1   2   3   4   5
Ім'я файлу: 00DOVVPP.RTF
Розширення: rtf
Розмір: 637кб.
Дата: 11.05.2021
скачати
Пов'язані файли:
2. Разаботка послевузовского смешанного обучения.docx


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ДИШКАНТЮК Оксана Володимирівна


УДК 573.6 : 661.733.2 : 664.769


БІОТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ МОЛОЧНОЇ КИСЛОТИ

І ЇЇ СОЛЕЙ НА ОСНОВІ ВТОРИННИХ ПРОДУКТІВ

ПЕРЕРОБКИ ЗЕРНА
Спеціальність 03.00.20 – біотехнологія


АВТОРЕФЕРАТ


дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії харчових технологій,

Міністерство освіти і науки України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Капрельянц Леонід Вікторович,

Одеська державна академія харчових технологій,

завідуючий кафедрою біохімії та мікробіології
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Безусов Анатолій Тимофійович,

Одеська державна академія харчових технологій,

завідуючий кафедрою технології консервування;
кандидат хімічних наук, доцент

Юкало Володимир Глібович,

Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя,

завідуючий кафедрою харчової біотехнології і хімії.
Провідна установа: Український державний університет харчових технологій,

проблемна науково-дослідна лабораторія, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.
Захист відбудеться “_25_” _____січня____2000 року о _11_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.02 Одеської державної академії харчових технологій (65039, м. Одеса, вул.

Канатна, 112).
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії харчових технологій. Україна, м. Одеса, вул. Канатна, 112.
Автореферат розісланий “__23__” _____грудня_ 2000 року
Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Віннікова Л.Г.ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Новітні наукові розробки в галузі харчових технологій пов'язані зі створенням “здорових” продуктів харчування. Такі продукти повинні містити компоненти, що виявляють специфічну фізіологічну активність, яка доповнює їх сенсорні і поживні властивості. Ці продукти отримали назву фізіологічно - функціональних. Вони повинні містити в достатній кількості і збалансованому співвідношенні білки, жири, вуглеводи, набір макро- і мікроелементів, вітамінів та інших біологічно активних речовин.

Останнім часом велику увагу вчених привертають солі молочної кислоти - лактати магнію, кальцію, заліза, як джерела мінеральних елементів, що легко засвоюються організмом людини.

Треба відзначити, що поряд із високим засвоєнням, лактати володіють низкою функціональних властивостей. У той же час сама молочна кислота, володіючи бактерицидними, фунгіцидними, і рядом інших властивостей широко використовується в харчовій промисловості, зокрема консервній, м'ясній, молочній, кондитерській .

Водночас виробництво лактатів на Україні не організовано, а сама молочна кислота виробляється на основі цінної сировини – бурякового цукру. Тому розробка технології одержання цих продуктів мікробіологічним синтезом на основі дешевої і доступної сировини є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає тематиці міжвузівської програми науково-дослідної роботи №31”Будова, склад, властивості і перетворення компонентів рослинної сировини як основи створення поліфункціональних добавок, збагачувачів і модулів для одержання продуктів з новими властивостями, які забезпечують продовольчу безпеку населення України”, затвердженої наказом Міністерства освіти України №271 від 15.08.96, зокрема, темі досліджень проблемної лабораторії Одеської державної академії харчових технологій 2/97-П “Розробка наукових основ і технології виробництва харчових речовин та функціональних продуктів харчування на основі біотехнологічних методів переробки рослинної сировини, біомаси мікроорганізмів та екзометаболітів” (№ держреєстрування 0197016054).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розробка способу отримання молочної кислоти і її солей на основі вторинних продуктів переробки зерна.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

-провести скринінг культур молочнокислих бактерій - посилених продуцентів молочної кислоти;

- розробити режими ферментативного гідролізу зернових мучок;

-на основі отриманих гідролізатів розробити середовище для біосинтезу молочної кислоти;

- вивчити особливості культивування молочнокислих бактерій на нових живильних середовищах;

-розробити технологічні основи одержання лактатів;

- створити біологічно-активну добавку на основі лактатів;

- вивчити технологічні основи застосування лактату кальцію в хлібопеченні;

- розробити проектну нормативно-технічну документацію;

- провести апробацію основних результатів досліджень у виробничих умовах.
Наукова новизна отриманих результатів. Показано, що з 15 досліджуваних штамів молочнокислих бактерій, перспективними у відношенні біосинтезу молочної кислоти є Lactobacillus plantarum K і Lactobacillus acidophilus 317/402, що пропонуються як продуценти цільового продукту. Запропоновано використовувати вторинні продукти переробки зерна – мучки: ячмінна, пшенична, вівсяна, та їх суміші, в якості субстрату для отримання молочної кислоти. Пропонується використовувати для гідролізу мучок та їх сумішей власні ферментні системи. Розроблені рецептури нових живильних середовищ і визначені умови культивування продуцента. Досліджена динаміка росту молочнокислих бактерій на гідролізатах зернових мучок. Вивчено кінетичні закономірності процесу ферментації і встановлена математична модель залежності біосинтетичної активності культур від концентрації глюкози.
Розроблено технологічні основи отримання лактатів кальцію, магнію і заліза.

Розроблено оригінальну біологічно - активну добавку на основі лактатів кальцію і заліза.

Показано можливість успішного використання лактату кальцію в технології хлібопечення.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі проведених експериментальних і теоретичних досліджень розроблена технологія виробництва молочної кислоти і її солей на основі вторинних продуктів переробки зерна. Запропонована технологія апробована на “Одеському підприємстві по виробництву бактерійних препаратів”. Отримані дані ввійшли в основу розроблених проектів нормативно-технічної документації на виробництво лактату кальцію, лактату заліза, лактату магнію.

Розроблено рецептуру і технологію виробництва хліба, збагаченого лактатом кальцію. Запропонована технологія апробована на ВАТ “Тульчинський хлібокомбінат”.

Особистий внесок здобувача складається в забезпеченні методичного оформлення роботи, участі у виконанні аналітичної й експериментальної роботи, аналізі й узагальненні отриманих даних, формуванні висновків і рекомендацій, підготуванні матеріалів досліджень до публікації, підготуванні заявки на винахід, розробці нормативно-технічної документації, промислової апробації розробленої технології. Особистий внесок здобувача підтверджується поданими документами і науковими публікаціями.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень повідомлені на наукових конференціях Одеської державної академії харчових технологій (Одеса 1999 р., 2000 р.), науково-практичній конференції “Хлібопродукти 2000” (Одеса 2000 р.), міжнародній конференції молодих учених “Хімія і біотехнологія харчових речовин. Екологічно безпечні технології на основі поновлюваних природних ресурсів” (Москва, 2000 р.), Другому Установчому Українському мікробіологічному з’їзді (Чернігів, 2000 р).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 6 наукових роботах, включаючи : одну статтю в науковому журналі, три статті в збірниках наукових праць, позитивне рішення на видачу патенту за заявкою, тезах доповіді на мікробіологічному з’їзді.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації (185 стор.) включає 26 рисунків (5 стор.), 43 таблиці (11 стор), 11 додатків (33 стор), список використаних джерел зі 162 найменувань (15 стор).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ



У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, показано наукову новизну, практичну цінність роботи, наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі, що являє собою аналітичний огляд літератури, наводяться фізико-хімічні характеристики молочної кислоти та її солей, показано галузі їх використання. Проаналізовані сучасні тенденції розвитку технології виробництва молочної кислоти та лактатів мікробіологічним способом. Наведено дані про види субстратів і молочнокислих бактерій, що використовуються для біосинтезу молочної кислоти в Україні та за кордоном.

Наведено сучасні уявлення про роль та засвоєння молочної кислоти і її солей організмом людини.

Узагальнюючи дані про стан виробництва молочної кислоти та її солей в Україні, можна зробити висновок про доцільність розробки економічно ефективної технології виробництва молочної кислоти та її солей – джерел добре засвоюваних організмом людини мінеральних елементів.

У другому розділі “ Матеріали та методи досліджень” надаються науково-методичні основи проведення досліджень, експериментальна база та об’єкти дослідження. Розроблено програму проведення досліджень (рис. 1). Як біологічні агенти дослідження вибрані гомоферментативні молочнокислі бактерії колекції кафедри біохімії та мікробіології ОДАХТ та виділені з житніх заквасок та заквасок для сиру. Як об'єкти досліджень також використані зернові мучки – вівсяна, ячмінна, пшенична з зерна урожаїв 1998-1999 р, (одержані на Новоукраїнському комбінаті хлібопродуктів), їх власні ферментні системи, а також амілолітичні ферментні препарати (амілосуб-тилінГ10Х, амілоризин П 10 Х), ячмінний солод.

Основну частину досліджень проведено в лабораторіях кафедри біохімії та мікробіології ОДАХТ ; окремі дослідження було виконано на Центральній санітарно-епідеміологічній станції водного транспорту України.

В роботі використано загальновідомі та спеціальні методи, серед яких такі сучасні методи, як атомно-емісійна спектроскопія (мікро- та макроелементи), високоефективна рідинна хроматографія, аналізатор амінокислот.

Мікробіологічні та біотехнологічні дослідження здійснювали у відповідності з загальними вимогами до проведення мікробіологічного аналізу та за загальноприйнятими методиками. Ідентифікація культур здійснена за визначником Bergey.

Результати досліджень обробляли методами математичної статистики. Разрахунки проводили на ЕОМ IBM PC AT в середовищі програмного продукту STATISTICA@ 5.XX for Windows (StatSoft Inc., США).

В третьому розділі “Дослідження біосинтетичної активності лактобацил” представлені результати дослідження активності кислотоутворення 15 штамів лактобацил при використанні середовищ різноманітного походження: капустяне середовище, сироватка та їх суміші. Найбільшою активністю кислотоутворення характеризувались культури Lactobacillus plantarum К,





Lactobacillus aсidophilus 317/402, Lactobacillus bulgaricus 350, які і були використані в ході подальших досліджень.

Досліджуючи активність кислотоутворення штамів L. plantarum К, L. aсidophilus 317/402, L. bulgaricus 350 та їх комбінацій на середовищах різного походження, встановлено, що сумісне культивування культур L. plantarum К та L. aсidophilus 317/402 приводить до посилення росту та кислотоутвореня. Причому таке явище спостерігається тільки на середовищах рослинного походження. При проведенні такого ж експерименту на сироватці, інтенсифікації кислотоутворення ми не спостерігали. Отримані результати дозволяють зробити припущення, що ефект посилення активності кислотоутворення при сумісному культивуванні культур L. plantarum К, L. aсidophilus 317/402 пов'язаний скоріш за все з хімічним складом середовища і підтверджує той факт, що молочнокислі бактерії є типовими сусловими культурами і не розвиваються на синтетичному середовищі. При дослідженні активності біосинтезу нецільові органічні кислоти виявлені не були. Основним продуктом ферментації була молочна кислота.

Встановлено, що вищеназвані штами в найбільшій мірі зброжують глюкозу. Це можна пояснити тим, що глюкоза є основним субстратом процесу гліколізу, який лежить в основі молочнокислого бродіння, і для включення в цей процес дисахаридів: лактози, мальтози, сахарози, мікроорганізмам необхідні ферменти, які б розщепляли дисахариди до моносахаридів. І, очевидно, що збродження дисахаридів лактобактеріями в значній мірі залежить від наявності та активності вказаних ферментів. Слід відмітити, що досліджувані культури достатньо активно використовують мальтозу в якості єдиного джерела вуглеводів.

Досліджуючи кінетичні параметри переходу культур в стаціонарний стан при різних концентраціях глюкози, визначали біосинтетичну здатність клітин в стаціонарному стані та економічні коефіцієнти анаболізму. Встановлено, що величина, яка характеризує біосинтетичну активність культури найбільша при концентрації глюкози 80 г/л, але більш повно утилізується глюкоза при її початковій концентрації в середовищі – 40 г/л. Подальше збільшення концентрації глюкози до 150 г/л веде до зниження концентрації молочної кислоти, що очевидно пов'язано зі збільшенням осмотичного тиску глюкози порівняно з її значенням в клітині і негативним впливом цього фактору на біосинтетичну активність клітин.

Показано, що підтримання рН середовища в процесі бродіння на рівні 5,5 сприяє найбільшому накопиченню молочної кислоти.

В четвертому розділі “Розробка живильного середовища на основі ферментолізатів зернових мучок для культивування молочнокислих бактерій” зроблено аналіз хімічного складу зернових мучок, який показав можливість використання останніх та їх сумішей в якості вуглеводневого субстрату для біосинтезу молочної кислоти лактобацилами, так як містять практично всі необхідні для їхнього росту речовини. Використання сумішей мучок мотивоване тим, що дає змогу збалансувати хімічний склад за сахарами та вітамінами. Так суміш ячмінної та пшеничної мучок (1: 1) має більшу концентрацію засвоюваних вуглеводів (41,2% ), порівняно зі значенням в пшеничній мучці (27%). З іншої сторони, пшенична мучка збагачує суміш кальцієм та фосфором, так як має їх у більшій кількості, чим ячмінна мучка. Більш високий вміст вітаміну В2 у пшеничної мучки (92,5 мкг/г) у порівнянні з ячміною (51,8 мкг/г) поряд з більш високим вмістом вітаміну В1 у ячмінної мучки (56,0 мкг/г), порівняно з 35,1 мкг/г у пшеничної, показує доцільність використання суміші ячмінної та пшеничної мучок (1: 1). Збалансованість мучок за сахарами та вітамінами групи В має велике значеня при використанні їх для культивування лактобацил, так як від концентрації засвоюваних вуглеводів залежить вихід молочної кислоти, а вітаміни групи В стимулюють розвиток молочнокислих бактрій. Але, зважаючи на те, що молочнокислі бактерії дуже вимогливі до складу живильного середовища, і те, що ефективність біоконверсії цукрів у молочну кислоту значною мірою залежить від доступності вуглеводів, а вони представлені в мучках в основному високомолекулярною сполукою - крохмалем, вивчали процес ферментативного гідролізу крохмалю зернових мучок та їх сумішей власними ферментними системами та амілазами : амілосубтиліном Г10Х, амілоризином П10Х та ячмінним солодом.

Дослідження амілолітичної активності власних ферментних систем мучок показали, що вона в середньому складає 8 – 10 од АС. До того слід додати, що ферментні системи мучок володіють також і целюлолітичною та протеолітичною активностю, тому при використанні в процесі гідролізу власних ферментних систем, ферментолізати збагачуються додатковими продуктами, що позитивно впливає на подальший процес біосинтезу молочної кислоти. Дослідженнями встановлено, що при гідролізі суміші пшеничної та ячмінної мучок з використанням на першому етапі гідролізу власних ферментних систем, ефективним є використання технологічного режиму з трьома температурними паузами по 25 хв : при 40 – 45С – для дії целюлолітичних ферментів, при 60С – для рівномірної клейстеризації і дії β – амілази і при 70С – для дії α – амілази, гідромодуль - 1:5, концентрація ферменту – 0,8од АС/г, рН середовища – 6,0. Вказаний температурний режим дозволяє зменшити в'язкість суспензії і тим самим забезпечує більш ефективне використання власних ферментних систем мучок.

В ході досліджень встановлено, що процес гідролізу на першій стадії можна проводити без додавання ферментного препарату. Це дозволить скоротити питомі витрати останнього на 15 – 20% у порівнянні з традиційними технологіями.

Досліджені процеси культивування молочнокислих бактерій на зернових гідролізатах, зокрема здатність культур зброджувати гідролізати крохмалю зернових мучок та динаміка росту лактобацил на зернових ферментолізатах.

При дослідженні динаміки накопичення лактату кальцію (рис. 2) і динаміки росту лактобацил (рис. 3) на гідролізатах крохмалевмісної сировини встановлено, що найбільш інтенсивно утилізує гідролізати зернових ацидофільна паличка. Лаг-фаза L. acidophilus 317/402, L. plantarum К, L. bulgaricus 350 склала 4 години, експонентна фаза L. acidophilus 317/402 – 9год, , L. plantarum К, – 6год, L. bulgaricus – 8год .

1= 2,3*(lg5,0 – lg0,9)/(9-4)=0,343 год-1; 2= 2,3*(lg4,9 – lg0,7)/(10-4)=0,324 год-1;

3= 2,3*(lg4,3 – lg0,5)/(12-4)=0,343год-1

де 1 ,2 ,2- питомі швидкості росту L. acidophilus 317/402, L. plantarum К, L. bulgaricus 350 відповідно.

Час генерації L. acidophilus 350, L. plantarum К, L. bulgaricus 350(g1, g2, g3) відповідно складає

g1 =0,693/0,343=2,02 год; g2=0,693/0,324=2,139 год; g3=0,693/0,269=2,576 год

Р ис. 2. Динаміка накопичення лактату кальцію на ферментолізаті суміші ячмінної та пшеничної мучок.
З вертає на себе увагу те, що рівень синтезу молочної кислоти всіма культурами був найбільшим на ферментолізатах, отриманих з допомогою ячмінного солоду. Це можна пояснити тим, що солод являє собою поліферментний препарат і побічні продукти гідролізу мучок містять крім вуглеводів і інші речовини , стимулюючі розвиток молочнокислих бактерій і біосинтез молочної кислоти ними. Ферментний комплекс солоду включає : амілолітичні ферменти (α – амілазу, β – амілазу, α- глюкозидазу, пулуназу, насичену декстриназу), β – фруктофуранозидазу, целюлолітичні ферменти (ендо – і екзо – глюканази, целобіазу), геміцелюлази ( ендо – β –1,3 – глюканазу, ендо – і екзо – ксиланази, ксилобіазу, арабінозидазу) , протеази ендо –– та екзо – типів, ліпази, фосфатази, окислювально – відновні ферменти ( каталазу, пероксидазу, о–дифенолоксидазу). Солод містить речовини, необхідні для життєдіяльності молочнокислих бактерій, серед яких можна виділити біологічно-активні речовини – вітаміни групи В, мікроелементи ( магній, калій, фосфор), вільні амінокислоти.

Рис. 3. Динаміка росту лактобацил на ферментолізаті суміші ячмінної та пшеничної мучок.
З літератури відомо, що культура молочнокислих бактерій є активною, якщо за 15 год культивування на оптимальному середовищі синтезується 0,5% молочної кислоти. Проте, у нашому експерименті за 15 год культивування в розчині, що зброджувався L. plantarum К утримувалося 0,66% молочної кислоти, L. acidophilus 317/402 - 0,67%, L. bulgariсus350 - 0,55%. Ці результати говорять про те, що обрані нами лактобацили достатньо активно розвиваються і синтезують молочну кислоту, активно зброджуючи гідролізати зернових. Кислотоутворюючу здатність досліджуваних культур оцінювали за накопиченням ними в розчині лактату кальцію протягом 96 год (табл. 1), тобто кінцевого терміну утилізації вуглеводів культурами.

  1   2   3   4   5

скачати

© Усі права захищені
написати до нас