CC BY
239
Переработка животного сырья
в пищевые и технические продукты
ёр
СЫРЬЕ / Побочные продукты убоя
А. Н. Иванкин, доктор хим. наук,
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии
Сырье животного происхождения является важнейшим элементом производства полноценных продуктов питания [1-3]. Качество сырья зависит от множества факторов, определяемых видом и породой животных, составом кормов, Условиями содержания скота, возрастом, применяемыми стимуляторами и другими ветеринарными препаратами, а также технологией переработки и последующего хранения [4-5].
^ Эти факторы обуславливают основной химический состав животного сырья, который включает базовые компоненты: 10...23% белков, 1.75% жиров, 1.4% углеводов, 1.2% нуклеотидов, 50.80% воды и 1.1,3% неорганических солей [6].
В результате переработки скота получают мясную массу, а также мясокостные отходы, которые не всегда могут быть использованы в пищевых целях. Часть отходов направляют на получение технических продуктов [7, 8].
Наиболее ценной частью животного сырья принято считать белок, который включает в себя множество белковых фракций с различной молекулярной массой [6]. Типичный фракционный состав белка коров, свиней может быть представлен (%): фракции менее 10 кДа 1.2%; от 10 до 20 кДа - 2.4; от 20 до 40 кДа -10.15; от 40 до 100 кДа 25.35; от 100 до 150 кДа 3.10; от 150 до 200 кДа - 30.45; более 200 кДа - 2 .5 [5, 6]. Наиболее ценными фракциями являются те, которые легко усваиваются в процессе пищеварения под воздействием желудочных ферментов. Сюда обычно относятся белки с молекулярной массой до 20 кДа, которые и в живом организме in vivo и в экспериментах in vitro легко расщепляются под воздействием пепсина и трипсина [911].
Процесс выращивания скота сводится к оптимизации условий для получения нежесткого и сочного мяса. Возрастные животные, а также выращенные на неполно-
ценных или стимулированных гормонами кормах вырабатывают белки, массовая доля больших фракций у которых может превышать средний уровень содержания (жесткость, ненасыщенность окраски мяса) [6, 12].
В последнее время задача использования белкового потенциала компонентов животного сырья в пищевых продуктах решается путем введения в пищевые рецептуры белка, который получают, например, гидротермической обработкой шкур, гольевого спилка и мясокостного остатка. Технология получения заключается в экстрактивном извлечении белков и их высушивании с последующей гидратацией перед введением в продукт. В результате таких операций в состав пищевого продукта поступает крупнофрагментиро-ванный белок, фракции которого плохо усваивается при пищеварении, однако они могут рассматриваться как полезные компоненты, выполняющие роль пищевого волокна [13].
Весьма интересными компонентами мясного сырья, с точки зрения биохимии и фармакологии, являются короткие пептиды, состоящие из двух и более аминокислот с молекулярной массой менее 10 кДа. Регуляторная функция таких веществ известна давно и используется в медицине, например окситоцин, инсулин, сомато-тропин, ферменты и др., молекулярная масса которых мала. Задача переработки животного сырья в этом случае заключается в селективном извлечении данных веществ путем экстракции водно-со-
УДК 637.5.03: 637.5.004.8
Ключевые слова: белок, мясокостные отходы, гидратация, молекулярная масса белка, аминокислотно-пептидные смеси, жирные кислоты, пищевые углеводные ингредиенты.
левыми растворами и хроматогра-фической очистке. Технологический выход в этих случая составляет доли процента от массы сырья [6, 13].
Белки находятся в мясном сырье в связанном состоянии, образуя с углеводными, липидными и нуклеотидными компонентами макрокомплексы достаточно больших размеров и, в зависимости от месторасположения органов, могут быть практически не доступными для использования в пищу (кость, кожа, рога, сухожилия и др.), однако белковый потенциал сохраняется. Единственно возможным путем его эффективного использования является мягкий гидролиз ферментами или более глубокое расщепление в присутствии кислот [14]. Гидролитическая переработка животного сырья позволяет получать аминокислотно-пептидные или чисто аминокислотные смеси, которые применяют в качестве специального парентерального питания, либо в качестве полезных биологических добавок в пищу со сбалансированным аминокислотным составом [9, 15].
Типичный полный аминокислотный состав свиного или говяжьего белка включает (г/100 г белка): Иле 3.5; Лей 4.8; Лиз 6.11; Мет 1.3; Цис 1.2; Фен
3. 5; Тир 2.4; Тре 3.6; Трп
1. 2; Вал 3.6; Ала 4..6; Арг
6 8; Асп 6..8; Гис 3.4; Гли
2 4; Глу 10.13; Про 3.4; Сер
1. 2. Соотношение заменимых
(Е) аминокислот к общему (Т) количеству в белке для качественного мяса обычно составляет 50.52%.
Побочные продукты убоя / СЫРЬЕ
В мясном сырье содержится также небольшое количество (0,1...1,2% от суммы) свободных аминокислот, массовая доля которых определяется развитием ферментативной активности в мясе и существенно зависит от условий и сроков хранения (мг/100 г сырья): Тау 12.14; Асп 10.11; Тре 13.16; Сер 15.16; Глу 2.3; Про 6.7; Гли 10.12; Ала 50.53; Цис 2.3; Вал 16...18; Мет 6.6,5; Иле 13.14; Лей 26.28; Тир 12.13; Фен 11.14; Гис 4.6; Лиз 18.20; Три 10.12; Арг 10.12. Е/Т равно 47.48% [7, 15].
Перечисленные аминокислоты животного белка являются необходимыми компонентами пищи и потребляются либо в виде готовых мясных продуктов, либо как продукты гидролитической переработки сырья, которая происходит на стадиях кулинарной обработки или осуществляется по специальным промышленным технологиям [13, 14]. Гидролиз жидких белковых компонентов (кровь) можно проводить в присутствии 0,1.10% ферментов, например панкреатина, трипсина, при 40.60 оС в течение 2.8 ч при рН 6..8. В результате с 70.85% выходом получаются продукты переработки, содержащие до 85.90% смеси животных аминокислот и до 5.10% коротких пептидов [15, 16].
Гидролитическая трансформация твердых белок содержащих отходов переработки скота осуществляется в присутствии слабых (уксусная, молочная) или сильных (соляная, серная) кислот. В первом случае выход аминокислот при 4.60 оС за 2.24 ч составляет 1.50%, во втором - обработка 10.20 %-м раствором минеральной кислоты при темпера- туре 60.100 оС за 2.5 ч позволяет получать аминокислотные смеси с выходом 80.90%, которые практически не содержат пептидов [17].
Полезность животного сырья с точки зрения энергетики или калорийности определяют жиры, состав которых должен быть также сбалансирован по соотношению насыщенных (К), моно- (М) и полиненасыщенных (Р) жирных кис-
лот. Типичный состав основных жирных кислот в липидах свиного или говяжьего происхождения может быть записан (% от суммы): С(4:0) 0,05.0,09; С(6:0) 0,06.0,1; С(8:0) 0,05.0,2; С(10:0) 0,1.0,2; С(12:0) 0,2.0,9; С(14:0) 1,5.3,5; С(15:0) 0,06.0,1; С(16:0) 18.25; С(17:0) 0,2.0,5; С(18:0) 12.18; С(19:0) 0,5.0,8; с(20:0) 0,2.0,2; С(22:0) 0,2.0,7; С(14:1) 0,08.0,3; С(15:1) 0,1 и 0,4; С(16:1) 2,1.4,9; С(17:1) 0,6.1,2; С(18:1)п9с 27.35; C(18:1)n9t 0,1.0,6; С(20:1) 0,3.0,5; С(22:1)п9 0,3.0,8; С(18:2)п6с 3.8; С(18:3)п6 0,4.1.1; С(18:3)п3 0,1.0,3; С(20:2) 0,1.0,2; С(20:3)п6 0,2.0,4; С(20:4)п6 1,2.1,6; С(22:2) 0,2.0,5; С(22:6)п3 0,1.0,3. Для животных жиров характерно соотношение №М:Р как 10:10:3. С точки зрения современной диетологии массовая доля Р кислот особенно семейства 3 в жирах пищи должна быть как можно выше, поскольку П3 способствуют профилактике многих возрастных заболевании [18]. Задача переработки животных жиров, по-видимому, должна заключаться в их обогащении в первую очередь жирными кислотами группы 3 путем переэтерифика-ции или обогащением жиров с заведомо высоким содержанием 3
[19].
Массовая доля свободных жирных кислот в липидной части животного сырья составляет 0,1.2% и также как в случае аминокислот зависит от степени расщепления жиров при хранении. Свободные жирные кислоты обычно определяют титриметри-чески, устанавливая величину кислотного числа (КЧ). Его величина в 2 мг КОН/г продукта примерно соответствует 1% летучих жирных кислот. Для пищевых топленых животных жиров величина КЧ должна быть меньше 4 мг КОН/г
[20]. Состав свободных жирных кислот коррелирует с жирнокис-лотным составом исходного жира [21, 22].
Животные жиры достаточно лабильны при хранении, изменяя свои характеристики, что приводит к образованию сырья, которое
не может использоваться на пищевые цели. Актуальна также проблема жировых отходов при мясо-переработке. Эффективным разрешением этого является переработка жировых отходов в жидкое топливо [23-24]. Этот процесс осуществляют в присутствии 20% спирта и 1% серной кислоты или щелочи, нагревая смесь при 70.80 °С в течение 2.6 часов. При равномерном удалении влаги выход - более 90%. В результате получают технический продукт -жидкое биотопливо, представляющее собой смесь метиловых или этиловых эфиров животных жирных кислот, которые добавляются в количестве 5.20% в минеральное топливо или используют самостоятельно как биодизель [25, 26]. Такая биохимическая переработка жирового сырья животного происхождения позволяет не только утилизировать избыточные количества некондиционных животных жиров, но и перерабатывать жировые отходы в полезные технические продукты [27].
Углеводы животного происхождения как ингредиенты пищевого назначения практически мало изучены, поскольку их достоверная идентификация затруднена вследствие высокой лабильности структур [3, 5]. Количество углеводов (УВ) в продуктах обычно оценивают по остаточной формуле: все минус белок (Б), влага, соли и жир (Ж), а также по формуле калорийности 9Ж+4Б+ +4УВ=ккал [6, 8].
Углеводы, также как белки и липиды, содержатся в мясном сырье в связанном и свободном состоянии. В свободном состоянии в мясе мышц можно установить наличие преимущественно моно- и дисахаридов, главным из которых является глюкоза (мг%): Ara 0,1.0,4; Gal 0,7.11,0; Glc 0,1.2,0; Xyl 0,1.3,5; Man 0,1.2,0; Fru 0,01.0,1; Sach 0,01.0,05; Rib 7,5.16,0; Lac 0,01.0,15 [1-4]. Важная функция углеводов животного сырья обуславливает окрашиваемость мясных продуктов и их вкус за счет образования комплексов с аминокислотами белков по реакции Майяра при повышенных температурах [28].
№ 3 июнь 2013 ВСЁ О МЯСЕ
29
СЫРЬЕ I Побочные продукты убоя
Переработка животного сырья в пищевые углеводные ингредиенты в настоящее время не осуществляется, однако большое значение играют некоторые углеводы животного происхождения, которые используются в качестве БАДов или фармацевтических препаратов. В фармацевтике используют ряд высокомолекулярных соединений, таких как гиалу-роновая кислота, хондроитин-сульфаты и гепарин, которые извлекают соответственно из глазных яблок, трахей крупного рогатого скота или мукозы свиней [5]. Переработка животного сырья в этом случае заключается в водно-солевой экстракции с последующей хроматографической очисткой или доочисткой селективным осаждением. Выход мукопо-лисахаридов типа хондроитинсуль-
фатов или гепарина составляет 50.200 мг/кг сырья [28].
Нуклеиновые составляющие мясного сырья до настоящего времени с точки зрения пищевого применения не рассматриваются. Интерес к нуклеотидам возрастает в последнее время, поскольку развитие генно-инженерных биотехнологий способствует пониманию их роли в живых организмах. Нук-леотиды находятся в животном сырье в связанном состоянии в виде ДНК и РНК, а также представлены в виде индивидуальных фрагментов, образовавшихся под действием ферментов. Большее понимание влияние нуклеиновых компонентов на процесс пищеварения и обмен веществ в целом, будет способствовать в дальнейшем получению новых видов пищи, обогащенной нуклеотидами
[27, 29].
Таким образом, можно констатировать, что современные исследования направлены на расщепление компонентов сырья животного происхождения на составляющие с фрагментацией вплоть до базовых веществ - амино- и жирных кислот, моносахаров и нуклеотидов для того, чтобы потом «конструировать» из них полезные БАДы, т.е пытаться повторить достижения биологического развития в ходе эволюции, но уже со свойствами целенаправленно заданными человеком.^.!
Контакты:
Андрей Николаевич Иванкин +7(495) 676-9891 [email protected]
Литература
1. Лисицын А.Б., Чернуха И.М., Горбунова НА Научное обеспечение инновационных технологий при производстве продуктов здорового питания // Хранение и переработка сельхозсырья. 2012. № 10. С. 8 - 14.
2. Лисицын А.Б., Небурчилова Н.Ф., Горбунова НА. Состояние и перспективы развития мясной отрасли России // Все о мясе. 2010. № 4. С. 18-20.
3. Устинова А.В., Дыдыкин А.С., Попова А.П., Сурнин Е.В. Комплексные биологические добавки для профилактики остеопороза // Все о мясе. 2011. № 5. С. 26-28.
4. Розанцев Э.Г., Дмитриев MA, Бершова Т.М. Денатурализация пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 2005. № 9. С. 90-91.
5. Иванкин А.Н., Неклюдов А.Д., Вострикова Н.Л. Биологически активные соединения природного происхождения. Saarbrücken: Lambert Academic Publishing, 2011. 480 с.
6. Лисицын А.Б., Иванкин АН., Неклюдов АД. Методы практической биотехнологии. М.: ВНИИМП, 2002. 420 с.
7. Горбунова НА, Бабурина М.И., Иванкин АН. Основные направления в производстве и потреблении биотоплива в мире и перспективы переработки жиросодержащего сырья и отходов мясной промышленности в биодизель // Все о мясе. 2008. № 1. С. 10-17.
8. Неклюдов АД., Иванкин АН. Переработка органических отходов. Монография. М.: Изд-во МГУЛ, 2006. 380 с.
9. Neklyudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina AV. Properties and uses of protein hydrolysates //Applied Biochemistry and Microbiology. 2000. V. 36. № 5. P. 452-459.
10. Nekliudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina A.V. Preparation and purification of protein hydrolysates // Applied Biochemistry and Microbiology. 2000. V. 36. № 4. P. 371-379.
11. Неклюдов АД, Бердутина А.В., Иванкин А.Н., Карпо Б.С., Осока АВ. Определение кинетических констант гидролиза кератин содержащего сырья // Прикладная биохимия и микробиология. 1999. Т.35. №1. С. 45-49.
12. Крылова В.Б., Густова Т.В., Горошко Г.П., Эдер А.В. Трансформация белков, жиров и полисахаридов мясорастительных консервов в полимерной таре // Мясная индустрия. 2008. № 8. С. 57-61.
13. Неклюдов АД., Иванкин АН. Коллаген: получение, свойства и применение. М.: Изд-во МГУЛ, 2007. 336 с.
14. Иванкин А.Н., Красноштанова АА. Гидролиз нанобиомакромолекулярных систем. М.: Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. 396 с.
15. Иванкин А.Н. Переработка животной кости в активные компоненты пищевых рационов // Мясная индустрия. 2012. № 1. С. 57-62.
16. Баер НА, Неклюдов АД., Иванкин А.Н., Дубина В.И., Бердутина А.В., Баканов НА. Способ получения белкового гидролизата из мясного и мясо-костного сырья убойных животных. Патент на изобретение RUS 2112397 // Бюл. 1998. № 16.
17. Баер НА, Неклюдов АД., Иванкин А.Н., Дубина В.И., Бердутина А.В., Баканов НА. Способ активации комплекса протеолитических ферментов поджелудочной железы убойных животных на изобретение RUS 2112801 // Бюл. 1998. № 16.
18. Иванкин А.Н. Жиры в составе современных мясных продуктов // Мясная индустрия. 2007. № 6. С. 8-15.
19. Ivankin A.N.,Vostrikova N.L. Biochemical transformations of lipide and carbohydrat-protein nano complex in liquid foodstuff // International Journal of Food Science and Nutrition Engineering. 2012. V. 2. № 3. P. 27-32.
20. Neklyudov AD., Ivankin A.N. Biochemical processing offats and oils as a means of obtaining lipid products with improved biological and physicochemical properties: a review //Applied Biochemistry and Microbiology 2002. V. 38. № 5. P. 399-409.
21. Неклюдов АД., Иванкин А.Н., Бердутина А.В. Основы биохимической переработки животного и комбинированного сырья. М.: ВНИИМП, 2003. 116 с.
22. Иванкин А.Н., Илюхина Р.В. О биотехнологической переработке низкоценных животных жиров // Мясная индустрия. 2001. № 5. С. 46Н47.
23. Иванкин А.Н., Чернуха И.М., Кузнецова Т.Г. О качестве растительных и животных жиров // Масложировая промышленность. 2007. № 2. С.8-12.
24. Иванкин А.Н., Неклюдов АД., Горбунова НА, Бабурина М.И., Горохов Д.Г. Биотопливо из возобновляемого сырья: перспективы производства и потребления // Лесной вестник. 2008. № 6. С. 91-96.
25. Лисицын А.Б., Бабурина М.И., Иванкин АН., Горохов Д.Г. Способ переработки животного жира в жидкое топливо. Патент на изобретение RUS 2381262 // Бюл. 2010. № 4.
26. Бабурина М.И., Горохов Д.Г., Иванкин А.Н. Способ получения жидкого биотоплива Патент на изобретение RUS 2385900 // Бюл. 2010. № 10.
27. Иванкин А.Н., Юшина Ю.К. Биохимические изменения в мясных продуктах при длительном хранении // Мясная индустрия. 2010. № 12. С.58-63.
28. Иванкин А.Н. Биологически активные вещества из животной ткани и микроорганизмов. Методы получения и структурно-функциональные взаимосвязи // Автореф. докт. дисс. М.: ВНИИА 1998. 40 с.
29. Юсупов Е.В., Бершова Т.М., Кузнецов А.В., Неклюдов АД., Иванкин А.Н. Экология пищи: взаимосвязь качества сырья животного происхождения и продуктов на его основе с уровнем содержания свободных аминокислот и биогенных аминов // Экологические системы и приборы. 2009. № 12. C. 49.
