Исследование основных процессов производства ферментированных кормовых продуктов из отходов рыбопереработки Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

2012

Известия ТИНРО

Том 168

УДК 664.951.014:577.15 А.П. Ярочкин1, А.С. Помоз2*

1 Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр,

690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4;

2 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный

университет, 690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРМЕНТИРОВАННЫХ КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ОТХОДОВ РЫБОПЕРЕРАБОТКИ

Исследованы физико-химические характеристики и санитарно-гигиенические показатели отходов от разделки массовых промысловых рыб дальневосточного бассейна. Изучена динамика процесса ферментолиза рыбных отходов с прото-субтилином, обоснованы рациональные режимы получения кормовых продуктов с высокой биологической ценностью. Выявлена зависимость выхода ферментированных кормовых паст и их химических характеристик от способа центрифугирования при концентрировании ферментолизатов. Показано, что ферментолиз, отделение костей и центрифугирование позволяет получать несколько видов кормовых продуктов, в том числе ферментированные кормовые пасты, имеющие высокое содержание частично гидролизованного легкоусвояемого белка и незаменимых аминокислот — лизина, треонина, лейцина и валина. На основании общего химического, минерального и аминокислотного составов различных групп продуктов ферментной обработки рыбных отходов сделано заключение о целесообразности их использования в животноводстве.

Ключевые слова: рыбные отходы, физико-химические показатели, ферментолиз, параметры, центрифугирование, ферментолизат, аминокислотный состав.

Yarochkin A.P., Pomoz A.S. Study of the main processes in production of fermented feedstuffs from wastes of fish processing // Izv. TINRO. — 2012. — Vol. 168. — P. 288-300.

Physicochemical, sanitary, and hygienic characteristics of wastes after processing of mass commercial fish species from the Far-Eastern Seas are determined. Kinetics of the wastes zymosis with protosubtilin is defined; its rational regime for production of feedstuffs with high biological value is substantiated experimentally. The yield of fermented pastes and their chemical parameters depend on technique of centrifugation in the process of the hydrolysate concentrating. Several kinds of feedstuffs, including fermented feed pastes with high content of easily digestible proteins and essential amino acids as lysine, threonine, leucine, and valine, could be produced from fish wastes using the consequence of zymosis, bones removing, and centrifugation. These feedstuffs are recommended for using in livestock farming, taking into account their chemical, mineral, and amino acidic composition.

Key words: fish waste, physicochemical characteristic, zymosis, chemical parameter, centrifugation, hydrolysate, amino acidic composition.

* Ярочкин Альберт Павлович, доктор технических наук, заведующий лабораторией, e-mail: yarochkin@tinro.ru; Помоз Алексей Сергеевич, аспирант, e-mail: plepik@mail.ru.

Введение

В связи с изменением структуры рыбодобывающего флота России, уменьшением количества крупнотоннажных судов большая часть уловов рыбы направляется на переработку на береговые предприятия. На дальневосточном бассейне основными промысловыми видами рыб являются минтай, тихоокеанские лососи, сайра, сельдь, камбаловые, треска. Известно, что при переработке этих рыб количество вторичного сырья (отходов от разделки) может составлять до 50 %. В настоящее время береговые предприятия Дальнего Востока оснащены устаревшими, маломощными рыбомучными установками, а на многих предприятиях они вообще отсутствуют. Поэтому значительную часть отходов утилизируют на мусоросжигательных заводах (Захоронить, сжечь или переработать? ..., 2008) либо в захоронениях на полигонах. Оба способа — затратные мероприятия, причиняющие серьезный ущерб экологии.

Объемы производства кормовой муки в России, сокращение которых наметилось с 1990 г. (Боева, 2002) в связи с реорганизацией рыбной отрасли, в настоящее время не обеспечивают потребности в высококачественных кормовых продуктах активно развивающихся отраслей животноводства, птицеводства и аквакультуры. Учитывая дефицит полноценных кормовых добавок из сырья животного происхождения, увеличение себестоимости рыбной муки ввиду энергозатратности ее производства, а также многочисленные случаи фальсификации рыбной муки (Некоторые аспекты ..., 2008), разработка ресурсосберегающих технологий кормовых продуктов из вторичного рыбного сырья с повышенной биологической ценностью становится очень актуальной.

Проведенные исследования в области получения кормовых продуктов из отходов от рыборазделки и мелких рыб биохимическими способами (Кузнецов, 2002; Сергиенко, 2006) показали, что применение ферментного гидролиза позволяет снизить энергозатраты и увеличить биологическую ценность полученных кормовых продуктов. Из ферментных препаратов отечественными предприятиями производятся протосубтилин, протакрин, протомегатерин, целловиридин и другие. Они удобны в применении, выпускаются в виде сухих порошков, сохраняющих заданную активность не менее полугода при температуре хранения до 25 оС (Биопрепараты ..., 1985).

Микробные ферментные препараты, получаемые из бактерий Bacillus subtilis, в частности протосубтилин Г3Х, широко используются для обработки животного и растительного сырья с получением продуктов с различной глубиной гидролиза (Румянцев, Симонова, 2011), так как имеют невысокую стоимость и широко представлены на отечественном рынке. Кроме того, протосубтилин вносят в рационы сельскохозяйственных животных и птиц в качестве самостоятельной кормовой добавки, позволяющей повысить усвояемость корма. При обработке рыбного сырья его используют в виде водного раствора в количестве 0,05-0,15 % от массы сырья, для более глубокого гидролиза — до 1,0—2,0 %. Поэтому, исходя из доступности и экономической эффективности, протосубтилин можно считать наиболее рациональным ферментным препаратом для обработки вторичного рыбного сырья.

Цель настоящей работы — исследование состава и свойств отходов рыбопереработки и основных технологических процессов производства ферментированных кормовых продуктов из них с обоснованием рациональных параметров.

Для решения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

— исследовать физико-химические показатели, безопасность отходов от разделки массовых промысловых рыб дальневосточного бассейна (тихоокеанских лососевых, сельди, сайры, камбал);

— изучить динамику процесса ферментолиза рыбных отходов с ферментным препаратом “Протосубтилин Г3Х” в заданном временном интервале по из-

менению содержания небелкового азота, реологических характеристик (динамической вязкости), выходу непроферментированного костного минерально-белкового остатка, а также определить глубину гидролиза белков мягких тканей;

— исследовать процесс концентрирования ферментолизатов способом центрифугирования, определить физико-химические характеристики и выход плотных осадков;

— определить физико-химические характеристики продуктов ферментной обработки рыбных отходов, изучить аминокислотный и минеральный составы, оценить кормовую и биологическую ценность полученных продуктов.

Материалы и методы

Объектами исследований являлись отходы от переработки массовых промысловых рыб: тихоокеанских лососей, сельди и сайры, камбаловых, а также продукты их ферментной обработки (ферментолизаты, костные остатки, кормовые пасты и бульоны, образующиеся после центрифугирования ферментолизатов).

Отходы были предоставлены рыбодобывающими и рыбоперерабатывающими предприятиями Дальнего Востока: ООО “Коряк-морепродукт” (Камчатский край), ОАО “Южморрыбфлот”, ООО “Зарубинская база флота”, ЗАО ПРДП “Преображенский рыбокомбинат”, ООО “Дальпико-рыбсервис” (Приморский край).

Протосубтилин Г3Х (ГОСТ 23636-90) — комплексный ферментный препарат, обладающий протеолитической (70 ед./г), амилолитической (5 ед./г), р-глюканазной (40 ед./г), целлолитической и ксиланазной (1 ед./г) активностью, производства ООО “Сиббиофарм” (Новосибирская область), продуцент — Bacillus subtilis. Препарат представляет собой однородный порошок светло-бежевого или светло-коричневого цвета, хорошо растворим в воде. Оптимум действия при температурах 45—55 оС, рН от 6,5 до 7,8.

Отбор проб для анализов проводили в соответствии с ГОСТом 8756.0-70. Определение показателей общего химического состава рыбных отходов, активную кислотность (рН) осуществляли по ГОСТу 7636-85 и общепринятыми методами (Лазаревский, 1976). Экстракцию липидов с последующим их количественным определением проводили по методу Блайя и Дайера (Bligh, Dayer, 1959).

Содержание небелкового азота определяли после осаждения белков трихло-руксусной кислотой по общепринятой методике (Лазаревский, 1976). Количественное определение небелкового азота, а также общего азота осуществляли микрометодом по Къельдалю на приборе Kjeltec Auto 10 SO Analyzer (Швеция).

Глубину гидролиза белков мягких тканей рассчитывали по отношению прироста небелкового азота в ферментолизате к белковому азоту сырья (Леванидов и др., 1984) по формуле

N L - N

ЛБ-------УБ- X100 %

об.- N L

где N НБ — содержание небелкового азота в сырье, %; №НБ — содержание небелкового азота в ферментолизате в конкретный момент, %; N 0Б — содержание общего азота в сырье, %.

Аминокислотный состав определяли после солянокислого гидролиза сухой обезжиренной белоксодержащей навески в ампуле при 110 °С в течение 24 ч (Баратова, Белянова, 1974). Содержание аминокислот в гидролизате устанавливали на аминокислотном анализаторе НііасШ L-8800 (Япония).

Подготовку проб для определения минерального состава объектов исследований проводили методом мокрого озоления в соответствии с ГОСТом 26929-94. Содержание макро- и микроэлементов в пробах определяли на атомно-абсорбци-

онном спектрофотометре “Nippon Jarrel Ach”, модель АА-885, с использованием пламенно-ионизационного детектора. Количество свинца и мышьяка устанавливали на приборе фирмы “Hitachi”, модель 170-70, с использованием графитовой кюветы в соответствии с ГОСТом 26930-86 и ГОСТом 26932-86. Pтуть определяли в соответствии с ГОСТом 26927-86 беспламенным атомно-абсорбционным методом на микроанализаторе ртути “Hiranuma”, модель Hg-1.

Динамическую (эффективную) вязкость смеси рыбных отходов фиксировали с помощью ротационного вискозиметра Pеотест-2 (Германия) с использованием цилиндрового измерительного устройства S-S1 при комнатной температуре.

Относительное содержание нерастворимой костной ткани в рыбных отходах определяли после ферментного гидролиза (Черногорцев, Дулатова, 1967). Для этого рыбные отходы тщательно измельчали, подогревали до 50 оС, добавляли раствор ферментного препарата (протосубтилин T3X) в количестве 100 % с содержанием в нем сухого препарата 2 % к массе отходов и термостатировали в течение 2 ч при интенсивном перемешивании. Затем кости отцеживали от суспензии на металлическом сите с размером отверстий 2 х 3 мм и промывали водой.

Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в сырье и кормовых продуктах определяли по ГОСТу 10444.15-94, наличие патогенных микроорганизмов — по ГОСТам P 52815-2007, 30726-2001, P 52814-2007, P 51921-2002.

Для численных результатов исследований находили среднеарифметическое значение из результатов 3-5 параллельных определений с учетом квадратичного отклонения (Годовская, Живова, 1976).

Математическую обработку результатов и построение графиков проводили с использованием пакета Microsoft Excel 2000.

Экспериментальные работы по ферментолизу рыбных отходов и разделению продуктов ферментолиза осуществляли на макете экспериментальных установок, спроектированных на первоначальном этапе в ООО “Технологическое оборудование”.

Мороженые рыбные отходы перед началом исследований размораживали на воздухе до температуры 0...2 оС, измельчали на куттере до размеров 5-15 мм или рыборезке до размеров кусочков 10-30 мм. Затем отходы помещали в реакторы для проведения ферментной обработки измельченного сырья. Емкость реактора цилиндрическая, из нержавеющей стали объемом 4000 см3 или 1,3 м3, с паровой рубашкой, оснащена лопастной мешалкой, скорость вращения мешалки варьировала в пределах 60-100 и 40-60 об/мин.

В смесь измельченного сырья добавляли воду в количестве 20-25 % массы сырья. Нагрев реакционной смеси до оптимальной для действия данного ферментного препарата (протосубтилин T3X) температуры 45-50 оС осуществляли на водяном термостате или глухим паром при одновременном перемешивании.

В прогретую до температуры 45-50 оС смесь добавляли раствор ферментного препарата в количестве 50 мл или 10 л с массовой долей ферментного препарата 0,1 % к массе сырья. Образовавшуюся после ферментолиза и пастеризации суспензию (пульпу) ферментолизата отделяли от нерастворимого костного остатка на металлическом сите с размером отверстий 2-4 мм или на ротационном сите с перфорацией 3 х 10 мм.

Отцеженную суспензию центрифугировали при факторе разделения 3200 g для концентрирования ферментолизата и отделения жира.

Результаты и их обсуждение

Pезультаты определения костей в отходах от разделки лососей, камбал, сельди и сайры (табл. 1) показали значительную разницу их содержания. Минимальное

количество костной ткани обнаружено у лососевых (1,3 %), поскольку основную часть отходов составляли внутренности, максимальное — у отходов камбал (9,6 %), представленных преимущественно головами. У сельди и сайры содержание костей промежуточное, составляет соответственно 6,3 и 6,7 %. Полученные данные могут служить показателем эффективности отделения мягких тканей от костей в процессе производства кормовых продуктов из рыбных отходов.

Таблица 1

Относительное содержание костной ткани в отходах, %

Table 1

Bone tissue content of wastes, %

Источник отходов Минимальное Максимальное Среднее

Лососевые 0,7 1,9 1,3

Камбалы 9,1 10,1 9,6

Сельдь 2,8 9,7 6,3

Сайра 4,3 9,1 6,7

При анализе общего химического состава (табл. 2) привлекает внимание значительная обводненность отходов камбалы и минтая (на уровне 79—80 %) при разном относительном содержании белка и липидов. Неожиданно высокое содержание липидов обнаружено в отходах лососевых (до 25 %), что, вероятно, объясняется преобладанием в исследуемых образцах внутренностей. Отходы сельди и сайры занимают по содержанию белков и липидов (в пересчете на сухое вещество) промежуточное положение.

Таблица 2

Общий химический состав отходов от разделки массовых промысловых рыб

дальневосточного бассейна

Table 2

General chemical composition of the wastes after processing of mass commercial fish species from the Far-Eastern Seas

Химический компонент Лососевые Содержание в отходах, % Камбалы Сельдь Сайра Минтай

Вода 64,13+0,40 78,50+0,40 71,60+0,10 67,32+0,50 79,95+1,90

Белок N б • 6,25 об ’ 10.63+0.10 29,63+0,30 9.00+0.10 41,86+0,50 16.59+0.10 58,42+0,40 14.49+0.70 44,34+2,10 14.40+0.70 71,82+3,50

Липиды 24.17+0.40 67,38+1,10 8.04+0.60 37,40+2,80 9.61+0.70 33,84+2,50 12.30+0.60 37,64+1,80 1.70+0.20 8,48+1,00

Минеральные вещества 1.14+0.10 3,18+0,30 4.68+0.70 21,77+3,30 2.90+0.70 10,21+2,50 5.42+0.40 16,59+1,20 3.58+0.30 17,86+1,50

Активная кислотность (рН) 5,81 6,69 7,31 6,42 7,20

Примечание. Над чертой — содержание в пересчете на сырое вещество; под чер-

той — в пересчете на сухое вещество. Данные по минтаю — по Ю.Н. Кузнецову (2002).

Содержание минеральных веществ в исследуемых отходах хорошо коррелирует с содержанием костной ткани: у лососевых рыб — 1,14 %, сельди — 2,90, камбал — 4,68, сайры — 5,42 % при содержании костной ткани соответственно 1,3, 6,3, 9,6 и 6,7 %, что связано с разным распределением минералов в отходах мышечной, эпителиальной (кожа, печень) и костной тканей.

Активная кислотность рыбных отходов (5,8-7,3) входит в диапазон оптимума действия нейтральных протеаз, в частности протосубтилина Г3Х (Биопрепараты ..., 1985), что может благоприятно сказаться на применении данного препарата для обработки вторичного рыбного сырья без внесения дополнительных реагентов, регулирующих рН среды.

Анализ содержания нормируемых токсичных микроэлементов в рыбных отходах (табл. 3), а также их микробиологических показателей (табл. 4) показал, что исследуемые виды сырья соответствуют требованиям к сырью для производства кормовых продуктов.

Таблица 3

Содержание нормированных токсичных элементов в рыбных отходах, мг/кг сырого вещества

Table 3

Standardized toxic elements content in fish wastes, mg/kg of wet weight

Вид отходов Свинец (Pb) Кадмий (Cd) Ртуть (Hg) Мышьяк (As)

Лососевые < 0,48 0,58 H.RO 0,72

Камбаловые < 0,27 0,05 H.RO 0,42

Сельдевые < 0,35 0,07 H.RO 0,11

Сайровые 0,31 0,23 H.RO 0,15

ПДК по СанПиН 2.3.2.1078-01 1,00 1,00 0,20 1,00

Примечание. Н.П.0 — ниже предела обнаружения.

Микробиологические показатели отходов рыбопереработки Microbiological characteristics of fish wastes

Таблица 4 Table 4

Вид отходов КМАФАнМ, ЮЕ/г БГКП в 0,1 г Стафилококк в 1 г Патогенные, в т.ч. сальмонеллы, в 25 г

Лососевые 1,0 • 104 H обнар. H обнар. Не обнар.

Сельдевые 1,1 • 105 H обнар. H обнар. Не обнар.

Сайровые 2,0 • 103 H обнар. H обнар. Не обнар.

Минтаевые 1,5 • 105 H обнар. H обнар. Не обнар.

^рма 5,0 • 105 H допуск. H допуск. Не допуск.

О биологической ценности вторичного рыбного сырья судили по аминокислотному составу и содержанию незаменимых аминокислот (табл. 5).

Аминокислотный состав белков рыбных отходов

Таблица 5 Table 5

Amino acidic composition of the fish wastes’ proteins

Аминокислота Лососевые Содержание, Камбалы г/100 г Сельдь белка Сайра Минтай*

Треонин 4,6 4,5 5,0 4,8 4,5

Валин 4,8 4,9 5,2 4,1 5,4

Метионин+цистеин 1,7 2,0 2,0 1,8 4,1

Изолейцин 3,9 4,1 4,1 3,2 4,4

Лейцин 7,9 8,0 9,3 7,6 7,6

Фенилаланин+тирозин 7,2 7,4 8,4 7,3 6,7

Лизин 8,4 6,7 7,0 7,6 7,3

Сумма незаменимых аминокислот 38,5 37,6 41,0 36,4 40,0

Аспарагиновая кислота 8,8 8,6 8,5 9,8 9,8

Серин 5,3 4,6 4,5 4,6 5,7

Глутаминовая кислота 14,8 16,3 15,4 14,6 15,2

Глицин 7,3 10,1 8,4 6,8 3,7

Аланин 6,4 4,2 4,0 8,2 6,2

Гистидин 3,5 3,3 3,9 5,2 2,0

Аргинин 6,7 5,4 8,7 6,1 7,3

Пролин 8,7 9,6 5,5 6,9 5,2

Сумма заменимых аминокислот 61,5 62,1 58,9 62,2 55,1

* Данные Ю^. Кузнецова (2002).

Аминокислотный состав исследуемых видов сырья отличается высоким содержанием незаменимых аминокислот (от 36,4 до 41,0 г/100 г), среди которых преобладают лизин, лейцин, валин и треонин — ценные аминокислоты для кормовых продуктов в животноводстве (Вакула, 1989).

Процесс ферментолиза исследуемых рыбных отходов проводили с протеоли-тическим препаратом “Протосубтилин Г3Х” при естественном значении рН сырья и температурах 45-50 °С. Массовую долю сухого препарата, равную 0,1 % к массе сырья, выбрали исходя из литературных данных в области получения кормовых и пищевых ферментолизатов из гидробионтов с использованием протосуб-тилина (Ярочкин и др., 1997; Кузнецов, 2002; Сергиенко, 2006). Для выбора рациональных режимов ферментолиза сырья исследовали накопление небелкового азота, глубину гидролиза белков, изменение вязкости реакционной смеси в зависимости от продолжительности процесса, выход не подвергшегося гидролизу костного остатка.

Результаты оценки степени расщепления белков рыбных отходов при воздействии протосубтилином Г3Х приведены в табл. 6.

Из результатов исследований следует, что динамика накопления небелкового азота у всех видов отходов имеет общий характер. По достижении 40 мин ферментолиза происходит значительный скачок образования небелкового азота. Наибольшая глубина гидролиза белков (46,8 %) по истечении 60 мин ферментолиза характерна для камбаловых отходов.

Известно, что при получении пищевого фарша из мелкой рыбы (кильки) способом автопротеолиза отделение его от костей осуществляется при глубине гидролиза белков 25-26 % (Черногорцев, 1973). В наших экспериментах такая глубина гидролиза достигается уже через 40 мин ферментации.

При ферментолизе отходов неоднородная по своей структуре и химическому составу масса измельченных отходов разжижается, мягкие ткани переходят в суспензированное состояние и отделяются от костей, как и хрящевая ткань. По окончании ферментолиза продукт представляет собой белково-липидную пульпу и костную массу, которая осаждается в нижней части реактора.

Исследования динамической вязкости измельченных отходов в процессе ферментолиза показали ее интенсивное снижение в первые 40 мин ферментоли-за, затем оно замедляется (см. рисунок).

Изменение динамической вязкости рыбных отходов при ферментолизе Change of dynamic viscosity of fish wastes in the process of zymosis

Совпадение этих факторов (глубины гидролиза белков и динамической вязкости) указывает на достаточность 40-минутной продолжительности процесса для достижения необходимого эффекта — суспензирования мягких тканей и отделения костей.

Это подтверждают эксперименты по определению выхода не подвергшегося ферментолизу (гидролизу) костного остатка (табл. 7) после фер-ментолиза протосубтилином в течение 40 мин.

Снижение выхода костного остатка наблюдается после ферментолиза протосубтилином в течение 40 мин. В дальнейшем продолжительность ферментолиза существенного влияния на снижение выхода остатка не оказывает.

Таким образом, на основании исследований глубины гидролиза белков рыбных отходов при ферментолизе, динамической вязкости продуктов ферментолиза и выхода костного остатка можно предположить, что рациональная продолжительность ферментолиза составляет 40 мин при количестве протосубтилина Г3Х 0,1 % к массе сырья, температуре 45-50 оС, гидромодуле 0,20-0,25 и интенсивности перемешивания 40-60 мин-1.

Более глубокий гидролиз белков (свыше 30 %) может привести к снижению выхода плотного продукта при последующем концентрировании фер-ментолизатов вследствие увеличения небелковых азотсодержащих веществ в ферментированной смеси. Это может существенно снизить кормовую ценность получаемых кормовых продуктов, так как известно, что низкомолекулярные небелковые формы азота в кормах плохо усваиваются в организме моногастричных сельскохозяйственных животных и птиц (Некоторые аспекты ..., 2008; Отравление ..., 2011).

Инактивацию ферментов и одновременно частичную пастеризацию ферментолизатов проводили при температуре 85-90 оС в течение 1520 мин, добиваясь также пастеризации продукта, что приводило к снижению его микробиологической обсемененности.

Для выбора способа разделения ферменто-лизатов на плотную и жидкую части после пастеризации и отделения костей разделение осуществляли на центрифугах двух типов с фактором разделения 3200 g: периодического действия в течение 15 мин и непрерывного на горизонтальной осадительной центрифуге ОГШ-352 К-01.

Сравнительная оценка полученных плотных осадков после центрифугирования (табл. 8) показала, что в осадках, полученных с применением центрифуги непрерывного действия, на 11,4-13,7 % больше сухих и на 16,2-20,7 % — белковых веществ.

со со

\0

Ф

^ , -С

та

£2 Ь к

с н х ф 2 & ф

К

\с

та

Ь

Б

Е-

О

С

X

-с

ф

Е-

Б

*

с

о

о

&

с

5 К

с

X

со

та

&

К

&

с

сс

О

о

X

Е-

С

X

2

X

\с

2

&

из

сс

с

*

ф

\с

к

с

с

&

<

к

и

та

X

К

\с

та

Е-

С

со

та

С

и

С

сс

с

*

ф

\с

ф

х

X

с

и

ф

3

\с

с

ф

к

X

та

*

&

ф

О

и

с

с

ф

а

с

ф

”С

с

ф

&

ф

”С

”С

ф

ф

I—

ф

”С

”С

с

та

"с

ф

"с

с

а

с

ф

о

с _ с 'си "с

I—

&

с

с

с

”С

с

та

с

Н

ГГБ сооосо 00 сооо Ю СЬ © СЧ

Й « % Л и сосососососо

Й юоою ^ ОЬ' сОсОЬ- 00 ©-^ ©~ С? <Э © ^ ^

о £§ сосососососо ©“ с? с? с? <э ©~

Б Г Г Ю с^оо 1Л оОЬ~ аь 1Л сь СОСО

Ся ф и юююююю со со со со со со

оо-^о СО ©^^■ч т-н

о £§ юююююю оооооооооооо ©~ <Э С? С? ©~ ©~

ГГБ с^-^со СО -^оо со аь со со СО^Г

-С Сл о 2

00 сосо С-^оОоО 00 0^0 С5 С? С? С5 о"

о £§ со со со со со со С5 <Э С? С? С5 С5

Б Г Г 1Л ,“1с^ оо О СО^

ф 3 § сс ф ^ о о о О Й оооооо

ооо^ со СООО <Э, 1-н

о £§ С5 С? С? С? <Э С5

Продолжительность, мин ООО О оо -^с^со ^ юсо

Таблица 7

Выход костного остатка после отделения ферментолизатов при разной продолжительности ферментолиза отходов, %

Table 7

Yield of bone remnants from fish wastes in dependence on time of zymosis, %

Продолжительность, мин Камбалы Сельдь Сайра

30 11,7 13,0 17,6

40 10,2 9,6 12,6

50 9,6 9,4 11,8

60 9,3 9,3 10,1

Таблица 8

Химические показатели и выход плотных осадков ферментолизатов при различных способах центрифугирования

Table 8

Chemical parameters of fermented pastes and yield of solid sediments for different techniques of centrifugation

Показатель Способ центрифугирования „ „ Непрерывного действия Периодического действия / \ ^ (супердекантатор) Сайра Сельдь Сайра Сельдь

Выход плотного осадка, % к сырью 47,70+2,50 46,90+2,70 40,80+2,70 40,70+3,30

Содержание в плотном осадке, %

сухих веществ 27,31 + 1,20 27,15+1,40 30,84+1,80 31,45+2,50

белковых веществ 19.82+1.10 72,52+4,00 20.25+1.40 74,59+5,20 23.64+1.40 79,22+4,50 25.59+2.20 81,37+7,00

липидов 6.36+0.60 27,31+2,20 5,10+0,60 18,78+2,20 4,61+0,30 14,95+0,90 3,10+0,20 9,86+0,60

Выход сухих веществ, % к сырью 13,03+1,19 12,73+0,65 12,59+0,72 12,80+1,03

Выход белковых веществ, % к сырью 9,45+0,52 9,50+0,66 9,65+0,57 10,42+0,90

Примечание. Над чертой — в пересчете на сырое вещество, под чертой — в пересчете на сухое вещество.

Эксперименты показали, что при разделении ферментолизатов на центрифуге непрерывного действия с жидкой частью удаляется в среднем 84,7-86,5 % липидов, содержащихся в сырье, в то время как на центрифуге периодического действия — лишь 75,3-76,0 %.

По органолептическим признакам плотные осадки ферментолизатов (в дальнейшем — “ферментированные кормовые пасты” — ФКП) представляют собой однородную пастообразную массу серо-бежевого или серо-коричневого цвета с умеренным запахом вареной рыбы, без порочащих признаков, где могут присутствовать мелкие фрагменты тонких реберных костей рыб.

Костные остатки, отделенные от суспензии ферментолизата процеживанием, представляют собой главным образом фрагменты скелета рыб с включением хрусталиков глаз рыб, мелких остатков хрящей, небольшого количества хлопьевидных частиц мягких тканей. Данный продукт в дальнейшем назовем минерально-белковым остатком (МБО). Общий химический состав ФКП и МБО приведен в табл. 9.

По результатам анализа отмечено, что по общему химическому составу МБО из сельдевых и сайровых отходов различаются: первые содержат больше белка и меньше минеральных веществ.

Таблица 9

Общий химический состав продуктов ферментной обработки рыбных отходов, %

Table 9

General chemical composition of products of fish wastes enzymatic treatment, %

Вид продукта Вода Белковые вещества Липиды Минеральные вещества

ФКП из отходов сельди ФКП из отходов сайры МБО из отходов сельди МБО из отходов сайры 68,55 ± 2,50 69,16 ± 1,80 62,44 ± 0,50 56,46 ± 0,70 25,59 ± 2,20 23.64 ± 1,40 17,31 ± 0,70 13.65 ± 1,10 3,11 ± 0,20 4,61 ± 0,30 3,10 ± 0,30 4,07 ± 1,70 1,36 ± 0,10 1,45 ± 0,40 18,65 ± 1,80 23,82 ± 2,70

Бульоны как по органолептическим признакам, так и по общему химическому составу сходны с подпрессовыми бульонами рыбомучного производства (табл. 10). Следовательно, бульоны после центрифугирования ферментолизатов можно использовать как самостоятельные кормовые добавки, а также для приготовления жидких кормовых смесей для молодняка сельскохозяйственных животных подобно подпрессовым бульонам (Черногорцев и др., 1963), обогащая их незаменимыми свободными аминокислотами, таурином и биологически активными дипептидами.

Таблица 10

Общий химический состав бульонов из рыбных отходов, %

Table 10

General chemical composition of fish broths made from fish wastes, %

Вид бульона Вода Белковые вещества Липиды Минеральные вещества

Сайровый Сельдевый Подпрессовые бульоны из мелких мезопелагических рыб после РМУ* 86,50 ± 1,90 85,97 ± 1,50 85,3-92,8 5,02 ± 0,70 5,65 ± 0,60 3,6-6,1 8,35 ± 2,30 5,31 ± 0,60 3,5-9,0 0,30 ± 0,10 0,50 ± 0,10 0,9-1,2

* Данные Н.П. Боевой (2002).

Для оценки качества ферментированных кормовых продуктов нами было также проведено исследование минерального состава плотных продуктов ферментной обработки рыбных отходов (МБО и ФКП) (табл. 11).

Из результатов анализа ФКП и МБО следует, что содержание практически всех элементов в ФКП из отходов сайры несколько выше, чем в пастах из сельди. Привлекает внимание высокое содержание в пастах физиологически ценных элементов, таких как калий, магний, железо.

В продуктах из отходов сайры обнаружен селен (0,1 —0,2 мг/кг), что также является благоприятным показателем минерального состава ферментированных кормовых продуктов (Родионова, 2004). Высокая концентрация минеральных веществ в костных остатках позволяет рекомендовать их для производства минерально-белковых кормовых добавок, балансирующих рационы сельскохозяйственных животных и птиц по макро- и микроэлементам, в том числе селену.

Ключевую роль в составе кормовой продукции из сырья животного происхождения играют белковые вещества, их сбалансированность по аминокислотному составу, содержание незаменимых аминокислот, особенно лизина, треонина, метионина и триптофана, дефицитных в традиционных кормах для сельскохозяйственных животных (Баканов, Менькин, 1989; Вакула, 1989; Справочник ..., 1990; Молодцов, 1995). В связи с этим проведены исследования аминокислотного состава белков ФКП и МБО (табл. 12).

Таблица 11

Минеральный состав плотных продуктов ферментной обработки рыбных отходов,

мг/кг сырого вещества

Table 11

Mineral composition of products of fish wastes enzymatic treatment, mg/kg of wet weight

Элемент Сайра ФКП Сельдь Сайра МБ0 Сельдь

K 925,63 745,92 419,71 353,37

Ca 649,41 325,49 > 2019,27 > 2798,83

Na 773,11 576,39 838,78 504,82

Mg 481,37 169,53 100,53 504,82

Fe 96,64 90,87 95,06 14,13

Zn 34,79 26,45 78,29 29,28

Cu 2,70 1,36 1,68 1,01

Mn 1,16 1,02 5,03 6,08

Ni 0,77 1,02 1,68 0,50

Co < 0,79 < 0,68 < 1,28 < 1,01

Se 0,20 Не определяли 0,10 Не определяли

As 0,47 0,14 0,22 0,09

Cd 0,23 0,01 0,34 0,01

Pb 0,47 0,05 0,56 0,12

Hg H.RO Н.П.0 H.RO Н.П.0

Примечание. Н.П.0 — ниже предела обнаружения.

Таблица 12

Аминокислотный состав белков кормовых продуктов из рыбных отходов

Table 12

Amino acidic composition of proteins in feedstuffs made from fish wastes

Содержание, г/100 г белка

Аминокислота Сельдь Сайра Мука из сайры

ФШ MБO ФШ MБO и сельди

Треонин 4,9 3,8 5,1 3,4 4,8

Валин 4,8 3,9 4,3 3,1 4,2

Метионин+цистеин 3,1 1,4 3,6 0,5 3,6

Изолейцин 4,2 2,8 3,4 1,5 3,4

Лейцин В,5 6,5 В,3 3,8 7,7

Фенилаланин+тирозин В,5 6,9 В,7 4,8 7,2

Лизин 7,5 5,7 7,4 4,4 7,0

Сумма незаменимых

аминокислот 4l,5 31,0 40,В 21,5 37,9

Аспарагиновая кислота 9,3 8,0 10,4 6,9 9,5

Серин 4,6 4,8 4,8 4,9 4,4

Глутаминовая кислота 12,9 12,3 13,8 11,2 13,7

Глицин 4,9 13,6 5,9 18,6 7,4

Аланин 5,7 7,2 7,1 10,3 5,8

Гистидин 2,8 2,8 3,6 2,4 2,5

Аргинин 11,3 7,6 6,0 6,8 6,5

Пролин 5,6 12,3 6,3 16,2 11,1

Сумма заменимых

аминокислот 57,l 68,6 57,9 77,3 60,9

Исследования показали, что по содержанию незаменимых аминокислот ФКП из сельди и сайры превосходят МБО соответственно в 1,3 и 1,8 раза. В них велико содержание ценных аминокислот: лизина — 7,4-7,5 г/100 г белка, треонина — 4,9—5,1, а также лейцина — 8,3-8,5 и валина — 4,3-4,9 г/100 г белка. В белках МБО высоко содержание характерных для костной ткани глицина — 13,6-18,6 г/100 г белка, пролина — 12,3-16,2 и глутаминовой кислоты — 11,2-12,3 г/100 г белка. Кроме того, при сравнении аминокислотного состава белков сырья и ФКП

последние имеют преимущество по содержанию незаменимых аминокислот (41,5 против 41,0 г/100 г белка для сельди и 40,8 против 36,4 г/100 г белка для сайры). При определении аминокислотного состава белков кормовой муки, выработанной из того же сырья, установлено, что содержание в них незаменимых аминокислот (37,9 г/100 г белка), в частности лизина, лейцина, фенилаланина и тирозина, несколько ниже, чем в белках ФКП. В белках кормовой муки значительно больше пролина и глицина, что связано с присутствием компонентов костной ткани, которая в процессе производства вместе с жомом направляется на сушку и измельчение.

Из этого следует, что частичный ферментный гидролиз, отделение костей и концентрирование белка центрифугированием (основные технологические процессы) способствуют повышению содержания незаменимых аминокислот в кормовых пастах, что выгодно отличает разработанную биотехнологию кормовых продуктов от традиционной технологии кормовой муки.

Поскольку в предложенной нами технологии производства ферментированных кормовых продуктов отсутствует энергоемкий процесс сушки, то для повышения стабильности продукта в хранении необходим подбор эффективного способа консервирования. Перспективным считается химическое консервирование с применением пиросульфита натрия в качестве антисептика (Помоз, Ярочкин, 2011), разрешенного в России и странах Европы, позволяющего сохранять качество кормовых рыбных фаршей в течение нескольких месяцев при комнатной температуре.

Заключение

В результате проведенных исследований установлено, что отходы от переработки дальневосточных промысловых рыб содержат белка в среднем от 9,0 до 16,6 %, липидов — от 1,7 до 24,2, минеральных веществ — от 1,1 до 4,7 %, в зависимости от содержания в отходах костной ткани.

По микробиологическим показателям и содержанию токсичных элементов отходы от разделки массовых промысловых рыб дальневосточного бассейна соответствуют требованиям к сырью для производства кормовых продуктов из рыбного сырья. Высокое содержание незаменимых аминокислот в белках рыбных отходов (36,4-41,0 г/100 г белка) обусловливает высокую биологическую ценность сырья.

Исследование ферментолиза рыбных отходов показало, что необходимая для перевода мягких тканей в суспензированное состояние и отделения костей глубина гидролиза белков (25-26 %) достигается уже после 40 мин процесса. Большая продолжительность ферментолиза не приводит к существенному снижению вязкости ферментолизатов и выходу костного остатка, поэтому нецелесообразна. На основании полученных данных определен рациональный режим фермен-толиза с протосубтилином Г3Х: количество ферментного препарата — 0,1 % к массе сырья, гидромодуль 0,20-0,25, интенсивность перемешивания 40-60 мин-1, продолжительность ферментирования 40 мин при температуре 45-50 оС.

Установлено, что концентрирование ферментолизатов в виде плотных белковых осадков (ФКП) и удаление липидов целесообразно осуществлять на горизонтальных осадительных центрифугах. При этом выход ФКП составляет 34,744,0 %, эффективность удаления липидов из сырья — 84,7-86,5 %.

Полученные ФКП из отходов сайры и сельди содержат соответственно 29,0432,64 и 28,95-33,95 % сухих веществ, 74,72-83,72 и 74,37-88,37 % белка и 14,0515,85 и 9,26-10,46 % липидов в пересчете на сухое вещество, что характеризует полученные кормовые продукты как высокобелковые. Полноценность белков ФКП, высокое содержание в них незаменимых аминокислот (40,8-41,5 г/100 г белка), в том числе лизина (7,4-7,5), лейцина (8,3-8,5), валина (4,3-4,8) и треонина (4,95,1 г/100 г белка), обусловливают высокую биологическую ценность продуктов.

Высокая концентрация биогенных элементов (кальция, калия, магния, железа) позволяет рекомендовать костные остатки после отделения ферментолиза-тов в качестве основы минерально-белковых добавок для сбалансированности

рационов сельскохозяйственных животных и птиц по минеральным веществам, а также белку.

Список литературы

Баканов В.Н., Менькин В.К. Кормление сельскохозяйственных животных : монография. — М. : Агропромиздат, 1989. — 510 с.

Баратова Л.А., Белянова Л.П. Определение аминокислотного состава белков. Методы биохимического эксперимента // Материалы методического семинара межфакультетской лаборатории биоорганической химии МГУ им. Ломоносова. — М. : МГУ, 1974. — С. 3-36.

Биопрепараты сегодняшнего и завтрашнего дня. Рекламный проспект НПО “Фермент”. — Вильнюс : Изд-во экспериментального художественно-конструкторского бюро, 1985. — 48 с.

Боева Н.П. Научное обоснование комплексной технологии кормовой муки из нетрадиционных объектов промысла : дис. ... д-ра техн. наук. — М. : ВНИРО, 2002. — 293 с.

Вакула В.Л. Биотехнология: что это такое? : монография. — М. : Мол. гвардия, 1989. — 301 с.

Годовская К.И., Живова Е.И. Сборник задач по техническому анализу : учеб. пособие для техникумов. — М. : Высш. шк., 1976. — 208 с.

Захоронить, сжечь или переработать? Проблемы утилизации отходов обсудили в невском экологическом форуме. http://www.turmalin.ru. — 2008.

Кузнецов Ю.Н. Обоснование биотехнологической модификации отходов от разделки минтая : дис. .канд. техн. наук. — Владивосток, 2002. — 139 с.

Лазаревский А.А. Технохимический контроль в рыбообрабатывающей промышленности. — М. : Пищепромиздат, 1976. — 518 с.

Леванидов И.П., Купина Н.М., Слуцкая Т.Н. Методика определения способности мяса соленых рыб к созреванию // Рыб. хоз-во. — 1984. — № 9. — С. 62-63.

Молодцов Г.П. Влияние белко-жировых добавок на продуктивность растущих свиней // Вопросы повышения продуктивности животноводства Дальнего Востока. — Уссурийск : ПГСХА, 1995. — С. 36-40.

Некоторые аспекты происхождения и контроля качества рыбной муки. http://www.fishmeal.su/w3.htm. — 2008.

Отравление сельскохозяйственных животных и птиц минеральными ядами. http://www.ya-fermer.ru/620/mineralnye-yady.htm. — 2011.

Помоз А.С., Ярочкин А.П. Эффективность использования пиросульфита натрия в консервировании ферментированных кормовых паст из вторичного рыбного сырья // Инновационные технологии переработки продовольственного сырья : мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2011. — С. 183-186.

Родионова Т.Н. Фармакодинамика селенорганических препаратов и их применение в животноводстве : дис. ... д-ра биол. наук. — Краснодар, 2004. — 296 с.

Румянцев С.В., Симонова М.С. Протеолитические ферментные препараты микробного, животного и растительного происхождения: сравнение каталитической активности и эффективности действия // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2011. — № 1. — С. 44-46.

СанПиН 2.3.2.1078-01. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. — М., 2002. — 164 с.

Сергиенко С.Е. Разработка технологии ферментированной рыбной муки для стартовых кормов рыб : дис. . канд. техн. наук. — Москва, 2006. — 209 с.

Справочник по кормовым добавкам / сост. Н.В. Редько, А.Я. Антонов; под ред. К.М. Солнцева. — Минск : Ураждай, 1990. — 397 с.

Черногорцев А.П. Переработка мелкой рыбы на основе ферментирования сырья : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1973. — 153 с.

Черногорцев А.П., Дулатова Р.Г. Технология приготовления кулинарных и колбасных изделий из мелкой рыбы на основе ее ферментирования // Рыб. хоз-во. — 1967. — № 8. — С. 63-66.

Черногорцев А.П., Шендерюк В.И., Ермолин П.П. Консервирование подпрессовых бульонов и использование их в птицеводстве // Рыб. хоз-во. — 1963. — № 7. — С. 78-81.

Ярочкин А.П., Чупикова Е.С., Кузнецов Ю.Н., Градов Н.А. Биотехнологическая утилизация белоксодержащих отходов рыбопереработки // Изв. ТИНРО. — 1997. — Т. 120. — С. 44-48.

Bligh E.G., Dayer W.J. A rapid method of total lipid extraction // Canad. J. Biochem Phisiol. — 1959. — № 37. — P. 911-917.