Ферментативный и комбинированный способы гидролиза как основа технологии кормовых добавок из морских звезд Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664.959.5

DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10127

Ферментативный и комбинированный способы гидролиза как основа технологии кормовых добавок из морских звезд

Е.В. Шадрина*; С.Н. Максимова, д-р техн. наук, профессор

Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, г. владивосток Е.Д. Горячева, канд. техн. наук

московский государственный университет пищевых производств

Дата поступления в редакцию 22.03.2019 Дата принятия в печать 26.08.19

* katyashadrina83@mai[.ru © Шадрина Е.В., Максимова С.Н., Горячева Е.Д., 2019

Реферат

Представлены результаты научных экспериментальных исследований по обоснованию использования морских звезд Патирии гребешковой (РаПпа pectinifera) и Эвастерии колючей (Evastaerias echinosoma). Получены результаты химического состава морских звезд, подтверждающие возможность их использования на кормовые цели. Наличие белка и минеральных веществ позволяет рассматривать морские звезды как сырье для получения кормовых добавок направленного действия. Представлены графические изображения двух технологических процессов, позволяющих получить кормовые добавки из морских звезд. Биомодификация морских звезд путем ферментативного гидролиза позволяет получить биологически ценные, легкоусвояемые кормовые добавки. В случае использования морских звезд, оцененных как умеренно «биотоксичные», целесообразно применение комбинированного способа гидролиза (ферментативного в сочетании с тепловым), где жесткая термическая обработка способствует «детоксикации» сырья. В результате переработки морских звезд по двум технологиям получено пять кормовых добавок целевого назначения. Дана оценка уровня биотоксичности полученных продуктов, подтверждающая целесообразность разработки комбинированного (ферментативного в сочетании с тепловым) способа гидролиза. Приведен химический состав кормовых добавок. Кормовые добавки, богатые белком, рекомендованы для выращивания сельскохозяйственной птицы, добавки с высоким содержанием минеральных веществ - для кур-несушек, а белково-минеральная кормовая добавка оценена как универсальная.

Ключевые слова

безопасность, гидролиз, кормовые добавки, кормовая ценность, морские звезды, технология, ферментативный Для цитирования

Шадрина Е.В., Максимова С.Н., Горячева Е.Д. (2019) Ферментативный и комбинированный способы гидролиза как основа технологии кормовых добавок из морских звезд // Пищевая промышленность. 2019. № 8. С. 62-65.

Enzymatic and combined methods of hydrolysis as a technology-based feed additives from the sea stars

The results of scientific and experimental research on justification of the use of the sea stars Patiria pectinifera and Evastaerias echinosoma are presented. The results of the chemical composition of the sea stars, confirming the possibility of their use for feed purposes. The presence of protein and minerals allows us to consider sea stars as raw materials for feed additives directed action. The graphic images of two technological processes allowing to receive feed additives from the sea stars are presented. Biomodification of the sea stars by enzymatic hydrolysis allows to obtain biologically valuable, easily digestible feed additives. In the case of using sea stars, estimated as moderately «biotoxic», it is advisable to use a combined method of hydrolysis (enzymatic in combination with thermal), where rigid heat treatment contributes to the «detoxification» of raw materials. As a result of processing of the sea stars on two technologies five feed additives of a pur-pose are received. The assessment of the level of «biotoxicity» of the products obtained, confirming the feasibility of developing a combined (enzymatic in combination with thermal) method of hydro-lysis. The chemical composition of feed additives is given. Feed additives rich in protein are rec-ommended for the cultivation of poultry, additives with a high content of minerals - for laying hens, and protein-mineral feed additive is evaluated as universal.

Key words

Sea stars, technology, hydrolysis, enzymatic, thermal, safety, feed additives, feed value For citation

Shadrina E. V., Maksimova S.N., Gorjacheva E.D. (2019) Enzymatic and combined methods of hydrolysis as a technology-based feed additives from the sea stars // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost. 2019. № 8. P. 62-65.

E.V. Shadrina*, S.N. Maximova, Doctor of Technical Sciences, Professor Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok E.D. Gorjacheva, Candidate of Technical Sciences Moscow State University of Food Production

Received: March 22, 2019 Accepted: August 26, 2019

* katyashadrina83@mai1.ru © Shadrina E.V., Maksimova S.N., Gorjacheva E.D., 2019

Abstract

62 8/2019 пищевая промышленность issn 0235-2486

engineering and technology

Введение. На Дальнем Востоке комбикорма для сельскохозяйственных птиц имеют высокую себестоимость, поскольку готовят их из ингредиентов, завозимых с других районов России, а также из Китая. При этом географическое расположение региона предопределяет использование в кормлении птиц доступного сырья водного происхождения, характеризующегося высокой биологической ценностью. Использование кормовых продуктов из водных биологических ресурсов известно зоотехнической науке и практике положительными результатами [1].

Проведенные ранее научные исследования подтвердили перспективность переработки на кормовые цели таких биологических объектов, как морские звезды [2].

В представленной работе использовали морские звезды Эвастерию колючую (Evastarias echinosoma) и Патирию гре-бешковую (Patiria pectinifera), выловленные в Японском море.

Для определения способов промышленной переработки морских звезд исследован общий химический состав сырья, а также содержание в нем токсичных элементов (табл. 1, 2).

Полученные результаты подтверждают целесообразность использования морских звезд для промышленной переработки с целью получения кормовых продуктов.

Поскольку известно, что морские звезды характеризуются разной степенью токсичности [4, 5], в ранее опубликованных работах представлены данные по исследованию технологических приемов детоксикации этих объектов [6].

Как показали результаты экспериментальных исследований [7, 8], при использовании морских звезд, характеризующихся как «нетоксичные», целесообразно применение технологии с одностадийным ферментативным гидролизом, при которой готовый продукт характеризуется высокой биологической ценностью и доступностью компонентов для организма потребителя.

В случае переработки морских звезд, выловленных в период нереста и характеризующихся как «биотоксичные», обоснована и разработана технология кормовой добавки с применением комбинированного гидролиза (ферментативного в сочетании с тепловым) [9], поскольку использование только ферментативного гидролиза не обеспечивает детоксикацию морских звезд.

Технологическая схема производства кормовой добавки путем биомодификации морских звезд способом ферментативного гидролиза представлена на рис. 1. Данная технология предполагает возможность производства трех кормовых добавок разного целевого назначения: белково-минеральной кормовой добавки (БМКД), белковой кормовой добавки (БКД) и минеральной кормовой добавки (МКД).

технологическая схема производства кормовой добавки с использованием комбинированного способа, представленная на рис. 2, позволяет получить две кор-

мовые добавки направленного действия: комбинированную белковую кормовую добавку (КБКД) и комби-нированную минеральную кормовую добавку (КМКД).

Общий химический состав морских звезд, %

Таблица 1

Морская звезда Вода Белок Липиды Минеральные вещества Безазотистые экстрактивные вещества

Эвастерия колючая 70,75-71,45 71,10 10,16-11,36 10,76 1,73-1,77 1,75 11,90-13,38 12,64 2,95-3,55 3,25

Патирия гребешковая 57,05-58,51 57,78 8,62-9,42 9,02 1,0-1,34 1,17 27,74-28,34 28,04 3,54-4,44 3,99

Содержание токсичных элементов в морских звездах, мг/кг

Таблица 2

Образец Мышьяк Свинец Кадмий Ртуть

Эвастерия колючая 4,120 0,253 0,080 0,0025

Патирия гребешковая 3,888 0,158 0,050 0,0030

Единые санитарные требования ТС, п. 3.7 [4] 5,0 10,0 2,0 0,2

Прием с ыры

Морские звезды< ;<

I_

Морские звезды охлажденные

_I

Морские звезды мороженые

Размораживание (до t минус 2,,,О °С)

Мойка +

Выдержи ва н ие

<t5-15°C, до 8 ч)

Удар но- мех ли и ч еское воздействие (тендеризация -18-45 ударов/мни, 5-10 мин)

I (ентри фугирован не (400 об мин, 2 мин)

Выдерживание ft 5-15 °С 3-4 ч)

Раствор ферментного препарата

Измельчение (15-25 мм)

Ферментативный гидролиз (гидромодуль 0,4-1; концентрация ферментного препарата 60-124 ПЕ/г; 150-55 4-6 ч)

Инактивированис ферментного препарата (t 80°С, 15 мин)

Гидролизам _4_

Упаривание (t 60-80°С)

Разделение на фракции ▼ —

Сушка (t 55-80 °С» не более 10%)

Жидкая фракция +

Измельчение (до порошкообразною состояния)

Охлаждение (t не выше 20 °С)

Упаривание it 60-80°Q t

Сушка (i 55-80 °С, uv, не более 10 %)

Плотная фракция

Сушка (155-80 °С, а^ не более 10%)

Измельчение (до порошкообразного состояния)

Бел ко во -л/ и перо / ышя кормовая добавка (БМКД)

Упаковывание

I

Охлаждение (I не выше 20 °С) -т-

Белковая кормовая добавка (БКД)

Измельчение (до порошкообразного состояния) У

Охлаждение (t не выше 20 °С)

Маркирование t Z

Упаковывание

J

Минеральная кормовая добавка (МКД) __jfc_

Упаковывание

Хранение

Маркирование i

Маркирование

Хранение

Хранение

Рис. 1. Технологическая схема производства кормовой добавки из морских звезд способом ферментативного гидролиза

ISSN 0235-2486 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 8/2019

63

Рис. 2. Технологическая схема производства кормовой добавки из морских звезд комбиниро-ванным способом гидролиза

Существенным отличием второй технологической схемы от первой является введение в технологический процесс дополнительной операции «тепловой гидролиз», которая посредством жесткой термической обработки обеспечивает де-токсикацию сырья.

Полученные кормовые добавки были оценены по уровню токсичности на инфузориях Те1га1тутепа ру^огт^ по ГОСТ 31674 [10] путем определения количества живых и погибших инфузорий через 60 мин после начала биотестирования и расчета коэффициента выживаемости инфузорий. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Представленные результаты подтвердили эффективность использования в технологии кормовых добавок комбинированного способа гидролиза морских звезд с использованием жесткой термической обработки (140 °С), которая способствует детоксикации сырья.

Кормовые добавки из морских звезд, полученные разными способами по двум технологиям, схожи по органолептиче-ским признакам, но отличаются существенно по химическому составу (табл. 4), что соответствует поставленной цели и определяет целевое назначение готовой продукции.

Заключение. Как видно из результатов, представленных в табл. 4, кормовые добавки БКД, КБКД характеризуются высоким содержанием белка и могут быть использованы для выращивания сельскохозяйственной птицы, а добавки МКД, КМКД, отличающиеся богатым минеральным составом, рекомендованы для кур-несушек. Кормовую добавку БМКД можно рассматривать как универсальную. Все полученные кормовые добавки при их различном целевом назначении характеризуются высокой кормовой ценностью.

ЛИТЕРАТУРА

Таблица 3

Оценка токсичности кормовых добавок

Наименование Коэффициент выживаемости инфузорий Tetrahymena pyriformis Оценка токсичности

Белково-минеральная кормовая добавка (БМКД) 92 Нетоксичная

Белковая кормовая добавка (БКД) 92 Нетоксичная

Минеральная кормовая добавка (МКД) 90 Нетоксичная

Комбинированная белковая кормовая добавка (КБКД) 98 Нетоксичная

Комбинированная минеральная кормовая добавка (КМКД) 98 Нетоксичная

Таблица 4

Химический состав кормовых добавок, %

Способ Наименование кормовой добавки Вода Белок Липиды Безазотистые экстрактивные вещества Минеральные вещества

Ферментативный БМКД 6,90 27,41 7,40 25,28 33,01

БКД 8,97 58,35 14,92 3,47 15,29

МКД 5,73 11,94 2,82 20,99 58,52

Комбинированный КБКД 7,60 76,40 0,50 - 15,5

КМКД 6,50 12,43 3,13 8,45 69,49

1. Гус, Р.М. Прогнозирование потребления корма бройлерами и яичными курами/ Р.М. Гус // Международный птицеводческий журнал Zootécnica. - 2016. - № 3. -С. 48-53.

2. Максимова, С.Н. Морские звезды Японского моря как биологически ценный промысловый объект / С.Н. Максимова, Е.В. Шадрина // Первая научно-практическая конференция «Инновации в технологии продуктов здорового питания» (материалы). - Калининград: КГТУ, 2014. - С. 184-186.

3. Момджян, М. М. Исследование химического состава морских звезд и кораллов Баренцева моря с целью их комплексной утилизации: автореф. дис... канд. хим. наук: 02.00.10/ Момджян Моника Михайловна. -М., 1992. - 19 с.

4. Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, под-

64 8/2019 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486

engíneeríng and technology

лежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю), утвержденные решением комиссии Таможенного союза от 28 мая 2010 г. № 229 [Электронный ресурс] // Информационно-правовой портал Гарант. ру. -Режим доступа: http://www.garant.ru.

5. Маляренко, Т. В. Изучение структуры и биологической активности астеросапони-нов и других полярных стероидных соединений морских звезд: дис... канд. хим. наук: 02.00.10/ Маляренко Тимофей Владимирович. - Владивосток, 2012. - 134 с.

6. Богданов, В.Д. Biotesting of the sea stars Patiria pectinifera and Evasterias echinosoma of the Japanese sea and the methods of their detoxication/В.Д. Богданов [и др.] // Eastern European Scientific Journal (Dusseldorf, Germany). - 2015. - C. 16-21.

7. Максимова, С.Н. Обоснование технологических решений для производства кормовых продуктов из морских звезд Японского моря/ С. Н. Максимова, Е. В. Шадрина // Первая всероссийская научно-практическая конференция «Морские технологии: исследования, инновации, маркетинг» (материалы). -Керчь: КГМТУ, 2015. - С. 92-95.

8. Максимова, С.Н. Ферментативная обработка морских звезд в технологии белково-минеральной кормовой добавки/ С.Н. Максимова [и др.] // VI Международная научно-практическая конференция «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» (материалы). - Воронеж, 2016. - С. 141-145.

9. Шадрина, Е.В. Получение биологически ценных ингредиентов из морских звезд различными способами гидролиза/Е.В. Шадрина, С.Н. Максимова, А. Хёлинг // Известия вузов. Пищевая технология. - 2017. - № 5-6 (359-360). - С. 92-94.

10. ГОСТ 31674-2012 Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения общей токсичности. - Москва: Изд-во стандартов, 2012. - 31 с.

REFERENCES

1. Gus RM. Prognozirovanie potreblenija korma brojlerami i jaichnymi kurami [Prediction of feed intake by broilers and egg chickens]. Mezhdunarodnyj pticevodcheskij

zhurnal Zootecnica [International Poultry Magazine Zootecnica]. 2016. No. 3. - P. 48-53. (in Russia)

2. Maksimova SN, Shadrina EV. Morskie zvezdy Japonskogo morja kak biologicheski cennyj promyslovyj obekt [Starfish of the Sea of Japan as a Biologically Valuable Industrial Object]. Pervaja nauchno-prakticheskaja kon-ferencija «Innovacii v tehnologii produktov zdorovogo pitanija» (materialy) [he first scientific-practical conference «Innovations in the technology of healthy nutrition products» (materials)]. Kaliningrad: KGTU. 2014. P. 184-186. (in Russia)

3. Momdzhjan MM. Issledovanie himichesko-go sostava morskih zvezd i korallov Baren-ceva morja s cel'ju ih kompleksnoj utilizacii: av-toref. dis... kand. him. nauk: 02.00.10 [Study of the chemical composition of starfish and corals of the Barents Sea with a view to their comprehensive utilization: abstract. dis ... cand. Chem. Sciences: 02.00.10]. Momdzhjan Monika Mihajlovna [Momdzhyan Monika Mikhailovna]. - Moscow. 1992. 19 p. (in Russia)

4. Edinye sanitarno-jepidemiologicheskie i gigienicheskie trebovanija k tovaram, pod-lezhashhim sanitarno-jepidemiologicheskomu nadzoru (kontrolju), utverzhdennye re-sheniem komissii Tamozhennogo sojuza ot 28 maja 2010 g. № 229 [Jelektronnyj resurs] [Unified sanitary and epidemiological and hygienic requirements for goods subject to sanitary and epidemiological surveillance (control), approved by the decision of the Customs Un-ion Commission dated May 28, 2010 No. 229 [Electronic resource] Informacionno-pravovoj portal Garant.ru [Information and legal portal Garant. ru.]. Rezhim dostupa: http://www.garant.ru. (in Russia)

5. Maljarenko TV. Izuchenie struktury i biologicheskoj aktivnosti asterosaponinov i drugih poljarnyh steroidnyh soedinenij morskih zvezd: dis... kand. him. nauk: 02.00.10 [The study of the structure and biological activity of asterosaponins and other polar steroid compounds of starfish: dis ... cand. Chem. Sciences: 02.00.10]. Maljarenko Timofej Vladi-mirovich [Malyarenko Timofey Vladimirovich]. Vladivostok, 2012. 134 sp (in Russia)

6. Bogdanov VD. Biotesting of the sea stars Patiria pectinifera and Evasterias echi-nosoma

of the Japanese sea and the methods of their detoxication [Biotesting of the sea stars Patiria pectinifera and Evasterias echinosoma of the Japanese sea and the methods of their detoxication]. Eastern European Scientific Journal (Dusseldorf, Germany) [Eastern European Scientific Journal (Dusseldorf, Germany)]. 2015. P. 16-21. (in Russia)

7. Maksimova SN, Shadrina EV. Obosnovanie tehnologicheskih reshenij dlja proizvodstva ko-rmovyh produktov iz morskih zvezd Japonskogo morja [Justification of technological solutions for the production of feed products from starfish of the Sea of Japan]. Pervaja vserossijskaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Morskie tehnologii: issledovanija, innovacii, marketing» (materialy) [he First All-Russian Scientific and Practical Conference «Marine Technologies: Research, Innovation, Marketing» (materials)]. - Kerch': KGMTU, 2015. P. 92-95. (in Russia)

8. Maksimova SN. Fermentativnaja obrabotka morskih zvezd v tehnologii belkovo-mineral'noj kormovoj dobavki [Enzymatic processing of starfish in the technology of protein-mineral feed additives]. VI Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «In-novacionnye pishhevye tehnologii v oblasti hranenija i pererabotki sel'skohozjajstvennogo syr'ja: fundamental'nye i prikladnye aspekty» (materialy) [VI International Scientific and Practical Conference «Innovative Food Technologies in the Field of Storage and Processing of Agricultural Raw Materials: Fundamental and Applied Aspects» (materials)]. Voronezh, 2016. P. 141-145. (in Russia)

9. Shadrina EV, Maksimova SN, Hjoling A. Poluchenie biologicheski cennyh ingredien-tov iz morskih zvezd razlichnymi sposobami gidroliza [Obtaining biologically valuable ingredients from starfish by various methods of hydrolysis]. Izvestija vuzov. Pishhevaja tehnologija [News of universities. Food technology]. 2017. No. 5-6 (359-360). P. 92-94. (in Russia)

10. GOST 31674-2012 Korma, kombikorma, kombikormovoe syr'e. Metody opredelenija ob-shhej toksichnosti [Feed, animal feed, animal feed. Methods for determining total toxicity]. M.: Izdatel'stvo standartov [Moscow: Publishing house of standards], 2012. 31 p. (in Russia)

Авторы

Шадрина Екатерина Васильевна,

Максимова Светлана Николаевна, д-р техн. наук, профессор Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, 690091, Россия, г. Владивосток, ул. Луговая, д. 52-б, katyashadrina83@mai1.ru, maxsvet28@mai1.ru Горячева Елена Давидовна, канд. техн. наук Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Россия, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, GoryachevaED@mgupp.ru

Authors

Ekaterina V. Shadrina,

Svetiana N. Maximova, Doctor of Technical Sciences, Professor

Far Eastern State Technical Fisheries University, 52-6, Lugovaya str.,

Vladivostok, Russia, 690087.

Elena D. Gorjacheva, Candidate of Technical Sciences

Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe highway,

Moscow, Russia, 125080.

ISSN 0235-24B6 ПИЩЕВАЯ ПPOMЫШЛEННOCТЬ 8/2019

65