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.

The article considers the tendencies of production of natural flavoring additives of gastronomic direction. The expediency of using whey proteins in flavoring additives is substantiated. The purpose of the article is mathematical modeling of the process of hydrolysis of whey proteins by the criterion of maximum yield of free amino acids using an enzyme catalyst. In experimental studies using a commercial whey protein concentrate (WPC-80 UV) and alkaline bacterial protease “Protolad”. Optimization of enzymatic hydrolysis parameters was performed by the method of response surfaces, using a central composite rotatable plan. The process of enzymatic hydrolysis of whey proteins and obtaining low molecular weight peptides and amino acids is presented in the form of a parametric scheme. Determined significant technological parameters of enzymatic hydrolysis of whey protein: concentration of enzyme preparation (F, %) and substrate (S, %), pH of the medium (pH), temperature (t, °C) and duration of the hydrolysis process (τ, min). The process is optimized for the initial parameters of the models – the nitrogen content of amine groups (NAG, mg /100 g). The results of the experiments and mathematical processing of the data in the form of regression equations were derived model of hydrolyzed whey protein under the action of enzymes. Regression analysis of the data showed all theselected factors and their interactions are significant, the level of reliability exceeds 95%. As a result of stepby-step analysis of the developed mathematical model, the process of hydrolysis of whey proteins by the enzyme preparation “Protolad” is optimized. It was established that the most profound degree of hydrolysis occurs following technological parameters: concentration of enzyme 4±0,01% and substrate 18±0,5%, pH 7,7±0,1 and ambient temperature 57±2 °C, process duration 75 min.