ИССЛЕДОВАНИЕ КОАГУЛЯЦИИ АЛЬБУМИНА МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ БЕНЗАЛЬДЕГИДОМ

THE INVESTIGATION OF WHEY ALBUMIN COAGULATION BY BENZALDEHYDE

Yerkeblan Tazhbaev

doctor of Chemical Science, dean of Chemistry Faculty professor of Organic Chemistry and Polymers Department Academician E.A. Buketov Karaganda State University,

Kazakhstan, Karaganda

Vitaliy Fomin

candidate of Chemical Science, assistant professor of Inorganic and Technical Chemistry Department Academician E.A. Buketov Karaganda State University, Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

В работе описан способ очистки молочной сыворотки, предназначенной для извлечения лактозы, с применением бензальдегида в качестве химического коагулянта альбумина. Показано, что применение этого химического коагулянта позволяет снизить энергию активации процесса коагуляции сывороточного альбумина и температуру обработки сырья.

ABSTRACT

This article describes the method of purification of whey intended for extracting of lactose by using benzaldehyde as chemical coagulant for albumin. It is shown, that the application of this chemical coagulant reduces the activation energy of coagulation process of whey albumin and the temperature of raw materials processing.

Ключевые слова: альбумин молочной сыворотки; коагуляция; бензальдегид; получение лактозы.

Keywords: whey albumin; coagulation; benzaldehyde; obtaining of lactose.

Технологические решения, используемые в настоящее время при промышленном выделении лактозы и ее дальнейшей переработке, исчерпывающе перечислены и довольно подробно описаны в [2]. Методы очистки сыворотки, применяемые в промышленности, различаются методами отделения сывороточного альбумина.

Наиболее простые, «классические» методы отделения сывороточного альбумина, основаны на его химической коагуляции. Коагуляция достигается изменением рН среды, повышением температуры, введением электролитов, или же одновременным действием различных сочетаний этих факторов.

Авторами статьи было обращено внимание на возможность использования для коагуляции альбуминов молочной сыворотки таких промышленно доступных веществ, как низшие альдегиды. Для изучения их реакционной способности по отношению к сывороточному альбумину был выбран бензальдегид. Выбор именно этого вещества был обусловлен его низкой стоимостью и высокой реакционной способностью по отношению к аминам, а также сравнительно низкой токсичностью.

Для изучения эффективности бензальдегида был составлен план эксперимента, приведенный в таблице 1. Во всех экспериментах использовалась творожная сыворотка из одной партии, с содержанием белков 1,45 %. Ключевой зависимостью, рассматриваемой в данной статье, можно считать зависимость процесса коагуляции от температуры, позволяющую определить энергию активации процесса коагуляции и оптимизировать режим нагревания.

Таблица 1.

План и результаты эксперимента по изучению коагулянта

После обработки результатов эксперимента методами, принятыми в рамках вероятностно-детерминированного планирования эксперимента [2], были получены зависимости степени осаждения белка бензальдегидом от всех рассматриваемых факторов, в т. ч. и от температуры. В таблице 2 и на рисунке 1 представлены частные зависимости степени осаждения белков сыворотки бензальдегидом.

Расчеты по итоговому уравнению показывают, что благоприятное для реакции значение кислотности среды составляет 4,9 единицы рН и в этом случае. 95 %-ное осаждение при концентрации альдегида 0,005 М и температуре 360 К достигается уже в течении 46 минут.

Таблица 2.

Частные зависимости степени осаждения бензальдегидом от условий реакции

Итоговое уравнение отражает следующая формула:

         (1)

R=0.9809, tR=85.9855

где: Y – степень осаждения белка;

X₁ – pH среда молочной сыворотки;

X₂ – температура среды;

X₃ – время;

X₄ – концентрация коагулянта в среде;

X₅ –нумерация ваканта;

Рисунок 1. Частные зависимости степени осаждения альбумина бензальдегидом от рН среды (а), температуры процесса (б), времени (в), концентрации альдегида (г) и вакантного фактора (г)

Быстрому осаждению белка бензальдегидом способствует высокая электрофильность альдегида и гидрофобность образующегося продукта типа основания Шиффа.

С целью дополнительной оценки качества полученных зависимостей и подтверждения их альтернативным методом был проведен регрессионный анализ в программе Microsoft Excel с использованием пакета анализа данных. Вакантный фактор, как заведомо не влияющий на степень осаждения, из данных для математической обработки был исключён.

Уравнение регрессии, полученное для зависимости степени осаждения альбумина бензальдегидом от условий проведения процесса:

                       (2)

где: α – степень осаждения;

Значимость полученной регрессии F=3.385>>F_кр=0.049.

Изучение результатов регрессионного анализа показывает, что модель, полученная с использованием вероятностно-детерминированного планирования эксперимента, описывает рассматриваемую систему более точно. Следует отметить, что дисперсионный анализ регрессии подтверждает значимость рассматриваемых факторов, то есть доказывает факт их влияния на степень осаждения. Это позволяет исключить возможность того, что вместо коагуляции альдегидом протекает термическая денатурация.

Метод вероятностно-детерминированного планирования эксперимента позволяет извлечь из экспериментальных данных дополнительную информацию, к примеру, кинетического характера [1]. Воспользовавшись методикой, мы определили энергию активации процессов коагуляции сывороточного альбумина бензальдегидом. Для бензальдегида величина составила 94,49 кДж/моль. Таким образом, использование бензальдегида снижает энергопотребление на стадии коагуляции примерно на 30 % [3–5].

Исследование произведено в рамках темы ПЦФ «Разработка технологии получения лактозы и ее производных из отходов отечественных молокоперерабатывающих предприятий».

Список литературы:

1. Малышев В.П. Вероятностно-детерминированное отображение. – Караганда: «Ғылым», 1994. – 374 с.
2. Синельников Б.М. и др. Лактоза и ее производные. С-Пб.: «Профессия», 2007. – 768 с.
3. Kethireddipalli P. et al. Protein interactions in heat-treated milk and effect on rennet coagulation // International Dairy Journal. – 2010. Vol. 20. – P. 838–843.
4. Schreiber R. Heat-induced modifications in casein dispersions affecting their rennetability // International Dairy Journal. – 2001. Vol. 11. – P. 553–558.
5. Yoo, Sung-Ho et al. Effect of Heat-Treat Methods on the Soluble Calcium Levels in the Commercial Milk Products // Korean Journal for Food Science of Animal Resources. – 2013. Vol. 33. – P. 369–376.