Научно-практические аспекты технологии модификации растительных масел для жировых продуктов с функциональными свойствами (24.09.2012)

Автор: Шеламова Светлана Алексеевна

- изучение особенностей регуляции биосинтеза изоферментов внеклеточного липолитического комплекса выбранного продуцента;

- разработка технологии получения препаратов липаз с различной степенью очистки и исследование физико-химических и каталитических свойств выделенных изоферментов липазы;

- идентификация функциональных групп активного центра липаз;

- разработка приемов иммобилизации липазы на различных носителях и изучение свойств иммобилизованных препаратов;

- исследование кинетических параметров реакций гидролиза и трансэтерификации в водной и органической средах, катализируемых иммобилизованной липазой;

- разработка технологии получения жировых продуктов с функциональными свойствами на основе ферментативных процессов этерификации, глицеролиза, ацидолиза;

- разработка технологии хлебобулочных изделий с использованием модифицированных жиров;

- проведение производственных испытаний разработанных технологий на предприятиях масложировой и хлебопекарной промышленности.

Научная концепция. Научная концепция состоит в разработке научно-практических аспектов технологии модификации растительных масел на основе ферментативного гидролиза и переэтерификации для получения функциональных жировых продуктов посредством использования ферментов липаз и липоксигеназ, включающего выбор липолитического фермента с высокой гидролитической и трансацилирующей активностью, получение ферментных препаратов липазы и липоксигеназы, изучение каталитических свойств липазы, иммобилизацию липазы, выявление закономерностей ферментативных процессов гидролиза и трансэтерификации ацилглицеролов в водной среде и в системах с органическими растворителями, оценку факторов, определяющих соотношение продуктов трансэтерификации, обоснование использования жиров, модифицированных липазой и липоксигеназой, в технологии пищевых производств.

Основные положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие положения:

- методологический подход к оценке эффективности использования липолитических ферментов для модификации растительных масел на основе совокупности экспериментальных исследований каталитических свойств липаз;

- особенности биосинтеза липаз и липоксигеназ микроорганизмами;

- представление механизма действия липаз;

- специфичность действия липаз (позиционная, к жирным кислотам) при гидролизе и этерификации в микроводных условиях и в системах с органическими растворителями;

- кинетические и термодинамические характеристики адсорбции липазы при иммобилизации;

- кинетические параметры ферментативного гидролиза и трансэтерификации;

- технологические решения по использованию липазы и липоксигеназы в хлебопечении;

- оценка эффективности использования липазы для получения жировых продуктов с функциональными свойствами.

Научная новизна. Научно обоснован выбор ферментов липаз и липоксигеназ с целью модификации растительных масел для получения функциональных жировых продуктов и имеющих перспективы использования в технологии пищевых производств.

С целью интенсификации процессов гидролиза и переэтерификации растительных масел, совершенствования технологии хлебобулочных изделий и повышения их качества экспериментальным путем выявлены штаммы микромицетов с высоким уровнем синтеза внеклеточных липазы (Rhizopus oryzae 1403), липоксигеназы (Rh. oryzae 605) и комплекса этих ферментов (Rh. microsporus var. chinensis 1062).

На основе анализа факторов, влияющих на биосинтез липаз при культивировании микромицета Rh. оryzae 1403, установлено, что им синтезируется комплекс липолитических ферментов.

Впервые получены в гомогенном виде изоформы липаза I и липаза II, охарактеризованы их биохимические, физико-химические и каталитические свойства. Определение кинетических параметров реакций гидролиза и трансэтерификации триацилглицеролов и ингибиторный анализ позволили выявить функциональные группы активного центра ферментов. На основании собственных экспериментальных и данных литературы предложена модель механизма действия липаз.

Впервые установлена специфичность изоформ липаз Rh. оryzae 1403 к строению ацильного остатка и его положению в триацилглицеролах как при гидролизе, так и при этерификации.

Установлены особенности иммобилизации липазы на различных носителях. определены кинетические и термодинамические характеристики адсорбции фермента на гидрофобном сорбенте – стиросорбе, которые показали высокое аффинное сродство липазы к сорбенту.

Проведен комплексный анализ кинетических параметров реакций гидролиза, этерификации, глицеролиза, ацидолиза иммобилизованным препаратом липазы в водной и органической средах; установлены общие закономерности проведения ферментативной конверсии ацилглицеролов.

В рамках обоснования целесообразности использования жиров и масел, частично гидролизованных липазой, при изготовлении хлебобулочных изделий, выявлены особенности их влияния на свойства клейковины, крахмала, жизнедеятельность дрожжей; на технологические параметры и качество готовых изделий.

Впервые определены факторы, влияющие на соотношение и выход продуктов в процессах этерификации, глицеролиза и ацидолиза, катализируемых липазой Rh. оryzae 1403, в водной и органических средах.

Новизна исследований защищена 1 авторским свидетельством и 3 патентами.

Практическая значимость. Полученный экспериментальный материал позволил сформировать рекомендации по практическому приложению микробных липаз и липоксигеназ; определить рациональные условия проведения ферментативных процессов гидролиза и трансэтерификации триацилглицеролов для модификации жиров и масел и области практического использования получаемых продуктов конверсии.

Разработана технология культивирования продуцента липазы Rhizopus oryzae 1403 и технология ферментного препарата липазы с высоким выходом –62,3 % и активностью 27,5 ед./мг. Способ биосинтеза липазы запатентован (Патент 2397247 РФ).

Получен иммобилизованный препарат липазы, отличающийся высокой трансферазной активностью – 385 ед./г и стабильностью в органических растворителях. Высокая активность препарата, позиционная специфичность и широкий спектр сродства к жирным кислотам позволили рекомендовать его для получения разнообразных продуктов путем энзимной переэтерификации.

Установлены режимы проведения гидролиза жировых продуктов, позволяющие получить жиры с функциональными свойствами для технологии хлебопечения. Разработаны технологии хлебобулочных изделий на основе ферментированных жиров и сдобных изделий с использованием липазы и растительной липоксигеназы (А.С. 1405130). Производственные испытания этих технологий на хлебозаводах (г. Воронеж) булочно-кондитерском комбинате (г. Санкт-Петербург) подтвердили получаемый положительный эффект. Получен диплом 4-й Международной выставки «Современное хлебопечение. Сладкоежка–2000», г. Воронеж.

Получен препарат липоксигеназы, отличающийся высокой активностью и низким уровнем окисления ?-каротина (Патент 2233324 РФ); комплексный препарат липазы и липоксигеназы с высокой активностью обоих ферментов (Патент 2233325 РФ). Эти препараты рекомендованы для использования в хлебопекарной промышленности.

Показана перспективность использования иммобилизованной липазы Rhizopus oryzae 1403 для получения жиров с повышенным содержанием моно- и диацилглицеролов (МАГ и ДАГ) путем этерификации или глицеролиза растительных масел.

Доказана возможность получения низкокалорийных жиров с помощью ацидолиза растительных масел. Оптимизирован процесс ацидолиза подсолнечного масла с каприновой кислотой, что позволило увеличить включение кислоты до 91,8 % от максимального возможного и сократить длительность процесса в 2–3 раза.

Предлагаемые технологии модификации растительных масел успешно апробированы в производственных условиях на предприятии ЗАО «ГК Маслопродукт» (г. Воронеж).

Личный вклад соискателя. Личное участие автора являлось основополагающим на всех стадиях работы и состояло в формировании научных направлений, постановке задач и целей исследований, организации эксперимента, анализе и обработке результатов, подготовке материалов к опубликованию, проведении производственных испытаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на 35-ти научных конференциях, в том числе: на симпозиуме «Биотехнология микробов» (Москва, 2004); на Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2009); на международных и всесоюзных конференциях: «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 1998, 2005), «Биотехнологические процессы переработки сельскохозяйственного сырья» (Москва, 2002), «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009, 2010), «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2009), «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (Москва, 2009), «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» (Москва, 2009), «Идентификация фальсифицированных пищевых продуктов. Контроль содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах» (Москва, 2009), «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров» (Орел, 2010), «Актуальные проблемы потребительского рынка товаров и услуг» (Киров, 2009, 2011), «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров» (Орел, 2011), «Новости научной мысли» (Прага, 2011), «Наука и технологии: шаг в будущее» (Прага, 2012).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 72 работы, в том числе 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК; 2 монографии; получено 1 авторское свидетельство и 3 патента РФ на изобретения.


загрузка...