CC BY
5205.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2020.04.012 УДК 637.03
БИОТРАНСФОРМАЦИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И РАЗРАБОТКА ПРОДУКТА АНТИОКСИДАНТНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ C ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
И. С. Брашко, С. Л. Тихонов, Н. В. Тихонова, А. А. Ногина
Ферментативные гидролизаты коллагена широко применяют для повышения влагосвя-зывающей и влагоудерживающей способности основного мясного сырья, повышения содержания свободных аминокислот в пищевых продуктах и их усвояемости организмом человека, в связи с этим актуальным представляется совершенствование технологий гидролиза кол-лагенсодержащего сырья. Другим важным направлением развития пищевой отрасли является разработка продуктов функциональной направленности, в частности, с антиокси-дантными свойствами. Цель исследований - разработка метода биомодификации коллаген-содержащего сырья ферментативным гидролизом и получение коллагенсодержащего продукта антиоксидантной направленности. Разработанная технология биомодификации коллагенсодержащего сырья включает промывку кожи цыплят-бройлеров в проточной водопроводной воде, измельчение, замачивание в растворе коллагеназы, фильтрование, куттерова-ние, добавление раствора поваренной соли и 10 % раствора арабиногалактана. Полученный соединительнотканный белок с арабиногалактаном представляет собой мелкодисперсный сыпучий порошок светло-розового цвета со свойственным мясу птицы запахом и массовой долей коллагена к массе общего белка 64 %. Введение в рецептуру арабиногалактана позволило увеличить влагосвязывающую и гелеобразущую способность (на 28,9 % и 28,2 % соответственно), антиоксидантную активность (на 775 %). Разработанный соединительнотканный белок отличается высокими функционально-технологическими свойствами, что позволяет его использовать в рецептуре мясопродуктов для коррекции реологических свойств сырья и повышения выхода готового продукта.
Ключевые слова: коллаген, ферменты, гидролиз, антиоксиданты, арабиногалактан, функционально-технологические свойства.
В рецептуре мясопродуктов нередко используют переработанное коллагенсодержа-щее сырье, в частности, кожу цыплят-бройлеров. Коллаген применяют для придания определенных функционально-технологических свойств присутствующим в основном мясном сырье миофибрилярным белкам, при этом обеспечивая гомогенную структуру продукта [1] за счет высокой влагосвязывающей и влагоудерживающей способности [2].
Применение ферментов для гидролиза коллагенсодержащего сырья позволяет получить свободные аминокислоты и повысить их усвояемость организмом человека, с технологической точки зрения - сократить время производства и увеличить выход готового продукта [3-6]. Одним из общепринятых способов получения ферментативных гидроли-затов из коллагена является применения щелочных протеаз [7]. Протеолитические ферменты отличаются высокой специфичностью, и в большинстве случаев они воздействуют на миофибриллярные белки, практически не расщепляя белки соединительной ткани.
Преимущество ферментативного гидролиза с применением коллагеназы обусловле-
но высокой специфичностью именно для коллагена, механизм действия данного фермента заключается в разрыве в структуре коллагена связей между глицином и пролином [812]. Промышленный препарат коллагеназы представляет собой продукт метаболизма Clostridiumhistolyticum [13, 14].
Другим важным направлением развития пищевой отрасли является разработка продуктов функциональной направленности, в частности с антиоксидантными свойствами.
Одним из распространенных антиокси-дантов природного происхождения является арабиногалактан (АГ) древесины лиственницы, характеризующийся не только антиоксидантной, но и противомикробной и иммуностимулирующей активностью. АГ обладает рядом важных технологических свойств: хорошей растворимостью в холодной воде, высокой водосвязывающей способностью и является нетоксичным. АГ состоит из галактозы, арабинозы и уроновых кислот и не оказывает отрицательного влияния на вкусовые качества продукта.
В связи с вышеизложенным, целью исследований являлась разработка метода
БИОТРАНСФОРМАЦИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И РАЗРАБОТКА ПРОДУКТА АНТИОКСИДАНТНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
биомодификации коллагенсодержащего сырья ферментативным гидролизом и получение коллагенсодержащего продукта антиок-сидантной направленности.
Объектами исследования являлись:
- арабиногалактан из древесины лиственниц Сибирской и Гмелина, полученный ультразвуковой обработкой (ТУ 9363-02139094141-08; серия 02042013; ООО «Химия древесины», г. Иркутск. Молекулярная масса 17,3 кДа);
- коллагенсодержащее сырье (кожа цыплят-бройлеров).
Достоинство технологии ультразвуковой обработки древесины лиственницы заключается в том, что интенсифицируется процесс экстракции арабиногалактана из растительного сырья, снижается расход растворителя и получается более чистый продукт без примесей.
В качестве коллагенсодержащего сырья использовали шкурки цыплят бройлеров. Для ферментативного гидролиза коллагенсодержащего сырья использовали коллагеназу 1 типа, продуцируемую культурой Clostridium-histolyticum (активность 125 ед/мг; оптимум активности 37-45 0С, рН 6-9).
Определение органолептических показателей коллагенсодержащего продукта проводили с помощью визуального осмотра. Содержание влаги устанавливали методом высушивания навески исследуемого продукта при температуре 103 ± 2 ос. Количество коллагена определяли путем выделения ок-сипролина из кислотного гидролизата пробы с последующей нейтрализацией и окислением хлорамином-Т до появления красной окраски с дальнейшим определением оптической плотности фотометрическим метом с пересчетом на коллагенсодержащий белок.
Жир определяли методом Сокслета. Гелеобразующую способность - путем помещения коллагенсодержащего продукта в гомогенизатор с дистиллированной водой и гомогенизацией в течение 30 минут и скорости 4000 об./мин., затем полученную массу выдерживали в течение 30 минут, помещали на сито с размером отверстий 0,5 мм и определяли проходимость геля через отверстия сита. Гелеобразующую способность (ГО) вычисляли по формуле:
ГО = —* 100 (1)
т9
где т8 - максимальное количество добавленной воды, обеспечивающее непроходимость геля через отверстия сита, г; 100 - коэффициент пересчета в %; т9 - масса пробы животного белка, г. Жироэмульгирующую способность определяли путем гомогенизации коллагенсодержащего продукта, дистиллированной воды и подсолнечного масла в гомогенизаторе при скорости вращения ножей 4000 об./мин. в течение 60 минут при температуре 4 ± 2 ос, затем эмульсию центрифугировали в течение 10 минут, Для определения соотношения «животный белок : вода : масло» принимают максимальное количество воды и масла, внесение которых обеспечивало отсутствие неэмульгированных слоев в пробирке в виде воды или масла, полученный результат выражали в г воды и масла на 1 г коллагенсодержащего продукта.
Исследование антиоксидантной активности коллагенсодержащего продукта проводили потенциометрическим методом. Потенциал измеряли после прохождения химической реакции между арабиногалактаном и используемым окислителем К3^е(С^6] с концентрацией 3,010-4.
Таблица 1 - Рецептура соединительнотканного белка
Наименование ингредиента Дозировка
Контроль Опыт
Кожа цыплят-бройлеров 100 100
Арабиногалактан - 3000
Соль поваренная пищевая 2000 2000
Раствор фермента (коллагеназа) в питьевой воде, соотношение 1:1000 100 100
Нами разработана рецептура коллаген-содержащего продукта без введения араби-ногалактана (образцы контрольной группы) и с использованием арабиногалактана (образцы опытной группы, таблица 1). Технология получения соединительнотканного белка включает промывку кожи цыплят-бройлеров в проточной водопроводной воде в течение 10-
15 минут для удаления возможных загрязнений, измельчение на волчке с помощью универсальной машины с диаметром отверстий решетки 2-4 см, замачивание в емкости универсальной лабораторной установки (гомогенизатор, куттер, биореактор; рисунок 1) с раствором фермента коллагеназы концентрацией 1 : 1000 в питьевой воде в соотношении
И. С. БРАШКО, С. Л. ТИХОНОВ, Н. В. ТИХОНОВА, А. А. НОГИНА
мелкий порошок светло-розового цвета, что связано с введением раствора арабиногалак-тана, имеющего розовую окраску. Запах -свойственный мясу птицы. В целом, по орга-нолептическим показателям образцы разработанного продукта соответствуют требованиям ГОСТ 33692-2015 «Белки животные соединительнотканные».
Проведены исследования физико-химических показателей соединительнотканного белка (таблица 3), подтверждающие получение коллагенсодержащего продукта с массовой долей коллагена к массе общего белка 64 %.
Введение в рецептуру арабиногалактана не оказало влияния на массовую долю белка, коллагена и жира. Но вместе с тем, влагосвя-зывающая и гелеобразущая способность повысились до 674 % и 528 % соответственно (на 28,9 % и 28,2 %). Полученные результаты объясняются тем, что арабиногалактан является пищевой добавкой Е 409 и обладает выраженной водосвязывающей и эмульгирующей способностью. В целом, по результатам органолептических и физико-химических исследований полученный коллагенсодержа-щий продукт можно отнести к соединительнотканным белкам.
Таблица 2 - Органолептические показатели качества соединительнотканного белка
Наименование показателя Значение показателя Норма по ГОСТ 33692-2015
Контроль Опыт
Внешний вид Мелкий сыпучий порошок Мелкий сыпучий порошок Сухой продукт однородной консистенции в виде волокнистой массы или сыпучего мелкого порошка, или сыпучего порошка, содержащего единичные или агломерированные частицы. Для порошков допускается наличие комочков более крупного размера, рассыпающихся при легком механическом надавливании
Цвет Светло-желтый Светло-розовый От белого до светло-коричневого
Запах Свойственный мясу птицы, без постороннего запах Свойственный мясу птицы, без постороннего запаха Свойственный исходному сырью, без постороннего запаха
Таблица 3 - Физико-химические показатели качества соединительнотканного белка
Наименование показателя Значение показателя, % Норма по ГОСТ 33692-2015
Контроль Опыт
Массовая доля белка в сухом веществе 81 81 Не менее 80,0
Массовая доля жира, не более 14 14 Не более 16,0
Массовая доля влаги, не более 9 9 Не более 10,0
Массовая доля коллагена к массе общего белка, не менее 64 64 Не менее 60
Влагосвязывающая способность 523 674 Не менее 500
Гелеобразующая способность 412 528 Не менее 400
Жироэмульгирующая способность 118 123 -
сырье : раствор фермента (1 : 1), при температуре 2-4 0С в течение 2 ч, фильтрование, куттерование фильтрата при 1200 об./мин. в течение 3-5 минут с добавлением раствора поваренной соли и 10 % арабиногалактана, высушивание полученного коллагенсодержащего продукта при температуре 65-72 ос до содержания сухих веществ 90-92 %.
Рисунок 1 - Лабораторная универсальная установка
Проведена оценка органолептических показателей качества коллагенсодержащего продукта. По внешнему виду (таблица 2) опытные образцы разработанного коллаген-содержащего продукта представляют собой
БИОТРАНСФОРМАЦИЯ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И РАЗРАБОТКА ПРОДУКТА АНТИОКСИДАНТНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ C ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
Проведены исследования антиоксидант-ной активности коллагенсодержащего продукта. Установлено, что антиоксидантная активность опытных образцов с использованием арабиногалактана (3,1 мМ-экв) на 775 % выше активности контрольных образцов (0,4 мМ-экв), что согласуется с антиоксидант-ными свойствами арабиногалактана.
Таким образом, разработана технология соединительнотканного белка на основе биотрансформации коллагенсодержащего сырья (кожи цыплят-бройлеров) с органолептически-ми и физико-химическими показателями, соответствующими требованиям ГОСТ 33692-2015. Введение в рецептуру этого соединительнотканного белка арабиногалактана из древесины лиственницы придает ему антиоксидант-ные свойства, повышает влагосвязывающую, гелеобразующую и жироэмульгирующую способности. Полученный соединительнотканный белок отличается высоким содержанием коллагена к общей массе белка, улучшенными функционально-технологическими свойствами, что позволяет использовать его в рецептуре пищевых продуктов для коррекции аминокислотного состава, реологических свойств сырья и повышения выхода новых продуктов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сэмс, Р. А. Переработка мяса птицы / под ред. Алана Р. Сэмса ; пер. с англ ; под ред. В. В. Гущина. - СПб. : Профессия, 2007. - 432 с.
2. Антипова, Л. В. Ферментные технологии в развитии отечественного производства перерабатывающих отраслей АПК / Л. В. Антипова // Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов : сборник трудов конференции. ВНИИПБ РАН. - 2016. - С. 61-66.
3. Юнусов, Э. Ш. Использование экзогенных ферментных препаратов в технологии мясных продуктов / Э. Ш. Юнусов, В. Я. Пономарев, А. З. Каримов [и др.] // Вестник казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 22. -С. 119-121.
4. United States Department of Agriculture. Agricultural Research Service. USDA National Nutrient Database for Standard Reference.
5. Драгунова, М. М. Метод переработки вторичного коллагенсодержащего сырья с использованием дрожжей Clavisporalusitaniae Y3723 / М. М. Драгунова, В. П. Брехова // Техника и технология пищевых производств. - 2014. - Т. 32. - № 1. -С. 18-21.
6. Драгунова, М. М. Разработка технологии переработки коллагенсодержащих отходов мясоперерабатывающей промышленности в функциональную кормовую добавку для животных сельскохозяйственного сектора / М. М. Драгунова, А. Ю. Просеков, О. В. Кригер [и др.] // Вестник КрасГАУ. - 2014. - Т. 98. - № 11. - С. 203-206.
7. Титов, Е. И. О микроструктуре коллагенсодержащего сырья, модифицированного щелочными протеиназами / Е. И. Титов, Е. В. Литвинова, С. Н. Кидяев, В. А. Пчелкина // Мясная индустрия. - 2017. - № 8. - С. 36-38.
8. EguiRojo, M. A. Experience in the use of collagenase Clostridiumhistolyticum in the management of Peyronie's disease: current data and future prospects / M. A. EguiRojo, I. Moncadalribarren, J. Carbal-lido Rodriguez, J. I. Martinez-Salamanca // Therapeutic Advances in Urology. - 2014. - Vol. 6. - № 5. -P. 192-197.
9. Murphy, A. Minimally invasive options in Du-puytren's contracture: aponeurotomy, enzymes, stretching, and fat grafting / A. Murphy, D. H. Lalonde, C. Eaton [et al.] // Plastic and Reconstructive Surgery. -2014. - Vol. 134. - № 5. - P. 822-829.
10. Schulze, S. M. Postapproval clinical experience in the treatment of Dupuytren's contracture with collagenase Clostridiumhistolyticum (CCH): the first 1,000 days / S. M. Schulze, J. P. Tursi// Hand (NY). -2014. - Vol. 9. - № 4. - P. 447-458.
11. Van Doren, S. R. Matrix metalloproteinase interactions with collagen and elastin / S. R. Van Doren // Matrix Biology. - 2015. - Vol. 44-46. - P. 224-231.
12. Eckhard, U. Structural basis for activity regulation and substrate preference of clostridial collage-nases G, H, and T / U. Eckhard, E. Schönauer, H. Brandstetter // J. Biol. Chem. - 2013. - Vol. 288. -P. 184-194.
13. Eckhard, U. Proteomic protease specifi city profi ling of clostridial collagenases reveals their intrinsic nature as dedicated degraders of collagen / U. Eckhard, P. F. Huesgen, H. Brandstetter, C. M. Overall // J. Proteomics. - 2014. - Vol. 100. - P. 102-114.
14. Razzelli, M. Collagenase Clostridium-histolyticum for the treatment of Dupuytren's contracture: systematic review and economic evaluation / M. Razzelli, M. Cruickshank, E. Tassie, P. McNamee, C. Robertson, A. Elders [et al.] // Health Technol. Assess. - 2015. - Vol. 19. - № 90. - P. 201-202.
Брашко Иван Сергеевич, аспирант кафедры пищевой инженерии ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет» (УрГЭУ), г. Екатеринбург, e-mail: brashko_is@usue.ru, тел. 89126950096.
Тихонов Сергей Леонидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой пищевой инженерии УрГЭУ, г. Екатеринбург, e-mail: tihonov_75@bk.ru, тел. 89122769895.
Тихонова Наталья Валерьевна, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры пищевой инженерии УрГЭУ, г. Екатеринбург, e-mail: tihonov_75@bk.ru, тел. 89193923709.
Ногина Анна Александровна, старший преподаватель ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет».
