CC BY
30УДК 6
Mariya A. Arlanova, Anastasiya N. Jakkola, Alexader I. Kirillov, Elena E. Kuprina
EVALUATION OF PROPERTIES OF COLLAGEN HYDROLYSATES AND MINERAL PRECIPITATES OBTAINED BY INTEGRAL ELECTROCHEMICAL PROCESSING OF FISH WASTE
ITMO University, 49, Kronveksky Pr., St. Petersburg,197101, Russia
e-mail: [email protected]
The article describes an electrochemical technology of hydrobiont waste processing developed by R&D institute "Giprorybflot". The technology allows preparation of a protein concentrate, mineral precipitate and lipids. It has been established by the researchers that the most effective way of producing a collagen concentrate is a double extraction technology. The double extraction is being carried out by using a hydrolysate from skins-containing fraction of wastes as an extracting agent for the bone-containing fraction of wastes.
Keywords: fish products, fish waste, fish waste hydrolysate, collagen, mineral precipitate
Рыбные продукты являются одним из важнейших компонентов рациона питания человека. В составе рыбного белка содержатся почти все незаменимые аминокислоты, что характеризует его высокую биологическую ценность. Однако запросы потребителей с каждым годом растут, а объемы вылова сокращаются [1]. По данным ФАО общий объем промысловых гидробионтов, который не используется на пищевые цели достигает в настоящее время 25-30 млн т в год в мире. Такое же количество составляют отходы от разделки гидробионтов. В результате, большая доля мирового улова используется недостаточно или просто теряется. Поэтому, в настоящее время необходима разработка таких технологий, которые позволят максимально использовать природное сырье [2].
.959.5
М.А. Арланова1, А.Н. Яккола2, А.И. Кириллов3, Е.Э. Куприна4
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ
КОЛЛАГЕНОВЫХ
ГИДРОЛИЗАТОВ
И МИНЕРАЛЬНЫХ
ПРЕЦИПИТАТОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ
ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ
ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ
ОТ РАЗДЕЛКИ РЫБ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ
СПОСОБОМ
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Кронверкский пр., 49, Санкт-Петербург, 197101, Россия
e-mail: [email protected]
В статье приводится разработанная в АО «Гипрорыбфлот» электрохимическая технология переработки гидробионтов и отходов от их разделки с получением белкового концентрата, минерального преципитата и жира. Установлено, что рациональной, т.е. обеспечивающей наибольшее содержание коллагена в гидролизате, является технология двойного экстрагирования, заключающаяся в использовании электрохимически полученного гидролизата из костных отходов рыб в качестве экстрагента для выделения коллагена из кожи.
Ключевые слова: рыбные продукты, отходы рыб, гидро-лизат из отходов рыб, коллаген, минеральный преципитат.
Отходы от разделки рыб, содержащие коллаген (кожа, кости, плавники) являются одним из наиболее ценных продуктов, обладающие высокой биологической и физиологической ценностью. Присутствие коллагена в рационе питания человека - еще один фактор, обеспечивающий создание здорового продукта питания. Несмотря на то, что коллаген не считается полноценным белком, благодаря своему уникальному составу (наличию проли-на и оксипролина), он оказывает положительное влияние на пищеварительную и кровеносную системы организма человека, а также опорно-двигательный аппарат. Кроме того гидробионты богаты калием, кальцием, магнием, фосфором, хлором, серой. Содержание фосфора в мясе рыб составляет в среднем 0,20-0,25 %. Особенно боль-
1 Араланова Мария Алексеевна, студент, каф. технологии мясных,рыбных продуктов и консервирования холодом фак-та пищевых биотехнологий и инженерии, e-mail: [email protected]
Mariya A. Arlanova, student Department of Meat and Fish Processing and Refrigeration Department of Food Biotechnologies and Engineering
2 Яккола Анастасия Николаевна, студент, каф. технологии мясных,рыбных продуктов и консервирования холодом фак-та пищевых биотехнологий и инженерии, e-mail: [email protected]
Anastasiya N. Jakkola, student Department of Meat and Fish Processing and Refrigeration Department of Food Biotechnologies and Engineering
3 Кириллов Александр Игоревич, аспирант, магистр технологии продуктов питания из растительного сырья, e-mail: [email protected]
Alexader I. Kirillov, graduate student, the master of technology of food from vegetable raw materials Chair of Meat and Fish Processing and Refrigeration Department of Food Biotechnologies and Engineering
4 Куприна Елена Эдуардовна, д-р техн. наук, профессор, каф. технологии мясных,рыбных продуктов и консервирования холодом фак-та. пищевых биотехнологий и инженерии , e-mail: [email protected]
Elena E. Kuprina, Dr Sci. (Eng.), Professor, Chair of Meat and Fish Processing and Refrigeration Department of Food Biotechnologies and Engineering Дата поступления -18 апреля 2016 года
I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ • ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Известия СПбГТИ(ТУ) № 34 2016
шое физиологическое значение имеют содержащиеся в рыбе в очень малых количествах такие элементы, как железо, медь, йод, бром, фтор и др.
Кости рыб - источники белка и минеральных веществ, дополнительно в костной ткани содержатся витамины, макро- и микро- элементы, способствующие лучшему усвоению кальция организмом. Это обуславливает использование отходов рыб для получения из них компонентов биологически активных добавок с высоким содержанием минеральных веществ и коллагена. Существуют различные технологии экстрагирования веществ из отходов, большинство из которых предполагает обработку кислотами, щелочами, ферментами и органическими растворителями. Такие технологии имеют множество недостатков. Поэтому перспективной является разработка новых безотходных комплексных технологий переработки. В частности, многими преимуществами, такими как сокращенное время обработки, низкие энергозатраты, отсутствие концентрированных реагентов и простота, обладает электрохимическая технология экстрагирования нутриентов из сырья.
Исследования проводились в лаборатории инновационных технологий и экологических проблем переработки гидробионтов АО «Гипрорыбфлот».
В качестве объектов исследования были выбраны:
- отходы от разделки форели - кожа и хребтовая кость форели.
В исследовании были использованы отходы форели, не содержащие голов и внутренностей, так как данная технология предусматривает переработку сырья на пищевые цели - белковый гидролизат и минеральный преципитат. Головы и внутренности содержат непригодные в пищу компоненты, их целесообразнее использовать на корм животным или в производстве ферментных препаратов.
Для экстрагирования нутриентов из сырья были использованы электролизеры оригинальной запатентованной конструкции производства АО «Гипрорыбфлот» [3, 4].
Технологическая схема переработки отходов от разделки гидробионтов электрохимическим способом представлена на рисунке.
Рисунок. Технологическая схема комплексной переработки отходов от разделки рыб электрохимическим способом
I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ • ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Известия СПбГТИ(ТУ) № 34 2016
Минералсодержащее сырье (кости) диспергировали до размера частиц 5-10"3 м, смешивали с экстрагирующим раствором с гидромодулем 1 : 6. Выдерживали 40 мин при температуре 95 ± 5 °С, после чего разделяли на фильтре на белковый концентрат и минеральный преципитат. Далее белковый раствор обрабатывали в катодной камере электролизера 20 мин для корректировки рН. Коллагенсодержащее сырье (кожа) диспергировали до размера частиц 5-10-3 м, смешивали с гидро-лизатом из костей с гидромодулем 1 : 6. Выдерживали 40 мин при температуре 85±5 °С, после чего получили белковый концентрат двойного экстрагирования. Белковый концентрат нейтрализовали соляной кислотой до рН = 7 ± 0,2, и (в случае с жирным сырьем) отделяли жир на сепараторе.
Химический состав гидролизатов и их технологические свойства определяли стандартными метода-ми[4, 5]. Свойства гидролизатов, полученных по технологии двойного экстрагирования электрохимическим способом в сравнении с гидролизатами, полученными традиционным щелочным способом представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Биохимические свойства гидролизатов из отходов от разделки гидробионтов.
Коллагенсодержащий гидролизат Белок, % Жир, % Зола, % Степень гидролиза, % Степень переваривания белков, %
Кол-ла-ген Другие белки
Электрохимический метод двойного экстрагирования
Из кожи трески Белковый раствор 1,53 1,06 0 1,25 55,6 90,5
Сухой гидролизат 31,1 21,5 0,162 34,0 - -
Из кожи форели Белковый раствор 1, 65 1,32 0,2 1,16 56,0 94, 2
Сухой гидролизат 45,3 32,2 4,33 32,9 - -
Щелочной метод
Из кожи трески Белковый раствор 1,49 0,98 0 1,29 86,3 91,4
Сухой гидролизат 29,8 19,6 0,05 37,0 - -
Из данных таблиц 1 и 2 следует, что полученный в результате электрохимической обработки гидролизат имеет более высокую степень перевариваемости белков, следовательно, продукт имеет высокую пищевую ценность и отличается высоким содержанием коллагена, поэтому его целесообразно использовать в качестве белковой добавки в составе пищевых продуктов.
Концентрация коллагена в белковом гидролизате костей и кожи форели, полученном по технологии двойного электрохимического экстрагирования, составляет 45,3 %. При этом было показано, что этот способ позволяет провести более полную экстракцию по сравнению с традиционным щелочным способом.
Таким образом, установлено, что рациональной, обеспечивающей наибольшее содержание коллагена в гидролизате является технология двойного экстрагирования, заключающаяся в использовании электрохимически полученного гидролизата из костных отходов рыб в качестве экстрагента для выделения коллагена из кожи. Такая технология является наиболее эффективной для выделения нутриентов из вторичных ресурсов гидробионтов для дальнейшего получения биологически активных добавок и функциональных продуктов питания.
Литература
1 Кириллов А.И., Линчевская А.А., Куприна Е.Э. Комплексная переработка коллаген- и минералсодержа-щих вторичных ресурсов рыбопереработки методом электрохимического экстрагирования // Известия СПбГТИ(ТУ). 2013. № 18(44). С. 24-26.
2. Маслова Г.В., Егорова Е.Э. Прокошенков А.А., [и др.]. Способ получения белкового гидролизата из гидробионтов: а.с. 1687213 СССР. № 4755339; заявл.07.09.89; опубл.30.10.91, Бюл. № 40.
3. Куприна Е.Э., Бобылев В.С., Кириллов А.И. Судовая установка для электрохимической переработки отходов от разделки гидробионтов: пат. на полезную модель № 126902 Рос. Федерация. № 2012144785/13; за-явл.23.10.2012; опубл.20.04.2013.
4. ГОСТ 7636-85 Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа. Межгосударственный стандарт. Введен 01.01.86.
5. Егорова Л.М., Трещева В.И. Лабораторные работы по химии жиров и кормовых продуктов. М.: ВНИРО АНТИ, 1970. 84 с.
Таблица 2. Биохимические и технологические свойства гидролизатов из отходов от разделки гидробионтов.
Способ обработки
Показатели свойств Щелочной Электрохимический двойного экстрагирования
Треска балтийская Лосось балтийский Треска балтийская Лосось балтийский
Азот небелковых соединений, % 0,32 0,84 0,12 0,21
Белковые вещества, % 49,4 56,5 82,6 72,4
Растворимость, % 22,54 36,8 99,8 99,5
Жироэмульгирующая способность, мл масла/г водно-белковой смеси 0,63 0,690 0,76 0,72
Жироудерживающая способность, мл масла / г белка - - 0,82 0,77
Пенообразующая способность, % 226 242 302 315
