Теоретическое обоснование и практическая реализация технологий гидролизатов молочных белков и специализированных продуктов с их использованием

НМФ ФГМБ, полученных путем НФ. Пример такого фракционирования приведен в табл. 16.

Таблица 16 АХр НМФ, получаемой при НФ ФГМБ (гидролиз КСБ «Флавоэнзимом» +СУФ 5 кД) на колонке ХАД-16 (2,5Ч40 см)

Установлено, что удаление фенилаланина из гидролизата происходит намного более эффективно, чем при очистке гидролизата, подвергнутого только УФ. Так, при отборе фракций 1-4, дающем выход процесса 75% по сухим веществам, содержание фенилаланина в пептидной смеси не превышает 0,003%, что находится близко к пределу его аналитического детектирования методом ВЭЖХ и сопоставимо с остаточными количествами этой аминокислоты, выявляемыми в виде артефакта в коммерческих смесях кристаллических l-аминокислот.

Таким образом, использование НМФ при НФ позволяет повысить выход ФГМБ, свободного от фенилаланина, до 70-80% против 50-60%, характерных для очистки ультрафильтратов соответствующих гидролизатов.

При этом существенно, что эффективность использования белкового субстрата в целом при введении стадии НФ ещё более возрастает до 85-90% с учетом того, что получаемая при НФ ВМФ также находит применение в качестве белкового компонента целого ряда СП питания лечебного и профилактического назначения.

Всё вышеизложенное подтверждает целесообразность проведения очистки от фенилаланина ФГМБ, фракционированных с применением НФ, что гарантирует снижение содержания фенилаланина до величины менее чем 0,01% в пересчёте на белковый эквивалент.

Глава 7. Разработка параметров технологий ФГМБ. Основной задачей при получении ФГМБ заданного состава является полный анализ возможностей целенаправленного изменения его критически важных показателей под влиянием различных технологических факторов.

В табл. 17 представлен перечень показателей ФГМБ, изменение которых возможно в тех или иных процессах.

Таблица 17 Показатели ФГМБ, изменяемые при технологической обработке

Параметры процессов ВВ, пастеризации и РС оптимизированы непосредственно в промышленных условиях.

При изучении параметров сгущения выявлена оптимальная концентрация сухих веществ 45-50% для всех видов ФГМБ. Установлен оптимальный режим пастеризации концентратов ФГМБ после ВВ: 80-85^оС с выдержкой 2+0,2 мин.

Основным критерием при выборе температурных режимов сушки являлось содержание влаги в готовом продукте. С целью выбора оптимальных параметров процесса сушки ФГМБ исследовали три температурных режима входящего и выходящего из сушильной башни воздуха, соответственно: 180+1 и 80+1єС; 170+1 и 75+1єС; 160+1 и 70+1єС. Изменение массовой доли влаги в продукте, полученном при указанных температурных режимах сушки представлено в табл. 18.

Таблица 18 Массовая доля влаги при различных температурах сушки

Из приведенных данных видно, что сушку ФГМБ наиболее целесообразно проводить при температуре входящего воздуха не менее 175^оС и выходящего 75^оС. В этом случае влажность продукта соответствует предъявляемым требованиям (не более 4%).

На рис. 2 представлена принципиальная технологическая схема получения ФГМБ, в которой показаны технологические процессы во взаимосвязи. Всего основных технологических процессов - 8 . Каждый процесс имеет свои характеристики, которые представлены в табл. 19.

 Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема получения сухих ФГМБ с регулируемым составом и свойствами. Примечание: МБ- молочный белок.

Таблица 19 Основные характеристики технологических процессов

Обозначения: t_пр- температура процесса, ^оС; Р - давление фильтрации, МПа; СВ_ф - массовая доля сухи веществ в фильтрате, %; СВ_ВМС - массовая доля сухих вещества в концентрате ВМС, %; СВ_нмс - массовая доля сухих веществ в фильтрате НМС, %; t_охл - температура охлаждения рабочего раствора, ^оС.

В табл. 20 приведены частные технологические цепочки, которые заключаются в определённой последовательности процессов при производстве различных видов ФГМБ.

Таблица 20Последовательности технологических процессов при получении ФГМБ

Примечание. *Для получения безлактозных ФГМБ 3 вводится дополнительный процесс УФ.

Используя принципиальную технологическую схему (рис. 2) и данные, представленные в табл. 19-20, а также учитывая влияние процессов на изменение основных характеристик (табл. 17), можно резюмировать, что установлены основные технологические закономерности получения ФГМБ с заданным составом и свойствами.

В целях подтверждения результатов исследования частные технологии четырёх ФГМБ апробированы в промышленных условиях. Полученные результаты по критическим характеристикам (ММР, АГ, фенилаланин) полностью соответствовали таковым, полученным в лабораторных условиях. Это позволило разработать технологические регламенты, которые используются в настоящее время при производстве промышленных партий сухих ФГМБ.

В связи с тем, что ФГМБ имеют свои критические характеристики (ММР, АГ, массовая доля фенилаланина), целесообразно выпускать ФГМБ в сухом виде, что позволяет подтвердить их гарантированное качество путем лабораторных исследований с учётом утвержденных методик и действующих стандартов. Это позволяет в дальнейшем практически исключить риски производства СП, не соответствующих требованиям действующей технической документации.

Глава 8. Разработка блочно-модульной схемы получения ФГМБ и СП на их основе. Построение технологий по блочно-модульному принципу позволяет сформировать производственный цикл по оптимальному варианту, обеспечить рациональные связи между оборудованием, аппаратами и структурными производственными отделениями. Блочно-модульные схемы показывают согласованность течения технологических процессов, а также учитывают многообразие и специфику технологий. В табл. 21 приведен перечень самостоятельных технологических блоков, используемых в технологии СП на основе ФГМБ. Взаимосвязь структурных блоков в технологии СП на основе ФГМБ приведена в диссертации.

Таблица 21 Перечень технологических блоков, используемых в технологии СП на основе ФГМБ

Примечание. *ДФ - диафильтрация

В табл. 21 показаны четыре вида гидролизатов, которые по своим критическим характеристикам принципиально отличаются друг от друга, что позволило создать широкий ассортимент СП на их основе.

Таблица 21 Классификация ФГМБ

На рис. 3 приведена функциональная классификация СП на основе ФГМБ.

Рис. 3. Классификация СП на основе ФГМБ

На основании предложенной схемы блочно-модульного типа разработаны частные технологии СП, предусматривающие два основных подхода: предварительное растворение ФГМБ с приготовлением нормализованной смеси, сгущением, пастеризацией и сушкой или сухое смешивание с безбелковой основой. Частные технологии СП более подробно освещены в диссертации.

Глава 9. Практическая реализация результатов исследований. На основании анализа отечественной и зарубежной научной литературы и патентной информации, а также результатов собственных исследований научно обоснованы технологии, заключающиеся в направленном ФГ, использовании различных мембранных процессов, а также метода АХр для получения ФГМБ с направленно регулируемыми составом и свойствами. Разработана концепция создания широкой гаммы СП на основе использования блочно-модульного принципа построения технологий, предложена их функциональная классификация.

Основные разработки, полученные при выполнении работы, использованы при проектировании, строительстве и пуске в эксплуатацию единственного в России предприятия по производству специализированных продуктов для питания детей и взрослых, в т.ч. на основе ФГМБ.

На предприятии полностью реализован блочно-модульный принцип построения технологической схемы с использованием таких процессов, как ФГ, УФ, СУФ, НФ, ОО, электродиализ, АХр и др. технологические процессы, обеспечивающие получение конечного продукта, как в сухом, так и в жидком стерилизованном виде. В настоящее время на предприятии освоено промышленное производство более 40 наименований продуктов, а в 2008 г запланировано начало производства более 20 наименований новых продуктов. В 2006 году предприятием выпущено 1562 тонн СП, в том числе 20 тонн на основе ФГМБ, а за 9 месяцев 2007 года уже выпущено 1603 тонн СП, в том числе 41 тонна на основе ФГМБ. Относительно небольшая доля СП на основе ФГМБ в общем объеме производства связана с их узкой специальной направленностью. Однако, следует подчеркнуть высокую социальную значимость этих продуктов, так как они часто назначаются больным по жизненным показаниям. СП на основе ФГМБ успешно прошли апробацию в ряде ведущих клинических центров, включая НИИ скорой помощи им. Склифосовского, Институт педиатрии РАМН, Клиника лечебного питания Института питания РАМН и др.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснованы технологии, заключающиеся в направленном ФГ, использовании различных мембранных процессов, а также метода АХр для получения ФГМБ с направленно регулируемыми составом и свойствами. Разработана концепция создания широкой гаммы ФГМБ и СП на основе использования блочно-модульного принципа построения технологий, предложена их функциональная классификация.

2. Определены оптимальные условия получения ФГМБ с использованием промышленных ферментных препаратов. При использовании «Панкреатина» максимальная глубина гидролиза молочных белков достигается при 3 часах ферментной обработки, температуре 50±1^оС, концентрации ферментного препарата 2% по массе сухих веществ. Поддержание оптимального значения рН 7,5±0,1 требует использования рН-статирования раствором щелочи. Применение «Флавоэнзима» позволяет достичь большей, в сравнении с «Панкреатином», глубины гидролиза при продолжительности реакции до 20 часов, температуре 50±1^оС, концентрации ферментного препарата 5% по массе сухих веществ. Оптимум действия «Флавоэнзима» составил рН 6,0±0,2, что не требует использования рН-статирования.

3. Методом эксклюзионной хроматографии определено ММР пептидов в динамике ФГ и в конечных ФГМБ. Показано, что до 52% белкового материала в случае обработки «Панкреатином» и до 70% «Флавоэнзимом» представлено короткими пептидами и свободными аминокислотами в диапазоне молекулярных масс менее 1,4 кД, что отвечает средней и глубокой степени гидролиза, соответственно.

4. Установлено, что даже при максимальной длительности гидролиза полной элиминации макромолекулярных белковых структур из состава ФГМБ не происходит. Иммуноферментным методом определена остаточная АГ в динамике ФГ и в конечных ФГМБ. В результате ФГ молочных белков содержание антигенов коровьего молока снижается в 10³-10⁴ раз. Это недостаточно для непосредственного использования получаемых гидролизатов в гипоаллергенных продуктах, что определяет необходимость дополнительной очистки ФГМБ.

5. Изучены условия и параметры очистки ФГМБ с использованием процессов УФ и СУФ (мембраны с размерами пор 10 и 5 кД, соответственно). В результате очистки ФГМБ этими методами достигается полная элиминация остаточных количеств белковых и полипептидных структур с молекулярными массами более 10 кД. При использовании метода УФ достигается снижение АГ гидролизатов до уровня 5^.10^-5 от АГ исходного белка, а при использовании СУФ доказана целесообразность повторной обработки глубоких гидролизатов КСБ, что впервые позволило снизить АГ до 1^.10^-6 и более, то есть до величины, характерной для глубоких ферментативных гидролизатов казеина. Данные ФГМБ могут использоваться в качестве белковой основы лечебных гипоаллергенных продуктов.

6. Показана эффективность использования НФ технологии для выделения и концентрирования из неглубоких гидролизатов КСБ фракции пептидов с М_ср=4-6 кД и её частичной деминерализации. Полученные таким путём ФГМБ характеризуются низкой осмолярностью, хорошими органолептическими свойствами, растворимостью и используются при производстве продуктов энтерального питания, а также гипоаллергенных смесей лечебно-профилактической направленности.

7. Доказана перспективность использования НФ для фракционирования глубоких гидролизатов КСБ с целью получения НМФ и ВМФ фракций, из которых первая более чем на 92% представлена свободными аминокислотами и олигопептидами, а вторая обогащена фракцией «средних пептидов» в диапазоне молекулярных масс 1,4-10 кД. Первая фракция характеризуется АГ менее 110^-6, что позволяет её использовать в продуктах для детей больных тяжёлыми и средней тяжести аллергическими заболеваниями. Вторая фракция, обладающая низкой осмолярностью и приемлемыми органолептическим свойствами, может послужить белковой основой СП, предназначенных для энтерального питания больных с нарушениями функции пищеварения и для гипоаллергенных СП лечебно-профилактической направленности. Предложен принцип расчёта мембранного фракционирования с учетом различных факторов (ММР исходного ФГМБ, селективность мембран, степень концентрирования) для получения ФГМБ с направленно регулируемым пептидным составом.

8. Разработана технология ФГМБ со сниженным содержанием фенилаланина, предназначенных для использования в питании больных ФКУ. Ферментативные гидролизаты КСБ фракционировали на колонках с адсорбентом ХАД-16. Показано, что наибольшая эффективность очистки от фенилаланина достигается при использовании в качестве сырья НМФ, полученной при НФ глубокого гидролизата КСБ. Содержание фенилаланина в получаемом продукте гарантированно не превышает 0,01% по массе белкового эквивалента, что сопоставимо с аналогичной характеристикой смесей кристаллических l-аминокислот. При этом выход продукта составляет более 80% по сухим веществам.

9. При переходе к промышленным масштабам признано целесообразным использовать при производстве СП лечебной и лечебно-профилактической направленности ФГМБ на основе КСБ, как имеющих более высокую биологическую ценность, сбалансированный минеральный состав и лучшие органолептические свойства в сравнении с аналогичными гидролизатами КМБ и глубокими гидролизатами казеина.

10. На основе полученного экспериментального материала разработаны промышленные технологии различных ФГМБ с направленно регулируемым составом и свойствами. В производственных условиях оптимизированы процессы ФГ, УФ, СУФ, НФ, АХр, ОО, ВВ, пастеризации и сушки. Показано, что при производстве СП в технологическом процессе целесообразно использовать сухие ФГМБ гарантированного качества. Разработана принципиальная блочно-модульная схема, состоящая из 15 самостоятельных технологических блоков для получения ФГМБ и СП с их использованием. Данная схема была впервые внедрена на базе предприятия по производству специализированных и лечебных продуктов в г. Истра Московской области, что позволило освоить промышленное производство широкой гаммы СП с 2003 года. Имеющиеся производственные мощности позволяют полностью удовлетворить потребности Российской Федерации в продуктах на основе ФГМБ, которые показали свою высокую клиническую эффективность.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ

ферментативный гидролиз молочный белок

Монографии

1. Круглик В.И. Научные и практические аспекты создания продуктов для детского питания / В.И. Круглик, Г.Ю. Сажинов.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005.- 195 с.

2. Круглик В.И. Теория и практика реализации технологий специализированных продуктов на основе ферментативных гидролизатов молочных белков.- М: Университеты России, 2007.- 220 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

3. Питание велосипедистов в период тренировочных сборов и соревнований / К.А. Коровников, В.С. Баева, Полесный, С.А. Фурсова, В.В. Чужакова, В.И.Круглик // Вопросы питания.- 1988.- №5.- С. 40-43.

4. Пищевая сенсибилизация морских свинок ферментативными гидролизатами белка молочной сыворотки / И.В. Гмошинский, В.И. Круглик, В.К. Мазо и др. // Вопросы питания.- 1989.- №6.- С. 27-32.

5. Крашенинин П.Ф. Сухие концентраты и гидролизаты молочных белков / П.Ф. Крашенинин, Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик // Молочная промышленность.- 1993.- №3.- С. 4.

6. Современные продукты питания для беременных и кормящих матерей // П.Ф. Крашенинин, В.И. Круглик, Л.В. Соломадина, О.В. Георгиева // Вопросы питания.- 1993.- №4.- С. 28-31.

7. Использование смесей на основе гидролизатов белка у детей с множественной пищевой непереносимостью / Е.А. Рославцева, Т.Э. Боровик, К.С. Ладодо, Н.Н. Семенова, В.И. Круглик, Г.Ю. Сажинов // Педиатрия.- 1994.- №1.- С. 70-73.

8. Технологические аспекты производства молочных продуктов с низкими аллергенными свойствами и гипоаллергенных продуктов / Н.Г. Шацкая, П.Ф.Крашенинин, Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик // Вопросы питания.- 1994.- №1-2.- С. 34-36.

9. Специализированные продукты для питания детей, больных муковисцидозом / Л.В. Соломадина, В.И. Круглик, К.С. Ладодо, Т.Э. Боровик, Е.А. Рославцева, Н.Н. Семенова, Н.И. Капранов, Н.Ю. Каширская // Вопросы питания.- 1995.- №2.- С. 17-20.

10. Таурин в составе нового сухого молочного продукта «Фемилак 2» для коррекции питания кормящих матерей // О.В. Георгиева, В.И. Круглик, Л.В. Недоспасова, В.А. Цыряпкин // Вопросы питания.- 1995.- №2.- С. 33-35.

11. Соломадина Л.В. Новый специализированный молочный продукт для питания лактирующих женщин // Л.В. Соломадина, В.И. Круглик // Вопросы питания.- 1995.- №5.- С. 37-38.

12. Сажинов Г.Ю. Новые технологии в производстве перспективных продуктов детского питания / Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик, Л.В. Соломадина // Вопросы питания.- 1996.- №5.- С. 41-44.

13. Сажинов Г.Ю. Новые продукты для детского питания / Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик, Л.В. Соломадина // Пищевая промышленность.- 1996.- №9.- С. 14.

14. Низколактозный молочный продукт / Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик, Л.В.Соломадина, К.С. Ладодо, В.П. Зиматова // Пищевая промышленность.- 1997.- №6.- С. 31.

15. Сравнительная оценка использования специализированных продуктов «Тетрафен» и «Фенил-фри» в дитетотерапии детей, больных фенилкетонурией / Т.В. Бушуева, О.А. Вржесинская, В.М. Коденцова, Е.П. Рыбакова, С.Н. Денисова, Н.А. Бекетова, А.Г. Таранова, О.Г. Переверзева, Л.А. Харитончик, Н.В. Копылова, А.Д. Байков, В.А. Мелехина, Л.В. Соломадина, В.И. Круглик // Вопросы питания.- 1998.- №2.- 7-18.

16. Энтеральное питание в комплексной терапии и профилактике заболеваний / Т.С. Попова, А.Е. Шестопалов, Г.Ю. Сажинов, В.И. Круглик // Вопросы питания.- 2004.- №3.- С. 7-11.

17. Пылеунос в распылительных сушильных установках со встроенным псевдоожиженным слоем / В.Д. Харитонов, И.В. Зубков, А.И. Крылов, В.И. Круглик // Молочная промышленность.- 2005.- №7.- С. 56-57.

18. Круглик В.И. Исследование кинетики ферментативного гидролиза нативных молочных белков // Сыроделие и маслоделие.- 2007.- № 5.- С. 35-36.

19. Круглик В.И. Физико-химический состав гидролизатов молочных белков при дополнительной мембранной обработке // Молочная промышленность.- 2007.-№11.- С. 51-52.

20. Круглик В.И. Антигенные структуры нативных молочных белков и свободных аминокислот при ферментативном гидролизе // Молочная промышленность.- 2007.- №12.- С. 40-42.

21. Круглик В.И. Определение номинальной отсекаемой молекулярной массы низкомолекулярных соединений при мембранной обработке // Молочная промышленность.- 2008.- №1.

Сборники научных трудов институтов

22. Чагаровский А.П. Изучение структуры и свойств ультрафильтрационных мембран второго поколения // Труды ВНИКМИ.- 1987.- С. 91-97

23. Крашенинин П.Ф. Молочно-белковые концентраты - ценный компонент продуктов детского и диетического питания / П.Ф. Крашенинин, В.И. Круглик// Совершенствование технологии и улучшение показателей молочных продуктов детского и диетического питания: Сборник научных трудов.- М., 1988.- С. 17-21.

24. Круглик В.И. Исследование физико-химических показателей и дисперсности жировой фазы ультра- и диафильтрационных концентратов молока / В.И. Круглик, В.В. Ушаков, Е.И. Черепкова // Совершенствование технологии и улучшение показателей молочных продуктов детского и диетического питания: Сборник научных трудов.- М, 1988.- С. 173-177.

25. Продукты энтерального питания на молочной основе / Г.Ю. Сажинов, В.Г. Высоцкий, В.И. Круглик, П.Ф. Крашенинин, Л.А. Сажинова // Обзорная информация: Серия «Молочная промышленность».- М.: АгроНИИТЭИММП, 1989.- 22 С.

26. Медико-биологические и технологические аспекты создания пищевых модулей / П.Ф. Крашенинин, Г.Ю. Сажинов, В.Г. Высоцкий, В.И. Круглик // Сборник научных трудов ВНИКМИ.- М., 1990.- С. 25-38.

27. Использование сывороточных белков при производстве хлебобулочных изделий / Т.Н. Чекулаева, В.Г. Байков, Т.Б. Цыганова, В.И. Круглик // Вопросы производства пищевых продуктов и организация питания населения: Сборник научных трудов.- Кемерово: КемТИПП, 1991.- С. 155-160.

28. Круглик В.И. Разработка технологии гидролизатов молочных белков направленного химического состава и оценка их качества / В.И. Круглик, Г.Ю. Сажинов // Получение свойств и применение мелочно-белковых и растительных концентратов: Сборник научных трудов.- М.: ВНИКМИ, 1991.- С. 106.

29. Орлова Е.В. Изучение возможности ультрафильтрации сливок / Е.В. Орлова, В.И. Круглик, Ф.А. Вышемирский // Повышение эффективности маслоделия: Сборник научных трудов ВНИИМС.- Выпуск 57.- Углич, 1992.- С. 68-78.

30. Масляны: особенности физической структуры, пищевая и биологическая ценность / Е.В. Орлова, Ф.А. Вышемирский, В.И. Круглик, О.В. Лепилкина // Эффективность производства и качество сливочного масла: Сборник научных трудов ВНИИМС.- Выпуск 59.- Углич, 1994.- С. 52-63.

31. Круглик В.И. Молекулярно-массовое распределение пептидов в глубоких гидролизатах молочных белков // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ.- Выпуск 14.- Кемерово: КемТИПП, 2007.- С. 128-129.

32. Круглик В.И. Использование промышленной хроматографии для сорбции фенилаланина из ферментативных гидролизатов молочных белков // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ.- Выпуск 14.- Кемерово: КемТИПП, 2007.- С. 130-132.

33. Круглик В.И. Использование селективной ультрафильтрации в технологии ферментативных гидролизатов // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: сборник научных работ.- Выпуск 14.- Кемерово: КемТИПП, 2007.- С. 133-135.

Труды Международной молочной федерации

34. Producing milk protein hydrolysates and evaluating their hypoakkergenous properties / V.I. Kruglik, V.K. Mazo, I.N. Marocco, V.V. Krzhechkovskaya, I.V. Gmoshinsky, G.Y. Sazhinov // Brief Communications and Abstracts of 23 International Dairy Congress.- 1990.- V.1.- №344.- Montreal, October 8-12.- Р. 185.

35. Comparative study of the biological value of native milk proteins and their hydrolisates / G.Y. Sazhinov, A.M. Saphronova, A.S. Vtokko, V.I. Kruglik // Brief Communications and Abstracts of 23 International Dairy Congress.- 1990.- V.1.- №543.- Montreal, Oktober 8-12.- P. 299.

36. Obtaining milk protein hydrolysates with present peptide profile / P.Ph. Krasheninin, V.I. Kruglik, G.Y. Sazhinov // Brief Communications and Abstracts of 23 International Dairy Congress.- 1990.- V. 11.- №667.- Montreal, October 8-12.- P. 353.

37. New dry mixtures for enteral nutrition / V.G. Visotsky, Т.D. Yatsushina, V.I. Kruglik, G.Y. Sazhinov, S.A. Fursova, V.V. Chumakova // Brief Communications and Abstracts of 23 international Dairy Congress.- 1990.- V.11.- №797.- Montreal, October 8-12.- P. 420.

Размещено на Allbest.ru