Благодаря сбалансированному аминокислотному составу молочные белки являются основным видом сырья для получения белковых гидролизатов, широко используемых в качестве ингредиентов детского, специализированного, лечебного и спортивного питания. Около 80 % белков молока составляет казеин, обладающий высокой биологической ценностью, но также являющийся сильным аллергеном. Для устранения иммуногенных свойств и повышения питательной ценности казеин гидролизуют до низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот с использованием протеолитических ферментных препаратов (ФП). Во ВНИИПБТ был получен ФП Протооризин LAP, который за счет комплексного действия лейцинаминопептидазы с сериновой и аспартатной эндопептидазами обеспечил эффективный гидролиз казеина. Целью исследований являлось изучение влияния дозировок Протооризина LAP и продолжительности гидролиза на эффективность процесса и качество получаемых гидролизатов. Установлено, что применение Протооризина LAP в дозировках 1–4 % при 50 °С, естественном рН 6,0 и концентрации субстрата 10 % дает возможность получать глубокие гидролизаты казеина с высоким содержанием свободных аминокислот. Гидролиз в течение 6 ч обеспечивает переход в растворимое состояние от 83 до 94 % казеина, в зависимости от дозировки препарата в диапазоне 1–4 %. При этом содержание свободных аминокислот в растворимом белке составляет 40–60 %. Кратковременный гидролиз в течение 3 ч при дозировке препарата 2–4 % обеспечивал переход в водорастворимое состояние 73,2–83,7 % казеина при концентрации свободных аминокислот от 30 до 50 %. Электрофоретический анализ показал, что при 3-часовом гидролизе казеина 0,5 % Протооризина LAP в гидролизате наблюдались слабые белковые полосы, соответствующие остаточным количествам αS и β-казеина. При всех остальных вариантах обработки в гидролизатах отсутствовали белковые фракции с молекулярной массой выше 10 кДа. Полученные результаты показали, что применение нового комплексного препарата Протооризина LAP при невысоких дозировках (1–2 % к массе субстрата) обеспечивает расщепление иммуногенных белков казеина и позволяет получать гидролизаты с высоким содержанием низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот. Варьируя дозировку ФП и продолжительность обработки, можно получать гидролизаты с разным количеством свободных аминокислот, в зависимости от требований к продукту. Due to their balanced amino acid composition, milk proteins represent the main raw material for the production of protein hydrolysates, widely used as ingredients for baby food, specialized, medical and sports nutrition. Casein makes up about 80 % of milk proteins, has high biological value and possesses strong allergenicity. To eliminate immunogenic properties and increase nutritional value, casein is hydrolyzed to low molecular weight peptides and free amino acids using proteolytic enzyme preparations (EP). Earlier we obtained Protoorizin LAP proteolytic preparation, which, due to the synergistic action of leucine aminopeptidase with serine and aspartate endopeptidases, ensured effective hydrolysis of casein. The purpose of this research was to study the effect of dosages of Protoorizin LAP and the duration of hydrolysis on the efficiency of the process and the quality of the resulting hydrolysates. It was found out that Protoorizin LAP in dosages of 1–4 % at 50 °C, natural pH 6.0 and substrate concentration of 10% allows to obtain extensive casein hydrolysates with high content of free amino acids. Hydrolysis for 6 hours ensures the transition into a soluble state from 83 to 94 % of casein, depending on the dosage of the EP in the range of 1–4 %. The content of free amino acids in soluble protein accounts to 40–60 %. Short-term hydrolysis for 3 hours at Protoorizin LAP dosage of 2–4 % ensured the transition of 73.2–83.7 % of casein into a water-soluble state and a concentration of free amino acids from 30 to 50 %. Electrophoretic analysis showed that after 3-hour hydrolysis of casein with 0.5 % Protoorizin LAP, weak protein bands were observed in the hydrolyzate, corresponding to residual amounts of αS and β-casein. All other processing options provided hydrolysates without protein fractions with a molecular weight above 10 kDa. The results obtained showed that the use of the new complex EP Protoorizin LAP at low dosages (1–2 % by weight of the substrate) ensures the breakdown of immunogenic casein proteins and allows one to obtain hydrolysates with a high content of low molecular weight peptides and free amino acids. By varying the EP dosage and the duration of treatment, it is possible to obtain hydrolysates with different amounts of free amino acids, depending on the product requirements.

Белки молочной сыворотки являются перспективным сырьем для получения ферментативных гидролизатов, широко применяемых в детском, спортивном питании, при создании продуктов профилактического и терапевтического назначения. Учитывая, что основные белки молочной сыворотки – β-лактоглобулин и α-лактальбумин – обладают сильным иммуногенным потенциалом, для использования их в качестве компонентов функционального и специализированного питания требуется проведение глубокого гидролиза, обеспечивающего расщепление основных белковых фракций до низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот. Цель исследований заключалась в определении эффективности отечественных протеолитических ферментных препаратов (ФП): промышленного препарата Протосубтилина и опытных образцов ФП Протолихетерма и Протооризина LAP в процессе гидролиза сывороточных белков. В качестве основного критерия рассматривали полноту гидролиза белков молочной сыворотки, определяемую по исчезновению белковых полос на ПААГ-электрофореграммах. Также определяли содержание в гидролизатах свободных аминокислот. Установлено, что наиболее эффективным при гидролизе белков молочной сыворотки оказался комплексный препарат Протооризин LAP, который в дозировках 0,5 и 1,0 % ФП к массе субстрата обеспечил устранение α-лактоглобулина. Для полного расщепления всех основных аллергенов молочной сыворотки требовалась предварительная термообработка субстрата. Протосубтилин в дозировке 11,6 ед/г субстрата (3,2 %) полностью прогидролизовал β-лактоглобулин и α-лактальбумин в предобработанном концентрате сывороточных белков. Протолихетерм был менее эффективен при гидролизе сывороточных белков по сравнению с Протооризином LAP и Протосубтилином. Максимальный выход аминокислот обеспечило применение Протооризина LAP, ключевым компонентом которого является лейцинаминопептидаза, и составило 15,5 % от массы субстрата или 19,3 % от содержания белка в концентрате сывороточного белка. Варьируя дозировку Протооризина LAP, можно получать гидролизаты с различным содержанием свободных аминокислот, в зависимости от требований к конечному продукту. Проведенные исследования показали возможность использования отечественного промышленного ФП Протосубтилина и опытного образца ФП Протооризина LAP при получении белковых гидролизатов на основе концентрата белков молочной сыворотки. Whey proteins are promising raw materials for the production of enzymatic hydrolysates, widely used in baby food and sports nutrition, in the obtaining of products for prophylactic and therapeutic purposes. The major whey proteins – β-lactoglobulin and α-lactalbumin – have a strong immunogenic potential. So for using them as components of functional and specialized nutrition, extensive hydrolysis is required to ensure the breakdown of the main protein fractions into low molecular weight peptides and free amino acids. The purpose of the research was to determine the effectiveness of the following domestic proteolytic enzyme preparations (EP): the industrial preparation Protosubtilin; experimental samples of EP Protolichetherm and Protooryzin LAP, in the process of hydrolysis of whey proteins. The main indicator was the completeness of whey proteins hydrolysis, evaluated by the disappearance of protein bands on SDS-PAGE electropherograms. The content of free amino acids in the hydrolysates was also determined. It was found that the most effective in the whey proteins hydrolysis was the complex preparation Protooryzin LAP, which in dosages of 0.5 and 1.0 % to the weight of the substrate ensured the elimination of α-lactoglobulin. To completely break down all the main whey allergens, preliminary heat treatment of the substrate was required. Protosubtilin at a dosage of 11.6 units of proteolytic activity/g substrate (3.2 % of EP to the weight of the substrate) completely hydrolyzed β-lactoglobulin and α-lactalbumin in pretreated whey protein concentrate. Protolichetherm was less effective in hydrolyzing whey proteins compared to Protooryzin LAP and Protosubtilin. Protooryzin LAP, containing leucine aminopeptidase as the key component of proteolytic complex, ensured the maximum amino acids yield amounted to 15.5 % of the substrate weight or 19.3 % of the protein content in whey protein concentrate. By varying the dosage of Protooryzin LAP, it is possible to obtain hydrolysates with different free amino acids contents, depending on the requirements for the final product. The conducted studies showed the feasibility of using the domestic industrial EP Protosubtilin and experimental sample of EP Protooryzin LAP in the production of protein hydrolysates from whey protein concentrate.

Пшеничный глютен является источником незаменимых аминокислот и биоактивных пептидов, а его ферментативные гидролизаты широко используются в качестве пищевых добавок и усилителей вкуса. В то же время высокое содержание пролина препятствует гидролизу глютена пищеварительными протеазами, что приводит к возникновению аллергических реакций и нарушениям пищеварительной системы. Глубокий ферментативный гидролиз способствует снижению аллергенности глютена, повышает его пищевую ценность и расширяет область применения в пищевой промышленности. Некоторые комплексные ферментные препараты (ФП), содержащие эндо- и экзопептидазы, за счет их синергетического действия обеспечивают эффективный гидролиз глютена. На основе штамма Aspergillus oryzae 21-154 LAP – продуцента комплекса эндо- и экзопептидаз с увеличенной активностью лейцинаминопептидазы (LAP) – получен комплексный ФП Протооризин LAP, по активности LAP сравнимый с широко используемым в пищевой промышленности ФП Flavourzyme® 1000L, при высоком уровне общей протеолитической активности, обусловленном действием эндопептидаз. По увеличению содержания растворимого белка и свободных аминокислот при гидролизе пшеничного глютена Протооризин LAP превосходил импортные ФП Flavourzyme® 1000L и Alcalase 2.4L как при индивидуальном, так и при совместном применении. Электрофоретический анализ полученных гидролизатов показал, что Протооризин LAP интенсивно расщеплял все основные белки глютена. Через 24 ч гидролиза оставалась только слабая полоса белка с молекулярной массой ~37 кДа. ФП Alcalase 2.4L расщеплял пшеничный белок с меньшей эффективностью, чем Протооризин LAP, оставляя через 24 ч, помимо полосы на уровне ~37 кДа, некоторое количество пептидов с молекулярной массой менее 14,4 кДа. Наименьшей способностью к гидролизу белков пшеницы обладал Flavourzyme® 1000L, однако при совместном использовании с Alcalase 2.4L препарат эффективно гидролизовал низкомолекулярные белковые фракции. Протооризин LAP успешно заменял совместное действие ФП Flavourzyme 1000L и Alcalase 2.4L, что показывает перспективность его использования при получении гидролизатов пшеничного глютена. Wheat gluten is a good source of essential amino acids and bioactive peptides. Its hydrolysates are widely used as food additives and flavor enhancers. At the same time, the high proline content interferes with the gluten hydrolysis by digestive proteases, which leads to allergic reactions and digestive system disorders. Deep enzymatic hydrolysis contributes to the reduction of gluten allergenicity, increases its nutritional value and expands its scope in the food industry. Some complex enzyme preparations (EP) containing endo- and exopeptidases, due to their synergistic action, provide effective hydrolysis of gluten. Using Aspergillus oryzae 21-154 LAP strain, a producer of endo- and exopeptidases complex with increased leucine aminopeptidase (LAP) activity, the EP Protoorizin LAP was obtained, in terms of LAP activity comparable to Flavourzyme® 1000L widely used in the food industry, and possessing a high level of total proteolytic activity due to endopeptidases presence. During wheat gluten hydrolysis Protoorizin LAP was superior to Flavourzyme® 1000L and Alcalase 2.4L, both when used individually and when combined, by the increase in the soluble protein and free amino acids content. Electrophoretic analysis of the obtained hydrolysates showed that Protoorizin LAP intensively cleaves all major gluten proteins. After 24 h of hydrolysis, the ~14 kDa faint band remained at the level of ~37 kDa. Alcalase 2.4L cleaved wheat protein with less efficiency than Protoorizin LAP, leaving after 24 h, in addition to the ~37 kDa band, some peptides with a molecular weight of less than 14.4 kDa. Flavourzyme® 1000L had the least ability to hydrolyze gluten, however, when used together with Alcalase 2.4L, the EP contributed to a more complete hydrolysis of low molecular weight protein fractions. Protoorizin LAP successfully replaced the combined action of Flavourzyme 1000L and Alcalase 2.4L, which shows the promise of its use in the wheat gluten hydrolysates production.

Разработана технология экструдированных безглютеновых снеков с использованием в качестве частичной замены безглютенового сырья - рисовой муки ферментализатом пшеницы, глютен которой предварительно прогидролизован комплексом протеолитических и амилолитических ферментных препаратов. Иммуноферментным методом анализа подтверждено соответствие содержания глютена в сырье и гидролизате требованиям Технического регламента Таможенного союза 027/12, предъявляемым к безглютеновой продукции. Полученный гидролизат насосом-дозатором подавался в камеру экструдера в количестве до 35 % к массе перерабатываемой сухой смеси на основе рисовой муки. Было изучено влияние дозировки ферментолизата пшеницы на режимные параметры экструзии, изменение структурно-механических, цветовых и органолептических характеристик полученных образцов снеков. Установлено, что с увеличением содержания гидролизата в перерабатываемой смеси возрастает влажность экструдата, отобранного после режущего устройства, в процессе экструдирования снижаются значения момента сдвига, давления, температуры экструзии, а также удельного расхода. Изменение количества вносимого ферментолизата пшеницы значимо изменяло структурно-механические показатели экструдатов. В снеках без гидролизата значение твердости составляло 6,7 Н, а с добавлением ферментолизата отмечалось увеличение до 14,6 Н. Обратная тенденция установлена для показателей коэффициента взрыва и количества микроразломов, значения которых с ростом дозировки гидролизата снижались с 8,6 до 4,1 и с 14,3 до 6,0 соответственно. Отмечено увеличение значений хроматических составляющих цвета снеков при добавлении ферментолизата в экструдируемую смесь, при этом варьирование его дозировкой не оказывало значимого влияния на изменение цветовых характеристик. По результатам дегустации более высокие оценки получили образцы снеков с добавлением 15-20 % гидролизата пшеницы. Whole wheat flour has been hydrolyzed by a complex of proteolytic and amylolytic enzymes in order to eliminate gluten and allergenic peptides. The resulting hydrolysate was tested in gluten-free snack extrusion technology as a substitute for rice flour. The enzyme-linked immunosorbent assay confirmed the compliance of the gluten content in raw materials and hydrolysate with the requirements of the Technical Regulations of the Customs Union 027/12 for gluten-free products. The resulting hydrolysate was fed by a metering pump into the extruder chamber in an amount up to 35 % by weight of the processed dry mixture based on rice flour. The effect of the dosage of wheat hydrolysate on the operating parameters of extrusion, the changes in the structural, color and organoleptic characteristics of the snacks was studied. It has been established that the moisture content of the extrudate taken out after the cutting device increases with an increase in the content of hydrolysate in the processed mixture. At the same time, the values of torque, pressure, extrusion temperature, as well as specific mechanical energy decreased. The content of hydrolysate in the mixture significantly influenced the structural properties of snacks. The hardness value of the snacks without hydrolysate was 6.7 N. It increased to 14.6 N with the addition of hydrolysate up to 35 %. The opposite trend was established for sectional expansion index and the number of fractures, the values of which decreased from 8.6 to 4.1 and from 14.3 to 6.0, respectively. Adding wheat hydrolysate was significant in changing the color characteristics of the extrudates, while the dosage value did not have a significant effect on the color of snacks. According to the results of sensory analysis, samples of the extruded snacks with the addition of 15-20 % wheat hydrolysate received higher scores.

Рассмотрены основные аспекты использования экструзии крахмалсодержащего сырья как стадии его подготовки к биоконверсии. Показана возможность получения гидролизатов с концентрацией сухих веществ до 50-60 %, декстрозным эквивалентом мальтодекстринов 20-40, глюкозных сиропов - до 95 ДЭ. The main aspects of using starch extrusion as a pretreatment stage for subsequent bioconversion are discussed. The possibility of obtaining hydrolysates with solids up to 50-60% is shown. The dextrose equivalent of maltodextrins obtained after the extrusion pretreatment step was 20-40. DE of glucose syrups reached 95.

Традиционные технические решения в области ферментативного гидролиза крахмала и крахмалсодержащего сырья предполагают многостадийную водно-ферментативную обработку субстрата, включая стадии разваривания, разжижения, декстринизации, упаривания и сушки, в случае производства готовой продукции в порошкообразном виде. В качестве альтернативы такого многоэтапного процесса предлагается использование экструзионной техники, которая помимо использования в производстве продуктов питания, ингредиентов и кормов находит применение в качестве химических реакторов, заменяя традиционные емкостные реакторы периодического действия. Проведено исследование влияния гидротермомеханических режимных параметров, влагосодержания и дозировки термостабильного амилолитического фермента на процесс экструзии крахмала и степень его гидролиза в камере двухшнекового экструдера. Установлено, что температурный диапазон 112-122 °С является оптимальным для осуществления процесса биокатализа. Максимальное значение декстрозного эквивалента 13,6 достигнуто при влагосодержании 36% и дозировке α-амилазы 6 ед.АС/ г крахмала. Показано, что декстрозный эквивалент при экструзии крахмала с данным количеством фермента даже при влажности 20% составляет 12,6. Остаточная амилолитическая активность экструдатов варьируется в диапазоне от 0,2 до 0,55 ед. АС в зависимости от начальной подачи фермента в камеру экструдера, что свидетельствует о неполной инактивации α-амилазы в процессе экструзии даже при температурных режимах, превышающих оптимум действия α-амилазы. Установлено, что в отличие от экструдирования крахмала без фермента увеличение влагосодержания при внесении α-амилазы способствует росту растворимости и снижению влагоудерживающей способности экструдатов. Результаты исследования показали возможность проведения непрерывной биокаталитической реакции гидролиза крахмала непосредственно в камере экструдера, что позволяет получать гидролизаты с низкой влажностью в одну стадию, исключая этапы водно-тепловой обработки низкоконцентрированных крахмальных сред, их упаривание и последующую распылительную сушку.