ЭЛЕКТРОФЛОТОКОАГУЛЯЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЕЛКОВ ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Создание технологий и производств по переработке белоксодержащего молочного и растительного сырья и получения пищевых и кормовых концентратов с регулируемыми функциональными свойствами является в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений в перерабатывающих отраслях АПК. Известно, что комбинированный молочно-растительный концентрат на основе экстракта водорастворимого соевого белка и обезжиренного молока содержит не менее 87% белка, в том числе не менее 47,5% растительного [a].

На российском рынке белковых препаратов из бобов сои и молочной сыворотки преобладают преимущественно изоляты и концентраты, импортируемые из Китая. Решение проблемы импортозамещения отечественным сырьём, пригодным для получения высококачественных концентратов и изолятов пищевых белков, невозможно без создания универсальных технологий получения белковых концентратов из компонентов растительного и животного происхождения [b, c].

Существующие в настоящее  время технологии  [d]  характеризуются достаточно высокой стоимостью, являются многостадийными, и имеют узкий диапазон применения (отсутствие универсальности технологии). В связи с этим актуальным является поиск более экономичных, экологически чистых и эффективных нетрадиционных методов обработки сырья, позволяющих внедрять в отечественное производство ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии нового поколения.

Целью настоящей работы было исследование возможности совместного извлечении белков животного и растительного происхождения путем сочетания методов электрофлотации и электрокоагуляции, и повышения его эффективности. Большим преимуществом методов электрофлото- и электрокоагуляции является низкая концентрация электролита фона, вводимого в раствор для обеспечения необходимой электропроводности [d]. Более того, подбор определенной конструкции ячейки (электролизера) и определенного расположения электродов [d] позволяет осуществлять совместное протекание процессов электрофлотации и электрокоагуляции и обеспечить более высокий процент извлечения белка. При электрокоагуляции образование белковых коллоидных систем происходит в результате адсорбции на частицах белка ионов, присутствующих в растворе (следствие электролитической диссоциации), которые придают частицам белка заряд и обеспечивают их перемещение в электрическом поле и их коагуляцию [e]. При электрофлотации изоэлектрическое состояние белка (pH 4,1–4,4) достигается без использования дополнительных химических реагентов. Перенос частиц белка из объема раствора на его поверхность осуществляется газовыми пузырьками водорода (у катода) или кислорода (у анода), образующимися в результате электролитического разложения воды. Таким образом, создавая условия, обеспечивающие одновременное протекание электрокоагуляции и электрофлотации можно значительно повысить выход продукта. [f,g].

Объектами исследования были нутовый экстракт и творожная сыворотка. Для контроля содержания белка в рабочем растворе (до и после электрофлотации) использовали биуретовый метод [h], основанный на образовании в щелочной среде окрашенных в фиолетовый цвет комплексов белковых молекул по месту пептидных связей с ионами меди (II). Оптическую плотность измеряли на спектрофотометре СФ-46 по стандартной методике. Выход белка (или степень извлечения) (a), %, рассчитывали по формуле:

где с1 – концентрация белка в исходном растворе до электрофлотации, мг/мл; с2 – концентрация белка в растворе после электрофлотации, мг/мл.

Анализ представленных на Рисунке 1 и Рисунке 2 результатов исследования зависимости выхода белка из растворов творожной сыворотки и нутового экстракта от плотности тока при равном времени электролиза (30 мин) в трехэлектродной ячейке показывают, что с увеличением концентрации  белка в растворе творожной сыворотки, выход его по току достигает 90% при плотностях тока 170 – 250 А/м2. В случае нутового экстракта, максимальный выход белка достигает 80% при более низкой плотности тока ≈ 105 А/м2. В обоих случаях при более низких плотностях тока, можно наблюдать индукционный период для нутового экстракта – ниже 70 А/м2, для творожной сыворотки ниже 100 А/м2 когда выход белка не превышает 20 – 30%. Это можно объяснить замедленностью процессов адсорбции белка на электроде и его протонирования. [h] При высоких плотностях тока процесс разряда молекул воды и накопление адсорбированного водорода на поверхности ускоряются. В результате доля свободной поверхности, доступной для адсорбции белка, уменьшается и выход белка снижается. Последующее увеличение выхода белка с ростом плотности тока можно объяснить определяющим влиянием роста концентрации протонированной формы белков, обусловленного увеличением скорости разложения воды.

Список литературы

1.     Харитонов В.А., Асафов  В.А., Гроностайская Н.А., Фоломеева О.Г. Разработка  технологии белковых концентратов на основе молочного и растительного сырья // Молочная промышленность, 1998. - №5. – с. 7- 9

2.     Н Аникеева Н.В. Перспективы применения белковых продуктов из семян нута. / Н.В. Аникеева // Известия вузов. Пищевая технология. 2007, № 5-6, с.33-35. Рус.

3.     Щетилина И.П. Совершенствование процесса выделения белков молока и молочной сыворотки методом электрофлотации / И.П. Щетилина // Автореф. дисс. к.т.н. по спец. ПАПП. Воронеж 2004.

4.     Пат. 2246226 Российская Федерация МПК A23L1/20, A23J3/16, Способ получения пищевого белка из нута/ Горлов И.Ф, Митрофанов А.З, Сапожникова Л.Г; заявитель и патентообладатель: ГУ Волгоградский научно-исследовательский технологический институт мясомолочного скотоводства и переработки продукции животноводства РАСХН; заявл. 10.12.2003; опубл. 20.02.2005. Рус

5.     Janson Henno V. Electrochemical coagulation of whey protein / Janson Henno V., Lewis Mike J. // J. Soc. Dairy Technol. – 1994. V.47, №3. Р. 87-90.

6.     Кисиленко П.Н. Извлечение белка из технологических растворов методом электрофлотации / П.Н. Кисиленко, В.А. Колесников, Ю.И. Капустин // Химическая промышленность. – 2002.– №10. – С. 19–22.

7.     Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб. Для вузов.2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1984. – 368., ил.

8.     Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений / А.И. Ермаков, В.И. Араимович, М.И. Смирнова-Иконников и др. . – Л: Колос, 1972 г. - 456 с.