4.2 Закономерности концентрирования сывороточных белков  

Проведенные исследования по оптимизации сочетаний мембранных технологических процессов с целью получения сывороточных концентратов с регулируемым белково-углеводным и минеральным составом выявили следующие возможные рациональные схемы технологических процессов:

• обратный осмос - ультрафильтрация;
• обратный осмос - электродиализ - ультрафильтрация;
• ультрафильтрация - электродиализ.

Концентрирование подсырной сыворотки обратным осмосом при температуре 28-30°С и давлении 2,6-3,2 МПа позволяет получить продукт следующего состава (таблица 4.2.1).

116

Таблица 4.2.1 - Состав сыворотки и ее фильтрата, полученных при концентрировании обратным осмосом (X±т; тlt;0,05)

Дальнейшее проведение процесса приводит к высокой концентрационной поляризации на поверхности мембран вследствие вязкостных и гидродинамических условий истечения продукта.

Таблица 4.2.2 - Вязкостные характеристики сыворотки (туї О"3, Па-с), концентрированной обратным осмосом (X±т; тlt;0,05)

Решение задачи сочетания технологических схем определяется выявлением эффективного уровня концентрирования в процессе обратного осмоса и ультрафильтрации, а также оценкой параметров циркуляции растворов в электродиализной установке.

117

10 9 8

24

О

h О

О

о К

05

Ж Я

н

•9-

6     8    10    12   14    16   18   20   22   24 Массовая доля сухих веществ, %

Рисунок 4.2.1 - Зависимость эффективной вязкости УФ-концентратов с различной массовой долей сухих веществ при скорости сдвига 1312 с'1 и температуре: 1 - 20°С; 2 - 50°С

Следует отметить, что увеличение вязкости происходит во всем исследуемом интервале, однако в концентратах с массовой долей сухих веществ 18,0-20,0% значения ее резко возрастают.

Сравнение характеристических данных вязкости концентратов, полученных при обратном осмосе и ультрафильтрации с массовой долей сухих веществ 20,0% позволяет сделать вывод о критичности дальнейшего фракционирования их ультрафильтрацией с целью получения высокобелковых продуктов. Предложенная нами схема обратный осмос - ультрафильтрация использована при получении азотистых веществ до 35,0% в сухом продукте.

В дальнейшем исследовали особенности мембранного фракционирования белков молочной сыворотки в процессе ультрафильтрации без предкон-центрирования. В результате проведенных экспериментов выявлены зависимости изменения массовых долей сухих и азотистых веществ (рисунок 4.2.2). Установлена эффективность концентрирования сывороточных белков методом ультрафильтрации до 55,0% в сухом веществе (18,0%) сухих веществ).

118

О        4        8        12       16       20      24 Фактор концентрирования

Рисунок 4.2.2 - Содержание сухих веществ (1), общего (2), белкового (3) азота и лактозы (4) в концентратах сывороточных белков

По мере повышения фактора концентрирования происходит увеличение содержания всех основных компонентов молочной сыворотки, особенно в значительной степени азотистых веществ.

Увеличение абсолютного содержания лактозы в концентрате, по сравнению с исходной сывороткой, указывает на селективность мембран по отношению к этому компоненту. Несмотря на увеличение абсолютной массовой доли лактозы и золы в белковом концентрате, относительное содержание их (в пересчете на сухое вещество) уменьшается. Так, при массовой доле сухих веществ 10 и 20% массовая доля лактозы снижается на 30 и 65%, а золы на 20 и 40%, соответственно. Отметим, что такое содержание золы в сухом остатке белковых концентратов превышает в 2-3 раза аналогичный показатель, характерный для большинства пищевых продуктов.

Учитывая результаты, приведенные на рисунке 4.2.2, можно отметить, что для получения концентрата сывороточных белков с массовой долей азо-

119

тистых веществ 35% и 55% в сухом остатке необходимо, чтобы содержание сухих веществ в концентрате после ультрафильтрации находилось в пределах 9,7-10,3 и 17,8-18,2%, соответственно.

Выявлено, что увеличение массовой доли сухих веществ с 18-20 до 24% ведет к снижению скорости ультрафильтрации, несмотря на относительно высокую скорость циркуляции раствора в аппарате, что является следствием высокой концентрационной поляризации на поверхности мембран. При известной селективности мембран количественный состав УФ-концентратов будет зависеть в основном, от состава исходного сырья - белка, лактозы, жира и золы.

Нами показано, что при концентрировании сывороточных белков методом ультрафильтрации часть из них непременно переходит в фильтрат в зависимости от размеров молекул и селективности мембран.

Таблица 4.2.3 - Фракционный состав сывороточных белков ультрафильтратов

Компонентный состав сывороточных белков определен с применением диск-электрофореза.

120

ле. В таблице приведен компонентный состав сывороточных белков при различной концентрации сухих веществ ультрафильтратов. Компоненты, обозначенные индексами 3 и 4, являются минорными и располагались после (3-лактоглобулина.

В результате проведенных исследований установлено, что по мере концентрирования сухих веществ происходит увеличение всех белковых фракций в концентрате. По мере концентрирования белковых азотистых веществ происходит изменение соотношения в компонентном составе сывороточных белков. Удаление части а-лактальбулина подтверждают электрофо-реграммы фильтрата молочной сыворотки. Это можно объяснить меньшим молекулярным весом а-лактальбулина (в сравнении с (3-глобулином (1) и, тем более, иммунными глобулинами) и вероятно более компактным его строением, что приведет к частичному переносу его в фильтрат.

Параллельно с исследованиями по фракционному составу, проводили определение аминокислотного состава сывороточных белковых концентратов с целью оценки их биологической ценности, а также изменений в содержании и соотношении аминокислот. Параметры аминокислотного состава сывороточных белковых концентратов представлены в таблице 4.2.4.

Таблица 4.2.4 - Аминокислотный состав сывороточных концентратов

121

Продолжение таблицы 4.2.4

Анализ полученных результатов, приведенных в таблице 4.2.4, показал, что в процессе ультрафильтрации происходит увеличение всех представленных аминокислот и, что особенно ценно, таких незаменимых аминокислот, как лизин, изолейцин, треонин и других. При этом соотношение суммы заменимых аминокислот к сумме незаменимых остается практически постоянным. Из представленного общего количества аминокислот незаменимые аминокислоты (без учета триптофана) составляют до 42%. Таким образом, сывороточные белковые концентраты являются богатым источником серосодержащих аминокислот, что особенно важно при использовании в детских, диетических и других продуктах питания.

Анализ химических показателей фильтрата выявил, что массовая доля его сухих веществ составляет 5,4+0,2%, при этом массовая доля лактозы колеблется от 4,0 до 4,4%, а азотистых веществ до 0,32%. Очевидно, что наиболее перспективным направлением использования фильтра является перера-

122

ботка его на углеводосодержащие концентраты. До 90-х годов XX в направление создания концентратов из молочной сыворотки было связано с получением сгущенных концентратов и сухих препаратов молочного сахара. В дальнейшем фильтрат молочной сыворотки нашел применение в технологии глюкозо-галактозных сиропов, а также препаратов лактулозы.

Обобщая результаты экспериментов по концентрированию белков из молочной сыворотки, следует заметить, что в процессе ультрафильтрации можно получить продукт с широким интервалом азотистых веществ (до экономически оправданных пределов) и с необходимым соотношением «сывороточные белки - лактоза».