Obtaining a protein module with phycocyanin concentrate and sodium caseinate

Abstract

В работе описан способ получения белкового модуля с высокой биологической ценностью на основе молочного белка и концентрата фикоцианина (ФКЦ). Объектами исследования служили сухой казеинат натрия (CasNa) с массовой долей белка не менее 88 % (Россия) и полученный из сухой спирулины концентрат фикоцианина (Россия), содержащий (42,7±0,8) % фикоцианинов. Технология получения концентрата состояла из экстракции фикоцианинов из биомассы цианобактерий Arthrospira platensis, ультрафильтрации и микрофильтрации. По расчетным данным аминокислотный скор казеината натрия не содержит лимитирующих аминокислот. Методом эксклюзионной жидкостной хроматографии высокого давления (ВЭЖХ) водных растворов CasNa и фикоцианина и их смеси на хроматограммах были идентифицированы два пика с молекулярными массами 63,4 и 26,3 кДа, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия между веществами. С помощью метода флуоресцентной спектроскопии установлено полное подавление фикоцианинами флуоресценции водного раствора CasNa. Методом спектрофотометрии выявлено уменьшение концентрации фикоцианинов в 1 %-ном водном растворе и в растворах с CasNa при пастеризации в интервале температур от 60 до 95 °С. Установлено, что увеличение содержания CasNa в водных растворах с 1 до 10 % способствовало сохранности фикоцианина при пастеризации. Возможно, это связано не с высокой вязкостью комплекса ФКЦ с CasNa, а с термозащитным действием CasNa в высоких концентрациях по отношению к ФКЦ. В условиях эксперимента максимальная сохранность фикоцианина достигнута пастеризацией при температуре (95±2) °C с выдержкой 0,5 мин, если соотношение CasNa:ФКЦ составляло 1:10 в сухом веществе белкового модуля. Полученный белковый модуль имеет высокое содержание белка (84,6±5,0) % и высокую биологическую ценность, поскольку всего лишь 1,67 г такого продукта содержит 50 мг фикоцианинов – количество, равное адекватному уровню потребления в сутки. Разработана технологическая схема получения белкового модуля высокой биологической ценности с концентратом ФКЦ и CasNa и определены его физико-химические показатели. The paper describes a method for obtaining a protein module with high biological value based on milk protein and phycocyanin concentrate (PC). The objects of the study were: dry sodium caseinate (CasNa) with a protein mass fraction of at least 88 % (Russia) and a phycocyanin concentrate obtained from dry spirulina (Russia), containing (42.7±0.8) % phycocyanins. The technology for obtaining the concentrate consisted of the extraction of phycocyanins from the biomass of cyanobacteria Arthrospira platensis, ultrafiltration and microfiltration. According to the calculated data, the amino acid score of sodium caseinate does not contain limiting amino acids. Using high pressure size exclusion liquid chromatography (HPLC) of aqueous solutions of CasNa and phycocyanin and their mixtures, two peaks with molecular masses of 63.4 and 26.3 kDa were identified on the chromatograms, which indicates the absence of interaction between the substances. Using the method of fluorescence spectroscopy, the complete suppression of the fluorescence of an aqueous solution of CasNa by phycocyanins was established. Spectrophotometry revealed a decrease in the concentration of phycocyanins in a 1 % aqueous solution and in solutions with CasNa during pasteurization in the temperature range from 60 to 95 °C. It was found that an increase in the content of CasNa in aqueous solutions from 1 to 10 % contributed to the preservation of phycocyanin during pasteurization. Perhaps this is due to the high viscosity of the complex of FCC with CasNa, as well as the thermal protective effect of CasNa at high concentrations with respect to FCC. Under the experimental conditions, the maximum preservation of phycocyanin was achieved by pasteurization at a temperature of (95±2) °C with a holding time of 0.5 minutes, if the CasNa:PC ratio was 1:10 in the dry matter of the protein module. The resulting protein module has a high protein content (84.6±5.0) %, and a high biological value, since only 1.67 g of such a product contains 50 mg of phycocyanins – an amount equal to an adequate level of consumption per day. A technological scheme for obtaining a protein module of high biological value with a concentrate of PC and CasNa has been developed and its physicochemical parameters have been determined.