CC BY
63
637.631:577.156.1.001.4
БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТА ТИВНОГО ГИДРОЛИЗА КЕРАТИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ПТИЦЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ
Л.В. АНТИПОВА, Ч.Ю. ШАМХАНОВ, О.С. ОСМИНИН,
Н.А. ПОЖАЛ ОБА
Воронежская государственная технологическая академия
Мясо и мясные продукты - основной источник полноценной белковой пищи для человека, однако сравнительная ограниченность возможностей животноводства и возрастающая численность населения приводят к постепенному увеличению дефицита белка. Данная проблема может быть частично решена за счет использования вторичного кератинсодержащего сырья птицеперерабатывающей отрасли. В этом сырье белок находится в нерастворимом состоянии и его ферментативная переработка в аминокислоты и полипептиды позволяет получать гидролизаты в виде питательных добавок в пищевой, микробиологической, комбикормовой промышленности и медицине [1]
Определяющим фактором для целенаправленного использования этих добавок является состав продуктов ферментативного гидролиза кератинового сырья. Компонентный состав получаемых кератиновых гидролизатов существенно зависит от условий предварительной обработки и выбора ферментного препарата (ФП) [2]. Поэтому оценка биохимических показателей процесса ферментативного гидролиза кератинсодержащего сырья в настоящее время весьма актуальна.
Цель работы - исследование биохимических характеристик процесса ферментативного гидролиза перопухового сырья протеолитическим ФП Савиназа.
Объектом исследования служили перопуховые отходы переработки кур породы русская белая, полученные на птицеперерабатывающих предприятиях Воронежской области. Для исследований перопуховое сырье промывали водой, обезжиривали хлороформом, сушили при температуре 50°С и затем нарезали до частиц величиной 10 мм.
Перо с массовым содержанием кератина 76,2% и воду смешивали при гидромодуле 1 : 20, мочевину и сульфит натрия - в конечной концентрации 0,5%. Предварительную обработку проводили при давлении 0,2 МПа в течение 2 ч. В качестве фермента использовали коммерческий препарат протеаз Савиназа (Ново-Нордиск, Дания) в концентрации 60 единиц иротеолитичесюй активности (ПС) [3] на 1 г белка в экстракте, которая обеспечивает достижение мшсимальной степени гидролиза исследуемого субстрата. Ферментативный гидролиз проводили на установке УВМТ-12-250 при оптимальных для препарата температуре 50°С, pH 8,5 и непрерывном перемешивании (и = 3 с-1) в течение 6 ч. В качалочные колбы объемом 250 см3 вносили по 100 см3 раствора обработанного перопухового сырья, после достижения заданной температуры - ФП кол-
лагеназы. В процессе ферментативного гидролиза определяли массовые доли растворимого белка по биуретовой реакции, пептидов и аминокислот по нинтидриновому методу7, протеолитическую активность ФП ПС и массовую долю аминокислоты тирозина [3] при разрыве боковых связей, образованных ее фенольным кольцом (реакция Фолина на тирозиновые и цистеиновые радикалы) [4].
Состав свободных аминокислот в ферментативном кератнновом гидролизате определяли методом ионсоб-менной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе ААА-881 (Чехия). Разделение аминокислот осуществляли на аналитической колонке, заполненной ионообменной смолой О 8 и он ВОРА со ступенчатым элюированием тремя натрий-цитратны-ми буферами с различными значениями pH - 3,5; 4,25; 9,5.
Исследование влияния ФП на гидролиз перопухового сырья проводили в зависимости от его предварительной обработки сульфитом натрия или мочевиной.
После автоклавирования с добавлением мочевины или сульфита натрия в исследуемой смеси обнаружено 3,5-4-,6 мг/см3 растворимого белка, пептидов и аминокислот - 342-420 мкг/см3, в том числе тирозина 1,35-2,00 мкмоль/см3. Автоклавирование кератинового
Рис. і
Рис. 2
ПС, % С, мкмоль'см'
100
80 60 40 20 0
0
сырья в присутствии указанных химических реагентов приводит к разрыву части дисульфидных и водородных связей, стабилизирующих фибриллярную структуру бачка. При этом в растворимом состоянии обнаружено 15,2-19,3% массовой доли кератинового сырья. Для более глубокой деструкции после предварительной обработки в среду вносили ФП и наблюдали динамику накопления продуктов гидролиза. Начальное значение pH среды после автоклавирования находилось на уровне 8,2-8,5, что соответствует оптимальному для действия препарата Савиназы.
Как показали результаты исследований (рис. 1-3), ферментативный гидролиз кератинового сырья происходит в основном в первые 2 ч. Характер накопления исследуемых продуктов гидролиза не зависел от выбора химического реагента (кривые 1,3- обработка сульфитом натрия; 2,4 - обработка мочевиной). По-види-мому, основными факторами в данных условиях, влияющими на предварительную обработку кератинового сырья, являлись температура и время ее воздействия. При действии ФП на обработанное сырье его нерастворимая часть (более 80%) гидролизовалась с получением растворимых продуктов. Так, содержание растворимого белка, А, мг/см3 (рис. 1), в гидролизуемой смеси после 2 ч увеличилось до 9,44—9,97 мг/см3, после 3 ч - до 10,13-10,66 мг/см3. Дальнейшая инкубация кератинового сырья с ферментом не привела к ощутимым результатам: к 6 ч обработки массовая доля растворимого белка повысилась всего на 1,17-1,31%.
Увеличение пептидов и аминокислот, В, мкг/см3, в смеси наблюдалось также в течение первых 3 ч гидролиза (рис. 2). Очевидно, параллельно с образованием растворимого белка происходил процесс его гидролиза до пептидов и аминокислот. Содержание низкомолекулярных продуктов увеличилось до 1526-1580 мкг/см3. При дальнейшем увеличении продолжительности гидролиза с 3 до 6 ч действие ФП ослабевало в связи с ограничением его специфической активности в отношении кератинового белка, так гак полной инактивации препарата не зафиксировано и остаточная протеолити-ческая активность ПС (рис. 3: кривые 3, 4) составила не менее 49,3-54,5% от исходного значения. Поэтому в данном интервале времени отмечено незначительное
повышение низкомолекулярных продуктов - на 18-20 мкг/см3.
Повышение массовой доли аминокислоты тирозина, С, мкмоль/см3 (рис. 3: кривые 1, 2), может также свидетельствовать и об изменении вторичной структуры кератинового белка под действием ФП. Реакция Фо-лина лежит в основе определения радикалов аминокислот триптофана, цистеина и тирозина. Белок кератин отличается содержанием следовых количеств триптофана, а цистеиновые радикалы образуются только при предварительной обработке высокими температурами и химическими восстановителями. Проте-олитические ФП, в том числе и Савиназа из Bacillus sub tills, не расщепляют дисульфидные связи в белке кератине. Видимо, интенсивность окрасит продуктов гидролиза реактивом Фолина обеспечивается за счет прироста массовой доли свободных радикалов аминокислоты тирозина, дополнительно участвующих в стабилизации вторичной структуры. В результате гидролиза разрываются пептидные связи в полипептидной цепи кератина с освобождением свободных радикалов тирозина. Вследствие этого отмечено резкое его увеличение к 3 ч до значений 2,51-2,66 мкмоль/см3 (рис. 3), При этом тирозин, вероятно, присутствует во фракции низкомолекулярных продуктов гидролиза - пептидов и свободных аминокислот.
Массовая доля гидролизованного кератинового сырья ФП Савиназа при данных условиях достигает более 85%. Конечные продукты гидролиза представлены следующим соотношением компонентов, %: нерастворимый белок - 15,1; растворимый белок - 69,5; пептиды - 10,5; аминокислоты-4,9. В составе преобладают важнейшие аминокислоты, %: тирозин - 0,599; изолейцин - 0,678; глутаминовая - 0,813 и цистеиновая кислоты- 1,059.
Кератиновый гидролизат можно использовать для коррекции состава пищевых и кормовых продуктов по незаменимым и серосодержащим аминокислотам, а также для повышения функционально-технологических свойств мясного сырья. Ранее проведенными исследованиями показана биологическая безопасность ферментативных кератиновых гидролизатов [5].
Таким образом, исследования процесса ферментативного гидролиза на основании биохимических характеристик свидетельствуют, что для получения белковых гидролизатов из перопухового сырья целесообразно использовать ФП Савиназа. Результаты гидролиза не зависят от выбора химического реагента для предварительной обработки кератинового сырья. Основными продуктами гидролиза являются растворимый белок (69,5%) и пептиды (10,5%). Гидролизат рекомендуется в пищевой, косметической и кормовой промышленности.
18-20
фОЗИ-
также рукту-ая Фомино-; кера-пчеств [уются итем-Лроте-\acillus лке ке-цукгов и счет шино-свста-гидро-шдной икалов (увели-рис. 3). ракщш вдов и
эго сы-ает бо-рлены раство-[пепти-падают шлейная ки-
ать для ков по лам, а гогиче-аш неясность
рмента-шх ха-иябел-юсооб-ироли-гга для ья. Ос-ггвори-пат ре-рмовой
ЛИТЕРАТУРА
1. Источники резервною белка для поучения пищевых гидролизатов из животного сырья /АД. Неклюдов, А.Н. Иванкин, Н. А. Баер и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. — 1998. — № 3. — С. 24—25.
2. Антипова Л.В., Шамхаков Ч.Ю. Универсальная технологическая схема получения ферментативных гидролизатов из кератина пера // Пища. Экология. Человек: Докл. 4-й междунар. науч.-техн. конф. - М.: МГУПБ, 2001. - С. 318-327.
3. Антипова Д.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследования мяса и мясных продуктов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.
4. Землянухин А.А., Землянухин Л.А. Большой практикум по физиологии и биохимии растений: Учеб. пособие. - Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1996. - 188 с.
5. Антінтопа Л.В., [Памханпв Ч.Ю., Осминин О.С., Аргунов МН. Токсикологическая оценка ферментативного белкового гидролизата из кератина пера // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - №
1. - С. 32-36.
Кафедра технологии мяса и мясных продуктов
Ilocmymuia24.06.03 г.
536.7:664.001.8
ЗАКОНЫ ОБЫЧНОЙ И НЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ В ПРОЦЕССАХ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
И.П. ВЫРОДОВ
Кубанский государственный технологический университет
В современной инженерной практике происходит все более возрастающее стремление технологов к физико-математическому моделированию технологических процессов. Это стремление объяснимо необходимостью адекватной формализации законов, управляющих исследуемыми процессами, ибо только в этих случаях проводимые эксперименты обретают целенаправленный характер. Значительная часть исследований, базирующихся на термодинамических методах, опускают их феноменологическую сущность, придающую термодинамике огромную эвристическую мощь.
Современная термодинамика состоит из термостатики - обычной феноменологической термодинамики (ОФТ) - и термодинамики необратимых процессов (ТИП), включающей дополнительный параметр системы - время. Многопараметрический характер в природе необратимых процессов зачастую ставит исследователя перед выбором модели и априорного методологического осмысления применяемых законов. Термодинамика необратимых процессов является физической наукой, обладающей исключительной ценностью в описании всех явлений природы. В рамках ТНП предыдущее столетие ознаменовалось возникновением химической термодинамики, на физической сущности законов которой в связи с законами ОФТ следует сосредоточить особое внимание. Отметим следующую методологически важную особенность термодинамической системы. Она может быть в одном из следующих трех состояний: полной изоляции, частичной изоляции и свободной от какой бы то ни было изоляции. В первом случае система не обменивается с окружающей средой ни массой (закрытая система, изолированная по массообмену), ни теплотой (адиабатически изолированная система). Во втором случае она может обмениваться с окружающей средой либо массой, либо теплотой. В третьем случае система обменивается с окружающей средой как массой, так и теплотой. Запись выбираемых законов термодинамики должна соответст-
вовать определенному состоянию термодинамической системы.
Первый закон термодинамики является частной формулировкой закона сохранения энергии. В этом законе вводится первая функция состояния системы -энергия Е. Обозначив индексами е и / соответственно внешний и внутренний потоки энергии за некоторый элементарный промежуток времени, запишем следующее выражение для суммарной энергии:
сІЕ = сіеЕ + с1Е.
(1)
Если внутри системы энергетические изменения не происходят, то
сііЕ = 0; сІЕ = с!еЕ.
(2)
Если внешний поток энергии состоит из потока теплоты и совершения над системой работы
, то внутри системы произойдет изменение (внутренней) энергии на величину
с1Е= аи= сХ? + РдГ. (3)
Значок «Т» означает действие системы на внеш-
нюю среду, значок «4-» - действие внешней среды на данную систему'. Запись выражения (3) в виде
с1()- - сН Р(П '* (4)
является первым законом термодинамики. В этом законе вводимая в систему теплота расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение ею работы против внешних сил. При этом нами учтен только один вид работы, связанный с изменением объема системы. Передача системе энергии только в форме теплоты означает, что система является закрытой (по массообмену). Если же система является полностью открытой, то наряду с потоком теплоты через границу системы поступает поток вещества, который также является носителем энергии. Поэтому', обозначая полный поток энергии через <5?Ф> получим вместо частного вида закона сохранения энергии (3) наиболее общий вид этого закона [1]
