CC BY
215
Рис. 4
В дальнейшем для разработки нанобиотехнологии концентратов ГОС в жидком и сухом видах из раствора кластеров лактозы целесообразно выбрать условия первого оптимума, так как с экономической точки зрения (расход тепла) выгоднее поддерживать в биореакторе более низкие температуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Playne M.J., Crittenden R. Commercially available oligosaccharides // Bulletin of IDFN° 313 (1996), 10-22.
2. Шахнович Л.Л. Vivinal® GOS - пребиотические волокна для обогащения продуктов питания // Пищевая пром-сть. - 2006. -№ 9. - С. 60-61.
3. Parrish F.W., Hicks K. Analysis of Lactulose Preparations by Spectrophotometric and High Performance Liquid Chromatographic Methods // J. of Dairy Science 67 (1980), 1809-1814.
4 Smart J.B. Transferase reactions of ß-galactosidases - new product opportunities // Bulletin of the IDF 289. Brussels: International Dairy Federation, 1993.
Кафедра прикладной биотехнологии
Поступила 02.04.08 г.
664.8:577.152
ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ КОЛЛАГЕНОВОГО СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Г.И. КАСЬЯНОВ, Н.Ю. ГЕРАСИМОВА, В.А. БИРБАСОВ,
Ч.Ю. ШАМХАНОВ
Кубанский государственный технологический университет Грозненский государственный нефтяной институт им. акад. МД. Миллионщикова
Производство белковых добавок высокой биологической ценности из коллагенового сырья тесно связано с разработкой функциональных продуктов питания и профилактическими мероприятиями в области здравоохранения
Наличие в коллагеновом сырье биологически активных компонентов имеет важное значение для решения задач, предусмотренных Концепцией государственной политики в области здорового питания населения РФ [1].
Достоверная информация о структуре компонентов коллагеновых гидролизатов и связанных с ними функциональных свойств в пищевых системах, выработка требований к ним как пищевым объектам, объективная оценка безвредности, пищевой и биологической ценности коллагеновых гидролизатов могут во многом разрушить стереотипы использования коллагенов, ориентированные на технические и кормовые цели.
Опыт применения коллагеновых продуктов в составе паштетов, паст, соусов, приправ и эмульсий, осо-
бенно в продуктах профилактического и специального назначения, уже имеется в России и за рубежом.
На кафедре технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ выполняются исследования по использованию нанобиотехнологических приемов обработки коллагенсодержащего мясного и рыбного сырья.
Трансформация структуры соединительной ткани в легкоусвояемую организмом человека форму включает физическую и ферментативную обработку, вызывающую распад гидролитических коллагенов. Наиболее перспективны способы деструкции коллагенов с помощью специфических ферментов, так как возникает возможность получения обессоленных гидролизатов; мягкие условия обработки максимально сохраняют полный набор аминокислот и питательную ценность получаемых продуктов, значительно повышается их растворимость и усвояемость; можно регулировать накопление продуктов деградации белка по молекулярной массе и функциональности.
В работах [1, 2] изложены современные представления о структуре соединительной ткани, аминокислотной последовательности участков полипептидной цепи; приведены сведения о физико-химических, функционально-технологических и биологических свойствах коллагена и обоснована перспектива их при-
Таблица 1
Показатель Ферментные препараты
Панкр еатин (животного происхождения) Коллагеназа (гепанопанкреас камчатского краба) ФПМ-МП (микробного происхождения)
Коллагенолитическая активность, мЕд 0,81 1,13 1,18
РНопт 6,0 7,0 5,8
Т °С опт 50 37 4
Концентрация КаС1, %:
1 Активирует Активирует Активирует
2 Ингибирует » »
>2 » Ингибирует Ингибирует
менения в рецептурах пищевых продуктов, дан анализ методов и способов переработки коллагенсодержащего сырья - щелочных, кислотных, гидротермических, с использованием ряда химических веществ и ферментативных препаратов.
Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о положительном влиянии ферментных препаратов микробного происхождения не только на формирование физико-химических, микроструктур-ных, микробиологических, структурно-механических показателей, но и на качественные характеристики готового продукта.
Установленные закономерности процессов биотрансформации коллагенсодержащего сырья различными протеолитическими ферментными препаратами и методом ферментации культурой микроорганизма позволили обосновать рациональные режимы и параметры процессов получения продуктов с заданным составом.
Разработанная гипотетическая модель коллагенового гликопротеина объясняет уровень и целенаправ -ленность функционально-технологических свойств и органолептических характеристик гидролизата и определяет факторы, оказывающие влияние на выход целевого компонента как при предварительной обработке, так и гидролизе коллагенсодержащего сырья в лабораторных и производственных условиях.
Токсикологические и профилактические свойства коллагенового ферментативного гидролизата были изучены в опытах на микробиологических тест-организмах.
Предложенные способы и подходы к обработке коллагенсодержащего сырья методом биоконверсии живой культурой продуцента 8&ер(отусе&' fradiospiralis ВКМ А-157 позволили увеличить долю
100
80
60
40
20
0
12
10
8
6
4
2
0
перерабатываемого сырья с 2 до 10% и получить полноценную биомассу с высокой кормовой ценностью. Сравнительная характеристика препаратов различного происхождения представлена в табл. 1 [2, 3].
Проведенные нами исследования свойств гидролизата в составе пищевых систем на примере мясных фаршей для производства колбасных изделий позволили определить закономерности изменения функционально-технологических характеристик коллагеновых гидролизатов в составе мясных систем от их строения и компонентного состава. Была установлена высокая способность гидролизата к связыванию жировых компонентов с получением стойких эмульсий.
С помощью методов математического планирования и оптимизации условия получения коллагеновых продуктов с заданными свойствами были подтверждены в лабораторных и полупроизводственных условиях.
Использование стандартных физических, химических, микробиологических, биохимических и органолептических методов анализа сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, включающих специальные и сложные инструментальные методы, пакеты стандартных и оригинальных математических прикладных программ, реализующих обеспечение исследований, позволили сформулировать доказательства функциональности и целесообразности использования гидролизатов коллагенового сырья при производстве пищевых проду ктов.
Получение коллагеновых биополимеров требует использования для этой цели ферментных препаратов, обеспечивающих получение продукта с высоким уровнем растворимого белка и исключающих возможность глубокого гидролиза сырья до низкомолекулярных продуктов [3, 4].
2.5 2
1.5 1
0,5
0
Е 1 2 3 4 5 6
Растворимость сырья, мас. %
Е123456
Растворимый белок, мг/см3
Е 1 2 3 4 5
Тирозин, мкмоль/см3
6000'
5000 4000 3000 2000 1000 0
Е 1 2 3 4 5 6
□ Редуцирующие вещества, мкг/см3
□ Пептиды и аминокислоты, мкг/см3
п=,1 г г г г г
6
Рис. 1
В качестве ферментов для модификации коллагенового сырья рассматривали отечественные препараты протеолитического действия: протосубтилин Г 10х, коллагеназу, мегатерин Г 10х, протеазу «С», амило-протооризин Г 10х и Протепсин. Ферментные препараты выбирали по оптимальному значению рН для проявления их активности, совпадающему с диапазоном рН растворов (7-9) после обработки сырья 0,5%-м раствором сульфита натрия.
На рис. 1 представлена характеристика гидролизата коллагенового сырья различными ферментами (К - исходное сырье, 1 - Протепсин, 2 - протосубтилин Г 10х, 3 - коллагеназа, 4 - мегатерин Г 10х, 5 - протеаза «С», 6 - амилопротооризин Г 10х).
После предварительной обработки коллагенового сырья в растворе фиксировали: растворимый белок -2,10 мг/см3, суммарные пептиды и аминокислоты -140 мкг/см3, тирозин - 0,800 мкмоль/см3 и редуцирующие вещества - 120 мкг/см3. Доля растворенного продукта -24,5 мас. % сырья (рис. 1).
Ферментативный гидролиз в течение 6 ч приводит к значительному растворению обработанного сырья: для коллагеназы с 24,5 до 64,1 мас. %. При действии протосубтилина Г 10х, мегатерина Г 10х и амилопро-тооризина Г 10х эта величина возрастает еще на 10-13%. Максимальная растворимость коллагенового сырья отмечена при использовании Протепсина и про-теазы «С» (80,6 и 82,7% соответственно). Данный показатель имеет важное значение при массовой промышленной переработке коллагенов с целью более полной утилизации сырья.
Аналогичная зависимость сохраняется при накоплении растворимого белка. После действия коллагеназы и амилопротооризина Г 10х отмечены самые низкие показатели - не более 6,08 мг/см3. Применение мегате-рина и протосубтилина Г 10х и протеазы «С» на 25-30% повышает данный показатель. Массовая доля растворимого белка увеличилась в 5 раз по сравнению с исходным значением и составила к концу гидролиза
Таблица 2
Массовое содержание
Сырье в рецептуре котлет, %
Краснодарские Коллагенсодержащие
Мясо свиных или говяжь-
их голов жилованное 47,0 39,5
Гидролизат коллагенового
сырья - 7,0
Легкие свиные или говя -
жьи жилованные 21,0 21,0
Хлеб из пшеничной муки
не ниже 1 сорта 12,0 12,0
Сухари панировочные 4,0 4,0
Лук репчатый свежий очи-
щенный 2,9 2,9
Перец черный молотый 0,1 0,1
Меланж или яйца куриные 2,0 2,0
Соль поваренная пищевая 1,0 1,0
Вода питьевая 10,0 10,0
Лактат натрия - 0,5
10,40 мг/см3 при действии препарата Протепсин, что превышает аналогичные показатели для всех остальных препаратов.
Конечное значение рН коллагеновых гидролизатов во всех случаях устанавливается в области, близкой к нейтральной, за счет специфического накопления продуктов гидролиза. Это положительно для всей технологической схемы, так как исключается процесс нейтрализации гидролизата и, соответственно, образование солей.
Для решения задач управляемого биокатализа весьма важны условия стабильности ферментных препаратов в различных условиях. Установлено, что ферментный препарат Протепсин проявляет свою максимальную активность при рН 10 и температуре 50°С. Препарат достаточно стабилен в растворах выбранного для предварительной обработки химического реагента: через 9 ч инкубации сохраняется 63% первоначальной активности. Оптимальной дозировкой ферментного препарата Протепсин для гидролиза обработанного коллагенового сырья является концентрация 20 ед./г белка в сырье.
При гидролизе коллагенового сырья ферментным препаратом Протепсин доля нерастворимого белка снижалась: после 2 ч действия гидролаз она не превышала 34,0% от исходного количества, после 4 ч -23,6%. Через 10 ч гидролиза в растворе доля непрогид-ролизованного белка не превышала 21,0%. Содержание растворимого белка в гидролизуемой смеси через 2 ч составило 16,12 мг/см3 с последующим снижением после 4 ч гидролиза до 15,92 мг/см3.
Полученные результаты важны для развития научных основ переработки вторичных коллагенсодержащих ресурсов мясной и рыбной отрасли в обогащенные коллагеновыми ингредиентами функциональные продукты питания с использованием методов нанобиотехнологии [5]. Нами разработаны новые технологии модифицированных и оригинальных мясных и рыбных продуктов. Для оптимизации состава рецептурных композиций мясных продуктов (на примере вареных колбасных изделий), содержащих комбинированные пищевые добавки, применен метод сим-плекс-решетчатого планирования. С использованием уравнений регрессии в виде полиномов второй степени, учитывающих условие нормированности суммы независимых переменных, построены номограммы комплексной оценки функционально-технологических свойств мясных систем, которые имеют важное
практическое значение. Разработаны, апробированы и внедрены новые виды коллагенсодержащих полуфабрикатов (8 наименований), вареных колбасных изделий (2 наименования) с использованием комбинированной функциональной добавки, функциональный сухой корм для животных, готовые к употреблению и сбалансированные по составу экструдированные пищевые продукты. Рецептура коллагенсодержащих полуфабрикатов (котлет) приведена в табл. 2.
На рис. 2 представлена мультипликативная модель частных функций желательности di аминокислотного состава рецептурной композиции коллагенсодержащих котлет (^ 1 - лейцин, d2 - изолейцин, d3 - лизин, d4 -метионин + цистин, d5 - фенилаланин + тирозин, dв -треонин, d7 - триптофан, d8 - валин).
В табл. 3 приведен общий химический состав разработанной рецептуры котлет с пищевой добавкой коллагенового гидролизата.
Предложенная нами рецептурная композиция позволяет получать продукт с повышенной биологической, энергетической и пищевой ценностью, снизив при этом его себестоимость на 7-9%.
Новизна разработок подтверждена двумя патентами РФ на изобретения.
Таким образом, благодаря ферментативной обработке коллагенсодержащего сырья и последующего соединения его с растительным и животным белком, появилась возможность использовать соединительную ткань мясного и рыбного сырья для получения продуктов с высокой степенью сбалансированности.
Таблица З
Показатель Содержание в рецептуре котлет, г/100 г продукта
Краснодарские Ко ллагенс одер -жащие
Белки 11,5 12,6
Жиры 165,l 11,9
Углеводы 8,2 16,l
Энергетическая ценность, ккал 218,0 220,1
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова Л.В., Глотова И.А. Основы рационального использования вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности. - Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 199l. -248 с.
2. Шамханов Ч .Ю., Антипова Л.В., Осминин O .С. Влияние коллагеназы на белковые фракции мышечной ткани птицы // Мясная индустрия. - 2003. - № 10. - С. 3l-39.
3. Бойко О.А. Разработка технологии мясных продуктов с использованием сырья, обработанного коллагенолитическим ферментным препаратом микробного происхождения : Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.: ВНИИМП, 2003. - 25 с.
4. Бибишев Р.А. Совершенствование технологии производства мясных продуктов с применением ферментного препарата Протепсин: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Воронеж: ВГТА, 200l. - 24 с.
5. Касьянов Г.И., Сарапкина О.В., Белоусова С .В. Нанобиотехнология переработки рыбного сырья. - Краснодар: КубГТУ, КрасНИИРХ, 2006. - 151 с.
Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов
Поступила 04.05.08 г.
5l6.8:664.951
ОЦЕНКА ПО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ДВУСТВОРЧАТОГО МОЛЛЮСКА SPISULA SACHALINENSIS
Л.Ю. ЛАЖЕНЦЕВА, Л.В. ШУЛЬГИНА, Е.В. ЛИХАЧЕВА
Дальневосточный государственный рыбохозяйственный университет (Дальрыбвтуз)
В последние годы в Приморье стали активно эксплуатироваться новые виды двустворчатых моллюсков, в частности спизула сахалинская (Spisula sachalmensis). Особенности химического состава моллюска, а именно содержание в мышечной ткани до 25% соединительно-тканных белков, наличие богатого комплекса минеральных веществ и термостабильных биологически активных соединений (таурин и гистидинсодержащие вещества), предопределяют использование объекта в технологии деликатесных продуктов -консервов и пресервов [1, 2].
Двустворчатый моллюск спизула обитает в Японском море у берегов Приморья и Сахалина, в Татарском проливе, на Южно-Курильском мелководье и у Японских островов в прибойной зоне на глубинах до 20 м. Промысел осуществляется в июне - сентябре. В
это время моллюски создают скопления на глубинах 2-7 м в мелкозернистом заиленном песке, зарываясь в грунт не более чем на 10 см. Плотность скопления спи-зулы может достигать 10 экз./ м2 В Приморье они образуют крупные скопления в кутовых частях Амурского и Уссурийского заливов, хорошо прогреваемых в летнее время.
В отношении санитарно-гигиенического и микробиологического режима как водоема, так и его обитателей, указанные районы являются неблагополучными [3, 4]. Они характеризуются высокой загрязненностью в результате сброса неочищенных сточных вод бытового и производственного характера [5], что существенно влияет на состояние природных микробиоценозов гидробионтов [6, 7].
Продукты, изготовленные из объектов с повышенной бактериальной обсемененностью или содержащих патогенные микроорганизмы, представляют риск для здоровья человека при их употреблении.
