CC BY
0DOI 10.53980/24131997_2022_3_21
С.Н. Максимова, д-р техн. наук, проф., e-mail: maxsvet61@mail.ru Д.В. Полещук, канд. техн. наук, доц., e-mail: tym1988@mail.ru Е.В. Суровцева, канд. техн. наук, доц., e-mail: silux@mail.ru Л.Ю. Подленный, аспирант, e-mail: podlenn123@mail.ru В.В. Фёдорова, магистрант, e-mail: valentinasveshnikova1@gmail.com Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет
(Дальрыбвтуз), г. Владивосток
УДК 637.522
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ОТХОДОВ ИКОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК БИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННОГО ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
В статье представлены результаты исследования потенциала отходов икорного производства при промышленной переработке лососевых рыб. Доказана перспективность дальнейшего использования данного вторичного сырья. Исследованы общий химический, аминокислотный состав белков и жирнокислотный состав липидов отходов, образующихся при пробивке ястыков лососевых рыб. Результаты экспериментальных исследований подтверждают их биологическую ценность. Показано, что для увеличения эффективности технологического процесса и повышения энергетической ценности вторичного сырья целесообразно проводить его предварительную обработку, заключающуюся в обезвоживании. Установлены рациональные режимы данной технологической операции. Биологическая ценность вторичного сырья уточнена за счет определения аминокислотного состава белка с поправкой на его усвояемость. Биологическая эффективность определена как количественное соотношение полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот липидов. В результате научных исследований установлена целесообразность предварительного обезвоживания и последующего использования отходов икорного производства как ценного вторичного сырья для получения биологически ценной продукции.
Ключевые слова: отходы икорного производства, биологическая ценность, вторичное сырье, обезвоживание.
S.N. Maksimova, Dc. Sc. Engineering, Prof.
D.V. Poleshchuk, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
E.V. Surovtseva, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
L.Yu. Podlenniy, P.G. student V.V. Fyodorova, master's students
INVESTIGATION OF THE POTENTIAL OF CAVIAR PRODUCTION WASTE AS A BIOLOGICALLY VALUABLE SECONDARY RAW MATERIAL
The article presents the results of a study of the potential of caviar production waste, carried out during the industrial processing of salmon fish. The prospects for further use of this secondary raw material are proved. It sdudies general chemical composition, amino acid composition ofproteins and fatty acid composition of waste lipids formed during the punching of salmon fish ovaries. The results of experimental studies confirm their biological value. In order to increase the efficiency of the technological process and increase the energy value of secondary raw materials, it is advisable to introduce its pre-treatment, consisting in dehydration. Rational modes of this technological operation are established. The biological value of secondary raw materials has been clarified by determining the amino acid composition of the protein, adjusted for its digestibility. Biological efficiency is defined as the quantitative ratio ofpolyunsaturated and saturated fatty acids of lipids. The result of scientific research is proves the expediency ofpreliminary dehydration and subsequent use of caviar production waste as a valuable secondary raw material for obtaining biologically valuable products.
Key words: caviar production waste, biological value, secondary raw materials, dehydration.
Введение
Рыбная отрасль имеет важнейшее экономическое, социальное и геополитическое значение для нашей страны. Перечень рыб, являющихся объектами отечественного промысла, включает около 1000 видов, относящихся более чем к 150 семействам (лососевые, тресковые, сельдевые и др.). В нашей стране одним из наиболее массовых промысловых видов рыб являются лососевые, вылов которых превышает объемы вылова других видов рыб. Данный факт подтверждают данные Росрыболовства, согласно которым по итогам 2021 г. общий объем промысла лососевых составил 539 тыс. т. [1].
В связи с этим промышленную переработку лососевых, внедрение комплексных и безотходных технологий можно рассматривать как современное и перспективное направление развития рыбной отрасли в России.
Наиболее ценным в биологическом аспекте и денежном эквиваленте пищевым продуктом из лососевых видов рыб по праву считается икра зернистая (соленая, солено-мороженая, пастеризованная). Икра содержит биологически ценные белки, липиды, витамины, минеральные вещества. Готовый продукт отличается высокими органолептическими, прежде всего вкусовыми, свойствами.
Однако отходы икорного производства, остающиеся при пробивке ястыков, в настоящее время не используются. При этом очевидно, что часть веществ, обусловливающих биологическую ценность лососевой икры, переходит в отходы, образующиеся после пробивки ясты-ков. Такими веществами являются прежде всего белковые соединения простого и сложного состава. К соединениям белковой природы относятся пептиды, низкомолекулярные представители которых, по свидетельству многочисленных исследований, обладают выраженным фармакологическим влиянием на человека, поскольку входят во все структурные компоненты клеток его организма, выполняют ферментативные и гормональные функции, участвуют в переносе веществ через мембрану клетки [2, 3].
Помимо самих пептидов на функционально-физиологические процессы в организме оказывают влияние олигопептиды, являющиеся небольшими фрагментарными соединениями пептидов. Высвобождаясь из полипептида под действием ферментативного воздействия, оли-гопептиды принимают участие в процессах координации и регуляции функциональных процессов в организме [4].
Выделение таких ценных соединений из сырья возможно путем применения методов биомодификации с использованием ферментов. Применение биотехнологического способа обработки вторичного сырья позволит получить из отходов икорного производства биологически ценные продукты, поскольку данные методы воздействия на сырье предполагают его биотрансформацию, в результате которой и повышается биологическая ценность готовой продукции. Возможно также и комбинирование биомодификации с физическими методами воздействия на исходный материал или полуфабрикат. В ряде случаев требуется предварительная обработка вторичного сырья для увеличения эффективности последующего применения биологических и физических способов его обработки.
Для подтверждения перспективности использования отходов икорного производства с целью получения биологически ценной готовой продукции целесообразно исследовать потенциал вторичного сырья.
Целью данной работы является исследование потенциала отходов, остающихся в икорном производстве при пробивке ястыков лососевых видов рыб, как вторичного сырья для получения биологически ценной продукции.
Материалы и методы
В качестве основного материала в научной работе использовали отходы икорного производства, собранные в августе 2021 г. на рыбоперерабатывающем предприятии, расположенном в Хабаровском крае, при пробивке ястыков лососевых.
Отбор проб сырья и подготовку проб к анализу проводили по стандартным методикам (ГОСТ 31339-2006, ГОСТ 7631-2008).
Определение общего химического состава (содержание белков, воды, минеральных веществ) осуществляли по ГОСТ 7636-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа».
Аминокислотный состав отходов икорного производства определяли на аминокислотном анализаторе в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.
Массовую долю липидов определяли по методу Блайя и Дайэра [5].
Жирные кислоты определяли в виде их метиловых эфиров на капиллярном газо-жид-костном хроматографе «^Ышаё2и ОС-16А» (Supelcowax-10) с пламенно-ионизационным детектором, снабженным капиллярной колонкой, при температуре 190 °С. Идентификация сигналов проводилась по относительному времени удержания, углеродным числам в соответствии со стандартной смесью жирных кислот и базой обработки данных «С-Я4А» [6].
Статистическую обработку данных проводили стандартным методом оценки результатов испытаний для малых выборок. Цифровые величины, указанные в таблицах, представляют собой арифметические средние, надежность которых (Р) = 0,95, доверительный интервал -(Д)±10 %.
Результаты и их обсуждение
Отходы икорного производства образуются в результате обработки ястыков лососевых рыб на специальной операции «пробивка», основной целью которой является отделение ястычной пленки от зерна. Процент отходов, образующихся на данной операции, напрямую зависит от способа обработки ястыков, который может осуществляться как вручную, так и машинным способом. Большое значение имеют порядок укладки, высота слоя рыбы при ее транспортировании на переработку, способные привести к травмируемости как самой рыбы, так и ястыков. Влияние на качество и количество отходов при пробивке икры оказывают также условия и продолжительность транспортирования рыбы с места вылова до места переработки, метод и скорость выгрузки рыбы, условия и сроки хранения рыбы до обработки, способ и качество разделки рыбы, вид рыбы, сезон вылова рыбы, стадия зрелости ястыков.
Существенной проблемой при сборе икорных отходов и их дальнейшем использовании является фактор их большой обводненности. Это связано с объективными причинами, заключающимися в особенностях технологии: при смыве икорной пленки используется вода в больших количествах. В результате ранее проведенных исследований установлено, что содержание воды в данном вторичном сырье составляет около 80 %, при содержании белка в среднем - 10% [7]. То есть коэффициент обводнения, который считается одним из показателей качества исходного сырья, находится существенно выше нормы. Кроме того, большая обводненность икорных отходов приводит к удорожанию транспортирования и снижению выхода биологически ценной продукции при переработке вторичного сырья. Для решения данной проблемы, повышения эффективности использования отходов икорного производства проведены эксперименты по их частичному обезвоживанию.
Поскольку использование емкости с сеткой при сборе икорных отходов [8] не позволило за счет водоотделения под силой тяжести избавиться от значительного количества воды, предложено для удаления воды использовать центрифугу. При обработке отходов икорного производства в течение 5 мин на центрифуге при числе оборотов 3000 об./мин содержание влаги уменьшилось на 5 %, а при 10-минутном центрифугировании - на 10 %. Дальнейшее увеличение продолжительности обработки отходов на центрифуге не дало статистически достоверных результатов по снижению содержания воды. В связи с этим для исследования потенциала отходов икорного производства использовали вторичное сырье, подвергнутое 10-минутному центрифугированию.
Следует отметить, что общий химический состав исследуемого вторичного сырья изменяется в зависимости от вида лососевых, периода и места лова, стадии зрелости ястыков, свежести сырья, выхода пробитого икорного зерна. В том случае, когда при пробивке икры
образуется лопанец, икорный «сок» переходит в отходы и обеспечивает повышение содержания в них белков и липидов. Этим объясняется возможное варьирование показателей общего химического состава отходов икорного производства даже на одном предприятии.
Результаты исследования общего химического состава отходов икорного производства представлены в таблице 1.
Таблица 1
Общий химический состав отходов икорного производства
Наименование исследуемого материала Содержание, %
Вода Белок Липиды Минеральные вещества
Отходы от пробивки лососевых 79,37±0,3 9,56±0,12 4,49±0,07 1,08±0,05
Обезвоженные отходы от пробивки лососевых 71,48±0,25 20,14±0,13 6,42±0,04 1,96±0,05
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что вторичное сырье в результате дополнительной обработки путем обезвоживания характеризуется более высокой энергетической ценностью, чем исходное сырье (отходы до предварительной обработки), для которого данная величина составляла 78,65 ккал [8]. Расчеты показывают, что энергетическая ценность обезвоженного вторичного сырья составляет 138,24 ккал, что почти в два раза больше, чем данная величина, рассчитанная для исходных отходов икорного производства. Данный факт подтверждает целесообразность предварительной обработки вторичного сырья в виде отходов, образующихся при пробивке ястыков лососевых рыб, на центрифуге с целью обезвоживания перед дальнейшим использованием.
Поскольку важной составляющей пищевой ценности, помимо энергетической, является биологическая ценность, которая оценивается по качественному составу белков, был определен набор незаменимых аминокислот в белке, их соотношение как между собой, так и с заменимыми аминокислотами (табл. 2).
Таблица 2
Содержание заменимых и незаменимых аминокислот в белке обезвоженных отходов икорного производства
Аминокислота Содержание, % (на сырой вес) г/100 г белка
Thr (Треонин) 0,89 4,42
Ile (Изолейцин) 0,90 4,46
Ley(Лейцин) 1,56 7,75
Val (Валин) 1,08 5,37
Lys (Лизин) 1,38 6,85
Cys +Met (Цистеин + Метионин) 1,00 4,97
Tyr +Phe (Тирозин + Фенилаланин) 2,56 12,76
Сумма незаменимых 9,38 46,58
His (Гистидин) 0,49 2,43
Arg (Аргинин) 1,27 6,32
Ser(Серин) 0,98 4,87
Glu (Глутаминовая кислота) 2,63 13,08
Gly (Глицин) 1,20 5,98
Ala (Аланин) 0,99 4,95
Asp (Аспарагин) 1,78 8,84
Pro (Пролин) 1,40 6,95
Сумма заменимых 10,76 53,42
Как видно из представленных данных в таблице 2, заменимые аминокислоты составляют 10,76 % (на сырой вес), или 53,42 г/100 г белка. Этих аминокислот больше, чем незаменимых, почти на 7 %. Данный факт свидетельствует о том, что исследуемое вторичное сырье является в большей степени коллагенсодержащим. Преобладающей аминокислотой среди заменимых является глутаминовая, которая обладает высокой метаболической активностью, принимает участие в синтезе других аминокислот и во всех типах обменных процессов, обеспечивает проведение окислительно-восстановительных реакций в организме человека [9].
Незаменимые аминокислоты составляют 9,38 % (на сырой вес), или 46,58 г в 100 г белка, соответственно. Среди них фенилаланин в сумме с тирозином составляют более 27 % от суммы всех незаменимых аминокислот. Аминокислота фенилаланин обладает способностью преобразовываться в организме человека в тирозин, важной функцией которого является участие в синтезе белков. Тирозин также принимает участие в выработке гормонов щитовидной железы (тироксин, нарадреналин, дофамин). Указанные гормоны, в свою очередь, относятся к классу нейромедиаторов, веществ, принимающих участие в передаче импульсов в нервной системе. Фенилаланин является важным элементом кровеносной системы, защищает суставы от воспалительных процессов. В соединении с витамином В6 фенилаланин проявляет свои антидепрессантные свойства.
Как известно, биологическая ценность белка - показатель качества белка, характеризующий степень задержки азота и эффективность его утилизации для растущего организма детей или для поддержания азотистого равновесия у взрослых. Усвояемость белка - показатель, характеризующий долю абсорбированного в организме азота от общего количества, потребленного с пищей. Используя рекомендации ФАО/ВОЗ от 2011 г. [10] по составу эталонного белка, а также уточненный расчет биологической ценности за счет определения аминокислотного состава с поправкой на усвояемость белка (PDCAAS) [11], были проведены расчеты данных показателей для белка вторичного сырья икорного производства, образующегося при пробивке ястыков лососевых рыб. Полученные данные представлены в таблице 3.
Таблица 3
Расчет показателя PDCAAS для белка вторичного сырья икорного производства
Амино- Содержание аминокис- Содержание амино- Аминокис- Усвояе- Показа-
кислота лот в белке отходов кислот в эталонном лотное число мость тель
от пробивки лососевых, белке (ФАО/ВОЗ), белка, PDCAAS
г/100 г белка г/100 г белка %
Thr 4,4 2,5 1,76 94 1
Ile 4,4 3,0 1,46
Ley 7,7 6,1 1,26
Val 5,3 4,0 1,32
Lys 6,8 4,8 1,41
Cys +Met 4,9 2,3 2,13
Tyr +Phe 12,7 4,1 3,09
Проведенные расчеты подтверждают высокую биологическую ценность и усвояемость белка исследуемого вторичного сырья.
Кроме белковых компонентов отходы икорного производства имеют в своем составе некоторое количество липидов, которые, в свою очередь, обладают определенной биологической эффективностью. Поскольку биологическая эффективность - это количественное соотношение наиболее ценных для организма незаменимых и высоконепредельных жирных кислот липидов, было проведено определение содержания этих веществ в обезвоженных отходах икорного производства (табл. 4).
Таблица 4
Состав жирных кислот в липидах отходов от пробивки ястыков лососевых, %
Сумма жирных кислот Содержание, % от общего количества жирных кислот
Насыщенные 21,49
Мононенасыщенные 32,33
Полиненасыщенные 46,18
Как видно из представленных результатов, в исследуемом вторичном сырье преобладают полиненасыщенные жирные кислоты. Особое значение для организма человека имеют такие незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты, как линолевая (предшественник наиболее физиологически активной кислоты - арахидоновой) и линоленовая, являющиеся структурными элементами клеточных мембран и обеспечивающие нормальное развитие, и адаптацию организма человека к неблагоприятным факторам окружающей среды [12]. Следует отметить, что липиды вторичного сырья икорного производства как до предварительной обработки, так и после нее содержат все биологически ценные полиненасыщенные жирные кислоты [13].
Таким образом, экспериментально подтверждено, что отходы икорного производства, полученные при пробивке ястыков лососевых рыб, являются потенциальным сырьем и могут быть использованы для получения биологически ценной продукции путем их биомодификации.
Заключение
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о высоком потенциале отходов икорного производства, полученных при пробивке ястыков лососевых рыб, который обосновывает целесообразность дальнейшего использования изучаемого вторичного сырья с целью получения биологически ценной продукции.
С учетом полученных данных о химическом составе вторичного сырья, аминокислотном составе белков, содержании полиненасыщенных жирных кислот в липидах рекомендуется использовать биотехнологический способ обработки отходов икорного производства.
Установлена целесообразность введения предварительной обработки данного вторичного сырья перед дальнейшей переработкой, которая заключается в удалении излишней влаги, что позволит увеличить эффективность технологического процесса получения биологически активных белковых продуктов из отходов икорного производства.
Научно-исследовательская работа 779/2021 «Обоснование и разработка биологически ценной и биологически активной продукции из отходов икорного производства» выполнена по государственному заданию Федерального агенства по рыболовству (ФАР).
Библиография
1. Федеральное агентство по рыболовству. Итоги деятельности федерального агентства по рыболовству в 2021 году: материалы к заседанию. - URL: https://fish.gov.ru/wp-content/uploads/2022/05/ itogi_raboty_rosrybolovstvo_za_2021_god.pdf (дата обращения: 23.08.2022).
2. Kim S.K. Development and biological activities of marine-derived bioactive peptides: a review / S.K. Kim, I. Wijesekara // Journal of Functional Foods. - 2010. - № 2. - P. 1-9.
3. Cheung I.W.Y. Bioactive peptides derived from marine fish / I.W.Y. Cheung // Food chemie. -№ 122. - 2010. - P. 1003-1012.
4. Agyei D. and Danquah M. 2011. Industrial-scale manufacturing of pharmaceutical-grade bioactive peptides. Biotechnology Advances. 29 (3) - P. 272-277.
5. Bligh E.G., Dayer W.J. A rapid method of total lipid extraction // Canad. J. Biochem. Phisiol. -1959.- № 37. - P.911-917.
6. Carreau J.P., Dubacq J.P. Adaption of macro-scale metod to the macro-scale for fatty acid metal transesterification of biological lipid extracts // J. Chromatogr. - 1978. - Vol. 151. - P. 384-390.
7. Bledsoe G.E., Bledsoe C.D., Rasco B. Caviars and Fish Roe Products, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2003. - Vol. 43. - N 3. - P. 317-356.
8. Максимова С.Н., Полещук Д.В., Подленный Л.Ю. [и др.]. Технологические перспективы и технические решения сбора и использования отходов при производстве икры лососевых рыб // Пищевая промышленность. - 2022. - № 2. - С. 45-47.
9. Западнюк В.И. Аминокислоты в медицине / В.И. Западнюк, Л.П. Купраш, М.С. Заика. -Киев: Здоров'я, 1982. - 200 с.
10. Dietary protein quality evaluation in human nutrition. Report of an FAQ Expert Consultation. FAO Food Nutr Pap. 2013; 92:1-66.
11. Protein Quality Evaluation: Report of the Joint FAO/WHO Expert Consultation, Bethesda, Md., USA 4-8 December 1989.
12. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: метод. рекомендации. - М.: Изд-во Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021. - 72 с.
13. Людинина А.Ю., Бойко Е.Р. Функциональная роль мононенасыщенных жирных кислот в организме человека // Успехи физиологических наук. - 2013. - Т. 44. - № 4. - С. 51-64.
Bibliography
1. Federal Agency for Fisheries. Results of the activities of the Federal Agency for Fisheries in 2021 / Materials for the meeting. - URL: https://fish.gov.ru/wp-content/uploads/2022/05/ itogi_raboty_rosry-bolovstvo_za_2021_god.pdf (Accessed: 23.08.2022).
2. Kim S.K. Development and biological activities of marine-derived bioactive peptides: a review / S.K. Kim, I. Wijesekara // Journal of Functional Foods. - 2010. - No. 2. - P. 1-9.
3. Cheung I.W.Y. Bioactive peptides derived from marine fish / I.W.Y. Cheung // Food chemie. -No. 122. - 2010. - P. 1003-1012.
4. Agyei D., Danquah M. Industrial-scale manufacturing of pharmaceutical-grade bioactive pep-tides. Biotechnology Advances. - No. 29 (3): P. 272-277.
5. Bligh E.G., Dayer W.J. A rapid method of total lipid extraction // Canadian Journal of Biochemical Physiology - 1959. - No. 37. - P. 911-917.
6. Carreau J.P., Dubacq J.P. Adaption of macro-scale metod to the macro-scale for fatty acid metal transesterification of biological lipid extracts // J. Chromatogr. - 1978. - Vol. 151. - P. 384-390.
7. Bledsoe G.E., Bledsoe C.D., Rasco B. Caviars and Fish Roe Products, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2003. - Vol. 43. - No. 3. - P. 317-356.
8. Maksimova S.N., PoleshchukD.V., Podlenny L. Yu. [andetc.]. Technological prospects and technical solutions for the collection and use of waste in the production of salmon caviar // Food industry. - 2022. - No. 2. - P. 45-47.
9. Zapadnyuk V.I. Aminoacids in medicine / V.I. Zapadnyuk, L.P. Kuprash, M.S. Zaika // Kiev: Health. - 1982. - 200 p.
10. Dietary protein quality evaluation in human nutrition. Report of an FAQ Expert Consultation. FAO Food Nutr Pap. 2013; 92:1-66.
11. Protein Quality Evaluation: Report of the Joint FAO/WHO Expert Consultation, Bethesda, Md., USA 4-8 December 1989.
12. Norms of physiological needs for energy and nutrients for various groups of the population of the Russian Federation: Methodological recommendations. - M.: Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare, 2021. - 72 p.
13. Lyudinina A.Yu., Boyko E.R. Functional role of monounsaturated fatty acids in the human body. // Advances in physiological sciences. - 2013. - Vol. 44. - No. 4. - P. 51-64.
