XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В настоящее время пищевой рацион человека далеко неидеален. Большинство людей испытывают огромный недостаток тех или иных питательных веществ. Чтобы восполнить дефицит необходимых элементов, следует каждый день вводить в рацион человека основные биологически активные добавки. Эта проблема особенно актуальна для тех, кто ведёт спортивный образ жизни.

Спортивное питание - это специализированные пищевые добавки, обеспечивающие спортсмена всеми необходимыми микроэлементами и витаминами. Употребление спортивного питания помогает достичь выносливости и хорошей работоспособности при физической нагрузке, увеличения объёма мышц и достижения нужной массы тела, скорого восстановления между тренировками, а также укрепления здоровья и увеличения продолжительности жизни. Основную ветку спортивного питание представляет протеин, поскольку на его основе изготавливают различные смеси для спортсменов, которые способствуют быстрому формированию мышечной ткани и являются главным диетическим компонентом.

Протеин – это белок, высокомолекулярное органическое вещество, которое состоит из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. Роль протеина в человеческом организме объяснима, этот компонент является строительным материалом для правильного формирования всей мышечной массы. Протеин участвует в регенерации клеток кожи, заменяет разрушенную структуру клетки на новую и здоровую. Польза и вред протеинов особенно важны для людей, ведущий спортивный образом жизни, потому протеины насыщают организм спортсмена необходимым белком, количество которого крайне сложно получить из продуктов питания.

Существует ошибочное мнение, что товарный пишевой протеин - это химия, не имеющая никакого отношения к натуральным продуктам. На самом деле это концентрат обычного питания. С помощью различных современных технологий из натуральных продуктов убираются балластные вещества и лишние компоненты.

По разновидности составляющих компонентов виды товарного протеина подразделяются на:

Изолят протеина (сывороточный) — в его состав входит полноценный аминокислотный состав. При его употреблении можно в скором времени достичь желаемых результатов;

Казеиновый — такой вид компонента относится к медленным протеинам, на его переваривание требуется до 6-ти часов.

Соевый протеин— данный продукт отнесится к среднеусвояемым протеинам.

Пшеничный —аналог соевого протеина.

Молочный — в составляющую продукта входит смесь сывороточного и казеинового протеинов. Он быстро усваивается и хорошо восстанавливает мышечную структуру;

Яичный —он быстро усваивается и содержит полезные аминокислоты;

Мясной — является аналогом яичного протеина

В данной статье мы рассмотрим физико-химические методы получения протеина из молочного сырья.

Получение казеинового протеина.

Казеин принадлежит к фосфопротеинам. Он состоит из многих аминокислот, которые соединены друг с другом в полипептидную цепь. Также содержит огромное число фосфатных групп, связывающих кальций.

Рассмотрим два вида казеинового протеина:

Мицеллярный казеин.

Казеинат натрия.

Мицеллярный казеин содержит не денатурированную форму молочного казеина. Процесс производства происходит в мягких условиях, позволяющих не нарушать деликатной структуры мицелия. Выделение его из молока происходит в процессе многоэтапной физической фильтрации с использованием специальных микропористых мембран. Это позволяет очистить казеиновый мицелий и отделить его от других компонентов молока.

Казеинат натрия – химическое соединение казеина и одновалентного натрия (Na+).

Для производства казеината натрия после окончательной промывки казеина его высушивают до содержания твердых веществ около 45%, а затем перед подачей в коллоидную мельницу вновь смешивают с водой. После вносят разбавленную щёлочь. Температура смеси не должна превышать 45°С, потому что размолотый сгусток может снова агломерировать при более высоких температурах и иметь постоянную вязкость. Обычно вязкость снижают, предварительно подогревая раствор до 90-95°С перед распылительной сушкой.

Существует несколько методов производства казеина:

с помощью осаждения белка сычужным ферментом.

с помощью осаждения белка кислой сывороткой.

Технологический процесс выработки казеина состоит из следующих одинаковых технологических операций:

Пастеризация.

Осаждение казеина и постановка зерна.

Обсушка зерна.

Термическая обработка

Промывка.

Обезвоживание.

Измельчение белковой массы.

Сушка.

Пастеризация молока – это тепловая обработка молока с целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Пастеризация обезжиренного молока происходит при 72 – 74 °С, после чего его охлаждают до 38 – 40°С.

Осаждение белков — процесс снятия гидратной оболочки и заряда для обнаружения белка в растворе. Разделение твердой и жидкой фаз.

Обсушка зерна проводится в более кислой сыворотке (70 – 75°Т) в течение 25 – 30 минут. Для этого добавляют еще кислой сыворотки. Мешалка при обсушке зерна вращается в пределах 14 – 16 об/мин. Если мешалка вращается более медленно, это приводит к образованию комков, если более быстрое – к образованию белковой пыли.

Термическая обработка -выбор оптимальной температуры для улучшения дальнейшей обсушки зерна и снижения бактериальной обсемененности. Смесь казеинового зерна и сыворотки медленно нагревают до 60 °С, постоянно перемешивая, выдерживают при этой температуре примерно 10 мин. Продолжительность обработки при 60°С увеличивают до 15 минут. Визуально оценивают качество обработки зерна. При хорошей обсушке сжатое в ладони зерно легко рассыпатся.

Трехкратную промывку зерна используют в целях удаления примеси лактозы, минеральных солей, органических кислот и молочного жира. При коагуляции казеина температура первой промывной воды 61 – 63°С; температура второй промывной воды 20 – 24°С; температура третьей промывной водя 20°С и ниже;

Выдержка казеина в воде при каждой промывке должна составлять 15 – 20 мин. Расход промывной воды составляет 25 – 30 % от массы перерабатываемого молока. После промывки получают казеиновое зерно с массовой долей влаги 80 %.

Обезвоживание промытого казеинового зерна проводят до 60 – 63 % путем прессования или центрифугирования. Прессование происходит в помещениях с температурой 14 – 18°С.Обезвоженное казеиновое зерно измельчают до получения однородного зерна размером 4 – 6 мм. Затем его сушат в тоннельных,камерных или вихревых сушилках. Температура воздуха при сушке казеина:

в камерных сушилках в начале процесса 40 – 45°С, в конце 55 – 60°С;

в сушилках тоннельного типа 50 – 55°С и 70 – 75°С;

в сушилках с вихревым псевдоожиженным слоем температуру поступающего воздуха 120 – 125°С, температуру отходящего воздуха 60 – 70°С.

Значительное отличие в производстве казеина различными методами заключается в видах коагулянтов белка:

В молоке казеин содержится в виде растворимой кальциевой соли, которая при подкислении разлагается, и казеин выпадает в осадок.

Для осаждения белка при производстве казеина кислотным способом используют кислую сыворотку (180 – 200°Т). Для этого используют натуральную свежую сыворотку от производства кислотного казеина или нежирного творога, её нагревают до 37 – 40°С и заквашивают чистыми культурами молочнокислых палочек (3 – 5 %). Сквашивают на протяжении 36 – 48 ч. Обезжиренное молоко подкисляют до рН 4,4 – 4,2. Коагулированный казеин перемешивают в течение 3 – 5 минут, чтобы получить однородное зерно. Когда кислотность сыворотки достигает 50 – 55°Т, зерно казеина вымешивают в течение 10 – 15 минут для уплотнения, доводя его размеры до 3 – 5 мм.

При производстве казеина сычужным способом для осаждения белка используют сычужный фермент и раствор хлористого кальция. Приготавливают раствор сычужного фермента на кипяченой и охлажденной до 35°С воде за 10 – 15 мин до использования. Раствор пепсина готовят на кислой осветленной сыворотке, которую охлаждают до 30 – 35°С за 6 – 8 ч до использования. Сычужный фермент или пепсин вносится в молоко в виде 1%-ного раствора. В охлажденное и пастеризованное до 33 – 35°С обезжиренное молоко вносят хлористый кальций в виде 30 – 40 %-го водного раствора в количестве 400 г безводной соли на 1000 кг обезжиренного молока, смесь перемешивают, добавляя сычужный фермент или пепсин, и продолжают перемешивать еще несколько минут. Затем смесь оставляют в покое до начала коагуляции казеина. Когда в молоке появляются хлопья казеина, начинают медленное вымешивание. Скорость увеличивают по мере укрупнения хлопьев и регулируют так, чтобы зерно было размером не более 2 – 4 мм. Процесс коагуляции казеина завершается, когда сыворотка приобретает зеленовато-желтый цвет и становится прозрачной.

Получение сывороточного протеина.

Молочная сыворотка - это побочный продукт, который остается после створаживания молока, при производстве сыра, творога или казеина.

Состав молочной сыворотки

В сыворотке содержится более 200 полезных элементов, участвующих в жизнедеятельности нашего организма. В состав молочной сыворотки входят такие компоненты:

• Молочный сахар

• Белки и аминокислоты

• Витамины: А, В, С, Е

• Минералы и микроэлементы: кальций, фосфор, калий, магний

• Никотиновая кислота

Сывороточный протеин – это концентрированная смесь глобулярных белков, получаемых из молочной сыворотки.

Виды сывороточного протеина можно разделить по способу и степени очистки.

Выделяют три вида сывороточного протеина:

• Концентрат сывороточного протеина

• Изолят сывороточного белка

• Гидролизат сывороточного белка

1)Концентрат сывороточного протеина

Концентрат сывороточного протеина- это протеиновая смесь, содержание белка в которой в среднем равно 70%-85%.

Концентрат обычно производится с помощью процессов ультрафильтрации и диафильтрации. Эти методы позволяют оставить большую часть белковых фракций в сыворотке нетронутыми.

Ультрафильтрация

Ультрафильтрация – это один из наиболее распространенных методов обработки сыворотки для получения концентрата сывороточных белков. Принцип ультрафильтрации: молочную сыворотку под давлением пропускают через специальную мембрану, которая подобрана таким образом, что свободно пропускает жидкость, жиры, микроэлементы, лактозу. В итоге на мембране остается только белковая составляющая молока.

Для улучшения степени очистки белка применяется метод диафильтрации.

Диафильтрация

Диафильтрация – это введение в исходную жидкость дополнительного количества воды. Тем самым содержащиеся в сыворотке соли, минералы и прочие вещества растворяются. Их концентрация снижается, и они легче проникают через мембрану. Тем самым достигается значительное повышение эффективности ультрафильтрации.

Качество белковой смеси, получаемое в результате ультрафильтрации, напрямую зависит от качества мембраны. Чем она лучше, тем меньше останется микроэлементов, жиров и прочих веществ. Степень очисти можно повысить за счет повторной ультрафильтрации.

Микрофильтрация

При производстве концентрата сывороточного протеина может быть использован метод микрофильтрации.

Микрофильтрация - процесс, обеспечивающий микробиологическую чистоту готового продукта, а так же снижение содержания жира в готовом продукте.

Белковую массу, полученную в результате ультрафильтрации, дополнительно фильтруют, пропуская через керамические мембраны при низкой температуре. Благодаря такой технологии удается максимально отделить молекулы жира. В связи с этим уровень жира в белковой массе снижается до 1%.

Сывороточные белковые концентраты активно используются в производстве сухих протеиновых смесей для спортивного питания как источник легкоусвояемого белка, так называемые быстрые протеины.

2)Изолят сывороточного белка

Изолят сывороточного белка- это максимально очищенная от жиров и лактозы высушенная сыворотка, процентное содержание белка в которой равно 85%-95%.

Изолят сывороточного белка может быть получен:

• методом ионного обмена

• микрофильтрацией.

Ионная фильтрация

Ионная фильтрация – это метод очистки сыворотки, при котором достигается крайне высокая точность и степень очистки.

Описание ионной фильтрации (обмена)

Ионный обмен происходит в специальных резервуарах – колонках. В них молочную сыворотку пропускают через ионообменные смолы – натуральные или синтетические электролиты. Сначала очищаемую жидкость пропускают через специальный раствор – катионит. В результате частицы сыворотки приобретают положительный заряд. Далее заряженную сыворотку пропускают через анионит – отрицательно заряженный раствор. Благодаря катиониту минералы и иные вещества в сыворотки связываются и притягиваются к анионитам. Данный метод можно сравнить с работой магнита - частицы заряжаются и притягиваются. А благодаря тому, что удельный вес и размер молекул разный, удается отделить чистый протеин от жира, лактозы и других компонентов.

Микрофильтрация

Микрофильтрация-это один из видов мембранной фильтрации при низком давлении. Давление позволяет проходить через поры мембран частицам соли, сахара, некоторым белкам, и задерживать бактерии, жировые шарики, частицы крупных белков, например крупные мицеллы казеина.

Установка микрофильтрации эффективно в потоке удаляет примеси и вредные микроорганизмы из солевого раствора, сохраняя при этом химический баланс солевого раствора. Данный метод является наиболее конкурентным за счёт того, что мертвые клетки удаляются, а при пастеризации они лишь убиваются.

Основное применение микрофильтрации:

-удаление бактерий, плесеней, споров и дрожжей;

фракционирование белков;

обезжиривание сыворотки, молока, для производства белковых концентратов.

3)Гидролизат сывороточного белка

Гидролизат сывороточного белка - это форма белка, изготовленная по уникальной технологии, которая может повышать скорость всасывания вещества в ткани, но при этом сохраняет основные аминокислоты в неизменном виде и гарантирует высокое качество белка.

Гидролизат сывороточного белка имеет два способа получения:

•кислотный (химическиий)

•ферментативный (биохимический)

Кислотный способ

При кислотном гидролизе расщепляются все пептидные связи между различными аминокислотными остатками, за счёт этого возможно практически полное расщепление белка. Но кислотный гидролиз как технологический процесс имеет свои недостатки: частичное или полное разложение ряда аминокислот, необходимость нейтрализации кислоты, образование меланоидинов.

Ферментативный способ

При щелочном гидролизе белка происходит рацемизация аминокислот, после чего получающийся гидролизат утрачивает биологическую ценность, поэтому он не применяется в пищевых производствах .

Достоинством ферментативного гидролиза белка является то, что идет с высокой скоростью при относительно мягких условиях: атмосферном давлении и температуре, не превышающей 70 °С, поэтому он практически не влечет за собой повреждения аминокислот и снижения биологической ценности. Основными продуктами ферментативного гидролиза почти всегда являются пептиды, а фракция свободных аминокислот невелика.

Существенное место среди веществ, которые способствуют ферментативной модификации пищевых белков, занимают протеолитические ферментные препараты различного происхождения, влияющие на специфическое расщепление пептидных связей в белковой молекуле. В итоге изменяется молекулярная масса белка, увеличивается его гидрофобность и усвояемость организмом.

Более перспективным источником протеиназ являются микроорганизмы, которые относятся к родам Bacillus, Aspergillus, Penxcillium, Streptomyces, Pseudomonas.

Сегодня гидролизат сывороточного белка является наиболее актуальным продуктов нежели другие. Благодаря новейшим технологиям выделения белка из молочной сыворотки такой продукт имеет ряд качеств, положительно влияющих на человеческий организм:

•смеси пептидов разной длины всасываются в пищеварительном тракте быстрее и лучше, чем другие смеси аминокислот;

•в составе белковых гидролизатов присутствовуют различные физиологически активные пептиды, которые необходимы для регуляции важных функций организма;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инновационная технология переработки белоксодержащего сырья имеет важные преимущества перед существующими химическими процессами. Это комплексная безотходная переработка сырья высокая экологичность, перспективные экономические показатели. С развитием технической базы возникли новые возможности инновационного применения и получения протеинов. Из-за разнообразных функциональных особенностей протеинов, в зависимости от источника и технологии получения, в наше время возрастает их роль применения в различных сферах промышленности.

Список литературы:

Михайлов С.С. Спортивная биохимия / С.С. Михайлов. - М.: Советский спорт, 2004. с.- 220

Антонович С. Масса или правда о питании, добавках и химии в бодибилдинге. Издательство: АС «Медиа Гранд», 2012 г. с. 38-39. )

Клейнер С. Спортивное питание победителей. Издательство:«Эксмо», 2011.

Окислительные изменения липидов кормов при хранении и кормопроизводстве. Боровская Л.В., Доценко С.П., Быкова С.Ф., Калашникова Л.И.Ветеринария Кубани. 2014. № 1. С. 12-14.

Обеспечение безопасности производства пищевой продукции методом принятия решений.Боровская Л.В. В сборнике: ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ ВЕСНА - 2016 Материалы 14-й Международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. Ответственный редактор: И. П. Степанова. 2016. С. 257-259

Построение дерева принятия решений для определения критических контрольных точек при биологическом контроле мясного сырья и продукции
Могила В.В., Боровская Л.В., Двадненко М.В.В сборнике: Студенческий научный форум - 2015 VII Международная студенческая электронная научная конференция, электронное издание. 2015.

Электронный УМКД "Физическая и коллоидная химия: Учебно-методический комплекс дисциплины для специальностей технологического направления" Боровская Л.В.ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР». Москва, 2010.

Электронный учебник ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. Данилин В.Н., Шурай П.Е., Боровская Л.В.Краснодар, 2010.

Код для цитирования: Скопировать