На правах рукописи

До Ле Хыу Нам

ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛАТИНА ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ

ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛКИ ПРУДОВЫХ РЫБ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2012

Работа выполнена на кафедре пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Научные руководители:……. заслуженный деятель науки РФ, доктор технологических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»)

Официальные оппоненты: Харенко Елена Николаевна доктор технических наук, доцент, (ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии»);

Якубова Олеся Сергеевна кандидат технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»)

Ведущая организация:……… ФГБOУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар

Защита состоится «04» июля 2012 года в 10 ч00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежскийгосударственный университет инженерных технологий»по адресу: 394036, г. Воронеж, просп. Революции, 19.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес Совета университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» http://www.vsuet.ru «01» июня 2012 г. Автореферат разослан «01» июня 2012 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, д.т.н. Голубева Л. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость рационального использования побочных продуктов и отходов рыбоперерабатывающего производства тесно связано с экономической результативностью работы предприятия и природоохранными проблемами, острота которых известна. Из массы таких продуктов заметное место занимают чешуя и плавательные пузыри, богатые содержанием коллагенов. Учитывая резкое сокращение сырьевых ресурсов животного происхождения для производства желатина, весьма актуальна разработка альтернативных технологий из нетрадиционных ресурсов, например рыбного происхождения. Чешуя и плавательные пузыри в России практически не используются и представляют собой бросовый материал, составляет прямые потери производства; вместе с тем желатин - широко востребованная пищевая добавка в различных отраслях пищевой промышленности и общественном питании, населением при приготовлении пищи в домашних условиях.

Несмотря на проведенные исследования в этой области (Алешин А.Д, Урманов Д.М, Долганова Н.В., Якубова О.С. и др.), следует отметить недостаточную изученность этих сырьевых объектов как источников желатина. Необходимость оценки возможности совершенствования традиционных технологий, минимизирующих применение агрессивных сред (кислот, щелочей, солей) и создающих экологическую напряженность из-за отсутствия возможности дальнейшего использования полезных веществ из побочных продуктов и стоков.

Патентно-информационный поиск и анализ результатов проведенных исследований отечественными и зарубежными авторами (Антипова Л.В., Белоусов А.А., Битуева Э.В., Боресков В.Г., Глотова И.А., Грачева И.М., Жеребцов Н.А., Кудряшов Л.С., Липатов Н.Н., Махонина В.Н., Нефедова Н.В., Рогов И.А., Шамханов Ч.Ю., Blackmore H., Gudaszewski T., Muller H. и др.) позволяет сосредоточить внимание на биотехнологических методах обработки пищевого сырья, в частности, на ферментных технологиях, известных интенсивностью, экологичностью, высоким технологическим эффектом и качеством конечных продуктов.

В связи с этим весьма привлекательным является разработка условий применения протеолитических препаратов отечественного производства в технологии производства желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб.

Диссертационная работа является составной частью научных исследований кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

по теме «Выделение и комплексные исследования биополимеров и ферментных систем тканей животных, птиц и гидробионтов. Ферментная деструкция биополимеров животного происхождения и целенаправленное конструирование функциональных систем в опытах in vivo и in vitro»

(гос. контракт № П 1715 от 23.09.2009).

Цель работы – исследование физико-химических и морфологических свойств чешуи и плавательных пузырей прудовых рыб, обоснование и реализация ферментных технологий желатина пищевого.

В рамках цели исследования были сформулированы и решались следующие основные задачи:

- изучить массовую и морфологическую характеристику, химический состав чешуи и пузыря прудовых рыб;

- исследовать биохимический состав сырья и обосновать выбор ферментных препаратов;

- обосновать условия ферментной обработки чешуи и пузыря прудовых рыб;

- разработать технологию получения желатина из чешуи и пузыря пудовых рыб с предварительной ферментативной обработкой;

- провести сравнительные исследования рыбного и животного желатина;

- провести опытно-лабораторную апробацию получения и применения рыбного желатина для производства пищевых продуктов, разработка технической документации, оценка экономической эффективности новых технических решений.

Научная новизна.

Установлен массовый выход продуктов разделки прудовых рыб местного происхождения. Сформирована база данных о химическом составе, микроструктуре чешуи и пузыря прудовых рыб. Обоснован выбор ферментных препаратов для обработки сырья и установлены закономерности деструкции белков с количественной и количественной оценкой продуктов биокаталитической реакций. Установлены особенности превращение белков сырья в зависимости от действия внешних факторов. Обоснованы условия, параметры и режимы ферментных технологий при получении желатина с заданными физико-химическими свойствами, качеством и безопасного. Определен аминокислотный состав желатина, даны сравнительные характеристики биохимического состава и физико-химических свойств сравниваемых объектов.

Практическая значимость.

Доказана целесообразность использования чешуи и плавательного пузыря рыб при реализации ферментных технологий получения желатина. Разработана модифицированная технологическая схема получения желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб с применением ферментного препарата протосубтилин Г3Х в дозировке 1 % к массе сырья при температуре 50 °С или протепсина в дозировке 0,8 % к массе сырья температуре 40 °С в течение 5 - 6 часов. Установлена идентичность физико-химических свойств, пищевой и энергетической ценности желатина из чешуи и пузыря рыб и животного желатина.

Желатин апробирован и рекомендуется при производстве фруктового желе и заливной рыбы. Разработанные технологии прошли опытнолабораторную апробацию в условиях НИЛ кафедры ПБиПЖиРС. На новые виды продуктов разработаны пакеты технической документации ТИ, ТУ 9219-001-02068108-2012- «Желатин из чешуи и пузыря прудовых рыб». Новизна технических решений подтверждена патентом РФ - Патент РФ, № 2422484 «Способ получения желатина из чешуи прудовых рыб». Расчетная экономическая эффективность желатина из чешуи и плавательного пузыря прудовых рыб составляет 47,53 тысяч р./т.

Положения, выносимые на защиту.

- Свойства чешуи и плавательного пузыря прудовых рыб (карп, карась, толстолобик, белый амур) как источников сырья для производства желатина;

- условия, параметры и режимы ферментной обработки для получения желатина из чешуи и плавательного пузыря прудовых рыб;

- Комплексная оценка качества полученного желатина рыбного происхождения;

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств» и п. 4, 5 паспорта специальности 05.18.07 – «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2009-2012 г. на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии (ныне Воронежский государственный университет инженерных технологий); международных и всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: « Актуальные вопросы современной техники и технологии » (Липецк 2011), « Составляющие научно-технического прогресса », « Глобальная научная интеграция», (Тамбов, 2011); « Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса » (Москва, 2011); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); « Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» (Москва, 2012).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, статья, 8 тезисов в периодических изданиях, 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложения. Работа содержит 197 страниц машинописного текста, в том числе 62 страницы приложений, 18 таблицы, рисунков. Библиография включает 155 наименований, в том числе иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цель и задачи исследований.

Глава I. Аналитический обзор литературы. Осуществлен аналитический обзор данных литературы, касающихся опыта применения ферментных препаратов в обработке коллагенсодержащего сырья рыбной промышленности.

Обобщены современные сведения о свойствах протеолитических ферментных препарат различного происхождения и механизма их действия.

Проанализирован зарубежный и отечественный опыт получения и применения желатина из коллагенсодержащих продуктов.

Выявлено, что получение желатина из чешуи и пузыря рыб изучено с теоретической и практической точек зрения крайне не достаточно, особенно с применением ферментных препаратов, знания о которых позволяют совершенствовать технологии переработки и максимально использовать вторичные ресурсы основного производства.

Глава II. Экспериментальная часть. Объекты и методы исследований.

Объектами исследования служили: живая рыба (карп, толстолобик, белый амур, карась) ГОСТ 14896-81. Чешуя и пузыри выделены при разделке прудовых рыб в условиях ООО «Системы качества жизни» (г.

Нововоронеж). Ферментные препараты протосубтилин Г3Х по ГОСТ 23636-90 и амилосубтилин Г3Х по ГОСТ 23635-90 (производитель Бердский завод биологических препаратов, Новосибирская область), протепсин по ТУ 9219-005-42789257-2005 (производится на территории России фирмой «Завод Эндокринных Ферментов», Московская обл. п.

Ржавки), медицинский панкреатин (производство завода биопрепаратов ОАО «Самсон», г. Санкт-Петербург), разрешнный к применению в пищевой промышленности органами и учреждениями Роспотребнадзора МЗ РФ. Экспериментальные исследования проводили в условиях НИЛ кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья, кафедры физической и аналитической химии, кафедры хлебопекарного и кондитерского производства ВГУИТ, ИЛ Всероссийского научно – исследовательского института комбикормовой промышленности.

Анализ химического состава исследуемых объектов в лабораторных условиях проводили в соответствии с действующей нормативной документацией: массовую долю влаги по ГОСТ 9793-74; жира – методом Сокслета по ГОСТ 23042-86; золы – по ГОСТ 15113.8-77; белка – фотометрически и методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-78 с предварительной минерализацией проб. Аминокислотный состав сырья определяли методом капиллярного элекрофореза на автоматическом аминоанализаторе Капель-105. Гистоморфологические и ультраструктурные исследования проводили по ГОСТ Р 50372. Органолептические и физико-химические показатели качества желатина в соответствии с ГОСТ 11293-89. Динамику ферментативного гидролиза коллагенсодержащего сырья оценивали по накоплению продуктов гидролиза (пептидов и аминокислот) нингидриновым методом.

Молекулярную массу желатина и степень гетерогенности полученного препарата исследовали на установке вертикального пластинчатого электрофореза «Биоклон». Моделирование рецептур готовых продуктов производили с помощью программы Generik 2.1. Порядок проведения эксперимента, объекты и методы исследований представлены на рисунке 1.

Массовый выход Глава III. Исследование чешуи и плавательного пузыря прудовых рыб как источник для получения желатина При переработке побочных продуктов разделки прудовых рыб с целью получения желатина большое значение имеет массовой выход объектов исследуемых видов (таблица 1).

Таблица 1 – Массовый выход продуктов разделки прудовых рыб, % к общей массе рыбы лобик амур Рисунок 2 - Средний размер длины чешуи и пузыря прудовых рыб, мм крупный выделяющийся морфологически орган. Масса пузыря различных видов рыбы колеблется в пределах от 0,41 % до 0,62% общей массы тела. Максимальный размер длины плавательного пузыря был у белого амура и минимальный - у карася. Таким образом, сведения о массовом выходе чешуи и пузыря рыб подтверждает целесообразность их использования в качестве сырья для получения желатина.

При характеристике общего химического состава чешуи и пузыря прудовых рыб, важное значение имеет количественное определение основных питательных веществ. Экспериментальные данные приведены в таблице 2. Данные таблицы 2 показали, что по уровню белка, жира и минеральных веществ в чешуе и в пузырях изучаемых видов рыб объекты существенно не отличались. Содержание жира в чешуе не значительно и приблизительно равно у всех видов рыб – на уровне 0,15 %, содержание жира в пузыре рыб составляет 5-6%.

Таблица 2 – Химический состав чешуи и пузыря прудовых рыб Рисунок 3 - Содержание белка (на сухую массу) чешуи и пузыря прудовых рыб, % При анализе фракционного состава белков (таблица 3 и рисунок 4) экспериментально доказано, что большую часть азотсодержащих веществ чешуи и пузыря составляет коллаген.

Таблица 3 – Фракционный состав белков в пузыре и чешуе прудовых рыб Вид рыбы Рисунок 4 - Содержание коллагена в чешуе и пузыре прудовых рыб ков (1,9 % - 2,7 %). Сопутствующим коллагену азотистым веществом белкового происхождения является ихтиолепидин. Его содержание колеблется от 4,2 % до 7,8 %. По сравнению с чешуей в пузыре наибольшая доля коллагена у белого амура и составляет 62,6 %. Кроме коллагена в пузыре содержатся водорастворимые (3,8 % - 5,1%) и солерастворимые белки (4, % - 7,2 %). Содержание ихтиолепидина колеблется от 2,4 % до 5,7 %.

Для изучения особенностей строения шкуры, чешуи и пузыря прудовых рыб и идентификации коллагеновых структур в них, применяли гистологические методы. Шкура характеризовалась продольным ориентированием коллагеновых пучков соединительной ткани. Элементы соединительной ткани рыхлой подкожной клетчатки выявлялись в виде тонких прослоек (рисунки 4,5).

В препаратах чешуи карпа, карася и белого амура отмечали аналогично большие размеры и характерную структуру с концентрическими кольцами, образованными пластинчатыми комплексами коллагена и ихтиолепидина. При чм помимо концентрических структур выявлялись поперечные борозды (рисунок 6), выходящие из центра чешуек.

1 – эпидермис, 2 – плотная 1 – эпидермис, 2 – плотная волокнидобавочные кольца, 2 – радиальволокнистая соединительная стая соединительная ткань, 3– шкуры карпа. Окр. гематоксиРисунок 5 - Гистоструктура шкуры Рисунок 6 - Архитектоника лин-эозин. Ув. 2 – пигментные включения чешуи толстолобика. Окр. гешуи. Окр. гематоксилин-эозин. белого амура. Окр. гем.-эоз. Ув.

1 – эпителий, 2 – соединительная 1 – эпителий, 2 – соединительная 1 – пучок коллагенновых волокон, стенки плавательного пузыря ка стенки плавательного стенки плавательного пузыря толстолобика. Окр. гем.-эоз. пузыря карася. Окр. гем.- карпа. Окр. гем.-эоз. Ув.

В отличие от карпа, чешуя толстолобика была значительно меньшего размера, характеризовалась многочисленными концентрическими кольцами. Кроме того, следует отметить, что радиальные борозды в структуре чешуи толстолобика отсутствовали (рисунок 7). Помимо структурированной поверхности непосредственно чешуи, отмечали характерную структуру блестящего слоя и пигментных клеток внутреннего и наружного слов эпителия (рисунок 8). Таким образом, можно отметить, что чешуя карпа, карася и белого амура имеет плотную внутреннюю структуру, что может препятствовать эффективности технологической обработки. Выявленные особенности структуры чешуи толстолобика указывают на то, что в технологическом отношении чешуя толстолобика, вероятно, представляет больший практический интерес, чем чешуя других рыб, в качестве сырья для получения желатина. Так как меньшее размер чешуи толстолобика способствует ускорению массообменных процессов и требует меньшее усилие обработки сырья.

Структура стенки плавательного пузыря белого амура (рисунок 9) характеризовалась довольно мощным слоем соединительнотканных волокон составляющих его основу. Гистоструктура стенки плавательного пузыря других видов рыб также отличалась хорошо развитой соединительной тканью (рисунки 10, 11, 12). При этом на отдельных препаратах в поле зрения чтко просматривались элементы кроющего эпителия внутренней стороны пузыря, а также фрагменты мелких кровеносных сосудов. Гистологическая картина стенки плавательного пузыря прудовых рыб характеризовалась наличием мощной соединительнотканной основой.

Таким образом, пузырь и чешуи содержат достаточно высокую массовую долю коллагена. Сырье практический освобождено от жиров, в нем мало углеводов, однако имеются сопутствующие белковые вещества соле- и водораствороемые, от которых следует избавиться какимлибо способом обработки.

Применение ферментных препаратов в технологии ихГЛАВА IV.

тиожелатина из прудовых рыб Для определения условий возможного применения протеолитических ферментных препаратов в переработке коллагенсодержащего сырья необходимо уточнение области их стабильности и активности при гидролизе избранных специфических субстратов. Критерием оценки гидролиза суммарных белковых фракций коллагенсодержащего сырья служило наличие продуктов гидролиза, имеющих в составе пептидные связи, в жидкой фракции гидролизата. При постановке экспериментов, пузырь и чешую измельчали на волчке с диаметром решетки 2-3 мм, затем измельчнное сырь подвергали ферментативному гидролизу.

Ферментные препараты использовали в виде водного раствора, гидромодуль 1:2(И.А. Глотова 2004 г., С.А. Сторублецев 2009 г.). Предварительно определяли протеолитическую активность ферментов по избранной методике при разных температурах реакции гидролиза в интервале температур 30-60 С. Оптимумы pH действия определяли, используя идентичные методы исследования с изменением pH специфических субстратов с применением соответственных универсальных буферных смесей в диапазоне рН 4,0-9,0. Результаты исследований зависимости протеолитической активности ферментных препаратов протосубтилин Г3х, амилосубтилин ГЗх, протепсин и панкреатин от температуры и рН среды представлены на рисунках 13, 14.

Анализ графиков показывает, что оптимальная температура и оптимальное значение рН соответственно составляют для протосубтилина Г3х 50 С и 7; амилосубтилина Г3х 50 С и 7; протепсина 40 С и 5;

панкреатина 45 С и 6. При этих условиях протеолитическая активность ферментных препаратов достигает максимума для протосубтилина Г3х – 60 ед/г; амилосубтилина Г3х – 20 ед/г, протепсина- 50 ед/г, панкреатина – 250 ед/г. Дальнейшее увеличение температуры и рН процесса гидролиза приводит к инактивации ферментных препаратов.

Протеолитическая активность ферментных препаратов, ед/г Рисунок 13 - Зависимость протеолитической Рисунок 14 - Зависимость протеолитической активности ферментных препаратов от темпе- активности ферментных препаратов от рН После выбора режимных параметров ферментного гидролиза проводили испытания для определения введенной дозировки препарата с целью обеспечения экономичности производства.

При постановке эксперимента готовили пробы по 3-4 г грубоизмельченной чешуи и пузырей с размером стружки 5 мм, добавляли воду в соотношении вода : сырье 2:1. После этого вносили ферментный препарат протосубтилин Г3х, амилосубтилин Г3х, протепсин, панкреатин в диапазоне определенных экспериментальных дозировок 0,1-1,8% к массе чешуи и пузырей и выдерживали при периодическом перемешивании в течение 6 часов в заданных областях рН и температуры. Затем центрифугированием при 83 с-1 в течение 5 мин отделяли осадок. Надосадочную жидкость осторожно декантировали и использовали для количественного определения белков. Эффект действия фиксировали по уровню накопления водорастворимых продуктов белковой природы по биуретовой реакции.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 15, 16, 17, 18. Установлено, что разрушение биополимеров белковой природы чешуи и пузырей зависит от дозировки ферментных препаратов и характерных особенностей субстратов. Так, в случае ферментного препарата протосубтилина Г3х и протепсина накопление водорастворимых белков и пептидов в среде возрастает при дозировке соответственно 0,1-1 % и 0,1-0,8% к массе сырья. Соответственно дальнейшее увеличение дозы препарата к нарастанию деструктивных процессов не приводило.

При дозе амилосубтилина Г3х 1,25 % к массе сырья выход водорастворимых продуктов белковой природы достигает наибольшего значения, но отмечено менее значительное нарастание деструктивных процессов по сравнению с выше указанными двумя ферментными препаратами.

Содержание водорастворимых продуктов гидролиза, мг/см Содержание водорастворимых продуктов гидролиза, мг/см Экспериментальные исследования, проведенные в аналогичных условиях, с ферментным препаратом панкреатин, показали, что он глубоко разрушает белковые структуры чешуи и пузыря и образует большое количество низкомолекулярных водорастворимых белковых веществ по сравнению с протосубтилином Г3х и протепсином. Выход водорастворимых продуктов белковой природы достигает наибольшего значения при дозе панкреатина 1,25 % к массе сырья.

В ходе экспериментальных исследований определена оптимальная дозировка ферментных препаратов, путем при фиксировании продолжительности гидролиза каждые 30 мин. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 19, 20. Установлено, что разрушение биополимеров белковой природы чешуи и пузырей также зависит от продолжительности гидролиза. При обработке чешуи и пузыря, оптимальное время гидролиза составило соотвественно 330 мин. для протосутилина Г3х, 300-330 мин. для амилосубтилина Г3х, 300-330 мин.

для протепсина, 270-300 мин. для панкреатина. Этот показатель имеет важное значение в предлагаемой технологии получения желатина из чешуи и пузыря с применением ферментных препаратов, так как фиксирует время окончания процесса.

Содержание водорастворимых продуктов гидролиза, мг/см В ходе экспериментальных испытаний определена активность препаратов. Для максимального выхода обоснована дозировка и условия в получении конечного продукта.При постановке эксперимента готовили пробы по 10 г грубоизмельченней чешуи и пузырей с размером стружки 5 мм и помещали в водные растворы ферментных препаратов при их оптимальных условиях рН и температуры.

Результаты исследований показали, что протепсин и протосубтилин Г3х хорошо вляют на выход желатина. Оптимальная дозировка протосубтилинаГ3х и протепсина составляет соответственно 1%и 0,8 % к массе сырья.

При обработке чешуи протосубтилином Г3х выход желатина максимален – 10,23 % – для карпа, 12,97% – для толстолобика, 8,95% – для карася, 9,75% – для белого амура. При обработке чешуи протепсином по отношению к массе чешуи выход желатина максимален – 10,84 % – для карпа, 14,08% – для толстолобика, 9,76% – для карася, 10,33% – для белого амура. При таких условиях обработки выход желатина из чешуи толстолобика выше, чем карпа, карася, белого амура (рисунки 21, 22).

Это объясняется уменьшением размера обрабатываемых частиц (средний характерный размер чешуи толстолобика составляет 8 мм, а чешуи карпа – 19,0 мм, карася –15,8 мм, белого амура – 14,8 мм), что способствует ускорению массообменных процессов. Кроме этого, влияние на выход желатина также оказывает содержание коллагена в чешуе (содержание коллагена в сухой чешуи толстолобика составляет 59,3 %, чешуи карпа – 54,7%, карася – 48,1 %, белого амура – 54,6 %).

При обработке пузырей протосубтилином Г3х выход желатина максимален – 13,86 % – для карпа, 14,51% – для толстолобика, 11,34% – для карася, 16,01% – для белого амура. При обработке пузырей протепсином по отношению к их массе выход желатина максимален – 16,33 % – для карпа, 17,56% – для толстолобика, 15,21% – для карася, 19,03% – для белого амура (рисунки 23, 24). Влияние на выход желатина также оказывает содержание коллагена в пузырях (содержание коллагена в сухом пузыре белого амура составляет – 63,6 %, пузыре толстолобика 61,8 %, карпа – 60,4%, карася – 56,4 %).

При обработке чешуи и пузырей амилосубтилином Г3х на этапе желатинирования полученный экстракт не образует желе при температуре 2-4 С и находится в форме вязкого мутного раствора. При температуре выше 15 С-20 С вязкость этого раствора заметно уменьшается. Данный эффект можно объяснить тем, что протеолитическая активность амилосубтилина Г3х слишком мала, вследствие чего коллаген сырья практически не деструктируется и желатины не экстрагируются.

При обработке чешуи разными концентрациями панкреатина после экстрагирования при разной длительности процесса, полученный экстракт не образует желе. Объясняется тем, что протеолитическая активность панкреатина слишком большая, расщепляет коллаген глубоко, вследствие чего образуются продукты малой молекулярной массы, отличные от желатина, т.е следует предполагать более глубокую деструкцию коллагена, при которой структурирование не возможно.

Протепсин и протосубтилин Г3х мягко гидролизуют белки коллагенсодержащего сырья и обеспечивают более высокий выход желатина, чем при использовании амилосубтилина Г3Х и панкреатина. Полученные результаты свидетельствуют о предпочтениях отобранных препаратов в разработке технологии производства.

Выход желатина, % Выход желатина, % по массе пузыря Для выяснения влияния степени деградации структуры коллагена на его функциональность были проведены электрофоретические исследования. Отбирали пробы гидролизатов, которые сушили до постоянной массы при 40 С и измельчали в порошок на лабораторном измельчителе ЛМЗ. В качестве Из литературных источников известно, что средняя молекулярная масса пищевых желатинов, получаемых из сырья животного происхождения, находиться в диапазоне от 25 до 70 кДа. Полученные нами образцы по молекулярной массе лежат в интервале от 40 до 60 кДа, однако наибольшая интенсивность окраски находится в области 40кДа. Данные молекулярные массы несколько ниже, чем у традиционного желатина. На основании сравнения можно делать вывод что, полученный продукт относится к низкомолекулярному желатину.

ГЛАВА V. Свойства желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб Нами была разработана модифицированная технологическая схема получения желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб (в частности карпа, толстолобика, белого амура и карася). Новым является то, что на операции мацерации (кислотной обработки) сырья используем ферментный препараты – протепсин или протосубтилин Г3х с целью интенсификации технологии и упрощения производства желатина. После оценки эффективности процесса экстрагирования, предложена модификция общей технологической схемы получения желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб с предварительной ферментативной обработкой сырья (рисунок 26).

(до t= -2 - 0 0 C, хранение не более 30 ч) (до t= -18 0 C, хранение не более 6 месяцев) Обработка чешуи, пузырей с ферментным препаратом протосубтилином Г3х (дозировка 1 % к массе сырья) или протепсином (дозировка 0,8 % к массе сырья), (t= 40-50 C, Промывка чешуи, пузырей водой для удаления остатка ферментного препарата и нерастворенного осадка (гидромодуль 1:4, t=18-20 0 C, =30 мин) Рисунок 26 - Общая технологическая схема получения желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб с предварительной ферментативной обработкой.

При сравнении предлагаемой ферментной технологии получения рыбного желатина с традиционной, разработанной сотрудниками Астраханского государственного технического университета (Разработка технологии получения ихтиожелатина из чешуи рыб, дис.канд.техн.наук. Якубова О.С.), можно отметить следующие преимущества.

Таблица 4 – Преимущества предлагаемого технического решения производственного цикла, ч тыс. р./т продукции Рисунок 27 – Студень желаРисунок 28 – Студень желатина Рисунок 29 – Порошок желатина из тина до высушивания При разработке нового продукта необходимо изучить его состав и свойства, а также установить его качественные показатели. При выборе качественных показателей и для сравнительного исследования действительных значений качественных показателей желатина, полученного из чешуи и пузырей прудовых рыб, опирались на государственные стандарты и санитарные нормы и правила на желатин пищевой животного происхождения. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблицах 5, 6.

Таблица 5 – Химический состав и энергетическая ценность желатина исхождения происхождения Таблица 6 – Сравнительное исследование органолептических и физико - химических показателей желатина рыбного и животного происхождения частиц, % растворения, мин.

массовой долей желатина 1 %, ед. рН раствора с массовой долей желатина 10 %, ния, студня с массовой долей желатина 10 %, °С массовой долей желатина 5 %, % ская студня с массовой долей желатина 10 %, Из данных таблицы 5 видно, что химический состав и энергетическая ценность рыбного желатина идентичны животному. Установлено, что в желатине рыбного и животного происхождения высокое содержание белков, отсутствует жир, что свидетельствует о высоком качестве желатина.

Из данных таблицы 6 видно, что, в основном, желатин из чешуи и пузырей рыб соответствует регламентируемым требованиям на пищевой животный желатин. Значение показателя прозрачности раствора желатина выше, чем норматив. Отмечены низкое значение показателей вязкости и температуры плавления студня рыбного желатина. Его динамическая вязкость раствора с массовой долей желатина 10 % составляет 15,32 мПа.с, ниже чем по норме 17,4 мПа.с ; температура плавления студня желатина с массовой долей 10 % составляет 25 °С, а желатина животного происхождения должна быть не менее 32 °С. Эта индивидуальная особенность желатина, по всей видимости, обуславливается составом аминокислот, строением коллагена рыбного происхождения и соответственно продуктов его модификации.

Оценка фракционного состава белков желатина представляет интерес в связи с возможностью их использования в производстве желепродуктов. Для этого сравнивали суммарные молекулярные белковые фракции желатина, массовая доля которых введены в таблице 7.

Таблица 7 – Сравнительный фракционный состав белков желатинов Наименование происхождения происхождения Известно, что чем ниже содержание низкомолекулярных веществ, тем лучше качество желатина. Экспериментальная оценка доказывает, что качество полученного желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб высокое.

Экспериментальные исследования аминокислотного состава желатина (рисунок 30) показали, что он практически не отличается от состава того коллагена, из которого она получена. Как известно из литературных источников, аминокислотный состав желатина включает до 18 аминокислот, но в Рисунок 30 - Аминокислотный состав желатина нем отсутствует ценная аминокислота триптофан. Поэтому желатин неполноценен, но блюда из него легко перевариваются без напряжения секреции пищеварительных желез.

Область применения желатина очень широкая, особенно в пищевой промышленности. Нами апробирован рыбный желатин в приготовлении фруктового желе и заливной рыбы.

Рисунок 31 – Органолептическая оценка фрук- Рисунок 32 – Органолептическая оценка Таблица 8 – Химический состав продуктов Таблица 9 – Микробиологические показатели продуктов Анализируя данные органолептической оценки, химического состава и микробиологических показателей фруктого желе и заливной рыбы (рисунки 31,32 и таблицы 8,9) можно сделать вывод, что опытные образцы готового изделий были хорошо оценены дегустаторами, продукты легко перевариваются, в них мало жира, что свидетельствует о высоком качестве полученных продуктов.

ВЫВОДЫ

1.Чешуя и плавательные пузыри прудовых рыб целесообразно использовать для получения пищевого желатина так как в них мало углеводов, они практически освобожден от жиров, имеют достаточно высокую массовую долю коллагена (от 48,1% до 62,6 % белков). Микроструктурная характеристика и анализ фракционного состава белков доказывает реальную возможность их использования в производстве желатина.

2. Экспериментально установлено, что ферментные препараты: протосубтилин Г3х, амилосубтилин ГЗх, протепсин и панкреатин в рекомендуемых условиях разрушают неколлагеновые белки, разрыхляют коллагеновые структуры чешуи и пузыря, оказывают различное действие на выход желатина.

3. При варьировании рН, температуры среды и концентрации ферментных препаратов усановлено, что протосубтилин Г3х и протепсин более приемлемые для обработки коллагенсодержащего сырья и обеспечивают более высокий выход желатина. Применен ферментный препарат протосубтилин Г3Х в дозировке 1 % к массе сырья при температуре 50 °С или протепсин в дозировке 0,8 % к массе сырья при температуре 40 °С в течении 5 - 6 часов.

4. В разработанной модифицированной технологической схеме получения желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб, новым является научно обоснованные условия и режимы экстрагирования балластных веществ под действием ферментных препаратов. Ферментная технология желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб имеет следующие преимущества по сравнению с традиционной: продолжительность процесса сушки уменьшается в 2 раза; средний выход желатина высокий – 16 %.

5. Установлено, что физико-химические свойства, пищевая и энергетическая ценность желатина из чешуи и пузыря рыб идентичны животному желатину. Отмечены более низкое значение показателей вязкости 15,32 мПа.с и температуры плавления студня рыбного желатина ( °С). Электрофоретическим исследованием доказано что, молекулярная масса желатина лежит в области 40 - 60 кДа.

6. Проведена опытно-лабораторную апробацию получения желатина из чешуи и плавательного пузыря и применения рыбного желатина для производства фруктового желе и заливной рыбы на базе НИЛ кафедры ПБиПЖиРС, ВГУИТ. На новые виды продуктов разработаны пакеты технической документации ТИ, ТУ 9219-001-02068108-2012- «Желатин из чешуи и пузыря прудовых рыб». Расчетная экономическая эффективность желатина из чешуи и плавательного пузыря прудовых рыб составляет 47,53 тысяч р./т.

Основные результаты диссертации опубликованы Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ Антипова, Л.В. Чешуя прудовых рыб как источник желатина [Текст]/ Л.В. Антипова, Нам До Л.Х.// Вестник ВГТА. -2010. - № 3. С. 36-39. - 0,25 п.л. (лично автором 0,13 п.л.).

Антипова, Л.В. Исследование возможности применения протеолитических ферментных препаратов в технологии желатина из новых видов сырьевых источников [Текст]/ Л.В. Антипова, Нам До Л.Х.// Вестник ВГТА. -2011. - № 3. С.

12-17. - 0,375 п.л. (лично автором 0,17 п.л.).

Антипова, Л.В. Ферментные препараты для биомодификации белковых систем нетрадиционного сырья рыбной промышленности [Текст]/ Л.В. Антипова, Г.А.

Хаустова, До Ле Хыу Нам, О.П. Дворянинова // Пищевая промышелнность. С. 36-39. - 0,25 п.л. (лично автором 0,13 п.л.).

Антипова, Л.В. Свойства желатина из вторичных продуктов переработки прудовых рыб [Текст]/ Л.В. Антипова, Л.Х Нам До, // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология КубГТУ. -2012. - № 1. С. 26-28. - 0,1875 п.л.

(лично автором 0,08 п.л.).

Антипова, Л.В. Плавательный пузырь прудовых рыб как источник желатина [Текст]/ Л.В. Антипова, Нам До Л.Х.// Материалы XLIX отчетной науч. конф.

за 2010 год / Воронеж, гос. тенол. акад. Воронеж, 2011- С. 135-138. - 0,25 п.л.

(лично автором 0,1 п.л.).

Сторублевцев, С.А. Разработка биотехнологического способа выделения фракций коллагена из отходов мясной и рыбной промышленности [Текст]/ С.А.

Сторублевцев, Г.А. Хаустова, А.В. Алехина, До Ле Хыу Нам// Материалы IV межд. науч. заоч. конф.: « Актуальные вопросы современной техники и технологии », Липецк, 23 апреля 2011г. : Сборник докладов.- С. 144-146. - 0,1875 п.л.

(лично автором 0,04 п.л.).

Антипова, Л.В. Микроструктура плавательного пузыря прудовых рыб [Текст]/ Л.В. Антипова, А.В. Гребенщиков, До Ле Хыу Нам// Материалы VII межд.

науч. практ. конф.: « Составляющие научно-технического прогресса »/ Тамбов, 30 апреля 2011г. : Сборник докладов.- С. 69-70. - 0,125 п.л. (лично автором 0, До Ле Хыу Нам. Применение ферментных препаратов к технологии желатина [Текст]/ До Ле Хыу Нам// Материалы IV межд. науч. практ. конф.: « Интеграция науки и производства »/ Тамбов, 26 мая 2011г. : Сборник докладов.- С. 61-62. п.л. (лично автором 0,125 п.л.).

Антипова, Л.В. Исследование свойств полученного желатина из чешуи и пузыря прудовых рыб [Текст]/ Л.В. Антипова, До Ле Хыу Нам // Материалы межд.

науч. практ. конф.: « Глобальная научная интеграция»/ Тамбов, 30 июня 2011г. :

Сборник докладов.- С. 98-99. - 0,125 п.л. (лично автором 0,05 п.л.).

До Ле Хыу Нам. Аминокислотный состав желатина рыбного сырья [Текст]/ До Ле Хыу Нам// Материалы II науч. практ. конф. молод. уч.: « Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса »/ Москва, 2011г. :

Сборник докладов. ВНИРО - С. 209-212. - 0,25 п.л. (лично автором 0,25 п.л.).

До Ле Хыу Нам. Перспективы использования желатина в косметике и пищевых продуктах [Текст]/ До Ле Хыу Нам // Материалы межд. науч. конф.: «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития»/ Воронеж, гос. уни. инж. тех. Воронеж 2011- С.76-77. - 0,125 п.л. (лично автором 0,125 п.л.).

Антипова, Л.В. Биотехнологические решения в получении коллагеновых субстанций для пищевой промышленности, медицины, косметологии [Текст]/ Л.В.

Антипова, С.А. Сторублевцев, До Ле Хыу Нам // Материалы межд. науч. практ.

конф.: « Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов»/ Москва, 2012г. : Сборник научных трудов. ВНИИПБТ - С. 220-225. - 0,375 п.л. (лично автором 0,1 п.л.).

До Ле Хыу Нам. Лабораторная апробация ихтиожелатинов в технологии пищевых продуктов [Текст]/ Нам До Л.Х.// Материалы XLIX отчетной науч. конф. за 2011 год / Воронеж, гос. уни. инж. тех. Воронеж, 2012- С. 113. - 0,0625 п.л.

(лично автором 0,0625 п.л.).

14. Патент РФ 2422484 РФ, RU 2 422 484 C1 Способ получения желатина из прудовых рыб [Текст] / Л. В. Антипова, Ву Тхи Лоан, До Ле Хыу Нам; заявлено 14.12.2009; Опубл. 27.06.2011, Бюл. 18. - 0,3 п.л. (лично автором 0,04 п.л.).

Подписано в печать 01.06.2012. Формат 60 х 84 1/16.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»