Введение. Развитие животноводства в России, как одной из приоритетных отраслей агропромышленного комплекса, ввиду реализации программ импортозамещения и постоянного роста цен на белковые компоненты кормов на ближайшую перспективу потребует существенного увеличения производства кормов, повышения их качества и совершенствования технологий кормопроизводства, применяя комплексные подходы к переработке альтернативного растительного сырья. Кроме общего дефицита кормов необходимо исключить и ставший хроническим дефицит в таких важнейших для питания сельскохозяйственных животных веществах, как протеин и белковые концентраты. Ежегодный общемировой дефицит кормового белка превышает 30 млн т, а в России он составляет около 2-2,5 млн т.

Тенденция в современном животноводстве заключается в увеличении потребления растительного и одноклеточного микробного белка вместо животного. Поэтому существует озабоченность по поиску новых источников альтернативного белка. В этом смысле бобовые являются основным источником белка растительного происхождения. Соя представляет безусловный практический интерес для компаний, занимающихся глубокой переработкой растительного сельскохозяйственного сырья. В результате ограничения диверсификации белковых кормовых продуктов зоотехники восполняют дефицит кормового белка именно за счёт сои, в большинстве случаев генномодифицированной. При этом цена на такие продукты (соевый шрот, соя полножирная экструдированная) крайне высоки и составляют большую долю в стоимости готовых кормов.

Альтернативой сое успешно рассматривается люпин белый (Lupinus albus) [1]. Из всех бобовых люпин имеет более высокое содержание белка, хотя в настоящее время он недооценен как альтернатива для потребления в кормах в силу наличия антипитательных веществ, которые легко могут быть извлечены с помощью биотехнологии. Богатый аминокислотный состав позволяет рассматривать эту культуру в качестве альтернативе сои. При этом культура неприхотлива к выращиванию в средних широтах страны. Несмотря на перспективы использования люпина в вопросе дефицита кормового белка, комплексных решений по глубокой переработке люпина в целях повышения питательности данной культуры в кормах все еще нет.

Люпин — очень питательная бобовая культура с высоким содержанием белка и клетчатки, но он также содержит хинолизидиновые алкалоиды, которые в зависимости от вида могут накапливаться до токсичных уровней. Удаление таких антипитательных веществ достигается обработкой водой, экструдированием [2, 3]. Кроме того, экструзия способствует повышению усвояемости белка и защищает протеин от разложения в рубце [4].

Применение методов предварительной термообработки люпина сегодня может использоваться не только с целью удаления антипитательных веществ, поскольку современные программы селекции уже обеспечили отбор сладких видов люпина с пониженным содержанием алкалоидов (≤ 0,2 г/кг СВ) [5]. Такие обработки необходимы для биотехнологических процессов, так как позволяют существенно раскрыть удельную поверхность семян, что во много раз ускоряет гидролитические реакции, обработку ферментами.

Для производства изолятов, концентратов и гидролизатов белка люпина используются многочисленные методы [6]. И практически во всех этих методах наибольшую эффективность показывают именно культуры, прошедшие какую-либо предварительную обработку. Как правило, это термоэкструзия и водная варка. Ферментативный гидролиз не является исключением. Здесь экструдирование способствует увеличению растворимых углеводов в семенной оболочке люпина [7], обеспечивая ферментам более полный доступ к трудногидролизуемым фракциям углеводов [8].

Подбор ферментных композиций [9], учитывая углеводный состав люпина, с целью получения белковых концентратов путем избирательного ферментативного гидролиза, является наименее изученным. В литературе большая часть работ посвящена гидролизу белковой фракции семян люпина [10], в частности протеолитическими ферментами [11]. Целью таких обработок является получение белковых гидролизатов для пищевой промышленности [12]. Обеспеченность белком в пищевой промышленности напрямую связана общемировым дефицитом кормового белка, что является актуальной проблемой в животноводстве. Поэтому представляет большой интерес получения более дешевых белковых концентратов из люпина именно для кормопроизводства. Учитывая тот факт, что практически все животноводство перешло на рационы с растительным белком, а также микробным – комплексная биотехнологическая переработка бобовых культур, в частности люпина, является крайне актуальной и первостепенной практической задачей производства кормового белка.

В связи с этим, цель данной работы заключается в получении растительного белкового концентрата для животноводства путем ферментативной обработки люпина и оценке его характеристик питательности в целях применения в животноводстве.

Материалы и методы.

В работе был использован люпин белый Дега, созданный в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева и предоставленный ТатНИИСХ, ФИЦ Казанский научный центр РАН. Семена получены с урожая 2019 года. Содержание жира (по данным ТатНИИСХ) 8-10%, белка 37-38%, алкалоидность семян 0,05%. Семена люпина были измельчены на лабораторной мельнице «ВЬЮГА 3МТ» (Россия) до мелкой (0,5-1 мм) фракции. Также была проведена дополнительная обработка: семена люпина были подвержены в неизмельчённом виде экструдированию в одношнековом экструдере для кормов ЭМ-150 (Россия) на производственной площадке предприятия ООО «НТЦ ГринТекс» (г. Казань). Температура экструзии – 150 °С, продолжительность обработки – 8-10 с. На рис.1 представлены образцы до и после экструзии и измельчения. Экструдированный люпин также измельчался в мельнице «ВЬЮГА 3МТ» (Россия) на 3 фракции: мелкая (0,5-1 мм), средняя (1-2 мм) и крупная (2-5 мм).

Влажность образцов измерялась на автоматическом анализаторе влажности AND MX-50 (Япония). Концентрацию белка (общего азота) в люпине определяли по методу Къельдаля (в установке для мокрого озоления от компании SELECTA, Испания, с выносным температурным блоком в вытяжном шкафу, с последующей отгонкой аммиака), истинного белка – по методу Барнштейна, клетчатки – по Геннебергу и Штоману, жира – по ГОСТ 13496.15-2016 в аппарате Сокслета, золы - по ГОСТ 26226-95, пектина – по ГОСТ 54066-2010, крахмала – по ГОСТ ISO 6493-2015.

Для проведения ферментативного гидролиза были использованы зарубежные ферментные препараты Novozymes (Дания) (рис. 2,а), а их характеристика прописана в табл. 1. В работе использовали препараты, предназначенные только для гидролиза полисахаридов.

Таблица 1. Характеристика препаратов Novozymes

Исходя из данных по количественному содержанию в сырье крахмала, клетчатки, свободных сахаров определяли дозировки ферментных препаратов и составляли ферментную композицию по схеме (табл. 2).

Таблица 2. Схема расчета ферментной композиции Novozymes (для исходного люпина без обработки)

Также сравнительный ферментативный гидролиз проводили с отечественными препаратами компании ООО ПО «Сиббиофарм» (табл. 3). В работе использовали препараты, предназначенные только для гидролиза полисахаридов.

Таблица 3. Характеристики препаратов ООО ПО «Сиббиофарм»

Исходя из данных по количественному содержанию в сырье крахмала, клетчатки, свободных сахаров определяли расход ферментных препаратов и составляли ферментную композицию (табл. 4). Расход препарата (г/кг) определяли по формуле:

        (1)

Таблица 4. Схема расчета ферментной композиции «Сиббиофарм» (для исходного люпина без обработки)

Ферментативный гидролиз препаратами Novozymes проводили следующим образом. В стерилизованные колбы 1000 мл помещали подготовленное сырье (исходный люпин мелкой фракции, экструдированный люпин мелкой фракции, экструдированный люпин средней фракции, экструдированный люпин крупной фракции), ферментную композицию и дистиллированную воду в расчетном количестве, колбы закрывали ватно-марлевым тампоном. Ферментативный гидролиз прово дили в лабораторном шейкере-инкубаторе Kuhner ISF1-X (Швейцария) при t=50-60°С, 100 мин^-1, pH=5.5, в течение 24 часов (рис. 2).

Каждые 2 часа из колб отбирали пробы гидролизата, центрифугировали на центрифуге Biobase (Китай) при 10000 мин^-1 в течение 5 минут, и в надосадочной жидкости определяли pH (на анализаторе Мультитест ИПЛ – 311, Россия), концентрацию редуцирующих веществ (далее - РВ) в пересчете на глюкозу (метод Бенедикта Бертрана), сухой вес редуцирующих веществ (сушка проб в лабораторном шкафу ESCO Isotherm, Китай с последующим взвешиванием). Все измерения проводили в двух повторностях.

По окончании ферментативного гидролиза содержимое колб центрифугировали и отделяли надосадочную жидкость (4 образца) от твердого остатка, стерилизовали кипячением и готовили к дальнейшему культивированию. Твердый осадок (4 образца) сушили в шкафу при 103-105 ⁰С в течение 12 часов, после чего измельчали. В полученных твердых образцах (рис. 3) было определено количественное содержание общего и истинного азота. По результатам ферментативного гидролиза была определена оптимальная фракция измельченного сырья.

Ферментативный гидролиз препаратами ООО ПО «Сиббиофарм» проводили следующим образом. В колбы 1000 мл добавляли 250 мл дистилированной воды и 50 г сырья (исходный люпин мелкой фракции, экструдированный люпин мелкой фракции) и нагревали на электроплитке до кипения. Температуру держали на уровне 95-98 °С, контролируя термометром, в течение 1,5 ч.  Через 30 мин после кипения, брали первую пробу РВ с центрифугированием. Далее колбы охлаждали до 70-80 °С и извлечением второй пробы РВ, после чего добавляли А 0,01 г, перемешивали и контролировали pH, чтобы уровень находился в диапазоне 5-8. Выдерживали при заданных условиях 30 минут, брали третью пробу РВ. После выдержки вводили ферментную композицию, состоящую из А 0,01 г, Г 0,03 г, Ц 0,2 г. Контроль pH выдерживали на уровне выше 5,5. Далее колбы размещали в шейкере на 120 минут при 120 мин^-1. Через 30 мин отбирали четвертую пробу РВ с центрифугированием. По йодной реакции определяли наличие остаточного крахмала и брали пятую пробу РВ.

По отсутствии цветной реакции завершали процесс ферментативного гидролиза и отделяли твердый остаток от жидкости. Гидролизат стерилизовали кипячением и подготавливали к культивированию микробного белка. Результаты нашей работы по культивированию дрожжей Candida guilliermondii на углеводных гидролизатах люпина подробно представлены в [13].  Твердый остаток сушили в печи при 105 °С и анализировали на содержание сырого протеина и белка по Барнштейну.

Также образцы порошков (исходный люпин, экструдированный люпин, ферментированный люпин (ферментами Novozymes) и проба после обработки по Барнштейну) были проанализированы на ИК-анализаторе на кафедре технологии синтетического каучука ФГБОУ ВО «КНИТУ».

Микрофотографии образцов были получены на конфокальном оптическом микроскопе Leica DCM 3D в режиме увеличения 20X и 50Х в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Наноматериалы и нанотехнологии» ФГБОУ ВО «КНИТУ».

В лабораторных условиях проведены аналитические исследования аминокислотного состава белкового сырья на кафедре кормопроизводства ФГБОУ ВО «КГАВМ». Анализ образцов проводили на анализаторе NIRS™DS 2500, откалиброванном с использованием глобальных данных. Для управления использовано программное обеспечение ISIscan Nova. Объекты исследования: 1) экструдированные семена сои сорта «Миляуша» (образец 1- контроль); 2) экструдированные семена люпина сорта «Дега» (образец 2); 3) люпиновый белковый концентрат (образец 3). Сорт сои «Миляуша» выведен совместно Сибирским и Татарским НИИСХ, люпин белый сорта «Дега» создан в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.

Результаты и обсуждение. В табл. 5 представлен компонентный состав люпина до и после обработок в % от абсолютно сухого вещества (далее - а.с.в).

Таблица 5. Компонентный состав люпина до и после обработок, % а.с.в.

Как видно из таблицы 5, экструдирование способствует снижению количества пектина, крахмала и незначительно клетчатки. Повышенная температура обработки и содержащаяся влага в семенах позволяют ускорить реакции гидролитической деструкции углеводов, особенно легкогидролизуемых. Основным же достоинством экструдирования является раскрытие удельной поверхности семян люпина, в особенности их оболочки, состоящей главным образом из целлюлозы и гемицеллюлоз. Также важным фактором является высвобождение жира, содержание которого в семенах достигает 12%. Эти физико-химические преобразования способствуют интенсификации ферментативной обработки благодаря доступности субстрата проникновению ферментов. Экструдированный люпин после ферментативного гидролиза содержит пониженное количество полисахаридов и жира. Большая часть жира высвобождается в процессе ферментативного гидролиза в гидролизат.

Поскольку экструзионная обработка длится 8-10 с существенных изменений в морфологии на микроуровне не наблюдается (рис. 4), можно заметить лишь некоторые изменения в цвете частиц люпина до и после термообработки, что может быть связано с термодеструкцией легкогидролизуемых полисахаридов, например гемицеллюлоз, у которых при повышенных температурах в присутствии воды отщепляются ацетильные группы, участвующие в образовании уксусной кислоты, которая в свою очередь способствует разрыву гликозидных связей. Образующиеся моно- и олигосахариды пентоз при высоких температурах могут распадаться до фурфурола, придавая среде коричневый «карамельный» цвет. Также изменению цвета может способствовать термодеструкция триглицеридов. На уровне размеров зерна изменения явные (см. рис. 1 а, б), поскольку раскрытие поверхности осуществляется благодаря сбросу давления при выходе из экструдера, а также механическим сдавливанием семян в шнеке экструдера.

Однако, как показывают данные компонентного анализа, изменения в составе люпина после термообработки есть, и эти изменения (в частности снижение доли крахмала, пектина) призваны в дальнейшем способствовать сокращению продолжительности и повышению эффективности процесса ферментативного гидролиза.

Рис. 4 – Микрофотографии поверхности частиц (слева-направо): исходный люпин, экструдированный люпин, люпин после ферментативного гидролиза (Novozymes): а) - в) – 20-кратное увеличение; г) – е) – 50-кратное увеличение

В нашей работе [14] подробно проанализированы ИК-спектры люпина исходного и экструдированного, которые подтверждает химические изменения в структуре белков, жиров и углеводов, происходящих при термообработке семян люпина.

На рис. 5 представлены результаты изменения концентрации редуцирующих веществ (в пересчете на глюкозу) при ферментативном гидролизе с препаратами Novozymes.

Здесь видно, что экструдирование (особенно при использовании мелкой фракции) позволяет достичь максимума выхода РВ (1,66 %) уже через 5-6 часов, в то время как необработанное экструзией сырье выходит на максимальное количество РВ через 10-12 часов (1,55 %). Очевидно, здесь играет важную роль раскрытая поверхность семян люпина и предварительные химические преобразования полисахаридных компонентов в течение термообработки. Максимумы выхода РВ для более крупных фракций экструдированного люпина близки к исходному сырью. Однако, скорости выхода РВ здесь объясняются по-разному. У исходного люпина мелкой фракции более низкая скорость обусловлена наличием большего количества углеводов, подвергаемых ферментативному гидролизу, и нераскрытой удельной поверхностью. У более крупных фракций экструдированного люпина скорость замедляется за счет размера частиц, но выходы РВ сопоставимы, с выходом из необработанного люпина. Так как максимумы РВ наблюдаются в среднем через 4-6 часов, есть основания полагать, что основную долю сахаров, формируют продукты гидролиза целлюлозы (оболочки семян люпина). Поэтому в данной композиции Novozymes лимитирующими ферментами являются NS22074 и NS50010.

Рис. 5 – Концентрация редуцирующих веществ (в пересчете на глюкозу) (ферментативный гидролиз с препаратами Novozymes)

По результатам оценки выхода РВ была определена оптимальная фракция для ферментативного гидролиза ферментами Novozymes – мелкая с размерами частиц 0,5-1 мм, которая показала максимальный выход РВ за более короткий период гидролиза при сохранении pH в среде на достаточном для эффективной работы ферментов уровне.

На рис. 6 представлены результаты ферментативного гидролиза с препаратами Сиббиофарм с предварительной варкой в воде (см. методику проведения экспериментов).  Экструдированный люпин, как и в случае с ферментативным гидролизом препаратами Novozymes проявляет большую эффективность гидролиза. Максимум РВ (2,2%) достигается через 1,5 часа после начала обработки. Основной выход РВ наблюдается уже через час обработки, то есть после варки в воде с добавлением амилосубтилина.

Рис. 6 – Концентрация редуцирующих веществ (в пересчете на глюкозу) (ферментативный гидролиз с препаратами Сиббиофарм)

Поскольку содержание крахмала в экструдированном люпине намного меньше, чем в люпине без обработки, а количество продуктов деструкции легкогидролизуемых полисахаридов больше, процесс гидролиза происходит быстрее. Добавление целлюлолитических ферментов после водной обработки позволяет увеличить итоговый выход РВ, но не существенно. По-видимому, это связано с невысокой активностью целлюлазного препарата, который в данной композиции не является лимитирующим. Основным катализатором и стимулятором выхода РВ в данном процессе являются Амилосубтилин (А) и Глюкаваморин Г3х (Г), проявляющие себя в начале процесса.

Учитывая, что в двух экспериментах с композициями Novozymes и Сиббиофарм, наблюдаются различные активности ферментов и эффективность гидролиза, в дальнейшем имеет смысл разработки композиций, включающих как ферменты Novozymes, так и наиболее активные препараты Сиббиофарм. Подбор таких композиций может быть основан на анализе ИК-спектров люпина до и после обработок (рис. 7), который явно показывает изменение в химической структуре компонентов.

Рис. 7 – Сравнительные ИК-спектры люпина до и после обработок

Как видно из спектров исходного люпина и люпина после ферментолиза интенсивность пиков, отвечающих за колебания связей в полисахаридах (1190-890 см^-1, 1145 см^-1, 4000-3000см^-1) существенно снижается. Точно определить, какие из групп полисахаридов и как (гексозаны, пентозаны) подвергаются гидролитическому распаду довольно затруднительно, так как в данных диапазонах наблюдается перекрывание полос. Полоса 1190-890 см^-1, включающая в себя колебания гликозидных связей (1175-1140 см^-1) характеризует деструкцию целлюлозы, что сопоставляется со снижением интенсивности колебаний Н- связей целлюлозы в диапазоне 3700-3000 см^-1.  Вообще снижение интенсивности этой полосы главным образом связано с гидролизом полисахаридов. В ферментированных образцах также наблюдается снижение интенсивности в полосах Амид 1 и Амид 2. Возможно это связано с переходом части растворимых фракций белков и небелковых азотистых соединений в гидролизат при длительном ферментативном гидролизе. О форме и структуре белков, изменяющихся в процессе обработок, говорилось выше. Концентрация жиров также имеет тенденции к снижению в образцах после ферментолиза (полоса 2980-2840 см^-1 и карбонильная полоса при пике 1745 см^-1). Пик 2360 см^-1 во многих источниках характеризуется С=О связью диоксида углерода. Отсутствие его на спектре экструдированного люпина возможно объясняется термообработкой и десорбцией при сбросе давления, хотя пока не было подтверждено. Высокочастотные колебания, появляющиеся в областях 4000-3500 см^-1 и 1900-1350 см^-1 соответствуют воде, которая всегда сопровождает в связанной или свободной форме продукты после ферментативного гидролиза и существенно влияет на форму спектров, что вызывает трудности в интерпретации диапазонов, характеризующих амидные связи основной цепи белков. Тем не менее, сохранение симметрии в спектрах в областях, отвечающих за связи в амидах, говорит о сохранении общей структуры растительных протеинов в люпине. Если сравнивать спектры экструдированного люпина до ферментолиза и после видно, что концентрация белка повышается (характерные диапазоны Амид 1 и Амид 2), что говорит о возможности получения белковых концентратов. Очевидно, что итоговая концентрация белков в продукте будет зависеть от качества проведенного избирательного гидролиза углеводов, поэтому ИК-спектрометрия образцов является важным инструментом в данном исследовании.

Что касается количественного выхода белков, возможно их определение и по ИК спектрам, однако, учитывая наложение полос от полисахаридов, воды и триглицеридов, такая задача на данном этапе затруднительна, хотя возможна при получении более чистых концентратов, освобожденных от углеводов. Содержание сырого протеина (по общему содержанию азота) и истинного белкового азота (в пробах по Барнштейну) определяли классическим наиболее точным методом Къельдаля. Результаты представлены на рис. 8.

Рис. 8 – Концентрация сырого протеина и истинного белка (по Барнштейну) в твердых продуктах: 1) исходный люпин; 2) экструдированный люпин; 3) люпин после ферментативного гидролиза препаратами Novozymes; 4) люпин после ферментативного гидролиза препаратами Сиббиофарм

Выход сырого протеина после ферментативного гидролиза в твердом остатке достиг 47,58% а.с.в. в образце экструдированного люпина (обработка препаратами Novozymes). Удалось повысить концентрацию белка в итоговом продукте с 39,8%, то есть на 7,8 абсолютных процентов или на 19,54 относительных процентов. После обработки ферментами Сиббиофарм белок удалось повысить на 14%. Незначительное изменение в количественном содержании истинного белка говорит о том, что структура белкового азота в целом не изменяется в процессе экструдирования и ферментативного гидролиза.

Была проведена сравнительная оценка аминокислотного состава экструдированных семян сои и люпина, а также люпинового белкового концентрата, полученного путем ферментации семян люпина, с целью дальнейшего применения в составе кормовых добавок и комбикормов для кормления сельскохозяйственных животных, птицы и аквакультуры. Аминокислотный состав исследованных образцов представлен на рис. 9.

Аминокислотный анализ образцов показывает, что содержание заменимых и незаменимых аминокислот (рис. 10) было в образце 1 на уровне 32,33%, в образце 2 – 25,95%, в образце 3 было выше по сравнению с другими образцами и составило – 42,0 % (от общего количества белка). В экструдированных семенах сои (образец 1) из фракции заменимых аминокислот наибольшее содержание глутамина – 6,04%; из фракции незаменимых аминокислот – аргинина 2,54 % и лизина 2,21%. Количество серосодержащих аминокислот составило: метионина – 0,49 % и цистеина – 0,57 %. В экструдированных семенах белого люпина (образец 2) из фракции заменимых аминокислот наибольшее содержание глутамина – 4,57%, аспартама – 2,24%, из фракции незаменимых аминокислот: аргинина – 2,16 %, лейцина – 1,78%, валина – 1,60%. Количество серосодержащих аминокислот составило: метионина – 0,2% и цистеина – 0,51%. В люпиновом белковом концентрате (образец 3) из фракции заменимых аминокислот наибольшее содержание глутамина – 9,80%; аспартама – 4,32%, из фракции незаменимых аминокислот: аргинина – 3,13%, лизина – 2,57%, лейцина – 2,48%, валина – 2,16%. Количество серосодержащих аминокислот составило: метионина – 0,35% и цистеина – 0,84%.

Рис. 9 – Сравнительный аминокислотный состав образцов (в % от общего белка)

Рис. 10 – Содержание незаменимых аминокислот (НА) и заменимых аминокислот (ЗА) в образцах (в % от общего белка)

Исследованиями установлено, что ферментативная обработка семян люпина позволяет увеличить в них сумму аминокислот с 25,95 до 42,08%, в том числе заменимых аминокислот с 9,97 до 15,21%, незаменимых аминокислот с 15,98 до 26,87%. При ферментативной обработки в семенах люпина увеличивается содержание глутамина с 4,57 до 9,80%, аспартама с 2,24 до 4,32%, аргинина с 2,16 до 3,13 %, лизина с 1,62 до 2,57 %, лейцина с 1,78 до 2,48%, цистеина с 0,51 до 0,84%, метионина с 0,2 до 0,35%.

Ферментативный гидролиз углеводной фракции позволяет получить люпиновый белковый концентрат, который по сравнению с экструдированными семенами сои содержит больше: незаменимых аминокислот – на 2,8 %, заменимых аминокислот на 6,95 %. Люпиновый белковый концентрат превосходит экструдированную сою по содержанию глутамина – на 3,76 %, аспартама – на 0,92%, аргинина – на 0,59%, лизина – на 0,36%, цистеина – на 0,27%.

Таким образом, исследованное сырье и кормовые добавки на их основе, возможно использовать в кормлении сельскохозяйственных животных, птицы и аквакультуры с целью балансирования рационов по аминокислотам, а также использовать в составе энерго-протеиновых кормовых добавок.

Проведенные исследования по ферментативному гидролизу экструдированного люпина подтверждают возможность получения белковых концентратов путем избирательного ферментативного гидролиза углеводных компонентов, входящих в состав люпина. В дальнейшем необходим подбор композиций различных ферментов с наибольшей активностью, для достижения максимального гидролиза клетчатки, входящей в оболочку семян, а также предварительная экстракция семян от жиров. Экструдирование показало свою эффективность в процессе интенсификации ферментативного гидролиза.

Заключение. Результаты проведенного исследования получения белковых продуктов из люпина белого сорта Дега с применением ферментных комплексов показали эффективность предварительного экструдирования семян, которое позволяет почти в 2 раза сократить продолжительность ферментативного гидролиза углеводной фракции люпина. Оптимальной фракцией для гидролиза является размер частиц экструдированного люпина 0,5-1 мм. Наиболее эффективный гидролиз удалось осуществить с применением ферментных композиций, состоящих из препаратов Novozymes, особенно в части целлюлозных полисахаридов, однако отечественные препараты показали высокую эффективность в гидролизе крахмалистых полисахаридов. Учитывая эти обстоятельства имеет смысл создания комплексной ферментной композиции, которая позволит осуществить более полный гидролиз углеводной фракции люпина и получить продукты с более высоким содержанием протеина. Остаточное содержание жира в белковом продукте также необходимо снижать благодаря предварительной экстракции. Выход сырого протеина после ферментативного гидролиза в твердом остатке достиг 47,58% а.с.в. в образце экструдированного люпина (обработка препаратами Novozymes). Удалось повысить концентрацию белка в итоговом продукте с 39,8%, то есть на 7,8 абсолютных процентов или на 19,54 относительных процентов.

Проведенные исследования по ферментативному гидролизу экструдированного люпина и полученные результаты подтверждают возможность получения белковых концентратов путем избирательного ферментативного гидролиза углеводных компонентов, входящих в состав люпина. Сравнительный аминокислотный состав показал возможность использования полученного белкового концентрата в кормлении сельскохозяйственных животных, птицы и аквакультуры с целью балансирования рационов по аминокислотам.

1. Gaponov N. V., Yagovenko G. L. The lupine significance for forage production: lupin-and-rape concentrate as a source of valuable nutrients for animal feeding //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing, 2021. – Т. 723. – №. 2. – С. 022005.

2. Chemical Characterization of White Lupin (Lupinus albus) Flour Treated by Extrusion Cooking and Aqueous Debittering Processes / Chamone M. E. R. et al. // Plant Foods Hum Nutr. 2023 Jun; 78(2): 292-298. doi:https://doi.org/10.1007/s11130-023-01050-0.

3. Extrusion of lupines with or without addition of reducing sugars: Effects on the formation of Maillard reaction compounds, partition of nitrogen and Nε-carboxymethyl-lysine, and performance of dairy cows / Manzocchi E. et al. // Journal of Dairy Science. 2023 Nov; 106(11): 7675-7697. doi:https://doi.org/10.3168/jds.2022-22902.

4. Effects of replacing soybean meal with raw or extruded blends containing faba bean or lupin seeds on nitrogen metabolism and performance of dairy cows / Mendowski S. et al. // Journal of dairy science. 2019 Jun; 102(6): 5130-5147. doi:https://doi.org/10.3168/jds.2018-15416.

5. Boukid F., Pasqualone A. Lupine (Lupinus spp.) proteins: Characteristics, safety and food applications //European Food Research and Technology. – 2022. – Т. 248. – №. 2. – С. 345-356.

6. Development and characterization of extruded broken rice and lupine (Lupinus albus) / Oliveira C. T. et al. // American Journal of Plant Sciences. 2015 Aug; 6(12): 1928-1936. doi:https://doi.org/10.4236/ajps.2015.612194.

7. Multi-response surface optimisation of extrusion cooking to increase soluble dietary fibre and polyphenols in lupin seed coat / Zhong L. et al. // Lwt. 2021 Apr; 140: 110767. doi:https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110767

8. Optimal Enzymatic hydrolysis of sweet lupine protein towards food ingredients / Pasarin D. et al. // Fermentation. – 2023 Jan; 9(3): 203. doi:https://doi.org/10.3390/fermentation9030203

9. Samel A., Wojciechowski K. Lupine Protein Enzymatic Hydrolysates Obtained in a Simultaneous Extraction-Hydrolysis Process as Foaming Agents //LWT. – 2024. – С. 116713.

10. Production of herbal protein isolates with the enzymatic hydrolysis technology / Leonid K. et al. // Int J Pharm Res Allied Sci. – 2020. 9(3): 10-5.

11. Kamran F. Enzymatic hydrolysis of lupin (Lupinus angustifolius) protein: Isolation and characterization of bioactive peptides: thesis Doctor of Philosophy. – Western Sydney University (Australia), 2017.

12. A fast and novel approach to evaluate technical enzyme preparations for an efficient protein hydrolysis / Großmann K. K. et al. // European Food Research and Technology. 2019 Apr. 245(8): 1695-1708. doi:https://doi.org/10.1007/s00217-019-03280-6

13. Культивирование Candida guilliermondii на углеводном ферментолизате семян люпина сорта Дега / Д.Б. Просвирников, Д.В. Тунцев, Р.Т. Валеева, Л.М. Исмагилова // Бутлеровские сообщения. 2024. Т.80. №10. С.95-101.

14. Влияние предварительного экструдирования на компонентный состав семян белого люпина сорта Дега / Д.Б. Просвирников, Д.В. Тунцев, Р.Т. Валеева и др. // Бутлеровские сообщения, 2024. Т.80. №10. С.102-111