CC BY
208
УДК 664.952/957
ВЫДЕЛЕНИЕ НАТУРАЛЬНЫХ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЕЙ БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО ВТОРИЧНОГО РЫБНОГО СЫРЬЯ
Л. С. Байдалинова, Е. Е. Ляпустина
OBTAINING OF NATURAL STRUCTURE-FORMERS OF PROTEIN ORIGIN FROM COLLAGEN-CONTAINING SECONDARY FISH RAW MATERIALS
L. S. Baydalinova, E. E. Lyapustina
Коллаген, выделяемый из вторичного коллагенсодержащего рыбного сырья (костей, чешуи, кожи, плавательных пузырей), известен как ихтиожелатин. Первоначально в качестве коллагенсодержащего сырья для производства употреблялись плавательные пузыри осетровых, кости, кожа и чешуя рыб. В настоящее время проводятся исследования по использованию для выделения коллагена прудовых рыб (толстолобик, белый амур, карп). Для его получения из этих объектов применяются различные технологические приемы. Наметились разнообразные пути использования рыбного коллагена.
По химической природе коллаген гидробионтов близок к коллагену сельскохозяйственных животных, для получения которого берутся кости, хрящи, кожа этих животных. Для деминерализации этого сырья производится обработка его минеральными или органическими кислотами с последующей нейтрализацией кислот щелочами. В состав рыбного коллагенсодержащего сырья входит меньше минеральных соединений и для его обработки возможно применение других приемов. Сырье (плавательные пузыри, чешуя и кожа рыб) неоднородно по химическому составу, который меняется в зависимости от жизненного цикла объектов. В Калининградском регионе для получения коллагена перспективным сырьем являются различные виды рыб, например лещ (Abramis brama) и судак (Sander lucioperca). Изучен общий химический состав их плавательных пузырей, чешуи и кожи. Установлена перспективность производства желатина из рыбного сырья в Калининградском регионе. Предложена ферментативная технология выделения ихтиожелатина из вторичного коллагенсодержащего рыбного сырья. Обосновано применение протеолитического фермента алкалаза для частичной деструкции белково-углеводных и белково-липидных комплексов коллагена, а также комплексов его с минеральными веществами, биомодификации с целью перевода компонентов соединительной ткани в растворимое состояние, определены дозировка препарата, температурные условия и продолжительность стадии ферменто-лиза исходного сырья. Установлены химический состав, характеристика и физико-химические свойства готового ихтиожелатина из плавательных пузырей, чешуи и кожи леща и судака.
вторичное рыбное сырье, плавательные пузыри, чешуя, кожа, ферментативная обработка, ихтиожелатин
Collagen which has been released from the secondary collagen-containing fish raw material: from bones, scale, skin and swim bladders is known as ichthyogelatin. Initially, swim bladders of sturgeon, fish bones, skin and scale were used as collagen-containing raw materials for production. Currently, studies are being conducted on the use of silver carp, white carp, and carp for the purpose of collagen extraction. Various techniques are used to obtain collagen from these objects. There are a number of ways how fish collagen can be used.
In terms of its chemical nature, the collagen of hydrobionts is close to the collagen of farm animals, which is produced of bones, cartilages, and skin of these animals. To demineralize this raw material, it is treated with mineral or organic acids, followed by neutralization of acids with alkalis. Fish collagen-containing raw materials contain less mineral compounds and other methods can be used for its processing. Fish collagen-containing raw materials (swim bladders, fish scale and skin) are different in chemical composition and its chemical composition varies depending on the life cycle. In the Kaliningrad region, such types of fish as bream (Abramis brama) and pike perch (Sander lucioperca) are promising raw materials for obtaining collagen. The general chemical composition of swim bladders, scale and skin of bream and pike-perch has been studied. The prospects for the production of gelatin from fish raw materials in the Kaliningrad region have been identified. Enzymatic technology for extraction of ichthyogelatin from secondary collagen-containing fish raw material has been proposed. The use of the proteolytic alcalase enzyme for partial degradation of protein-carbohydrate and protein-lipid complexes of collagen has been substantiated, as well as its complexes with mineral substances, biomodification with the purpose of transferring the components of connective tissue to a soluble state; the dosage of the preparation, temperature conditions and the duration of the enzymolysis stage of the feedstock have been found. The chemical composition, characteristics and physicochemical properties of the ready ich-thyogelatin made of swim bladders, scale and skin of bream and pike perch have been determined.
secondary fish raw material, swim bladders, scale, skin, enzymatic treatment, ichthyogelatin
ВВЕДЕНИЕ
Рыба как пищевое и техническое сырье привлекает все больше внимания. Снижение объемов добычи рыбы требует эффективного использования всех ее частей для производства пищевых и других целевых продуктов. Перед перерабатывающей промышленностью стоят задачи глубокой переработки различного сырья, сокращения неиспользуемых отходов, расширения ассортимента и повышения качества выпускаемой продукции. Особенно это касается такого биологически ценного исчерпываемого, но возобновляемого при правильной эксплуатации сырья, как гидробионты.
Рыбные отходы становятся ценными сырьевыми источниками белков, в том числе коллагена и продуктов его гидролиза.
В последнее время интерес к рыбному коллагену возрос. Губчатая энцефалопатия (болезнь бешенства крупного рогатого скота) стала серьёзной проблемой, вследствие которой использование коллагена из животного сырья становится весьма небезопасно. Никакой информации о возможности передачи опасных вирусов от рыбного сырья к людям не имеется. Кроме того, рыбный коллаген является гипоаллергенным (так как на 90 % он идентичен коллагену человека) [1].
Термин «коллаген» связывают с широко распространенной группой белков, встречающихся только в животном мире. Из коллагена образованы волокна соединительной ткани. Основными его характеристиками являются сопротивление изменению длины в физиологических условиях, химическая инертность, особый аминокислотный состав, способность растворяться и переходить в желатин или клей при нагревании в воде. Коллагенсодержащая соединительная ткань состоит из клеток, межклеточного вещества и коллагеновых волокон; она содержит незначительное количество эластиновых и ретикулиновых волокон. Соединительная ткань богата ценными минеральными веществами, содержит в достаточном количестве физиологически активные аминокислоты [2].
В зависимости от молекулярной массы продукты из коллагенового сырья делятся на желатин и клей. Чешуя, плавательные пузыри и кожа рыб, богатые коллагеном, занимают заметное место в отходах, исследования которых в настоящее время расширяются. В качестве вторичного сырья для производства колла-генового продукта ихтиожелатина многими исследователями рассматриваются отходы от разделки пресноводных рыб. В Калининградском регионе к ним можно отнести леща (Abramis brama) и судака (Sander lucioperca).
У наземных и морских животных на долю коллагеновых соединений приходится около одной трети азотистых веществ. Коллагенсодержащее сырье делится на мягкое - кожа, сухожилия и твердое - все виды костей. Коллаген подразделяют на волокнистый коллаген дермы шкур и сухожилий, гиалиновый коллаген костной ткани - оссеин, хондриновый коллаген хрящей, коллаген плавательных пузырей - ихтиокол и коллаген плавников рыб - ихтилепилин. Основные источники коллагена представлены на рисунке.
Рис. Основные источники коллагена Fig. Main sources of collagen
Кожа рыб (5 % общей массы) подстилается рыхлой соединительной прослойкой (подкожная соединительная ткань, подкожная клетчатка), в которой у
многих рыб откладывается жир. В соединительнотканном слое кожи образуется чешуя [2].
Плавательный пузырь - довольно крупное морфологическое образование. Стенки плавательного пузыря состоят из трех слоев: наружная оболочка из соединительной ткани содержит гладкие волокна, жировые клетки и кровеносные сосуды, серединный фибриллярный слой, состоящий из коллагеновых и эласти-новых волокон, и внутренний эпителий [2].
Стенки плавательного пузыря преимущественно состоят из коллагена, получение желатина является одним из путей его рационального использования.
Количество коллагенсодержащих отходов на обрабатывающих предприятиях достаточно велико и требуются специальные технологии их переработки, основное направление которых - кормовые цели. В ходе производства предприятия сталкиваются с трудностями. В частности В. И. Воробьевым и Е. Н. Нижни-ковой показано, что у большинства рыбоперерабатывающих предприятий образуется значительное количество чешуи, которая не может использоваться для кормовых целей [3]. Продукты из чешуи могут найти эффективное применение в различных областях экономики, но без обработки утилизировать чешую невозможно.
В некоторых обзорах указывается, что в Норвегии, Финляндии и Японии эффективно функционируют заводы, перерабатывающие некондиционную рыбу и коллагенсодержащие вторичные рыбные ресурсы.
Исследования размерно-массовых характеристик и химических составов вторичного рыбного сырья прудовых рыб Волжско-Каспийского региона - белого амура, карпа, толстолобика - показали, что их костные ткани содержат до 40,5 % коллагена от общего количества белковых веществ, поэтому их целесообразно использовать для получения структурообразующих соединений [4]. Для выделения коллагена перспективны плавательные пузыри, кости и чешуя рыб. Согласно данным этих исследователей, 8,0-8,1 % от внутренних органов этих рыб составляют плавательные пузыри, в них содержатся 28,2-28,3 % белков. Негативным фактором с точки зрения производства желатина является высокое содержание в сырье жира. В плавательных пузырях указанных рыб оно практически одинаково (4,0-4,3 %).
Желатин рыбного происхождения может использоваться в различных отраслях промышленности взамен традиционного. По данным исследователей Воронежского государственного университета инженерных технологий, по аминокислотному составу желатин из чешуи и плавательных пузырей прудовых рыб (карп, карась, толстолобик, сазан и др.) практически идентичен животному. Свойства рыбного желатина и желатина животного происхождения по физико-химическим показателям также совпадают [5].
Ихтиоколлаген из чешуи рыб может служить основой съедобных пленочных покрытий для пищевых продуктов. Он соответствует пищевому желатину марки П-11, но имеет более низкую температуру плавления. В нем меньше про-лина и оксипролина по сравнению с животным желатином. По уровню динамической вязкости он в 1,7 раза превосходит желатин П-11. Пленки из водных растворов с концентрацией желатина 5 и 10 % и с включением 30-40 % пластификатора глицерина могут использоваться как съедобные и обеспечивающие барьерные факторы при хранении продуктов [6].
Электрофоретические исследования показали, что клей из чешуи рыб является сложным набором фракций разной молекулярной массы в комплексе с а-цепями с массой от 110 до 169 кДа. Разные фракции различаются по функциональным свойствам и могут использоваться для различных целей. Представляют интерес хорошие результаты при предпосевной обработке раствором клея из чешуи рыб семян подсолнечника и хлопчатника [7].
Исследователи Астраханского государственного технического университета (Т. Х. Као, Р. Г. Разумовская) показали, что желатин из кожи рыб Волго-Каспийского бассейна обладает высокими физико-химическими (влага - 8,3; белок - 89,9; жир - 0,4; минеральные вещества - 1,1 %) и органолептическими показателями. Этот желатин имеет высокую молекулярную массу - около 100 кДа. Предельная степень набухания желатина, полученного из кожи щуки и окуня, высокая и составляет 978,11 и 964,32 % [8].
Товароведная характеристика клея из чешуи рыб исследована Е. А. Ивановой и О. С. Якубовой [АГТУ] по таким органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям, как внешний вид, консистенция, цвет, содержание сухих веществ, золы, динамическая вязкость раствора с массовой долей клея 10 %, адгезия, величина рН. Авторами установлена эффективность использования клея из чешуи рыб при изготовлении декоративно-прикладных изделий из кожи рыб, он позволяет повысить эстетические свойства и устойчивость изделий в процессе хранения [9].
Процесс производства желатина из рыбного сырья (ихтиожелатина) может происходить намного быстрее, чем желатина из животного сырья, особенно из костей. При производстве ихтиожелатина могут быть исключены такие операции, как золка и деминерализация сырья, благодаря чему продолжительность процесса значительно сокращается. Достигается это за счет использования ферментных препаратов. При этом исключается использование щелочей и кислот, способствующих загрязнению окружающей среды.
Предложена технология переработки чешуи, плавательных пузырей и кожи рыб, включающая промывку сырья после вымачивания в воде анолитом электрохимически активированных (ЭХА) растворов (рН 4-6) [8].
Исследователями Калининградского государственного технического университета установлена возможность успешного использования низкомолекулярных пептидов из коллагенсодержащих тканей рыб, в частности чешуи, характеризующихся повышенным содержанием аминокислот пролина и оксипролина, при изготовлении продуктов спортивного питания, способствующих ускорению регенерации костных и соединительных тканей спортсменов при высоких физических нагрузках [10].
С. Ф. Ивановой и Н. Н. Петровой [11] рассматривалась возможность использования пленок из коллагена плавательных пузырей осетра, чира и омуля для сокращения площадей ран у человека и животных. Для применения в качестве медицинских материалов коллаген плавательных пузырей необходимо очистить от примесей с помощью щелочно-солевой обработки. Методом ИК-спектроско-пии показано, что на всех этапах обработки коллагеновая природа этого материала сохраняется.
О. С. Якубовой и А. Л. Котенко [12] также показано, что чешуя, являющаяся структурно сложной многокомпонентной системой, состоящей в основном из
минеральных веществ и коллагена, может служить сырьем для получения как пищевого, так и технического ихтиожелатина, а отходы от его получения рационально использовать в качестве минеральной добавки.
На основе исследований по получению желатина из вторичного коллаген-содержащего сырья рыб были запатентованы различные способы получения этого продукта [13, 14].
Несмотря на проведенные исследования (О. С. Якубова, До Ле Хыу Нам, А. Б. Киладзе, О. Ф. Чернова, Л. В. Антипова, Д. М. Урманов, М. Е. Цибезева, О. В. Бредихина и др.), необходимо отметить недостаточную изученность вторичного рыбного сырья как источника желатина.
Патентно-информационный поиск и анализ результатов исследований, проведенных отечественными и зарубежными авторами, позволяют сосредоточить внимание на биотехнологических методах обработки сырья, в частности, на ферментных технологиях, известных интенсивностью, экологичностью, высоким технологическим эффектом и качеством конечных продуктов.
Целью настоящей работы являются изучение характеристик и разработка технологии изготовления ихтиожелатина из коллагенсодержащего вторичного сырья пресноводных рыб Калининградского региона с применением ферментных препаратов, вовлечение вторичного рыбного сырья в широкое использование для производства пищевой продукции. Для реализации данной цели необходимо было решить следующие задачи:
- провести анализ рынка возможного потребления рыбного желатина в Калининградской области;
- обосновать возможность использования вторичного рыбного пресноводного сырья промышленности Калининградской области для производства ихтио-желатина;
- обосновать регламенты биотехнологического процесса производства желатина из вторичного пресноводного рыбного сырья;
- определить характеристику готового продукта.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Возможный потребительский спрос на новый вид желатина выявлялся на основе маркетингового исследования путем опроса респондентов.
При выполнении работы объектами исследования являлись охлажденные плавательные пузыри, кожа и чешуя леща и судака, собиравшиеся вручную при разделке рыбы, которые могут соответствовать ТУ 9283-004-00471544-2016 «Сырье рыбное коллагенсодержащее мороженое и охлажденное». Сырье очищалось от посторонних примесей и остатков внутренностей, промывалось пресной водой от слизи и крови, охлаждалось или замораживалось, Плавательные пузыри и кожа разрезались на кусочки размерами 8х16 мм. Чешуя рыб использовалась без измельчения.
Общий химический состав сырья и готовой продукции определялся в соответствии с ГОСТ 7636-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа» [15] с установлением массовых долей жира, белка, влаги, золы. В плавательных пузырях определялось содержание коллагена (по глютину по методу Лазаревского).
По стадиям технологического процесса проводился учет получаемых полуфабрикатов и готовых продуктов путем взвешивания.
Органолептическую оценку ихтиожелатина (внешний вид, цвет, запах, вкус), размер частиц, массовую долю мелких частиц, продолжительность растворения, температуру плавления студня, динамическую вязкость раствора, наличие посторонних примесей определяли в соответствии с ГОСТ 11293-89 [16] и ГОСТ 7631-2008 [17].
Хотя традиционно технологические процессы производства животного желатина осуществляются с использованием кислот, щелочей, солей, т.е. с применением агрессивных веществ, отрицательно влияющих на экологию, для обработки рыбного сырья более целесообразно применение протеолитических ферментов. Ферментативная деструкция тканей под действием биологических катализаторов происходит при мягких режимах. При решении вопроса подбора протеаз большое значение имеют их специфичность к определенной пептидной связи в гидролизи-руемом белке, а также активность и стабильность протеаз как функции рН и температуры, присутствие активаторов и ингибиторов, стоимость и возможность приобретения препаратов. Кроме того, применяемые ферментные препараты должны быть безвредными для человека.
При выборе ферментных препаратов для частичной деструкции при первичной обработке коллагенсодержащего рыбного сырья использовались протео-литические ферментные препараты в дозировках от 0,5 до 1,0 % к массе сырья, Ферментативная обработка проводилась в присутствии воды (соотношение сырье: вода установлено эмпирически и равнялось 1:2) при перемешивании.
Продолжительность ферментолиза при температуре 45-50оС в естественной зоне рН (близкой к 7,0) колебалась от 2 до 4 ч при обработке плавательных пузырей, кожи и чешуи.
Инактивация ферментов по окончании процесса проводилась при температуре 85оС в течение 3-10 мин, после чего жидкая фракция отделялась декантацией. Из плотного остатка при добавлении воды в соотношении 1:1 экстрагировался желатин при 55-60оС в течение 2,5-3,0 ч. Полученный раствор отделялся и подвергался желированию при температуре 4-6оС, после чего высушивался при температуре 35-40оС.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Маркетинговый опрос показал, что рыбный желатин может обладать достаточным спросом у населения Калининградской области.
Данные по массовому содержанию коллагенсодержащих органов у некоторых рыб Калининградского региона представлены в табл. 1.
Масса указанных рыб различна и колеблется в пределах 0,15-2,6 кг. Более перспективными для сбора коллагенсодержащего сырья являются крупные рыбы судак и лещ. Кости составляют от 10 до 13,1 % от массы этих рыб, на долю кожи приходится от 3,8 до 5,9, чешуи у судака - 2,3, у леща - 4,6 %. Плавательный пузырь у судака - 0,9, у леща - 1,2-1,4 % от его массы. В среднем масса одного пузыря у судака - 15,3, у леща - 11,8 г.
Таблица 1. Содержание коллагенсодержащих органов в некоторых рыбах Калининградского региона
Table 1. Content of collagen-containing organs in some fish of the Kaliningrad region
Показатели Судак Лещ Плотва Окунь
Масса рыб, кг 0,5-2,6, в среднем 1,4 0,7-1,0 0,2-0.6 0,15-0,36
Внутренности, % 10,9 14,7 15,0 10,5
в том числе
плавательный пузырь, % 0,9 1,2-1,4 1,2 -
Кости, % 10,0 13,1 10,0 11,2
Кожа, % 3,8. 5,9 5,6 5,8
Чешуя, % 2,3 4,6 8.6 6,0
Общий химический состав вторичного коллагенсодержащего сырья (плавательных пузырей, чешуи и кожи леща) Калининградского региона в различные периоды года (сентябрь, февраль, март, май) представлен в табл. 2.
Таблица 2. Общий химический состав чешуи, плавательных пузырей и кожи леща в различные периоды года
Table 2. Overall chemical composition of scale, swim bladders and skin of bream in different months
Массовы е доли Содержание, %, при вылове леща в месяцы
Сентябрь Февраль Март Май
чешуя -ь л те е ^ Л £ вн а л с чешуя плавательные пузыри чешуя -ь л те е rf Л £ вн а л С кожа чешуя плавательные пузыри кожа
Влаги 52,4 68,7 46,3 56,7 51,2 65,0 72,8 53,4 58,2 64,4
Жира 0,7 10,1 0,3 20,1 0,6 9,4 7,0 0,5 12,5 6,0
Белка 16,3 203 20,5 21,2 22,8 24,3 18,3 17, 8 28,3 28,7
В том числе коллагена - - - - - 2,2 3,1 - - -
Золы 30,3 0,7 32,2 1,5 24,6 0,9 1,3 28,3 1,0 0,9
Полученные данные позволяют рассматривать коллагенсодержащие части вторичного рыбного сырья судака и леща в качестве источника структурообразующих соединений, чешуя рыб может считаться также источником минеральных веществ и использоваться с целью улучшения минерального состава пищевых продуктов или в качестве самостоятельного продукта для профилактики у человека болезней опорно-двигательной системы. На основании данных табл. 2 химический состав вторичного коллагенсодержащего сырья леща отличается от состава прудовых рыб (карпа) Волго-Каспийского бассейна прежде всего по содержанию жира, массовая доля которого колеблется от 9,45 до 12,45 %, в то время как у карпа этот показатель, как было показано выше, 4,0-4,2 %. В весенний период отмечается заметное накапливание жира.
В чешуе жира относительно мало (0,5-0,7 %), а в коже его содержание -6,0-7,0 %. Содержание белка в плавательных пузырях леща колеблется в пределах 20,3- 28,3 %. Меньше белка в чешуе (16,3-24,6 %) при большом количестве минеральных соединений (от 24,6 до 32,2 %). При массовой доле сухих веществ в коже выловленного в марте леща (27,17 %) содержание жира - 7,02, массовая доля минеральных веществ составила 1,31, а содержание белка - 18,34 %. Можно заключить, что химический состав коллагенсодержащего сырья Калининградского региона на протяжении года не является постоянным и меняется с изменением содержания жира.
Эксперименты показали более высокое содержание жира в плавательных пузырях леща в сентябре, марте и мае, т.е. весна-лето-осень. Это потребует обязательного обезжиривания сырья при использовании его для выделения коллагена.
Знание химического состава исходного сырья во многом определяет выбор ферментных препаратов, предназначенных для разрушения белково-углеводных и белково-липидных комплексов сырья и удаления сопутствующих углеводов, липидов и минеральных веществ. Гетерогенный характер общей белковой фракции при наличии небелковых веществ и особенности морфологического строения коллагенсодержащих тканей рыб обуславливают необходимость этапа специфической предварительной подготовки материала для очистки от балластных компонентов и разрыхления структуры тканей преимущественно за счет разрыва поперечных межфибриллярных связей. Учитывая значительную массовую долю суммарных белков, а также наличие липидных фракций в коллагенсодержащих объектах, нами выбраны ферментные препараты: Alcalase® 2.5L (Novozymes, Дания) и Протамекс (Novozymes, Дания). Они распространены, их стоимость приемлема по сравнению с другими ферментными препаратами протеолитического действия, в промышленных масштабах эти ферменты апробированы при получении кормовых и пищевых продуктов.
Alcalase® 2.5L (Novozymes, Дания) из Bacillus subtilis наибольшую активность проявляет в диапазоне температур 55-70 °С, рН - от 6,5 до 8,5. Для прота-мекса (Novozymes, Дания) оптимум температуры - от 60°С, рН - от 5,0 до 11,0.
При установлении эффективности ферментов прежде всего исследовалась зависимость выхода ихтиожелатина от вида и концентрации ферментов (табл. 3).
Таблица 3. Зависимость выхода сухого ихтиожелатина от типа и дозировки используемых ферментов
Table 3. Dependence of the yield of the dry ichthyogelatin on the type and dosage of the enzymes used_
Фермент Дозировка, Сырье, использованное Выход сухого
% к массе для получения ихтиоже латина
сырья ихтиоже латина (% от массы сырья)
Алкалаза 1,0 Чешуя леща 7,7
Плавательные пузыри леща 10,1
Чешуя судака 9,39
0,5 Чешуя леща 3,9
Плавательные пузыри леща 6,69
Протамекс 0,8 Чешуя леща 0,8
Из данных табл. 3 можно заключить, что выход продукции зависит как от вида, так и от дозировки используемых ферментов. Наибольший выход (10,1 %) получен при обработке плавательных пузырей леща алкалазой с дозой 1,0 %. Из чешуи судака выход сухого желатина тоже достаточно высокий - 9,39 %. Снижение дозировки алкалазы до 0,5 % сопровождается снижением выхода как при обработке чешуи, так и плавательных пузырей рыб. При использовании протамекса выход ихтиожелатина из чешуи леща получился совсем низкий, в связи с чем в последующих экспериментах протамекс не использовался.
Результаты исследования зависимости общего химического состава сухого ихтиожелатина от дозировки используемого фермента представлены в табл. 4.
Таблица 4. Зависимость химического состава сухого ихтиожелатина от дозировки используемых ферментов
Table 4. Dependence of the chemical composition of the dry ichthyogelatin on the dosage of the enzymes used_
Дозировка Сырье, используемое Показатели для сухого ихтиожелатина, %
фермента для получения
алкалазы ихтиожелатина влага жир белок зола
(% от массы
сырья)
1,0 Чешуя леща 7,17 0,64 91,08 1,03
Плавательные пузыри
леща 8,26 2,84 86,77 1,93
Чешуя судака 7,14 1,97 89,7 6,72
0,5 Чешуя леща 6,8 1,06 89,94 2,0
Плавательные пузыри леща 7,8 2,93 87,36 1,56
Желатин животного происхождения (ГОСТ 11293-89) 13,1 0 85,5 1,4
Из данных табл. 4 видно, что сухой ихтиожелатин характеризуется высоким содержанием белка (87,36 и 86,77 % из плавательных пузырей леща). Животный желатин по требованию ГОСТ 11293-89 должен содержать не менее 85,5 % белка. Еще больше белка в продукте из чешуи (из чешуи леща 91,08 и судака 89,7 %). Со снижением дозировки фермента фиксируется снижение содержания белка - для чешуи леща до 89,94 % против 91,08 % (при 1,0 %). Под воздействием протеолитических ферментов наблюдается освобождение белковых веществ из комплексов с минеральными веществами, извлеченный коллаген из плавательных пузырей и чешуи содержит не более 2,0 % минеральных веществ. Исключением оказался ихтиожелатин из чешуи судака (6,72 %), по своей структуре отличаю -щейся от чешуи леща. Вероятно, для этого вида сырья потребуется уточнение технологии. Для плавательных пузырей такой зависимости не выявлено. В желатине животного происхождения, получаемого с деминерализацией кислотами, содержание минеральных веществ не должно быть более 1,4 % (ГОСТ 11293-89).
Как негативный фактор следует отметить высокое содержание жира в желатине из плавательных пузырей (2,84-2,93 %). В желатине животного происхождения жир совсем не допускается. В исходном рыбном сырье (плавательные пузыри леща) содержание жира колебалось от 9,45 (март) до 20,13 % (февраль). При такой высокой
жирности сырья требуется решение вопроса по обезжириванию системы в ходе технологического процесса. Уже путем центрифугирования желатинсодержащего раствора удается значительно снизить остаточное содержание жира.
Сравнительные исследования рыбного желатина из чешуи и плавательных пузырей и желатина животного происхождения по органолептическим и физико-химическим показателям представлены в табл. 5 и 6.
Таблица 5. Сравнительные характеристики органолептических показателей желатина рыбного и животного происхождения
Table 5. Comparative characteristics of organoleptic indicators of fish and animal
Наименование показателя Характеристика ихтиожелатина Желатин животного происхождения марки П-11 [16]
из чешуи леща из плавательного пузыря леща
Внешний вид Крупинки, порошок Пластинки, крупинки, гранулы, порошок
Цвет Светло-желтый Светло-коричневый От светло-желтого до темно-желтого, светло-коричневого
Запах Без постороннего Присутствие рыбного запаха Без постороннего
Вкус Пресный Пресный
Исходя из полученных данных (табл. 5), по органолептическим показателям ихтиожелатин из чешуи леща можно считать близким желатину животного происхождения марки П-11. Ихтиожелатин из плавательных пузырей отличается от желатина из животного сырья по такому показателю, как специфический запах, связанный с остатками жира в продукте (табл. 4). За счет этого он, прежде всего, может быть рекомендован для использования в производстве продуктов на рыбной основе.
По физико-химическим характеристикам (табл. 6) ихтиожелатин данного способа обработки отличается от желатина животного происхождения марки П-11 более низкой температурой плавления студня с массовой долей желатина 10 % и меньшей динамической вязкостью этого раствора. Возможно, это потребует регламентации видов ихтиожелатина исходя от используемого сырья. Но и желатин животного происхождения в соответствии с ГОСТ 11293-89 разделяется на много марок в зависимости от его характеристик и объективных показателей.
Таблица 6. Сравнительные физико-химические показатели желатина рыбного и животного происхождения
Table 6. Comparative physical and chemical parameters of fish and animal gelatin_
Наименование показателей Физико-химические показатели Физико-
ихтиожелатина химические пока-
из чешуи из плавательных затели желатина
леща пузырей леща животного происхождения марки П-11 [16 ]
1 2 3 4
Размер частиц, мм, не более 3 10
Массовая доля мелких частиц,
%, не более 6 30
Окончание табл. 6
1 2 3 4
Продолжительность растворения, мин, не более 3 16 25
Массовая доля влаги, %,
не более 8 9 16
Массовая доля золы, %,
не более 2 2
Температура плавления студня
с массовой долей желатина
10 %, 0С, не менее 20 25 30
Динамическая вязкость
раствора с массовой
долей желатина 10 %, мПас 15 16 18
Наличие посторонних примесей Не допускается Не допускается
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что в Калининградском регионе имеется перспективное неиспользуемое вторичное рыбное сырье, которое может обрабатываться с целью получения структурообразователей животного происхождения для пищевых и других целей. Потребность в производстве этого продукта подтверждается. Достаточные ресурсы пресноводных рыб в регионе позволят обеспечивать производство сырьем.
Плавательные пузыри, кожа, чешуя рыб лещ и судак характеризуются высоким содержанием белков, в том числе коллагенового типа. В течение года химический состав этого сырья меняется в основном за счет колебаний в содержании жира.
Экспериментальные работы показали перспективность организации производства структурообразователей из вторичного рыбного сырья с применением плавательных пузырей, чешуи и кожи леща и судака. Наиболее целесообразным является технологический процесс с предварительной деструкцией белково-угле-водных, белково-липидных и белково-минеральных комплексов сырья с использованием протеолитических ферментных препаратов.
Наилучший результат получен с помощью протеолитического фермента Alcalase® 2.5L. От вида и дозировки используемого фермента зависит выход и химический состав высушенной продукции. Наибольший выход при обработке плавательных пузырей, кожи и чешуи получается при дозе алкалазы 1,0 %. Снижение дозировки алкалазы до 0,5 % сопровождается снижением выхода как для чешуи, так и для плавательных пузырей рыб. Уменьшение дозы фермента сопровождается снижением содержания белка в готовом продукте, вероятно, за счет недостаточного выхода коллагена из комплексов. Негативным можно считать более высокое содержание минеральных веществ в ихтиожелатине из чешуи судака (6,72 %). Лучшая деминерализация происходит при более высокой концентрации фермента.
Ихтиожелатин, получаемый с использованием алкалазы, характеризуется высоким содержанием белка (87,36 и 86,77 % в ихтиожелатине из плавательных пузырей леща), что даже выше требований для животного желатина (не менее 85,5 % по ГОСТ 11293-89). Более высокое содержание белка в ихтиожелатине из чешуи рыб (91,08 % из чешуи леща и 89,7 % из чешуи судака).
В связи с высоким уровнем жира в исследуемом сырье (плавательные пузыри леща от 9,45 до 20,13 %) содержание жира в ихтиожелатине из плавательных пузырей оказалось высоким, что потребует включения в технологический процесс операции обезжиривания. При использовании чешуи содержание жира в ихтиожелатине значительно ниже.
Сравнение органолептических и физико-химических показателей рыбного желатина из чешуи и плавательных пузырей с желатином животного происхождения позволяет заключить, что по органолептическим показателям ихтио-желатин из чешуи леща можно считать близким желатину животного происхождения марки П-11.
Ихтиожелатин из плавательных пузырей уступает желатину из животного сырья по таким показателям, как повышенное содержание жира и специфический запах. Получаемый по данной технологии ихтиожелатин имеет также более низкую температуру плавления студня.
Потребуется проведение дополнительных исследований по уточнению параметров технологического процесса с целью снижения содержания жира в готовом продукте.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Биотехнология морепродуктов: учебники и учеб. пособия для студ. высш. учеб. завед. / Л.С. Байдалинова [и др.]. - Москва: МИР, 2006. - 560 с.
2. До Ле Хыу Нам. Получение желатина из коллагенсодержащих продуктов разделки прудовых рыб с использованием ферментных препаратов: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.18.04 / До Ле Хыу Нам. - Воронеж, 2012. - 24 с.
3. Воробьев, В. И. Исследование и применение рыбной чешуи в различных отраслях промышленности / В. И. Воробьев, Е. В. Нижникова // Известия Калининградского государственного технического университета. - 2017. - №45. -С. 147-159.
4. Самойлова, Д. А. Вторичные ресурсы рыбной промышленности как источник пищевых и биологически активных добавок / Д. А. Самойлова, М. Е. Цибизева // Вестник Астраханского государственного технического университета: Сер. Рыбное хозяйство. - 2015. - №2. - С. 129-136.
5. Способ получения желатина из чешуи прудовых рыб: пат. 2009146397/13 РФ / Л. В. Антипова, Ву Тхи Лоан; заявл. 14.12.2009; опубл. 27.06.2011.
6. Покусаева, О. А. Ихтиожелатин как основа съедобных пленочных покрытий для пищевых продуктов / О. А. Покусаева, Н. В. Долганова, О. С. Якубова // Вестник Астраханского государственного технического университета: Сер. Рыбное хозяйство. - 2015. - №2. - С. 123-128.
7. Иванова, Е. А. Эффективность использования полимерных композиций на основе клея из чешуи рыб для предпосевной обработки семян / Е. А. Иванова [и др.] // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Рыбное хозяйство. - 2015. - №1. - С. 99-106.
8. Као, Т. Х. Физико-химические характеристики желатина из кожи рыб / Т. Х. Као, Р. Г. Разумовская // Известия высших учебных заведений. Сер. Пищевая технология. - Краснодар, 2011. - №2. - С. 27-29.
9. Иванова, Е. А. Товароведная характеристика клея, получаемого из чешуи рыб / Е. А. Иванова, О. С. Якубова // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Рыбное хозяйство. - 2013. - №3. - C. 162-168.
10. Мезенова, Н. Ю. Гидролизаты рыбной чешуи в составе базового специализированного питания спортсменов / Н. Ю. Мезенова, Л. С. Байдалинова, О. Я. Мезенова // Известия высших учебных заведений. Сер. Пищевая технология. - Краснодар. - 2014. - № 4. - С. 62-65.
11. Иванова, С. Ф. Исследование коллагена из плавательного пузыря осетровых (ACIPENSERIDAE) и сиговых (COROGENIDAE) пород рыб / С. Ф. Иванова, Н. Н. Петрова // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова. - Якутск: Изд-во ФГАОУ ВО «СВФУ». -2015. - С. 51-58.
12. Якубова, О. С. Чешуя как источник получения ихтиожелатина / О. С. Якубова, А. Л. Котенко // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Рыбное хозяйство. - 2004. - № 4. - С. 130-136.
13. Способ производства желатина: пат. 2487152. 2012 РФ / Дяченко Э. П., Као Тхи Хуе; заявл. 15.10.2012; опубл. 10.07.2013.
14. Зарубина, Н. Ю. Получение сухих высококачественных рыбных гид-ролизатов с использованием вакуумной сублимационной сушки / Н. Ю. Зарубина [и др.] // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Рыбное хозяйство. - 2016. - №3. - С. 138-143.
15. ГОСТ 7636-85 Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа. - Москва: Стандартинформ, 2010. - 123 с.
16. ГОСТ 11293-89 Желатин. Технические условия. - Москва: ИПК Издательство стандартов. - 2001. - 25 с.
17. ГОСТ 7631-2008 Рыба, нерыбные объекты и продукция из них. Методы определения органолептических и физических показателей. - Москва: Стан-дартинформ. - 2011. - 15 с.
REFERENCES
1. Baydalinova L. S., Lysova A. S., Mezenova O. Ja., Sergeeva N. T., Slutskaja T. N., Stepan^va G. E. Biotekhnologiya moreproduktov: uchebniki i ucheb. posobiya dlja stud. vyssh. ucheb. zaved [Biotechnology of seafood: textbooks for students of higher educational establishment]. Moscow, MIR, 2006, 560 p.
2. Do Le Hyu Nam. Poluchenie zhelatina iz kollagensoderzhashchih produktov razdelki prudovyh ryb s ispol'zovaniem fermentnyh preparatov. Avtoreferat diss. kand tehn. nauk [Gelatin production from collagen-containing processed pond fish products using enzyme preparations. Abstract of dis. cand. of techn. sci.]. Voronezh, 2012, 24 p.
3. Vorob'ev V. I., Nizhnikova E. V. Issledovanie i primenenie rybnoj cheshui v razlichnyh otrasljah promyshlennosti [Research and application of fish scale
Haynubiu wypnan «H3eecmuH KfTY», № 51, 2018 г.
in various industries ]. Izvestija Kaliningradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2017, no. 45, pp. 147-159.
4. Samojlova D. A., Cibizeva M. E. Vtorichnye resursy rybnoj pro-myshlennosti kak istochnik pishchevyh i biologicheski aktivnyh dobavok [Secondary resources of the fishing industry as a source of food and biologically active additives]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo technicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe ho-zyajstvo, 2015, no. 2, pp.129-136.
5. Antipova L. V., Vu Thi Loan. Sposob polucheniya zhelatina iz cheshui prudovyh ryb [Method of obtaining gelatin from pond fish scale]. Patent RF no.2009146397/13. Data podachi zajavki 14.12.2009. Data publikacii patenta 27.06.2011.
6. Pokusaeva O. A., Dolganova N. V., Jakubova O. S. Ihtiozhelatin kak os-nova s"edobnyh plenochnyh pokrytij dlya pishchevyh produktov [Ichthyogelatin as a basis of edible film coatings for food products]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstven-nogo technicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe hozyajstvo, 2015, no 2, pp. 123-128.
7. Ivanova E. A., Jakubova O. S., Bajrambekov Sh. B., Poljakova E. V. Effektivnost' ispol'zovaniya polimernyh kompozicij na osnove kleja iz cheshui ryb dlja predposevnoj obrabotki semjan [Efficiency of using polymer compositions based on fish scale for pre-sowing seed treatment]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe hozyajstvo, 2015. no. 1, pp. 99-106.
8. Kao T. H. Fiziko-himicheskie harakteristiki zhelatina iz kozhi ryb [Physico-chemical characteristics of gelatin from fish skin]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Pishchevaja tekhnologija, Krasnodar, 2011. no. 2. pp. 27-29.
9. Ivanova E. A., Jakubova O. S. Tovarovednaya harakteristika kleya, polu-chaemogo iz cheshui ryb [Commodity characteristics of glue obtained from fish scale]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe ho-zyajstvo, 2013, no. 3, pp. 162 - 168.
10. Mezenova N. Ju., Baydalinova L. S., Mezenova O. Ja. Gidrolizaty rybnoj cheshui v sostave bazovogo specializirovannogo pitanija sportsmenov [Fish hyd-rolyzates in the basic specialized nutrition of athletes]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Pishchevaja tekhnologija. Krasnodar, 2014, no. 4, pp. 62-65.
11. Ivanova S. F., Petrova N. N. Issledovanie kollagena iz plavatel'nogo puzyrja osetrovyh (Acipenseridae)i sigovyh (Corogenidae) porod ryb [Study of collagen from the swim bladder of sturgeon (Acipenseridae) and whitefish (Corogenidae)]. Vest-nik Severo-Vostochnogo federal'nogo universiteta im. M. K. Ammosova. Jakutsk, 2015, pp. 51-58.
12. Jakubova O. S., Kotenko A. L. Cheshuja kak istochnik poluchenija ihtio-zhelatina [Scale as a source of ichthyogelatin]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstven-nogo technicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe hozyajstvo, 2004, no. 4, pp. 130-136.
13. Djachenko E. P., Kao Thi Hue. Sposob proizvodstva zhelatina [A method of gelatin production]. PatentRFno. 2487152. 2012. Data podachi zajavki 15.10.2012. Data publikacii patenta 10.07.2013.
14. Zarubina N. Ju., Bredihina O. V., Semenov G. V., Krasnova I. S. Polu-chenie suhih vysokokachestvennyh rybnyh gidrolizatov s ispol'zovaniem vakuumnoj sublimacionnoj sushki [Preparation of dry high quality fish hydrolysates using vacuum freeze drying]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo technicheskogo universiteta: Ser. Rybnoe hozyajstvo, 2016, no. 3, pp. 138-143.
15. GOST 7636-85. Ryba, morskie mlekopitayushchie, morskie bespozvo-nochnye i produkty ih pererabotki. Metody analiza [Fish, marine mammals, marine invertebrates and products of their processing. Methods of analysis]. Moscow, Standartin-form, 2010, 123 p.
16. GOST 11293-89. Zhelatin. Tekhnicheskie usloviya [Gelatin. Technical specifications]. Moscow, IPK, Izdatel'stvo standartov, 2001, 25 p.
17. GOST 7631-2008. Ryba, nerybnye ob"ekty i produkciya iz nih. Metody opredelenija organolepticheskih i fizicheskih pokazatelej [Fish, nonfish objects and products made of them. Methods for determining organoleptic and physical parameters]. Moscow, Standartinform, 2011, 15 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Байдалинова Лариса Степановна - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент; профессор кафедры пищевой биотехнологии; E-mail: [email protected]
Baydalinova Larisa Stepanovna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Engineering, Associate Professor; Professor at the Department of Food Biotechnology; E-mail: [email protected]
Ляпустина Елизавета Евгеньевна - Калининградский государственный технический университет; бакалавр; E-mail: [email protected]
Lyapustina Elizaveta Evgenievna - Kaliningrad State Technical University; Bachelor degree holder; E-mail: [email protected]
