Форум ПротеинТек-2016
20-ого сентября 2016 года в Петровском Путевом Дворце (Москва) прошел форум и выставка «ПротеинТек» — уникальное специализированное событие, темой которой явилось производство и использование
растительных и микробных протеинов.
Фокусом форума стали тренды и технологии в производстве и использовании растительных
и микробных белков для питания людей и кормления животных.
Технолог-исследователь компании Наталья Хабибулина выступила с презентацией и докладом, текст которого мы представляем вашему вниманию:
Возрастающий интерес к производству продуктов и ингредиентов для их использования в пищевой и кормовой промышленности обусловлен, прежде всего, ростом численности конечных потребителей. Согласно прогнозам, к 2050 году население планеты достигнет более 9 млрд. человек, что на 34% больше, чем сегодня, и это потребует увеличения объема производства продовольствия до 3 млрд. тонн против 2,1 млрд. сегодня. Что касается кормовой продукции, животноводство в России поддерживается Государственной программой развития сельского хозяйства и это предполагает рост численности поголовья скота и птицы. Нельзя забывать и о принятой стратегии развития аквакультуры, также нуждающейся в полноценных кормах.
Белок — основой компонент питания, как человека, так и сельскохозяйственных животных. В настоящее время растет интерес к растительным белкам, что связано с большим выходом белка с единицы площади, экономическими преимуществами производства и применения. Среди растительных белков особо выделяются белки бобовых – как благодаря их высокому выходу, так и аминокислотному составу, приближенному к животному белку. На 2015 год в России было собрано более 5 млн. тонн бобовых, из которых большая часть приходится на сою и горох. Традиционно в качестве белкового растительного компонента питания рассматривают сою, причем в общемировой практике до 85% урожая идет на переработку на масло и соевый шрот.
Соевый шрот широко применяется в птицеводстве и свиноводстве. Усвояемость аминокислот соевого шрота находится на уровне 85-90% при содержании белка в нем около 48%, причем по содержанию таких лимитирующих аминокислот, как лизин и триптофан белок сои выгодно отличается от злаковых.
Однако норма введения соевого шрота в корма для продуктивных животных ограничена, что связано с наличием в этом компоненте антипитательных факторов (ингибиторов трипсина, лектинов, аллергенов) и олигосахаридов, не расщепляющихся микрофлорой кишечника поросят, птиц и человека. Сходные проблемы присущи также соевой муке, используемой в пищевой промышленности, кроме того, применение данного ингредиента для питания человека тормозится бобовым вкусом и запахом. Устранить эти недостатки можно получением высокобелковых продуктов – концентратов и изолятов соевого белка, для чего в настоящее время применяют обезжиренный гексаном «белый лепесток».
Несмотря на значительное повышение питательной ценности при переходе от соевого шрота или соевой муки к концентрату белка, производство последнего составляет не более 1,5% от объема урожая соевых бобов. Это связано с целым рядом причин, в том числе, использованием органических растворителей и химических агентов в процессе производства – гексана на этапе извлечения масла из бобов и этилового спирта или разбавленного раствора кислоты на этапе удаления экстрактивных веществ. Сопутствующие проблемы – высокие требования к защитным мероприятиям и заметное удорожание процесса. Не следует также забывать об изменении функциональных и органолептических свойств в процессе переработки и различных требованиях к пищевому и кормовому соевому концентрату.
Описанная выше проблема, безусловно, не является единственной и практическая реализация традиционных способов получения концентрата соевого белка с рядом трудностей как технологического, так и экономического плана. К группе технологических трудностей следует отнести заметное влияние гранулометрии исходного сырья на эффективность процесса, низкую эффективность экстракции, необходимость использования высоких гидромодулей экстрагентов, что приводит к увеличению затрат на очистные сооружения и усложнению технологических линий в целом. Вследствие использования химических агентов и органических растворителей к предприятиям предъявляются повышенные требования по обеспечению мер безопасности. Из-за причин экономического плана реализация таких производств рентабельна лишь в крупнотоннажных масштабах. Кроме того, производителей интересует увеличение содержания белка в конечном продукте и улучшение его усвояемости.
Для решения этих проблем мы предлагаем уникальный метод предобработки исходного сырья, заключающийся в воздействии на него термобаромеханическим способом с получением 3Д-структурированных продуктов, что позволяет интенсифицировать протекание экстракционных и ферментативных процессов. 3Д-структурирование – это превращение источников сырья в высокопористые продукты с развитой поверхностью, и реализация данного подхода позволяет говорить о «3Д-экстракции» – мы обеспечиваем доступ к элементам структуры продукта независимо от его реального геометрического размера. Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными. Во-первых, технологии с использованием 3Д-структурированного сырья могут быть полностью «зелеными», так как при их реализации можно избежать использования химических агентов. Это приводит к упрощению требований к оборудованию и снижению затрат на мероприятия по обеспечению безопасности. Кроме того, такая технология может быть реализована и на малых предприятиях. Во-вторых, уникальные характеристики 3Д-продуктов позволяют снизить гидромодуль экстрагента, так как модификация структуры исходного сырья обеспечивает высокие показатели эффективности экстракции. Снижение гидромодуля позволяет использовать более простое, дешевое и небольшое оборудование, сократить затраты на производство конечного продукта и на очистные мероприятия. В-третьих, при использовании 3Д-продуктов размер частиц исходного сырья не влияет на эффективность процесса, что позволяет использовать, например, прессовое оборудование вместо дорогих центрифуг.
Рассмотрим получение концентрата соевого белка из 3Д-гранул. Традиционный способ получения концентрата растительного белка предполагает обработку сырья кислотой, горячей водой или этиловым спиртом при гидромодулях не ниже 15:1, что подразумевает жесткие условия, «химические» принципы технологии и существенные затраты на сушку и очистные мероприятия. Мы предлагаем использовать для экстракции обычную воду – максимально «зеленый» растворитель. При экстракции обычной нативной муки водой при нейтральном рН ни экстракт, ни осадок не являются высокобелковыми продуктами, причем для осаждения белка из экстракта нужно дополнительно использовать химические агенты. Использование 3Д-структурированного сырья при экстракции водой при нейтральном значении рН позволяет получить концентрат растительного белка с содержанием сырого протеина до 80%, сократить время экстракции до 20-30 минут, а гидромодуль – до 5:1, как на традиционно обезжиренном исходном сырье, так и из бобов, подвергнутых прессовой обработке. Учитывая тот факт, что экстракция проводится из гранулированного сырья, нет необходимости использовать для отделения экстрактов центрифуги – их можно заменить более дешевым прессовым оборудованием. Вследствие снижения гидромодуля оборудование также имеет меньший размер, а получение конечных продуктов сопряжено с меньшими затратами.
За счет осуществления термобаромеханической обработки и последующей экстракции, концентрат белка по технологии «Партнер-М» отличается низким содержанием ингибиторов протеаз, глицинина и b-конглицинина по сравнению с спиртовым концентратом белка и концентратов, полученных путем микробной ферментации. Можно говорить о том, что содержание антипитательных компонентов удовлетворяет требованиям, предъявляемым даже к изолятам. При получении концентрата соевого белка из полубезжиренной муки продукт содержит повышенное содержание жира, что повышает его энергетическую ценность.
Аминокислотный анализ концентрата показал, что он содержит все незаменимые аминокислоты, причем по сравнению с представленными на рынке концентратами белка содержание сырого протеина в продукте «Партнер-М» выше, что позволяет включать меньшие количества этого ингредиента в рецептуру кормов. Кроме того, при проведении термобаромеханической предобработки происходит перекомбинация структуры молекул соевого белка, вследствие чего белок в составе концентратов такого типа лучше переваривается и усваивается.
В настоящее время обретает все большую популярность ферментативный гидролиз белков, в качестве сырья для которого можно использовать концентрат белка, в результате чего образуются жидкая гидролизованная часть и твердый остаток. Протеолиз можно проводить с использованием малых гидромодулей, обычно 6:1. Высокая пористость приводит к образованию большего количества гидролизованной части и меньшего количества негидролизованной и к уменьшению времени, необходимого для солюбилизации белка – скорость процесса в случае использования нашего концентрата выше на 40%. Уменьшение гидромодуля в 1,7 раза по сравнению с традиционным подходом приводит к значительным экономическим преимуществам.
Таким образом, в ходе реализации 3Д-технологии для соевого сырья, возможно получение целого спектра пищевых и кормовых продуктов. Получаемый концентрат, помимо высокого содержания сырого протеина, обладает отличным аминокислотным составом и высокой усвояемостью. Концентрат низкомолекулярных веществ – побочный продукт получения концентрата соевого белка — может использоваться в кормовой промышленности напрямую либо же как основа для производства кормовой дрожжевой или пробиотической биомассы. Белковые гидролизаты, содержащие частично расщепленный белок, усваиваются лучше в сравнении с белком до обработки протеазами.
Что касается производства изолята белка сои, традиционная схема его получения из соевой муки включает множество стадий, таких как растворение белка, сепарирование осадка, осаждение белка, его отделение от сыворотки, промывка и нейтрализация. Такой подход связан с образованием большого количества жидких отходов, высокого потребления воды и относительно низким выходом белка. Использование пористых гелевых гранул позволяет получать изолят проще и более выгодно. При проведении простой водной экстракции в жидкую фазу из пористых гелевых гранул извлекаются низкомолекулярные олигосахара, изофлавоноиды, небольшая часть альбуминовой фракции белков. Однако углеводы в составе гранул представлены не только олигосахарами, но также и фракций полисахаридов. Воздействие на нее ферментными препаратами, обладающими целлюлазной, гемицеллюлазной и пектиназной активностями позволяет расщепить полисахариды до растворимых компонентов и извлечь их в раствор, при этом в осадке останется изолят белка.
Наши исследования с применением мультиферментного препарата, обладающего требуемым видом активности, показали, что при таком способе обработки пористых гелевых гранул возможно получение изолята белка сои (содержание сырого протеина около 90%) всего в одну стадию ферментативного гидролиза. Обращает на себя внимание то, что проведение процесса эффективно при низких гидромодулях – 1:5-1:6, в то время как обычно ферментативные процессы с использованием растительного сырья ведутся при гидромодуле 1:10 для обеспечения лучшего подхода молекулы фермента к молекуле субстрата.
Помимо сои, нельзя не отметить роль желтого гороха в кормовой промышленности. Россия является второй по объему выращивания данной культуры страной в мире. При этом горох и вырабатываемая из него гороховая мука содержат не только, не белок, но и дургой ценный компонент – крахмал. Компания «Партнер-М» разработала технологию получения уникальных, абсолютно зеленых 3Д-продуктов из гороха. Технологический процесс включает получение на первой стадии нативной крахмалистой и белковой фракций из растительного сырья. Крахмальная фракция содержит 60-70% крахмала, белковая – до 55% белка. Затем фракции модифицируются термобаромеханическим способом с получением 3Д-структурированных гранул с размером 3-5 мм. Данные продукты представляют интерес как в нативной, так и в модифицированной форме.
Аминокислотный состав концентрата желтого гороха с содержанием сырого протеина 70% показывает, что он содержит все незаменимые аминокислоты и лишь слегка обеднен по серосодержащим (метионину и цистеину). Кроме высокого качества белка гороха, его преимуществами также является существенно более низкое содержание олигосахаров, клетчатки и антипитательных компонентов в сравнении с соей.
В частности, хочу обратить ваше внимание на то, что мы протестировали наш подход к получению концентрата растительного белка применительно к белковой фракции гороха. Мы проэкстрагировали нативную белковую фракцию и предобработанную по вышеописанному методу водой при рН 6,5-7,0. Результаты очень сильно отличаются. В случае использования нативной муки продуктами являлись белково-углеводный экстракт, нуждающийся в дальнейшей обработке химическими агентами для получения высокобелкового продукта, и осадок, содержащий 33% сырого протеина. При использовании пористых гелевых гранул потери белка с экстрактом не превышали 15% и основным продуктом явился концентрат горохового белка с содержанием сырого протеина около 72%. Таким образом, наш подход может быть использован для различных видов растительного материала.
Перспективным направлением использования горохового 3Д-крахмального продукта является производство ЗЦМ и престартерных кормов. Это обусловлено, во-первых, отсутствием клетчатки, наличие которой нежелательно для молодняка животных, во-вторых, возможностью регулирования содержания белка – так, при его содержании 16-18% продукт может частично заменять молочную сыворотку. Такая замена, произведенная в количестве около 10% от количества сыворотки, заметно удешевляет конечный продукт. Тонкий 3Д-помол ингредиента (размер частиц менее 50 микрон) в то же время способствует образованию стойкой взвеси, то есть придает вид классического ЗЦМ.
