Министерство образования и науки Российской Федерации
УДК
ГРНТИ
Инв. №
|
УТВЕРЖДЕНО:
|
|
Исполнитель:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова"
|
|
Проректор по научной деятельности
______________/Шишкин А. В./
М.П.
|
|
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
ОТЧЕТ
о выполнении 4 этапа Государственного контракта
№ 16.740.11.0531 от 16 мая 2011 г. и Дополнению от 07 октября 2011 г. № 1
Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова"
|
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.1 Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук.
|
Проект: Разработка инновационных ресурсосберегающих технологий производства натуральных комплексных поликомпонентных экологически безопасных пищевых продуктов с высокой добавленной пищевой ценностью, компенсирующих недостаток белков, витаминов, минеральных веществ, антиоксидантов и других биологически активных веществ в продуктах питания на основе сырьевых источников средней зоны Российской Федерации
|
Руководитель проекта:
______________/Елисеева Людмила Геннадьевна
(подпись)
|
Москва
2012 г.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
по Государственному контракту 16.740.11.0531 от 16 мая 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд
Организация-Исполнитель:федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова"
Руководитель темы:
|
|
|
|
доктор технических наук, профессор
|
|
______________________
подпись, дата
|
Елисеева Л. Г.
|
Исполнители темы:
|
|
|
|
доктор технических наук, профессор
|
|
______________________
подпись, дата
|
Рыжакова А. В.
|
кандидат технических наук, доцент
|
|
______________________
подпись, дата
|
Положишникова М. А.
|
кандидат технических наук, звание не указано
|
|
______________________
подпись, дата
|
Махотина И. А.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Белкин Ю. Д.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Потанина Л. С.
|
доктор технических наук, профессор
|
|
______________________
подпись, дата
|
Поверин Д. И.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Бабина О. А.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Юрина О. В.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Бухарина Е. А.
|
Реферат
Отчет 116 с., 1 ч., 29 рис., 33 табл., 120 источн., 2 прил.
люпин, белок, биотехнология , автолиз , функциональные свойства , гидролиз , автолиз , углеводы, фитаты , биотехнологическая схема , антиалиментарные факторы
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 4 этапу Государственного контракта № 16.740.11.0531 "Разработка инновационных ресурсосберегающих технологий производства натуральных комплексных поликомпонентных экологически безопасных пищевых продуктов с высокой добавленной пищевой ценностью, компенсирующих недостаток белков, витаминов, минеральных веществ, антиоксидантов и других биологически активных веществ в продуктах питания на основе сырьевых источников средней зоны Российской Федерации" (шифр "2011-1.2.1-220-010") от 16 мая 2011 по направлению "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук в следующих областях:- мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы;- оценка ресурсов и прогнозирование состояния литосферы и биосферы;- переработка и утилизация техногенных образований и отходов;- снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф;- экологически безопасные разработки месторождений и добыча полезных ископаемых;- экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания" в рамках мероприятия 1.2.1 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук.", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук", направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий." федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы.
Цель работы - 1. Обеспечение достижения научных результатов мирового уровня в области комплексной переработки экологически чистого сырья, выращенного в средней зоне РФ, позволяющего производить поликомпонетные пищевые продуты, отвечающие требованиям рационального питания, установленных всемирной организацией здравоохранения;
2. Разработка инновационных технологий переработки с использованием современных международных тенденций решения проблемы обеспечения населения страны сбалансированными продуктами питания отечественного производства;
3.Работы, направленные на решение актуальных проблем, сформулированных в доктрине обеспечения продовольственной безопасности России, служат необходимым фундаментом для подготовки и закрепления в сфере науки и образования научно-педагогических кадров и направлены на формирование эффективного и жизнеспособного научного коллектива.
Дедуктивный и индуктивный методы;
методы анализа и синтеза; метод отбора фактов; метод абстрагирования; метод обобщения; метод классификации; метод сравнения; метод аналогии; метод наблюдения; эксперимент
Программно-целевая иерархическая модель построения дерева результатов по исследуемой проблеме
1. Аналитический обзор полученных закономерностей гидролитических изменений
белков, углеводов и фитатов под действием экзогенных кислых протеаз и в результате
активации собственного эндогенного ферментного потенциала семян люпина;
2. Выводы об изменении концентрации белка люпина в процессе индуцированного автолиза
методом ВЭЖХ на гель-фильтрационной колонке при решении проблемы получения
белкового препарата из семян люпина с учетом проведенных исследований в форме статей в
журналах ВАК и зарубежных журналах на английском языке;
3. Описание алгоритма снижения негативного влияния антиалиментарных факторов люпина на
потребительские свойства белковых препаратов;
4. Схема биотехнологического процесса производства модифицированного белкового
препарата из семян люпина;
5. Учебный курс «Биотехнология»и программа НИР для студентов.
Содержание.
|
№ стр.
|
Список исполнителей
|
2
|
Реферат
|
4
|
Введение
|
7
|
Этап 4. Изучение влияния технологии индуцированного автолиза на модификацию химического состава и технолого-функциональных свойств белковых препаратов люпина
|
8
|
Аналитический обзор полученных закономерностей гидролитических изменений белков, углеводов и фитатов под действием экзогенных кислых протеаз и в результате активации собственного эндогенного ферментного потенциала семян люпина
|
8
|
4.1 Исследование степени гидролитических изменений белков в процессе индуцированного автолиза муки семян люпина
|
8
|
4.2 Исследование динамики изменения углеводов и фитатов люпина в процессе индуцированного автолиза
|
26
|
4.2.1 Изучение динамики изменения фитатов люпина в процессе индуцированного автолиза
|
27
|
4.2.2 Изучение динамики изменения углеводов люпина в процессе индуцированного автолиза
|
32
|
4.2.3 Исследование переваримости белковых препаратов люпина и сои.
|
39
|
4.2.4 Изучение влияния технологии индуцированного автолиза на модификацию технолого-функциональных свойств белковых препаратов люпина
|
41
|
4.2.5 Сравнительная характеристика органолептических свойств исследуемых белковых препаратов люпина и сои
|
60
|
4.2.6 Определение степени потенциальной мутагенности белковых препаратов люпина и сои
|
62
|
4.3 Разработка биотехнологической схемы производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина
|
66
|
Заключение
|
81
|
Список использованных источников
|
85
|
Приложение А. Программа дисциплины «Биотехнология»
|
95
|
Приложение Б. Программа НИР для студентов
|
112
|
Введение.
Сегодня все большую роль в рационе человека занимают продукты функционального питания, обладающие высокой биологической ценностью. В рамках четвертого этапа научно-исследовательской работы были проведены исследования в области применимости белковых препаратов из муки бобов люпина узколистного для биотехнологического производства белковых и аминокислотных продуктов с заданными технолого-функциональными и потребительскими свойствами.
В ходе процесса ограниченного протеолиза, используемого в производстве белковых препаратов, изменяется соотношение между концентрацией белков разной молекулярной массы. Изменение данного соотношения, по литературным данным, ведет к изменению влагоудерживающей и жироудерживающей способности белковых препаратов. Повышение влагоудерживающей способности и приближение её к свойственной мясу очень важно при изготовлении колбасных изделий. Понижение влагоудерживающей способности необходимо при производстве творожных и сырных продуктов.
Также была изучена динамика антиалиментарных факторов в белковых препаратах люпина. Соли фитиновой кислоты, алкалоиды, сапонины, олигосахариды рафинозной группы снижают пищевую ценность готовой продукции. В настоящей работе предложены оптимальные режимы ограниченного гидролиза и автолиза, позволяющие минимизировать негативное воздействие данных факторов как на организм человека, так и на технолого-функциональные свойства готовой продукции.
По результатам выполнения четвертого этапа НИР была исследована возможность построения полного биотехнологического цикла производства белковых и аминокислотных препаратов из муки люпина узколистного, была построена общая схема, включающая в себя технологические и биотехнологические особенности производства: селекцию новых соротов люпина с улучшенными свойствами, а также методы совершенствования ассортимента выпускаемой продукции на основе продолжения управляемого процесса протеолиза за счет микробиологических ферментов.
Дополнительно в рамках НИР была разработана программа дисциплины «Биотехнология» для студентов, обучающихся по направлению 100800 «Товароведение» и тематическая программа научно-исследовательской работы студентов.
Этап 4. Изучение влияния технологии индуцированного автолиза на модификацию химического состава и технолого- функциональных свойств белковых препаратов люпина
Аналитический обзор полученных закономерностей гидролитических изменений белков, углеводов и фитатов под действием экзогенных кислых протеаз и в результате активации собственного эндогенного ферментного потенциала семян люпина
На четвертом этапе проводимых исследований представлялось целесообразным изучить влияние использования для модификации растительных белковых препаратов собственных эндоферментов, активизирующих катаболические биохимические процессы, на химический состав и технолого-функциональные свойства препаратов люпина. Как было показано в предыдущих частях исследования аналогичные процессы, вызывающие активизацию собственного метаболического потенциала растений, происходят при проращивании семян. В результате проращивания происходит повышение пищевой ценности и улучшение функциональных свойств белков [1]. При этом установлено, что в результате комплекса биохимических процессов, протекающих при проращивании семян, происходит деградация антиалиментарных факторов – α-галактозидных олигосахаридов, ингибиторов протеиназ, липазы, фитогемагглютининов, таннинов, фитатов [2].
Достоверно установлено, что в процессе прорастания семян бобовых культур активизируются эндопептидазы, в частности пепсиноподобные кислые пептидазы, которые атакуют запасные белки и вызывают их гидролиз, в результате чего образуется аминокислотный пул, необходимый для синтеза новых гидролаз, которые в свою очередь активизируют соответствующие процессы мобилизации запасных веществ.
Е.Е. Браудо было высказано предположение, что методом индуцированного автолиза растительных белковых препаратов можно достичь лучших результатов, чем при ограниченном ферментативном гидролизе, при этом будут задействованы собственные протеолитические ферменты сырья, которые позволят воспроизвести процессы, происходящие при прорастании.
Метод индуцированного автолиза – метод переработки сельскохозяйственного или микробного сырья под действием собственных гидролитических ферментов (гидролаз), активность которых инициируется действием внешнего индуктора. Сущность метода заключается в инициировании ферментной системы, «работающей» при прорастании семян, в результате действия «протеолитической затравки» - кислой протеазы, имитирующей действие ключевого эндогенного фермента, синтезируемого de novo в момент начала прорастания [1].
Согласно литературным данным, интенсивность процессов, происходящих при прорастании, значительным образом возрастает на третьи сутки проращивания [3,4]. Так, Mostafa с коллегами [5] заметили, что на третьи сутки проращивания происходит увеличение содержания незаменимых аминокислот. Chandrasiri с коллегами [2] отметили исчезновение лигнина в семенах сои, в исследованиях Bau и Debry [6] было показано снижение содержания фосфора и увеличение содержания витамина С в бобах сои. При этом установлено, что в результате комплекса биохимических процессов, протекающих при проращивании семян, происходит деградация антиалиментарных факторов – ингибиторов протеиназ, липазы, фитогемагглютининов, танинов. Исследованиями Jaya, Venkataraman, Kon, Colmenares de Ruiz было доказано, что происходит снижение содержания олигосахаридов и даже полное их исчезновении, при увеличении числа растворимых углеводов [7,8,9], также отмечено снижение алкалоидов и фитатов через 180 часов проращивания [10].
Необходимо выяснить проявляются ли данные закономерности, выявленные при проращивании семян, в белковых препаратах люпина, модифицированных методом индуцированного автолиза.
В качестве объекта на втором этапе исследования были рекомендованы сорта люпина узколистного, отличающиеся пониженным содержанием антиалиментарных факторов (табл. 1) [11,12].
Таблица 1 - Содержание антиалиментарных факторов в семенах люпина узколистного и сои
Антиалиментарный фактор
|
Люпин узколистный
|
Соя
|
Минимальное содержание
|
Максимальное содержание
|
Среднее содержание
|
Алкалоиды, %
|
<0,01
|
0,04
|
0,02
|
<0,01
|
Олигосахариды (сумма раффинозы, стахиозы и вербаксозы), %
|
2,90
|
5,20
|
4,07
|
7,3
|
Фитаты, %
|
0,32
|
0,84
|
0,50
|
1,75
|
Сапонины, мг/кг
|
442
|
740
|
573
|
4000
|
Лектины, %
|
Не обнаружено
|
1,8
|
Ингибиторы трипсина, %
|
Не обнаружено
|
2,5
|
Анализируя данные таблицы 1, можно отметить, что содержание антиалиментарных факторов в сое существенно выше, чем в семенах люпина узколистного. В семенах сои содержится значительное количество сапонинов, олигосахаридов раффинозной группы, фитатов, лектинов и ингибиторов трипсина. Ряд антиалиментарных компонентов, таких как лектины и ингибиторы трипсина, полностью отсутствовали в семенах люпина узколистного. Одной из отличительных особенностей люпиновой муки является отсутствие у нее привкуса и запаха бобовых.
Содержание алкалоидов в люпине узколистном находится на низком - безопасном уровне, который, согласно принятой классификации [13], называют малоалкалоидным.
Представленные в таблице 1 данные характеризуют люпин узколистный, как безопасный источник белка с низким содержанием антиалиментарных компонентов.
|
