CC BY
148
УДК 664.951.7: 592
Н.М.Купина
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО БЕЗОТХОДНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ
Обобщены результаты исследований в области переработки беспозвоночных, проведенных в лаборатории биотехнологии пищевых и технических продуктов ТИН-РО-центра. Показана эффективность использования биохимических методов в технологии изготовления пищевых, кормовых и технических продуктов из кальмара, осьминога, спизулы, анадары, краба. Применение пищевой добавки Крусэнзим -комплекса протеолитических ферментов, выделенных из печени камчатского краба, — позволяет удалять кожу у осьминога и кальмара; размягчать мышечную ткань головоногих и двустворчатых моллюсков и изготавливать из них высококачественную слабосоленую, сушеную продукцию, пресервы и паштеты; вовлекать в производство пищевых, кормовых и технических продуктов ранее неиспользуемые мягкие и твердые отходы от переработки двустворчатых моллюсков, крабов и тем самым не только повышать коэффициент использования сырья, но и обеспечивать экологическую чистоту производства. Приведены результаты медико-биологических и клинических испытаний экстрактов из корбикулы, свидетельствующие об эффективности их использования для профилактики и лечения токсических и алкогольных гепатитов. Показано, что раковины спизулы, анадары, гребешка, корбику-лы являются источником легко усвояемого кальция, йода, цинка, меди. На основании результатов ветеринарных опытов рекомендовано измельченные раковины применять как кормовую добавку в рационе сельскохозяйственных животных и птицы.
Kupina N.M. Studies on wasteless complex processing of invertebrates // Izv. TINRO. — 2005. — Vol. 141. — P. 365-371.
Results are reviewed of the studies on invertebrates processing conducted in the TINRO-center Laboratory of biotechnology of food and technical products. High efficiency of biochemical methods application in technology of food, fodder, and technical products from cephalopods, bivalves, and crabs is shown. Using of food additive Crusensyme (complex proteolitic ensymes isolated from crab liver) allows: to remove the skin of squids and octopuses; to soft the muscle tissue of cephalopods and bivalves for producing light salted and dry products, preserves, and paste; to utilize soft and solid wastes of the invertebrates processing for food, fodder and technical products. As a result, the coefficient of raw products application increases, and higher ecological purity of production is provided.
Besides, the extracts from Cоrbicula bivalve were recommended after medico-biological probation as an efficient remedy for prophylaxis and treatment of toxic and alcoholic hepatitis. The shells of bivalves could be a source of easy assimilated calcium, copper, iodine, zinc. The crushed shells are commended to use as fodder addition for agricultural animals and poultry.
Для рыбохозяйственной науки в настоящее время первостепенное значение имеют вопросы эффективной, ресурсосберегающей и экологически чистой переработки гидробионтов. Не менее важным, чем эффективность производства, является обеспечение высоких потребительских свойств изготовляемой продукции.
В последние годы наблюдается расширение видового состава объектов промысла. В прибрежной зоне Дальнего Востока значительную часть из них составляют головоногие и двустворчатые моллюски. Мышечная ткань этих объектов имеет высокую пищевую и биологическую ценность (Зюзьгина, Купина, 2000; Киселев, Купина, 2002).
Однако ассортимент продукции из моллюсков не богат и мало привлекателен для отечественного потребителя из-за повышенной жесткости готовых продуктов, обусловленной своеобразным гистологическим строением ткани моллюска и высоким содержанием соединительнотканных белков. Традиционные способы обработки моллюсков отличаются трудоемкостью, высокими энергозатратами, большими потерями ценных питательных и биологически активных веществ, высокой себестоимостью продуктов. Все это делает продукт малодоступным для населения и снижает интерес производителей к переработке этого сырья.
Одним из путей обеспечения полного соответствия между совокупностью ресурсосберегающих методов изготовления продуктов из гидробионтов и их высокими потребительскими свойствами является переработка морепродуктов на основе биотехнологии. Однако, несмотря на достигнутые успехи исследователей в области использования ферментов в мясной, молочной, рыбной промышленности, внедрение биотехнологических методов в рыбной отрасли идет очень медленно. Это связано с отсутствием промышленного выпуска дешевых препаратов про-теолитического действия, отвечающих определенным требованиям. Кроме того, известные технологии, включающие биохимическую обработку сырья, как правило, не предусматривают инактивацию ферментов в готовом продукте, что приводит к ухудшению его качества и сокращению срока хранения.
Изучение биохимических процессов, протекающих в рыбе и морепродуктах под влиянием различных ферментов, показало, что лучшие результаты достигаются при обработке сырья с высоким содержанием соединительнотканных белков не индивидуальными протеиназами, а полиферментными препаратами (Купина и др., 1995). Перспективным и дешевым источником для выделения полиферментного протеолитического комплекса является печень крабов (Купина, Герасимова, 1999).
Широкая субстратная специфичность комплекса протеиназ из гепатопанк-реаса краба, высокая активность и термостабильность, низкая чувствительность к присутствию минеральных солей позволяют использовать его как катализатор протеолиза при переработке гидробионтов (Герасимова, Купина, 1996). Н.М.Ку-пиной с соавторами разработана технология изготовления и утверждена нормативная документация (НД) на препарат протеолитических ферментов, выделенных из печени камчатского, синего, равношипого крабов—сырца или мороженой печени, - «Крусэнзим. Пищевая добавка», — предназначенный для растворения ястычной пленки, удаления кожного покрова у рыб и головоногих моллюсков, гидролиза белоксодержащего сырья, размягчения мышечной ткани гидробионтов. Промышленный выпуск Крусэнзима налажен на Камчатке.
Известно, что при переработке головоногих моллюсков одной из главных и обязательных операций является удаление кожи, так как продукты, приготовленные из необесшкуренного сырья, имеют низкие вкусоароматические свойства и темный цвет. Проведенные исследования показали эффективность применения Крусэнзима в качестве «биологического ножа» для удаления кожного покрова у кальмара и осьминога (Купина и др., 2001а).
Результаты исследования динамики изменения физико-химических, органо-лептических свойств и микроструктуры мышечной ткани щупалец и мантии моллюсков под действием Крусэнзима продемонстрировали, что в зависимости от поставленной задачи можно получить обесшкуренный моллюск с минимальными изменениями нативных свойств мышечной ткани или моллюск с измененной консистенцией. Установлено, что в начальный период ферментативной обработки
гидролизу подвергаются только белки кожного покрова, а мышечная ткань сохраняет нативные свойства. Затем после полного растворения кожи ферментный препарат диффундирует в мышечное волокно и гидролизует белки мышечной ткани (Купина и др., 20016). Регулирование физических свойств, химического состава, структуры и консистенции мышечной ткани обесшкуренных щупалец и мантии достигается за счёт варьирования концентрацией Крусэнзима и продолжительностью процесса ферментолиза.
Под руководством Н.М.Купиной были проведены исследования и определены параметры процесса ферментативной обработки моллюсков, обеспечивающей эффективное удаление кожного покрова у кальмара и осьминога без изменения физико-химических и технологических свойств мышечной ткани, разработана и утверждена нормативная документация на изготовление продуктов «Кальмар обес-шкуренный мороженый» и «Осьминог обесшкуренный мороженый».
Как показала практика, биохимический способ удаления кожи, по сравнению с традиционным гидротермическим, обеспечивает повышение экономической эффективности процессов переработки сырья за счет механизации процесса, снижения в 1,5-2,0 раза энерго- и трудозатрат и увеличения выхода готовой продукции на 7-11 %.
Использование биохимического способа обесшкуривания в технологии со-лено-сушеных продуктов из головоногих моллюсков позволило не только повысить эффективность производства, но и улучшить качество, увеличить срок хранения продукции. Технологии изготовления солено-сушеных продуктов «Кальмар солено-сушеный», «Кальмар «Ароматный»», «Кальмар по-восточному» внедрены в промышленность, а технология «Осьминога солено-сушеного» и «Осьминога подкопченного» прошла производственную проверку.
Разработка способа целенаправленного изменения исходной структуры и свойств сырья под действием Крусэнзима позволила предложить технологию изготовления из ферментированного кальмара пастовых пресервов (Пат. № 2077849), вареных сосисок и сарделек, натуральных консервов «Щупальца кальмара без кожицы «Экстра»», отличающихся белоснежным цветом и ярко выраженным вкусом и ароматом, а также пресервов, имеющих нежную консистенцию. Для предупреждения чрезмерного размягчения пресервов в процессе хранения разработан способ инактивации ферментного препарата в готовой продукции.
С целью вовлечения в переработку новых объектов прибрежного промысла в лаборатории исследуются зарывающиеся двустворчатые моллюски (клемы) — анадара, спизула, корбикула, мактра, каллиста, мерценария. Они являются ценным сырьем для производства продуктов питания, что обусловлено высокой питательной и биологической ценностью их съедобных тканей (Зюзьгина, Купина, 2001; Киселев и др., 2002). Проведенные исследования позволили определить срок хранения и разработать нормативную документацию на моллюски (корбикула, спизула, анадара) — сырец и мороженые разных способов разделки.
Отличительной особенностью двустворчатых моллюсков является жесткость мяса, что обусловлено своеобразным гистологическим строением мышечной ткани и высоким содержанием соединительнотканных белков (Купина и др., 2003а). В мясе клемов содержание белков стромы, представленных в основном нерастворимым коллагеном, в 2,5-4,0 раза больше, чем в тканях головоногих моллюсков.
Аналитические и экспериментальные исследования выявили зависимость между глубиной гидролиза белков, изменением микроструктуры мышечной ткани и потребительскими свойствами готовой продукции из зарывающихся моллюсков. Эксперименты показали, что изготовление конкурентоспособной продукции из клемов достигается только путем сочетания гидротермической и ферментативной обработки сырья. На основании этих результатов был разработан способ изготовления малосоленого продукта, включающий гидротермическую обработку клемов и последующий посол с использованием ферментного препарата Крусэн-
зим (Пат. № 2231272). Крусэнзим способствует деградации жестких коллагено-вых структур и накоплению в мышечной ткани легкоусвояемых низкомолекулярных белковых и небелковых продуктов протеолиза, в результате чего улучшается консистенция и питательная ценность соленых моллюсков. Выход соленой продукции составляет от 70 до 76 %, что на 30 % больше по сравнению с таковым при изготовлении продукта путем применения длительной высокотемпературной обработки.
Приготовленный таким образом продукт может быть использован для производства слабосоленой, сушеной продукции, паштетов и пресервов. Причем в качестве сырья мы рекомендуем применять не только ногу, но и мантию с мускулом-замыкателем. Применение последних, обычно направляемых в отходы, позволяет повысить коэффициент использования сырья в 1,5-2,0 раза. А.А.Зюзьгиной, Н.Т.Поваляевой разработана и утверждена НД на изготовление пресервов и слабосоленой продукции из анадары, спизулы, а Н.Б.Стародубцевой — на производство сушеной продукции из спизулы и морского гребешка. Биотехнология пресервов и соленых двустворчатых моллюсков внедрена в промышленность. Кроме того, В.В.Киселевым и Н.Б.Стародубцевой разработана технология и утверждена НД на изготовление нового вида пресервов из ноги и мантии спизулы — «Суфле из спизулы». Технология его изготовления предусматривает введение в измельченную массу соленого ферментированного моллюска до 30 % бульона, образующегося при бланшировании спизулы. Это обеспечивает безотходную переработку сырья и снижение себестоимости готового продукта. Формирование заданной структуры продукта и длительный срок хранения (6 мес) гарантируются за счет использования каррагинана или камеди и термообработки упакованного в тару суфле.
Исследование химического состава тканей корбикулы Corbicula japónica и медико-биологические испытания полученных из неё экстрактов показали, что ее целесообразно использовать для получения продуктов лечебно-профилактического назначения (Купина и др., 2003б).
Доклинические и клинические испытания водного экстракта, полученного из свежей или мороженой корбикулы, подтвердили, что он обладает гепатопро-текторной активностью и может использоваться в качестве эффективного профилактического или вспомогательного лечебного средства при острых токсических, в том числе алкогольных, гепатитах и хронических поражениях печени (Плаксен и др., 2003; Скляр и др., 2003).
Механизм действия экстракта из корбикулы обусловлен антиоксидантным эффектом, продукт препятствует накоплению в печени первичных и вторичных продуктов липопероксидации, активирует функцию естественной антиокислительной защиты. По антиоксидантной и антирадикальной активности экстракт из корбикулы превосходит стандартные гепатопротекторы, применяемые в настоящее время в терапии.
На основании результатов оценки содержания биологически активных соединений в корбикуле различного физиологического состояния, времени вылова, условий и срока хранения была разработана нормативная документация на кор-бикулу-сырец и мороженую. Сравнительные исследования химического состава экстрактов из корбикулы, полученных при разных условиях, позволили определить оптимальные условия изготовления и длительного (6 мес) хранения продукта (Пат. № 2219805). На изготовление экстракта из корбикулы утверждена нормативная документация.
С целью организации безотходной технологии переработки двустворчатых моллюсков были определены показатели безопасности, изучен химический состав мягких (мантия, мускул-замыкатель, внутренности) и твердых (раковины) отходов, масса которых составляет 8-12 и 55-65 % массы моллюсков. Результаты исследований показали, что мука, полученная из отходов мягких тканей двуствор-
чатых моллюсков, является высокобелковым продуктом, содержащим все незаменимые аминокислоты и широкий набор макро- и микроэлементов. Высокое содержание в муке лизина и метионина, составляющее почти 30 % общего количества незаменимых аминокислот, позволило рекомендовать ее в качестве добавки к дальневосточным кормам, содержащим в недостаточном количестве эти аминокислоты. Результаты ветеринарных опытов свидетельствуют, что введение муки из моллюсков в рацион подсосных и рано отнятых подсосных поросят обеспечивает увеличение их прироста на 11,7 % при сокращении затрат кормов на 10,5 %.
Мука, полученная из высушенных створок моллюсков, на 98 % представлена золой, в которой кальций составляет 36-42 %. Основной кристаллической фазой карбоната кальция в раковинах моллюсков является арагонит, который, как показали опыты на животных, отличается более высокой усвояемостью, чем кальцит, содержащийся в известняке или меле. В створках моллюсков обнаружен широкий набор микроэлементов. Ветеринарные опыты показали эффективность применения муки из раковин в качестве кормовых добавок, восполняющих дефицит кальция, йода, цинка, меди в рационе животных и птицы. При замене мела в рационах откармливаемых свиней равным количеством измельчённых раковин улучшилось физиологическое состояние животных, суточный прирост массы увеличился на 16,8 %. Затраты кормов снизились на 14 %, а показатель рентабельности производства вырос с 19 % в контрольной группе животных до 32 % в опыт-
Введение муки из створок моллюсков в рацион кур-несушек вместо известняка способствовало росту яйценоскости, увеличению толщины скорлупы и сохранности кур. На основании проведенных исследований Н.Б.Стародубцевой и В.В.Киселевым разработана и утверждена НД на изготовление белково-минераль-ной и минеральной кормовых добавок из мягких тканей и створок спизулы, анада-ры, гребешка, корбикулы, мидии.
Анализ ситуации в области переработки крабов показал, что одной из важных проблем является утилизация жидких (гепатопанкреас) и твердых панцирь-содержащих отходов (ПСО), составляющих от 40 до 65 % массы краба-сырца (Купина, Леваньков, 1998). Известные способы переработки ПСО являются высокозатратными и экологически опасными, так как основаны на использовании высококонцентрированных растворов кислот и щелочей. Кроме того, они не обеспечивают комплексную переработку отходов, а предусматривают изготовление одного целевого продукта - либо хитина (хитозана), либо экстракта пигментов, либо кормовой муки. Это вызвало необходимость разработки технологии, обеспечивающей комплексную безотходную переработку как ПСО, так и внутренностей краба, позволяющей получать конкурентоспособные продукты. Исследования показали целесообразность использования гепатопанкреаса для получения жира и протео-литического ферментного препарата Крусэнзим (Леваньков и др., 2003).
С целью повышения эффективности переработки ПСО и создания экологически чистого процесса для депротеинизации ПСО предложено использовать ферментный препарат Крусэнзим (Леваньков и др., 1999).
Замена щелочной обработки на ферментативную позволила смягчить условия и продолжительности обработки сырья и сохранить нативные свойства и биологическую ценность всего комплекса компонентов, содержащихся в сырье. Обработка сырья Крусэнзимом обеспечивает депротеинизацию хитина на 88-92 %, эффективно разрушает белково-пигментный комплекс, в результате чего выход каротиноидных пигментов увеличивается в 3-4 раза (Леваньков, Купина, 1999а). Ферментативная обработка позволяет регулировать процесс гидролиза белков и получать гидролизаты с заданным составом и свойствами (Леваньков, Купина, 1999б). В результате проведенных исследований была разработана прогрессивная безотходная технология комплексной переработки отходов, образующихся при разделке крабов, с получением в одном производственном цикле всех содержа-
щихся в отходах компонентов: хитина, хитозана, комплекса протеолитических ферментов, жира, экстракта каротиноидов, белоксодержащих пищевых и кормовых композиций (Леваньков и др., 2003). В отличие от традиционной разработанная технология отличается универсальностью, возможностью использования разнородного по составу и химической характеристике сырья; более высоким выходом и лучшим качеством всех получаемых продуктов; низкими энергетическими и материальными затратами; экологической безопасностью. Технология переработки крабовых отходов защищена патентами (Пат. № 2135035; Пат. № 2123269).
Вышеизложенное свидетельствует о том, что в последние годы во ФГУП «ТИНРО-центр» разработаны прогрессивные экологически безопасные технологии хранения и безотходной переработки гидробионтов для создания продуктов питания с высокой пищевой и биологической ценностью, лечебно-профилактического назначения, кормовых и технических продуктов. В настоящее время свою задачу исследователи института видят в промышленном освоении созданных технологий. Кроме того, планируется провести работы по изысканию среди объектов промысла новых источников природных ферментов протеолитического действия, а также разработать способы ферментативной модификации ранее мало используемого сырья и отходов от переработки гидробионтов с высоким содержанием соединительной ткани для производства пищевых продуктов с заданными свойствами. Это позволит увеличить объем сырьевой базы для выпуска продукции и сгладить остроту проблемы белковой недостаточности в питании населения нашей страны.
Литература
Герасимова Н.А., Купина Н.М. Свойства протеиназ из внутренностей камчатского краба // Прикл. биохим. и микробиол. - 1996. - Т. 32, № 4. - С. 411-415.
Зюзьгина А.А., Купина Н.М. Характеристика осьминогов как сырья для производства пищевой продукции // Хранен. и перераб. сельхозсырья. - 2000. - № 10. — С. 4042.
Зюзьгина А.А., Купина Н.М. Характеристика двустворчатого моллюска Anadara broughtoni как сырья для производства пищевых продуктов // Хранен. и перераб. сельхозсырья. — 2001. - № 1. - С. 40-42.
Киселев В.В., Купина Н.М. Технохимическая характеристика некоторых видов двустворчатых моллюсков // Всерос. конф. молод. учен. — Мурманск, 2002. — С. 94-96.
Киселев В.В., Купина Н.М., Поваляева Н.Т. Технохимическая характеристика некоторых видов двустворчатых моллюсков // Всерос. Интернет-конф. молод. учен. «ХХ1 век - перспективы развития рыбохозяйственной науки». — Владивосток: ТИНРО-центр, 2002. - С. 155-161.
Купина Н.М., Герасимова Н.А. Характеристика протеолитических комплексов, выделенных из гепатопанкреаса крабов // Прикл. биохим. и микробиол. — 1999. — Т. 35. — С. 303-307.
Купина Н.М., Герасимова Н.А., Поваляева Н.Т. Биохимический способ удаления кожи с мантии и щупалец кальмара // Хранен. и перераб. сельхозсырья. — 2001а. — № 1. — С. 25-28.
Купина Н.М., Поваляева Н.Т., Герасимова Н.А. Изменение состава белков мышечной ткани кальмара в процессе ферментативного обесшкуривания и хранения обесшкуренного сырья // Хранен. и перераб. сельхозсырья. — 2001б. - № 2. - С. 2023.
Купина Н.М., Зюзьгина А.А., Долматов И.Ю. Особенности химического состава и гистологического строения мышечной ткани двустворчатого моллюска Anadara broughtoni // Хранен. и перераб. сельхозсырья. - 2003а. - № 8. - С. 90-94.
Купина Н.М., Герасимова Н.А., Плаксен Н.В., Рыбин В.Г. Использование кор-бикулы для получения лечебно-профилактического продукта // Междунар. конф. «Рациональное природопользование и управление морскими биоресурсами: экосистемный подход». — Владивосток: ТИНРО-центр, 2003б. - С. 243-244.
Купина Н.М., Леваньков С.В. Использование отходов от разделки крабов // Рыб. хоз-во. — 1998. — № 4. — С. 56-58.
Купина Н.М., Поваляева Н.Т., Стародубцева Н.Б. Применение биологически активных веществ в технологии пищевых продуктов из гидробионтов // Рос.-амер. конф. «Развитие малого и среднего бизнеса в рыбопромышленном комплексе Приморья и северо-запада США». — Владивосток, 1995. — С. 63-65.
Леваньков С.В., Касьянов С.П., Купина Н.М., Кучеравенко К.М. Комплексная переработка отходов производства пищевой продукции из краба // Хранен. и перераб. сельхозсырья. - 2003. - № 3. - С. 36-41.
Леваньков С.В., Купина Н.М. Применение протеиназ печени краба в технологии извлечения каротиноидных пигментов из панцирьсодержащих отходов переработки краба // Хранен. и перераб. сельхозсырья. - 1999а. - № 12. - С. 32-35.
Леваньков С.В., Купина Н.М. Ферментативный гидролиз панцирьсодержащих отходов производства пищевой продукции из краба // Хранен. и перераб. сельхозсырья. -1999б. - № 11. - С. 34-37.
Леваньков С.В., Купина Н.М., Груздев В.Ю. Применение протеолитических ферментов в технологии получения хитина из панцирьсодержащих отходов краба // Хранен. и перераб. сельхозсырья. - 1999. - № 9. - С. 38-41.
Пат. № 2077849 РФ. Способ приготовления малосоленого кремообразного продукта из гидробионтов / Купина Н.М., Поваляева Н.Т., Герасимова Н.А. Заявлено 1995; Опубл. 1997. - Бюл. № 12.
Пат. № 2123269 РФ. Способ комплексной безотходной переработки хитинсодер-жащего сырья / Купина Н.М., Леваньков С.В., Блинов Ю.Г. Заявлено 1997; Опубл. 1998. - Бюл. № 25.
Пат. № 2135035 РФ. Способ переработки отходов крабового производства с получением крабовой крупки и крабовой муки и линия для его осуществления / Купина Н.М., Леваньков С.В. Заявлено 1998; Опубл. 1999. - Бюл. № 24.
Пат. № 2219805 РФ. Продукт из корбикулы, обладающий гепатопротекторной активностью, и способ его получения / Купина Н.М., Акулин В.Н., Кропотов В.В. и др. Заявлено 2001; Опубл. 2003. - Бюл. № 36.
Пат. № 2231272 РФ. Способ комплексной переработки двустворчатых зарывающихся моллюсков (клемов) (Варианты) / Купина Н.М., Зюзьгина А.А., Поваляева Н.Т. и др. Заявлено 2002; Опубл. 2004. — Бюл. № 7.
Плаксен Н. В., Хильченко Н.С., Купина Н.М. Экспериментальное обоснование лечения алкогольного гепатита с помощью гепатопротекторов из природного сырья // 2-й Рос. науч. съезд об-ва фармакологов «Фундаментальные проблемы фармакологии». Ч. 2. -М., 2003. - С. 85.
Скляр Л.Ф., Хильченко Н.С., Плаксен Н.В., Иванис В.А., Кропотов А.В., Купина Н.М. и др. Эффективность применения корбикулина у больных хроническими вирусными гепатитами по данным доклинических и клинических испытаний // Междунар. науч.-практ. конф. «Здоровье и образование». - Пермь, 2003. - С. 257-260.
Поступила в редакцию 25.04.05 г.
