ; А, В, с — эмпирические коэффициенты; ^ — продолжительность водонасыщения белковых веществ.
Эмпирическим путем получена зависимость коэффициента В^, от продолжительности ^
Я* = 250.9 - Ш^е-".206'". (2)
Преобразование данного выражения относительно параметра ^ дает кинетическую модель процесса набухания белковых веществ семян сои в водной среде.
г* = 24.3 - 4.81п(250.9 - Я*). (3)
В данной зависимости, коэффициент В^, по сути есть отношение объема набухшего семени к объему сухого семени V, с начальной влажностью Приняв семя за правильный эллипсоид, имеем
Ь 2
п _ а*Ь* - 2 ' аА
(4)
где ак, а, Ьк, Ь5 — соответствующие полуоси эллипсоида.
Представим, увеличение линейных размеров по длине как
2а* а
К = 2
П _ 2Ь* _
(5)
О' =
1.24 (4п аЬ:
■ + -
1
(8)
ю
БХ р_
где АС — разница концентраций белковых веществ; Ш — площадь частицы; Б — коэффициент внутренней диффузии; X — степень измельчения
семян; в — коэффициент массоотдачи; ю — угловая скорость вращения пульпы.
Кинетическая модель процессов измельчения и экстракции белковых веществ имеет следующий вид
О'
"124(4паь¥3+1
БХ
г = —^-—-^, (9)
(С1 - Сг)¥
где С1, С2 — концентрация экстрагируемого белка в частице и на границе частица—водная среда.
Экспериментом установлено, что зависимость ^с), от степени измельчения X (ед.) имеет следующий характер
г = 325.0 - 27.08Я. (10)
Кинетику процесса коагуляции белковых веществ в водной среде с помощью ликопиново-кислотного комплекса рассмотрели как процесс их агломерирования.
При этом, если диаметр исходных белковых молекул составляет — при оъеме Кт, то объем агломератов У^ через промежуток времени составит
V = X 4
г=1
2Ь' Ь5 ^
и тогда коэффициент водонасыщения белковых веществ сои по своей сути есть произведение
= (ЗД2) х 100%, (6)
которое характеризует физико-химические свойства белковых веществ семян любого из сортов сои с точки зрения его кинетики набухания.
Интенсивность процесса набухания зависит от приращения линейных размеров семян в процессе их водонасыщения
V* = 2(а„ - ах )/г*. (7)
Процесс измельчения замоченных семян сои и экстракции белковых веществ из полученных частиц в водную среду рассмотрели с точки зрения конвективной диффузии.
При этом выход белковых веществ О5 в водную среду зависит от степени измельчения и может быть определен по формуле
2пДС¥
Соответственно объ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.