Разработка биотехнологии концентратов галактоолигосахаридов из лактозосодержащего сырья

• Автор: Родная, Анастасия Борисовна
• Шифр специальности: 05.18.04, 05.18.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований.

1.1 Структура и свойства галактоолигосахаридов

1.2 Характеристика концентратов галактоолигосахаридов и направления их использования.

1.3 Аналитический обзор способов получения галактоолигосахаридов

1.4 Направления совершенствования биотехнологии получения галактоолигосахаридов

1.5 Возможность использования процесса электрохимической активации в технологии ферментативного синтеза галактоолигосахаридов

1.6 Обоснование выбранного направления и задачи

исследований

Глава 2. Организация работы и методы исследований

2.1 Организация работы и объекты исследований
2.2 Методы исследований
2.3 Математическое планирование и обработка результатов экспериментов
Глава 3. Изучение закономерностей синтеза галактоолигосахаридов в
растворах лактозы.
3.1 Изучение влияния активной кислотности электроактивированной воды на эффективность растворения лактозы
3.2 Сравнительные исследования эффективности синтеза галактоолигосахаридов различными препаратами ргалактозидаз.
3.2.1 Изучение закономерностей синтеза галактоолигосахаридов в электроактивированных растворах лактозы при использовании ферментного препарата Лактоканесцин Гх.
3.2.2 Изучение процессов синтеза галактоолигосахаридов в элсктроактивированных растворах лактозы при использовании ферментного препарата НаЬааве.
3.2.3 Обоснование выбора ферментного препарата для синтеза галактоолигосахаридов.
3.3 Разработка математических моделей направленного синтеза
галактоолигосахаридов в растворах лактозы
Глава 4. Изучение закономерностей синтеза галактоолигосахаридов в
пермеате молочной сыворотки
4.1 Влияние технологических факторов на процесс синтеза галактоолигосахаридов в пермеате при использовании препарата НаЬас1а5е
4.2 Разработка математических моделей направленного1 синтеза галактоолигосахаридов в пермеате молочной сыворотки.
Глава 5. Разработка биотехнологии концентратов галактоолигосахаридов
из лактозосодержащего сырья.
5.1 Технологический процесс получения концентратов
актоолигосахаридов из растворов молочного сахара и пермеата молочной сыворотки
5.2 Изучение состава и свойств концентратов галактоолигосахаридов.
5.3 Оценка экономической эффективности производства концентратов галактоолигосахаридов
5.4 Экологический мониторинг технологии концентратов галактоолигосахаридов
5.5 Адаптация системы ХАССП для контроля технологического процесса производства концентратов галактоолигосахаридов
Выводы
Список испол ьзованной литературы.
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Одним из возможных путей улучшения здоровья человека является укрепление внутренней среды организма, повышение его сопротивляемости и адаптационных возможностей, профилактика и предупреждение болезней. Всему этому способствует употребление функциональных продуктов. Они находятся на границе между обычной пищей, удовлетворяющей потребность в нутриентах, и фармацевтической продукцией.
Интерес к функциональным продуктам, которые оказывают регулирующее действие на организм в целом или на отдельные органы и способны заменить многие лекарственные препараты, стремительно растет во всем мире , . При этом особое внимание уделяется вопросам создания, поддержания и восстановления нормальной кишечной микрофлоры, играющей огромную роль в сохранении здоровья человека. С этой целыо применяют пробиотики живые микроорганизмы, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека, в большей степени реализующийся в желудочнокишечном тракте, пребиотики пищевые вещества, избирательно стимулирующие рост и биологическую активность представителей защитной микрофлоры кишечника или синбиотики
комплексы про и пребиотиков . Применение пребиотиков и продуктов функционального питания, не содержащих пробиотиков, может самостоятельно обеспечивать пробиотический эффект для организма. При этом необходимо учесть, что по оценке специалистов затраты на производство и хранение пребиотиков ниже, чем аналогичные затраты для пробиотиков .
Япония стала первой страной, в которой были внедрены
функциональные продукты и функциональные ингредиенты. Основная группа функциональных ингредиентов олигосахариды 9. Среди классов олигосахаридов к галактоолигосахаридам ГОС проявляется большой практический интерес в связи с их высокой селективностью
стимулируют большинство изученных штаммов бифидобактерий и
5 1 . .
промышленной применимостью процесса, синтеза этих олигосахаридов из лактозы с использованием препаратов ргалактозидазы .
В молочной промышленности в качестве побочного продукта при производстве сыра, творога и казеина образуется значительное количество молочной сыворотки. Производство больших объемов, сыворотки и сывороточных пермеатов в последние три десятилетия обусловило проведение значительного количества исследований в области создания продуктов на основе лактозы. Кроме прямого ее использования, в. виде молочного сахара, можно также проводить модификацию ферментативную или химическую. Ферментативные превращения лактозы основаны на реакциях,, катализируемых Ргалактозидазами или лактазами, причем наиболее изучен гидролиз до моносахаридов глюкозы и. галактозы.
. Гидролиз лактозы развитая ферментативная технология. Однако она имеет ограниченный коммерческий успех, с . несколькими удачными попытками ее реализовать наг локальном уровне,, но не в глобальном масштабе. Это можнообъяснить тем, что исследования гидролиза лактозы были в большей степени вызваны необходимостью переработки молочной сыворотки, чем потребностью соответствовать критериям развитого и успешного продукта Преимущества, которые .дает гидролиз лактозы повышение сладости, растворимости и перевариваемое, людьми с лактазной недостаточностью преодолевают проблемы, связанные с присутствием лактозы во многих пищевых системах. Но они не дают конечным потребителям какихлибо особых преимуществ, которые были бы связаны только с лактозой. 7.
Однако Ргалактозидазы катализируют не только реакцию гидролиза лактозы, но также реакции трансгалактозилирования, приводящие к образованию галактоолигосахаридов. В связи с изучением гидролиза лактозы и его применения в молочной промышленности проводились исследования и ГОС всегда присутствующих в небольших количествах продуктов реакции. Часто их описывали как нежелательные побочные продукты, поскольку они
обладали низкой растворимостью, низкой сладостью и плохой перевариваемостыо. Но позже было показано, что ГОС обладают пребиотическими свойствами, и с х годов прошлого столетия активно ведутся разработки по получению этого класса олигосахаридовпребиотиков. Экономически целесообразным источником получения таких олигосахаридных препаратов является лактоза молочной сыворотки.
Большой вклад в изучение свойств и разработку технологии галактоолигосахаридов внесли зарубежные и отечественные ученые ., . ., . ., i ., Т., ., Т., i . ., i . ., . ., ii ., Данилов . Б., Хамагаева И. . и др.
Разработки по получению ГОС из концентрированных растворов лактозы с использованием галактозидазы появились более двух десятилетий назад, однако регулирование реакционного раствора во всех предложенных ранее технологиях проводилось реагентным методом. Перспективным направлением совершенствования технологии является использование для синтеза ГОС электроактивированных водных растворов лактозы или электроактивированного пермеата молочной сыворотки.
Электрохимическая активация является эффективным и сравнительно легко управляемым способом активации жидких сред. Л главное, она является экологически чистым методом регулирования физикохимических свойств жидкостей, поскольку не сопровождается вводом в исходное сырье какихлибо дополнительных химических веществ. Ее целью является уменьшение или полное исключение расхода химических реагентов в технологических процессах, снижение загрязненности отработанных растворов, повышение качества целевых продуктов, сокращение времени, повышение эффективности и в целом упрощение технологии .
Актуальность


Этот фермент при высоких концентрациях лактозы катализирует гликозилтрансферазные реакции и использует лактозу в качестве донора гликозильного остатка для. Первые исследования трансферазных реакций Ргалактозидаз были проведены в связи, с изучением гидролиза ласгозы и егоприменения в молочной промышленности. Такие исследования начали проводиться в х годах го века , 7, 5. В контексте гидролиза лактозы образование олигосахаридов было рассмотрено в негативном свете, часто их описывали как нежелательные побочные продукты, поскольку они обладали низкой
растворимостью, низкой сладостью и плохой перевариваемостью 7. Более поздние исследования были основаны на необходимости учитывать образование олигосахаридов при моделировании процессов гидролиза лактозы 0. В противоположность этому курсу, в Японии , Токио был запатентован способ производства так называемых трансгапактозилированных олигосахаридов ТОС с помощью реакции с использованием галактозидазы i , причем предполагалось максимальное образование олигосахаридов 2. Это было следствием обнаружения новой возможности данного продукта использования ТОС в кисломолочных продуктах здорового питания в качестве специфических ростовых факторов для бифидобактерий. Если посмотреть с этой точки зрения, многие свойства галактоолигосахаридов, считавшиеся нежелательными в процессе гидролиза лактозы, оказываются несущественными для технологии нового продукта. Принципиальный механизм реакции образования ГОС транщалактозилирование, при котором фермент переносит галактозный остаток галактозида на акцептор, имеющий гидроксильную группу. Если акцептором является вода, то получается галактоза, но другие сахара, присутствующие в растворе, могут также служить акцепторами. В этом случае образуются олигосахариды. Если в качестве альтернативного акцептора выступает лактоза, то может быть получена группа трисахаридов, называемых галактозиллактозами. Они и являются основными компонентами обнаруженных фракций олигосахаридов. Эти трисахариды могут впоследствии сами послужить акцепторами, и тогда образуются тетра, пента и гексасахариды. Таким образом, возможное число олигосахаридных продуктов очень велико. Однако на практике различные ферменты образуют только небольшое число олигосахаридов 3 6 в определенных пропорциях. Хамагаева И. С. при исследовании трансгалактозилирующего действия Ргалактозидазы в натуральном молоке идентифицировала 5 олигосахаридов, основные из которых аллолактоза и бРОгапактопиранозилОгалактоза. Важно отметить, что протяженность активного центра фермента меньше размера трисахарида, поэтому присутствующие в реакционной смеси олигосахариды не оказывают влияния на проявление активности по отношению к лактозе . Перечень типов продуктов реакции лактозы с ргалакгозидазой приведен на рисунке 1. К функциональным свойствам олигосахаридов относятся физикохимические свойства сладость, гигроскопичность, активность воды и другие и биологические свойства перевариваемость, бактериостатическое действие, селективная пролиферация бифидобактерий, воздействие на абсорбцию минералов, улучшение деятельности печени, иммуностимулирующая активность, ослабление аллергий. ГОС обладают невысокой сладостью относительно сладости сахарозы. Они влияют на вязкость и точку замерзания пищевых продуктов, являются гигроскопичными веществами и контролируют влажность продукта 5. Вязкость сиропов ГОС выше, чем высокофруктозных кукурузных сиропов 1. ГОС стабильны при хранении в течение длительного времени, а также сохраняют свои свойства в процессе производства не разрушаются при нагревании до 0 С при 7 в течение мин. С и 3 и после мин. С и 2 . Рисунок 1. Калорийность ГОС, определенная стандартным методом в Японии, составляет 1, ккалг 1. Для сравнения, энергетическая ценность лактозы составляет 3, ккалг , а лактулозы 2,2 ккалг 8. ГОС некариогенные низкокалорийные вещества, которые не расщепляются в желудочнокишечном тракте человека и достигают толстого кишечника, где ферментируются присутствующей там микрофлорой, преимущественно бифидобактериями и лактобациллами.