ВЛИЯНИЕ ЦЕЛЛЮЛОТИЧЕСКИХ И ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ НА ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ ХЛОПКОВОГО МАСЛА

АННОТАЦИЯ

Изучено действие целлюлаз и протеиназ на углеводы и белки черного хлопкового масла. Обработка сырого хлопкового масла нейтральной протеиназой в сочетании с целлюлолитическими ферментами положительно влияет на ферментативные процессы и повышает глубину гидролиза белков и углеводов.  Установлено, что обработанное ферментами сырое хлопковое масло легко подвергается к рафинации, выход масло повышается и улучшается физико-химические показатели готовой продукции.

ABSTRACT

The effect of cellulases and proteinases on carbohydrates and proteins of black cottonseed oil has been studied. Treatment of raw cottonseed oil with neutral proteinase in combination with cellulolytic enzymes has a positive effect on enzymatic processes and increases the depth of hydrolysis of proteins and carbohydrates. It has been established that raw cottonseed oil treated with enzymes is easily subjected to refining, and the oil yield increases and the physical and chemical parameters of the finished product improve.

Ключевые слова: целлюлаза, протеиназа, белок, фермент, рафинация, хлопковое масло.

Keywords: cellulase, proteinase, protein, enzyme, refining, cottonseed oil.

1. Введение

В последние годы значительно расширились производство ферментов и их использование в различных отраслях пищевой промышленности [5, 9]. Разработка новых ферментных технологий в сочетании с существующей технологией имеет ряд преимуществ: снижение себестоимости продукции, экологическая безопасность производства, получение продукции различного назначения, использование сырья любого качества и вида.

Процесс рафинации является одним из важнейших технологических процессов в производстве растительных масел [4].

Процесс рафинации объединяет множество процессов, основной целью которых является удаление побочных продуктов и некоторых примесей из масла. Побочными продуктами являются вещества, содержащиеся в семенах и переходящие в масло в минимально измененном состоянии, а также вещества, изменившиеся в процессе экстрагирования под влиянием внешних факторов.

Существует множество методов рафинации растительных масел, которые можно разделить на физические, физико-химические и химические.

Растительные масла, как непосредственно используемые в пищу, так и направляемые на промышленную переработку, должны подвергаться полному циклу рафинации с целью удаления вредных для организма человека веществ, улучшения товарного состояния, повышения органолептических показателей, а также обеспечения предотвращения окисления.

Традиционная технология рафинации хлопкового масла состоит из следующих этапов: гидратация, нейтрализация (часто совмещенная с гидратацией), промывка, сушка, отбеливание и дезодорация [1].

Основной целью гидратации является извлечение фосфатидов и некоторых гидрофильных веществ из сырого масла. Процесс гидратации является достаточно сложным и результаты его определяются дальнейшим изменением качества масла при хранении и переработке.

Масло содержит различные биополимеры, в том числе гидрофобные белки, углеводы. Эти биополимеры создают диффузионную область на границе раздела масло-вода, тем значительнее, чем больше примесей. В результате после гидратации плохо происходит разделение фаз, снижается выход отделяемого масляного слоя, затрудняется сам процесс рафинации.

В последнее время многими исследователями показана возможность использования гидролитических ферментов при гидратации масла [2]. Например, в работе [7] за счет использования микробной фосфолипазы А₂ для гидролиза негидратируемых фосфатидов усовершенствована технология гидратации растительных масел. Ферментативная гидратация не только полностью удаляет фосфатиды (как гидратируемые, так и негидратируемые), но и превращает их в высокоэффективные эмульгаторы.

Можно предположить, что в нашем случае использование целлюлаз и протеиназ для гидролиза биополимеров (белков и углеводов) хлопкового масла повысит гидратируемость побочных продуктов, что отразится на выходе рафинированного масла и показателях рафинации.

Целью данной работы является изучение влияния целлюлозолитических и протеолитических ферментов на биополимеры сырого хлопкового масла в процессе рафинации.

2. Экспериментальная часть

Методика

В работе использовали "ViscoStar 150L" в качестве целлюлазы и нейтральную протеиназу (Нейтраза) производимой фирмой «Новозаймс», Дания. Черное хлопковое масло получали с АО «Тошкент ёғ-мой комбинати”

2.1. Ферментативная обработка хлопкового масла. 200 г испытуемого масла при перемешивании нагревали до 45-50⁰С, затем увеличивали частоту вращения мешалки и медленно вводили заданное количество разбавленного в воде раствора "ViscoStar 150L" и нейтразу в соотношении 1:1, и выдерживали перемешиванием в течение 60 мин. Общее содержание воды составляло 6% от веса масла, а фермента 0,08%. Затем температуру смеси поднимали до 85^оС и при этой температуре выдерживали в течение 20 мин. В случае использование кислой протеиназы рН смеси подкисляли до 3,0. При той же температуре смесь перемешивали в течение 60 мин.

2.2. Определение продуктов гидролиза углеводов. К ферментированному маслу добавляли равный объем дистиллированной воды и после тщательного перемешивания центрифугировали при 5000 об/мин в течение 10 мин, отделяли водную часть и определяли содержание восстанавливающих сахаров по методу Нельсона и Шомоди [8].

2.3. Определение продуктов гидролиза белков. Из водной части фугата отбирали 2 мл, добавляли равный объем 0,3 М ТХУ и фильтровали. Затем из фильтрата отбирали 0,2 мл аликвоты, добавляли 0,8 мл дистиллированной воды, 5 мл 0,5 М раствора Na₂CO₃, взбалтывали и вносили 1 мл рабочего раствора Фолина.  По оптической плотности исследуемых образцов определяли содержание аминокислот по тирозину [3].

2.4. Нейтрализация хлопкового масла. 200 г гидратированного масла нагревали до температуры 50⁰С. При достижении заданной температуры,  не прекращая перемешивания, вводили рассчитанное количество щелочи. Затем температуру масла поднимали на 10-15⁰С, уменьшали частоту вращения и продолжали перемешивание до образования хорошо оседающих хлопьев. Нейтрализованное масло декантировали, промывали горячей дистиллированной водой (60-65⁰С), фильтровали и сушили при температуре 100-110⁰С.

Химический анализ рафинированного масла проводили согласно общепринятой методике [6].

3. Результаты и их обсуждения

В процессах добывания и переработки масел постоянно приходится сталкиваться с образованием и разрушением высокодисперсных систем, свойства которых часто и определяют выбор технологии. Высокодисперсность обуславливается за счет сопутствующих веществ, содержащихся в маслах.

К сопутствующим веществам относятся: свободные жирные кислоты, фосфолипиды, воски, представляющие собой сложные эфиры высших одноатомных спиртов и высших жирных кислот, углеводороды, витамины, белковые вещества и вещества, образующиеся во время влаго-термической обработки хлопковой мятки.

Известно, что содержание углеводов и белков в хлопковой мятке составляет 12-14% и 25-38% соответственно. Определенная часть белков и углеводов вместе с другими веществами во время форпрессования хлопковой мятки переходит в состав масел.

Сопутствующие вещества проявляют поверхностно-активные свойства и осложняют процессы переработки масел. Эти свойства сопутствующих веществ можно уменьшить путем ферментативного воздействия на них. Для увеличения степени гидратируемости сопутствующих веществ, нами изучены гидролизуемость углеводов и белков нерафинированного масла с целлюлолитическими и протеолитическими ферментами.

В табл. 1 приведено содержание продуктов гидролиза белков и углеводов после ферментации черного хлопкового масла ферментными препаратами ViscoStar 150L, нейтральной протеиназой (Нейтраза) и их смесями.

Таблица 1.

Влияние нейтральных протеиназ совместно с амилазами на гидролизуемость белков и углеводов черного хлопкового масла при рН 7,0

Из представленных данных видно, что обработка хлопкового масла ферментам приводит к накоплению продуктов гидролиза высокомолекулярных соединений. Так, например, при действии нейтразы и ViscoStar 150L образование восстанавливающих сахаров составляло 4,65 ± 0.16 мг/г масла, при этом продукты гидролиза белковых веществ составляли 1,28±0,04 мкмоль/г масла.

Не исключено, что во время ферментации нейтраза, частично действуя на молекулы ViscoStar 150L, приводит к снижению эффективности их действия. Поэтому при  использовании ViscoStar 150L вместо нейтразы образование продуктов гидролиза углеводов стало выше и составляло 4,82±0,24 мг/г в масле, а в присутствии нейтразы  составляло 4,65±0,24 мг/г.

Таким образом, обработка нерафинированного хлопкового масла с гидролитическими ферментами проводит гидролизу углеводов и белков, и глубина превращения зависит от применяемого фермента и от условий реакции.

В наших следующих экспериментах мы исследовали влияние ферментативной обработки на щелочную очистку хлопкового масла. Результаты анализа образцов рафинированного хлопкового масла приведены в табл.2.

Таблица 2

Влияние ферментативной обработки на физико-химические показатели рафинированного хлопкового масла

Из представленных данных видно, что ферментативный гидролиз белков и углеводов благоприятно влияет на процесс рафинации хлопкового масла. За счет уменьшения и уплотнения соапстока выход масла увеличивается на 3-4%, фильтруемость повышается в 1,6-1,8 раза. На эти показатели существенное влияние оказывает состав активностей используемых ферментов. При этом протеолитический фермент нейтраза играет важную роль. Использование для обработки хлопкового масла только  ViscoStar 150L также значительно влияет на процесс рафинации. При этом выход масла составляет 90,4% и количество соапстока 38,7±0,2%.

4. Выводы

Ферментные растворы, состоящие из нейтразы и целлюлазы, существенно влияют на процесс рафинации хлопкового масла. Выявлено, что по физико-химическим показателем достигается лучший результат, чем при использовании данных ферментов по отдельности. Это достигалось за счёт ферментативного расщепления углеводов и гидрофобных белков, содержащихся в маслах и препятствующих рафинацию. Использование ферментов при рафинации хлопкового масла дает возможность усовершенствовать технологию получения растительных масел.

Список литературы:

1. Арутюнян Н.С., Корнена Е.П., Нестерова Е.А. Рафинация масел и жиров / Санкт-Петербург ГИОРД, -2004 – 288с.
2. Dijkstra A. J. Enzymatic degumming// European Journal of Lipid Science and Technology. -2010. -V.112. -Issue 11. -pp.1178–1189.
3. Enzyme Preparations. 1985. Method of Determining Proteolytic Activity. Moscow, GOST 20264.2-85.
4. Купцов В.А. Эффективность производства гидратированных масел и фосфатидных концентратов на импортных и отечественных линиях. // Пищевая и перерабатывающая промышленность. -2003. -№ 2. -C.8-11.
5. Ключникова Л.В., Блинкова И.Ю. Ферментные технологии – будущее масложировой промышленности // Масложировая промышленность, 2006, №4, -С.29-31.
6. Копейковский В.М., Мосян А.К., Мхитарьянц Л.А. Лабораторный практикум по технологии производства растительных масел. М.: Агропромиздат. -1990. -191 с.
7. Sampaio K.A., Zyaykina N., Wozniak B., Tsukamoto J., De Greyt W. and Stevens Ch.S., Enzymatic degumming: Degumming efficiency versus yield increase// Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2015, 117, 81–86.
8. Sinicin, А. P., Chernoglazov, V. М., and Gusakov, А. V. 1990. “Methods of Study and Properties of Cellulolytic Enzymes.” Results of Science and Technology. Ser. “Biotechnology”. VINIITI. M. 25: 30-7.
9. Ulrich Schörken, Dr., Peter Kempers. Lipid biotechnology: Industrially relevant production processes // European Journal of Lipid Science and Technology. -2009. -Vol.111. -No7. -pp.627-645.