Моделювання та оптимізація процесу ферментативного гідролізу сироваткових білків

Abstract

У статті розглянуто тенденції виробництва натуральних смакоароматичних добавок гастрономічного напряму. Обґрунтовано доцільність використання сироваткових білків у смакоароматичних добавках. Метою статті є математичне моделювання процесу гідролізу сироваткових білків за критерієм максимального виходу вільних амінокислот у разі використання ферментного каталізатора. В експериментальних дослідженнях використовували комерційний концентрат сироваткових білків (КСБ-УФ-80) і лужну бактеріальну протеазу «Протолад». Оптимізацію параметрів ферментативного гідролізу проводили методом поверхонь відгуку, із застосуванням центрального композиційного рототабельного плану. Процес гідролізу сироваткових білків та отримання низькомолекулярних пептидів і амінокислот представлений у вигляді параметричної схеми. Визначено значущі технологічні параметри процесу ферментативного гідролізу сироваткових білків: концентрація ферментного препарату (F, %) та субстрату (S, %), рН середовища (pH), температура (t, °С) і тривалість процесу (τ, хв) гідролізу. Оптимізацію процесу проводили за вихідним параметром моделі – вміст азоту амінних груп (NAG, мг / 100 г). По результатам проведених експериментів і математичної обробки отриманих даних у вигляді рівнянь регресії було одержано модель процесу гідролізу сироваткових білків під дією ферментних препаратів. Регресійний аналіз даних показав всі вибрані фактори та їх взаємодії є значущими, рівень достовірності перевищує 95%. В результаті поетапного аналізу розробленої математичної моделі оптимізовано процес гідролізу сироваткових білків ферментним препаратом «Протолад». Встановлено, що найглибший ступень гідролізу відбувається за таких технологічних параметрів: концентрація ферменту 4±0,01% і субстрату 18±0,5%, рН 7,7±0,1 і температура середовища 57±2°С, тривалість процесу 75 хв. В статье рассмотрены тенденции производства натуральных вкусоароматических добавок гастрономического направления. Обоснована целесообразность использования сывороточных белков в вкусоароматических добавках. Целью статьи является математическое моделирование процесса гидролиза сывороточных белков по критерию максимального выхода свободных аминокислот в случае использования ферментного катализатора. В экспериментальных исследованиях использовали коммерческий концентрат сывороточных белков (КСБ-УФ-80) и щелочную бактериальную протеазу «Протолад». Оптимизацию параметров ферментативного гидролиза проводили методом поверхностей отклика, с применением центрального композиционного рототабельного плана. Процесс гидролиза сывороточных белков и получения низкомолекулярных пептидов и аминокислот представлен в виде параметрической схемы. Определены значимые технологические параметры процесса ферментативного гидролиза сывороточных белков: концентрация ферментного препарата (F,%) и субстрата (S,%), рН среды (pH), температура (t, ° С) и продолжительность процесса (τ, мин) гидролиза. Оптимизацию процесса проводили по выходным параметром модели - содержание азота аминных групп (NAG, мг / 100 г). По результатам проведенных экспериментов и математической обработки полученных данных в виде уравнений регрессии были получены модель процесса гидролиза сывороточных белков под действием ферментных препаратов. Регрессионный анализ данных показал все выбранные факторы и их взаимодействия значимых, уровень достоверности превышает 95%. В результате поэтапного анализа разработанной математической модели оптимизирован процесс гидролиза сывороточных белков ферментным препаратом «Протолад». Установлено, что глубокий степень гидролиза происходит при таких технологических параметров: концентрация фермента 4 ± 0,01% и субстрата 18 ± 0,5%, рН 7,7 ± 0,1 и температура среды 57 ± 2 ° С, продолжительность процесса 75 мин.