CC BY
47
ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 664
В. Я. Пономарев, С. А. Морозова, Т. Н. Юнусова, А. З. Каримов, Э. Ш. Юнусов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕПАРАТОВ МИКРОБНОГО СИНТЕЗА
ДЛЯ ТРАНСФОРМАЦИИ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: биотехнологическая модификация, ферментные препараты, микробные протеазы.
Изучено действие протеиназ различного происхождения на коллагенсодержащее сырье с целью установления перспектив разработки технологии новых эмульгированных мясопродуктов. Результаты исследований свидетельствуют о положительном эффекте от применения микробной протеиназы из Bac. megaterium для обработки сырья с повышенным содержанием соединительнотканных волокон. Прикладные аспекты использования ферментных препаратов в мясной промышленности могут быть связаны с тендеризацией низкосортного мясного сырья
Keywords: multifunctional additives, chopped semi-functional and technological properties.
The effect ofproteases of various origins in the collagen-containing raw materials in order to determine the prospects of development of new technologies of emulsified meat products was investigated. The research results show the positive effect of the use of microbial proteases Bac. megaterium for the processing of raw materials with high content of connective tissue fibers. Applied aspects of the use of enzyme preparations in the meat industry may be associated with low-grade raw meat tenderizing.
Введение
В настоящее время с развитием уровня знаний в области протекания биологических процессов в живых организмах значительно расширяются возможности биотехнологии при производстве различных видов пищевой продукции, в том числе и с использованием достижений технической микробиологии. Наиболее перспективным с данной точки зрения является применение ферментных препаратов, в особенности микробного происхождения. В современной биотехнологии производство и использование ферментных препаратов занимает одно из значительных мест, а сфера применения ферментов постоянно расширяется. Подобное стремительное развитие обусловлено тем, что ферменты по своей природе являются высокоактивными катализаторами белкового происхождения. Ферменты широко представлены в природе, и их воздействие лежит в основе разнообразных биохимических процессов [1].
Источники ферментов многообразны, однако наиболее значительный научный и практический интерес имеют ферменты микробного происхождения, так как они являются наиболее стабильными по сравнению с ферментами животного происхождения, проявляют большую активность, а также обладают уникальной субстратной специфичностью. Особенностью микроорганизмов в контексте синтеза ферментных препаратов является их неприхотливость к составу питательной среды, возможность легко переключаться на синтез различных ферментов, относительно короткий цикл роста, а также возможность синтеза целевого продукта в питательную среду, что в дальнейшем облегчает выделение и очистку препарата.
При производстве ферментных препаратов в промышленности наряду с природными штаммами, которые выделяются из естественных объектов, используются также мутантные штаммы, а также подвергшиеся генетической модификации. В промышленности в качестве продуцентов используют различные бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты. Особенностью микроорганизмов является также то, что они способны синтезировать как целый комплекс ферментов, так и только один фермент [2].
В настоящее время применение ферментных препаратов при производстве пищевых продуктов из сырья животного происхождения в силу ряда причин ограничено, что обусловлено специфичностью мясного сырья, необходимостью сочетать в используемом ферменте как протеолитическую, так и коллагеналитическую активность, определенный уровень рН и температурный оптимум действия. Однако достижения современной фундаментальной науки позволяют развивать модифицированные и нетрадиционные технологии на основе комплексной переработки сырья животного происхождения. Новые специфические протеазы могут обеспечить глубокую деструкцию белковых комплексов, повысить биологическую ценность продуктов гидролиза, раскрыть потенциальные возможности маловостребованных белковых ресурсов [3].
Тенденция сокращения сырьевых ресурсов мясной промышленности, а также увеличения доли сырья с повышенным содержанием соединительнотканных волокон предопределяет необходимость проведения направленных на поиски путей технологических процессов, улучшения качества продуктов, рационального использования сырья,
исследовании, интенсификации
сокращения энергозатрат. В контексте решения поставленных задач выделение и исследование протеиназ микроорганизмов, в частности их каталитических свойств и субстратной специфичности, представляет значительный практический интерес.
Целью работы являлось расширение информационных данных о влиянии протеолитических ферментных препаратов микробного происхождения на основные свойства коллагенсодержащего мясного сырья.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования служили модельные белковые субстраты, полученные из коллагенсодержащего сырья мясной
промышленности - жилы говяжьи обработанные в замороженном состоянии. Использовались белковые субстраты из коллагенсодержащего сырья, а также модельные субстраты для специфического воздействия ферментных препаратов на белковые комплексы [4].
Для исследований было выбрано четыре вида ферментных препаратов. Перечень используемых ферментных препаратов представлен в таблице 1. Дозировка ферментных препаратов составила 0,1% масс.
Таблица 1 - Перечень используемых ферментных препаратов
Образец Наименование ферментных препаратов
1 Коллагеназа (из гепатопанкреаса камчатского краба)
2 Мегатерин Г10Х (продуцент Bac. megaterium)
3 Протосубтилин Г10х (продуцент Bac. subtilis)
4 Протеиназа Bac. pumilus
Анализ воздействия выбранных ферментных препаратов на белковые фракции субстрата вели на спектрофотометре, регистрируя спектры поглощения хромофоров в диапазоне длин волн 200800 нм согласно методике [5].
Результаты исследований и обсуждение
Из литературных данных известно, что ферментативный гидролиз коллагена
осуществляется ферментами протеолитического действия различного происхождения. В частности, гидролиз может быть осуществлен коллагеназами животного происхождения, а также микробными протеиназами [6]. Как правило, эти ферменты относятся к металлопротеиназам, однако установлено, что и некоторые сериновые протеиназы обладают коллагенолитической активностью. Установлено, что коллагеназа из гепатопанкреаса камчатского краба воздействует на молекулы нативного коллагена, расщепляя его в нескольких местах, а коллагеназа позвоночных расщепляет одну пептидную связь. Для протеиназ микробного происхождения характерна
множественность гидролиза молекулы нативного коллагена. На начальных стадиях ферментативной обработки образуются продукты с молекулярной массой 2000 кДа. В дальнейшем наблюдается образование низкомолекулярных соединений с молекулярной массой от 60 до 25 кДа и ниже.
Предполагается, что в процессе ферментативного гидролиза коллагена происходит разрыв нековалентных связей, а также межмолекулярных сшивок в концевых телопептидах и спирализованных участках молекулы белка.
Для уточнения характера воздействия ферментных препаратов на белковые субстраты из низкосортного мясного сырья нами были проведены спектрофотометрические исследования по определению спектров поглощения хромофоров в диапазоне длин волн 200-800 нм.
На рисунке 1 представлены результаты спектрофотометрических исследований белковых фракций мяса под действием ферментных препаратов различного происхождения.
Рис. 1 - Спектрофотометрия водорасторимых белковых фраций мяса под действием ферментных препаратов различного
происхождения
Было оценено количество хромофоров в различных белковых фракциях. Оценку вели в сравнении с контрольным образцом, не обработанным ферментным препаратом. Под действием ферментативной обработки наблюдалось изменение количества хромофор в диапазоне длин волн 200-300 нм, 320-425 нм, 530-600 нм.
Наибольшая интенсивность наблюдается при обработке ферментами Мегатерин Г10Х, Протосубтилин Г10х. Результаты, полученные при обработке белковых фракций препаратами Коллагеназа и протеиназа Вас. ритИш показали несколько худшие результаты.
Известно, что в процессе ферментативного гидролиза белка происходит образование низко- и высокомолекулярных продуктов гидролиза, что связано с особенностью действия рассматриваемых ферментных препаратов.
На следующем этапе работы было оценено количество низкомолекулярных продуктов гидролиза, образующихся в процессе ферментативной обработки. Опыты вели с внесением трихлоруксусной кислоты, которая
осаждает высокомолекулярные соединения (с молекулярной массой от 500 Да и выше).
Рис. 2 - Спектрофотометрия низкомолекулярных продуктов гидролиза водорастворимых белковых фракций мяса, обработанных ферментными препаратами различного происхождения
По результатам анализа данных на рис. 2 отмечено накопление продуктов гидролиза в диапазоне длин волн 250-300 нм, которые характерны для таких аминокислот, как тирозин, фенилаланин, триптофан, причем наибольший эффект был отмечен при использовании ферментных препаратов Мегатерин Г10Х и Коллагеназа.
Таким образом, следует говорить об эффективности процесса ферментативного гидролиза, который наиболее интенсивно протекает при использовании ферментных препаратов Мегатерин Г10Х и Коллагеназа. Полученные данные хорошо согласуются с результатами исследований, ранее проведенных на кафедре технологии мясных и молочных продуктов КНИТУ, а также с литературными данными.
Литература
1. Потипаева Н.Н.и др. Пищевые добавки и белковые препараты для мясной промышленности, Учебное пособие. - Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2008. - 168 с.
2. В.Я. Пономарев, Э.Ш. Юнусов, Г.О. Ежкова, О.А. Решетник, Биотехнологические основы применения препаратов микробиологического синтеза для обработки мясного сырья с пониженными функционально-технологическими свойствами. КГТУ, Казань, 2009. 192с.
3. Рогов И.А., Забашта А.Г., Казюлин Г.П.Технология мяса и мясных продуктов. Книга 1. Общая технология мяса. - Учебник — М.: КолосС, 2009. — 565 с.
4. Патент РФ 2232515. Способ изготовления сухого рыбного коллагена / Чертова Е.Н., Заметалина Л.Г.; Заявл. 20.02.2012. Опубл. 20.01.2013. Бюл. № 2.
5. Л.В. Антипова, И.А. Глотова, И.А. Рогов, Методы исследования мяса и мясных продуктов. Ко, Москва, 2001. 376 с.
6. Пономарев В.Я., Юнусов Э.Ш., Ежкова Г.О., Вестник Казанского технологического университета. 23 (Т.15), 132-134, (2012).
© В. Я. Пономарев - к.т.н., доцент кафедры ТММП КНИТУ, [email protected]; С. А. Морозова - магистрант кафедры ТММП КНИТУ; Т. Н. Юнусова - магистрант кафедры ТММП КНИТУ; А. З. Каримов - аспирант кафедры ТИП КНИТУ; Э. Ш. Юнусов - к.б.н., доцент кафедры ТММП КНИТУ, [email protected].
© V. Y. Ponomarev, Ph.D., assistant professor. Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, [email protected]; S. A. Morozova, undergraduate Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU; T. N. Yunusova, undergraduate Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU; A. Z. Karimov graduate student Dep. technology of food products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU; E. Sh. Yunusov, Ph.D., assistant professor. Dep. technology of meat and dairy products of the Institute of Food Production and Biotechnology KNRTU, [email protected].
