Комплексная переработка свекловичного жома с использованием методов биотехнологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный аграрный университет

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ БИОТЕХНОЛОГИИ

Соболь Ирина Валерьевна к.т.н., доцент

Белогорец Анна Николаевна аспирант заочной формы обучения

Гнеуш Анна Николаевна ассистент,

Петенко Александр Иванович д.с-х.н., профессор

Краснодар, Россия

В статье рассматривается возможность комплексной переработки одного из важнейших вторичных сырьевых ресурсов Краснодарского края - свекловичного жома с целью получения пищевого продукта и обогащенной кормовой добавки. При этом предусматривается использование экологически безопасных технологий, наносящих минимальный вред окружающей среде и здоровью человека. Одним из ценнейших компонентов свекловичного жома, после извлечения сахара, являются пектиновые вещества. Пектиновые вещества свекловичного жома обладают высокой комплексообразующей способностью и используются не только в пищевой промышленности, но и в медицине. Они являются природными детоксикантами и антиоксидантами. В настоящее время из свекловичного жома производят только сухой порошок пектина и только зарубежными производителями. Получение пищевых пектиновых экстрактов из свекловичного жома позволит не только сократить количество технологических операций, но и значительно снизить себестоимость конечного продукта. Пищевые пектиновые экстракты могут использоваться не только в качестве самостоятельного продукта в лечебно-профилактическом питании, но и в качестве ингредиента при производстве безалкогольных напитков, кондитерских и хлебобулочных изделий, мясных и молочных продуктов и т.д. Описана технология получения ценного компонента кормового биопродукта на основе отработанного свекловичного жома и микроскопического гриба рода Trichoderma

Ключевые слова: КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА, СВЕКЛОВИЧНЫЙ ЖОМ, ПЕКТИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, ПЕКТИНОВЫЙ ЭКСТРАКТ, КОРМОВОЙ БИОПРОДУКТ, МИКРОМИЦЕТ, ТВЕРДОФАЗНАЯ ФЕРМЕНТАЦИЯ

В настоящее время, когда проблема использования природных ресурсов стоит наиболее остро, самое активное внимание уделяется экологическим подходам к использованию и переработке вторичных сырьевых ресурсов. Применение экологически чистых и безопасных для здоровья человека и для окружающей среды технологий является важным подходом для обеспечения чистой и безопасной окружающей среды и сохранения здоровья населения.

Вторичная переработка отходов всегда считалась приоритетным направлением любого производства, особенно для переработки растениеводческой продукции. Однако в последнее время производители не всегда уделяют этой проблеме должное внимание.

Свекловичный жом (сырой и сушеный) - побочный продукт сахарного производства, является ценным источником микроэлементов, аминокислот и белков, и считается одним из основных компонентов кормов используемых в животноводстве. Количество свекловичного жома образующегося в процессе переработки сахарной свеклы в Краснодарском крае составляет более 250 тыс. тонн сушеного жома. свекловичный жом переработка пектиновый

В состав сахарной свеклы входят важные компоненты: пищевые волокна - 4 - 5 %, углеводы - 17 - 20%, минеральные вещества (калий - 0,1 - 0,3%, натрий - 0,04 - 0,06%, кальций - 0,06 - 0,08%, магний - 0,06 - 0,08%, фосфор - 0,06 - 0,07%), органические кислоты - 0,2 - 0,5%, белки - 0,6 - 0,8%, липиды - 0,02 - 0,04% и др. [1].

Свекловичный жом представляет собой коллоидное капиллярно - пористое вещество светло - желтого цвета в виде протертой массы с частицами пищевых волокон с массовой долей сухих веществ 7,5%, редуцирующих веществ - 1,5%, белков - 0,57%, липидов - 0,05%, углеводов - 1,5%, клетчатки - 3,87%, титруемой кислоты (в пересчете на яблочную кислоту) - 0,21 град., рН - 4,3. Путем спектрального анализа в жоме также найдены многие эссенциальные микро - и ультрамикроэлементы: барий, свинец, бор, железо, кобальт, медь, марганец, молибден, никель, рубидий, селен и др. общее содержание свободных аминокислот в жоме колеблется в пределах от 0,3 до 0,5% [1].

Кроме вышеперечисленных соединений, в состав свекловичного жома входит достаточно большое количество пектиновых веществ (до 25%), что позволяет использовать его в качестве сырья для получения пектина. Свекловичный пектин относится к низкоэтерифицированным пектинам, то есть пектинам со степенью этерификации менее 50 %, что обусловлено природными свойствами используемого сырья. Низкоэтерифицированные пектины находят широкое применение в медицине, фармакологии, кондитерской промышленности [2].

Наиболее важным свойством низкоэтерифицированнх пектинов является комплексообразующая способность. Она основана на взаимодействии молекул пектина с ионами радиоактивных и тяжелых металлов. При этом степень этерификации определяет линейную плотность заряда молекулы, и, следовательно, силу и способ связи катионов.

При высокой степени этерификации (свыше 50%) свободные карбоксильные группы в значительной степени удалены друг от друга. С уменьшением степени этерификации (менее 50%), повышением количества свободных карбоксильных групп, увеличивается заряд макромолекулы пектина, связь пектиновых веществ с катионами повышается. Взаимодействие пектина с металлосодержащими солями также зависит от природы и концентрации металла [3].

Пектины оказывают лечебное действие при язвенной болезни, регулируют содержание холестерина, повышают устойчивость к аллергическим факторам, проявляют бактерицидное действие и другие лечебные свойства [4].

Таким образом, благодаря ценным биологическим качествам пектины являются весьма важными компонентами продуктов профилактического и функционального питания.

Производство сухого свекловичного пектина по известной технологии достаточно сложное и имеет свои особенности. Оно подразумевает использование агрессивных минеральных кислот - соляной, азотной, серной и др., при одновременном воздействии высоких температур. Кроме того, получение сухого порошка пектина предусматривает использование большого количества этилового спирта, что значительно повышает себестоимость конечного продукта и предусматривает большие экономические затраты [2]. Это также приводит к повышенной пожаро - и взрывоопасности производства. Поэтому одной из задач совершенствования технологии, является снижение уровня опасности производства и повышение его экологичности.

Исследованиями установлено, что максимально эффективное использование комплексообразующих и детоксицирующих свойств пектина обнаруживается при его введении в организм человека в гидратированном (жидком) виде [5]. Поэтому наши исследования были направлены на возможность получения и использования полупродуктов пектинового производства - пищевых пектиновых экстрактов.

Получение пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома в настоящее время по существующим технологиям невозможно, так как свекловичный жом имеет в своем составе вещества, балластные по отношению к пектину - сапонины, которые имеют характерный неприятный вкус и аромат, и в определенных количествах могут являться ядовитыми даже для домашних животных, пуриновые основания, бетаин и др. [6]. При проведении основной операции получения пектина - гидролизе-экстрагировании, эти вещества переходят в раствор и не позволяют получить пищевой продукт. Кроме того, использование минеральных кислот также не позволяет использовать пектиновый экстракт из свекловичного жома в качестве самостоятельного пищевого продукта.

Безотходность - критерий экологический безопасности и экономической эффективности любого производства. Переработка свекловичного жома для получения пищевых пектиновых экстрактов не является исключением из общего правила, так как после получения пектинового экстракта жом остается ценным сырьем [8, 12].

Таким образом, целью нашей работы стала комплексная переработка свекловичного жома для получения пищевых пектиновых экстрактов и разработка технологии компонента кормового биопродукта на основе микроскопического гриба рода Trichoderma. Исследования проводились на кафедре технологии хранения и переработки растениеводческой продукции; на кафедре биотехнологии, биохимии и биофизики Кубанского государственного аграрного университета.

В процессе исследования был определен химический состав исследуемого сухого свекловичного жома: массовая доля воды - 10,8%; массовая доля сухих растворимых веществ - 9,4%; сырой протеин - 10,2%; белок - 8,9%, жир - 0,21%; клетчатка - 21,8%; безазотистые экстрактивные вещества - 65,5%; минеральные вещества - 4,4%, пектиновые веществ - 15,87%.

Содержание пектиновых веществ в сухом свекловичном жоме по фракционному составу представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 Фракционный состав пектиновых веществ в сушеном свекловичном жоме (в пересчете на абс. сух. вещество)

В качестве гидролизующих агентов для получения пектинового экстракта использовали лимонную кислоту и молочную сыворотку. Концентрация лимонной кислоты варьировалась в пределах 0,1...0,5%. Результаты исследования представлены на рисунке 2.

где: 1 - 0,1% лимонная кислота; 2 - 0,2% лимонная кислота

3 - 0,3% лимонная кислота; 4 - 0,4% лимонная кислота

5 - 0,5% лимонная кислота; 6 - молочная сыворотка

Рисунок 2 Влияние вида гидролизующего агента на содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах

Результаты исследований, представленные на рисунке 1 показывают, что наибольшее содержание пектиновых веществ (3,21%) наблюдается при использовании 0,5%-ой лимонной кислоты. Повышение концентрации лимонной кислоты придает экстрактам слишком кислый вкус. Использование молочной сыворотки также позволяет получить достаточно высокое содержание пектиновых веществ - 2,64%.

Однако, полученные пектиновые экстракты отличались низкими органолептическими показателями - посторонние запах и вкус, что, по-видимому, связано с наличием балластных веществ - сапонинов. Поэтому следующим этапом работы стало удаление этих веществ. Известно, что сапонины гидролизуются под влиянием ферментов и кислот. Некоторые формы сапонинов гидролизуются под воздействием щелочей [6].

Для очистки пектинового экстракта от загрязняющих веществ использовали ферментные препараты пектолитического и целлюлолитического действия.

Ферментация растительного материала применяется при производстве компонентов алкогольных и безалкогольных напитков, витаминных экстрактов, пищевых красителей. Применение ферментных препаратов в пищевой промышленности позволяет интенсифицировать технологические процессы, улучшить качество готовой продукции, увеличить ее выход, экономить ценное пищевое сырье, повысить экологическую безопасность производства [7].

При выделении пектина из растительного сырья использование ферментных препаратов существенно упрощает технологический процесс и его аппаратурное оформление, сокращает энергозатраты.

Количество ферментных препаратов варьировали в пределах 0,1…0,5%. Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 3.

где: образцы 1-5 - гидролизующий агент 0,5% лимонная кислота

образцы 6-10 - гидролизующий агент молочная сыворотка

Рисунок 3 Влияние концентрации ферментного препарата на содержание пектиновых веществ в экстрактах

Результаты исследований, представленные на рисунке 2, позволяют сделать вывод, что наибольшее содержание пектиновых веществ в полученном экстракте наблюдается при использовании ферментного препарата 0,5%-ной концентрации и гидролизующего агента молочной сыворотки (8,3% пектиновых веществ) или лимонной кислоты (7,6% пектиновых веществ). При этом наблюдалось значительное улучшение органолептических показателей пектиновых экстрактов - внешнего вида, вкуса и аромата.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности использования полученных пектиновых экстрактов в пищевых целях. Работа продолжается для определения показателей безопасности пектиновых экстрактов.

Одной из поставленных задач, в рамках проводимых нами исследований, является разработка технологии получения компонента кормового биопродукта на основе микроскопического гриба рода Trichoderma с использованием в качестве субстрата отработанного свекловичного жома.

Для производства посевного материала использовали исходный штамм микроскопического гриба рода Trichoderma из коллекции чистых культур кафедры биотехнологии, биохимии и биофизики.

Посевной материал выращивался на жидкой модифицированной питательной среде, характеризующейся полноценностью для роста продуцента. Подготовленную питательную среду подвергали стерилизации при 1 атм. 20 мин. Процесс культивирования микроорганизма начинался с момента засева охлажденной стерильной питательной среды посевным материалом. Жидкофазная ферментация осуществлялась в ротационном термостатируемом шейкере в течение 72 часов, с поддержание температуры в пределах 24-26°С, обороты мешалки 150-160 об/мин.

Культивирование на всех стадиях велось при оптимальной температуре и обязательном аэрировании, так как именно аэрирование растущей культуры обеспечивает снабжение микроорганизма необходимым для роста и развития количеством кислорода, удаление с отходящим воздухом газообразных продуктов обмена.

Получение компонента кормового биопрепарата осуществляется кюветным способом, при использовании ячеек (кювет) представляющих собой емкость четырехугольной формы высотой 40-70 мм и площадью 0,2-0,3м2 без крышки, выполненных из оцинкованного железа или пластмассы.

Кюветы заполнялись засеянным субстратом влажностью 65-70 %, накрывались перфорированным материалом с целью поддержания оптимальной аэрации и испарения влаги, устанавливались под вытяжные шкафы. Твердофазная ферментация велась в течение 7-ми суток без перемешивания и дополнительного увлажнения. После окончания процесса ферментации проводилась щадящая сушка продукта при 40°С до достижения равновесной влажности 12-14 %, обеспечивающая сохранении ферментной активности.

Культура микромицета, выращенная поверхностным способом содержит большое количество балластных веществ. Выделение и очистка ферментов - трудоемкий и дорогостоящий процесс.

Таким образом, исходя из поставленных задач проводимых исследований, также разработан ценный компонент кормового биопродукта на основе отработанного свекловичного жома и микроскопического гриба рода Trichoderma [9,10,11]. Разработанный кормовой биопродукт положительно влияет на процесс пищеварения сельскохозяйственных животных и птицы, способствуя ускоренному разложению трудногидролизующих компонентов корма.

Список литературы

1. Петенко, А.И. Биотехнология кормопродуктов и кормовых добавок функционального назначения: учеб.-справ. пособие. В двух томах. Т. 1 / сост. А. И. Петенко, А. Г. Кощаев. Краснодар: КубГАУ, 2007. 490 с.

2. Донченко, Л.В. Пектин: основные свойства, производство и применение / Л. В. Донченко, Г. Г. Фирсов. М.: ДеЛи принт, 2007. 276 с.

3. Соболь, И.В. Биохимическое обоснование технологии получения пектина повышенной биологической ценности из корзинок-соцветий подсолнечника / И.В.Соболь, автореф. дисс. …канд. техн. наук. Краснодар, 1997. 23 с.

4. Технология функциональных продуктов питания: Учеб пособие / Л.В.Донченко [и др.]. Краснодар: КубГАУ, 2008. 200 с.

5. Родионова, Л.Я. Технология пектиносодержащих пищевых композиций функционального назначения / Л.Я.Родионова. Краснодар, КГАУ, 2004. 233 с.

6. Запрометов, М.Н. Основы биохимии фенольных соединений / М.Н.Запрометов. М.: Высшая школа, 1974. 213 с.

7. Соболь, И.В. Предварительная обработка корзинок-соцветий подсолнечника для получения качественных гидратопектинов / Соболь И.В., Родионова Л.Я., Барышева И.Н. // Молодой ученый. 2015. №5-1 (85). с. 99-102.

8. Гнеушева, И.А. Кормовые биологически активные добавки для промышленного животноводства / И.А. Гнеушева, И.Ю. Солохина, Н.Н. Полехина, Н.Е. Павловска // Хранение и переработка сельхоз сырья. 2012. № 3. С. 30?32.

9. Кощаев, А.Г. Кормовая добавка на основе ассоциативной микрофлоры: технология получения и использование / А. Г. Кощаев, А. И. Петенко // Биотехнология. 2007. № 2. С. 57-62.

10. Кощаев, А. Г. Эффективность использования бактериальных кормовых добавок в промышленном птицеводстве / А. Г. Кощаев, Г. В. Фисенко, А. И. Петенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2009. № 4(19). С. 176-180.

11. Разработка белково-ферментной кормовой добавки для птицеводства / Лысенко Ю.А., Хусид С.Б., Волкова С.А. и др. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2015. № 112. С. 1864 - 1880. (30.10.2015) URL: http://ej.kubagro.ru/2015/08/pdf/136.pdf (дата обращения: 12.11.2015).

12. Скворцова, Л. Н. Влияние ферментного препарата на продуктивность бройлеров /Л.Н. Скворцова, О.А. Нигоев // Комбикорма. 2007. № 8. С. 81.

Размещено на Allbest.ru