CC BY
1С.Н. Максимова, д-р техн. наук, проф., e-mail: maxsvet61@mail.ru Д.В. Полещук, канд. техн. наук, доц., e-mail: tym1988@mail.ru К.К. Верещагина, аспирант, e-mail: syhxa55@mail.ru Е.М. Панчишина, канд. техн. наук, доц., e-mail: ekaterina.pan.8@mail.ru Е.В. Суровцева, канд. техн. наук, доц., e-mail: silux@mail.ru
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет
(Дальрыбвтуз), г. Владивосток
УДК 664.951.014:639.55
ПЕРСПЕКТИВЫ БИОМОДИФИКАЦИИ ОТХОДОВ ОТ РАЗДЕЛКИ СИНЕГО КРАБА PARALITHODES PLATYPUS
Представлены результаты экспериментальных исследований химического состава комплекса отходов от разделки синего краба Paralithodes platypus, полученных при производстве пищевой продукции. В состав отходов входили карапакс, абдомен, остатки мышечной ткани, жабры, пленки и внутренности, включающие гепатопанкреас краба. В исследуемом вторичном сырье определен общий химический состав, подтверждающий значительное содержание белков (14,72 ± 0,05), биологическая ценность которых подтверждена результатами аминокислотного анализа. Представлена относительная биологическая ценность отходов от разделки синего краба, которая составила 42 %, а также их протеолитическая активность (63,52 ПА ед/см3). По результатам проведенных исследований выявлена целесообразность проведения ферментативного гидролиза отходов за счет собственных ферментов. Экспериментально полученные данные подтверждают перспективы биомодификации отходов от разделки синего краба с целью производства биологически ценных продуктов.
Ключевые слова: синий краб, отходы, химический состав, биологическая ценность, ферменты, гидролиз.
S.N. Maksimova, Dc. Sc. Engineering, Prof.
D.V. Poleschuk, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
K.K. Vereschagina, P.G. E.M. Panchishina, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
E.V. Surovtseva, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
PROSPECTS FOR BIOMODIFICATION OF WASTE FROM CUTTING
THE BLUE CRAB PARALITHODES PLATYPUS
The results of experimental studies of the chemical composition of waste from the cutting of the blue crab Paralithodes platypus obtained in the production offood products are presented. The waste composition included carapace, abdomen, remnants of muscle tissue, gills, films, and viscera, including crab hepatopan-creas. In the studied secondary raw materials, the general chemical composition was determined, confirming the significant content ofproteins (14.72 ± 0.05), the biological value of which was confirmed by the results of amino acid analysis. The relative biological value (42%) of waste from the blue crab cutting, their proteolytic activity (63,52 PA un/см3), which cause the enzymatic hydrolysis of the waste under study at the expense of their own enzymes were determined. Experimentally obtained data confirm the prospects of biomodification of waste from cutting blue crab for the production biologically valuable products.
Key words: blue king crab, waste, chemical composition, biological value, enzymes, hydrolysis.
Введение
Водные биологические ресурсы являются важным и воспроизводимым сырьевым источником биологически активных веществ: полноценных белков, незаменимых аминокислот, легкоусвояемых липидов, полиненасыщенных жирных кислот, минеральных веществ, жирорастворимых и водорастворимых витаминов и др. Многие водные биоресурсы характеризуются не только энергетической и биологической ценностью, но и высокими потребительскими, в
14
том числе вкусовыми, свойствами. К таким объектам морского промысла относятся ракообразные, прежде всего дальневосточные крабы.
К промысловым видам крабов на Дальнем Востоке относят синего краба (Paralithodes platypus). Он обитает в Японском от залива Петра Великого море до Берингова пролива и в юго-восточной части Чукотского моря. Значительная часть запасов синего краба, пригодного для специализированного промысла, сосредоточена в двух районах Североохотоморского шельфа общей площадью 3,1 тыс. км2. Остальная часть промыслового запаса рассредоточена в прибрежной зоне и имеет промысловое значение в качестве прилова при специализированном промысле камчатского и колючего крабов. За последние 5 лет только в Западно-Камчатской подзоне наблюдается устойчивое увеличение численности синего краба с 2 до 5 тыс. т [1]. О целесообразности его использования в промышленной переработке свидетельствуют данные размерно-массовой характеристики этого вида краба [2].
Переработка водных биоресурсов, как известно, неизбежно приводит к образованию отходов, рациональное использование которых является актуальной задачей для всей рыбной отрасли. Особенно остро стоит проблема по переработке отходов крабового производства, которые могут составлять до 80 % от массы краба. В состав отходов, накапливающихся при производстве пищевой продукции из краба, входят следующие его части: карапакс, абдомен, остатки мышечной ткани, жабры, пленки, внутренности, которые в настоящее время практически не используются в промышленных масштабах и подвергаются утилизации.
Известно, что в состав внутренних органов краба входит гепатопанкреас, выполняющий в ходе жизнедеятельности живого объекта функции поджелудочной железы и печени, способный секретировать различные виды ферментов, которые характеризуются широким спектром действия и специфичностью [3]. Высоко ценятся содержащиеся в гепатопанкреасе протеоли-тические ферменты, обладающие высокой активностью, среди которых выделяют трипсин, аминопептидазу, коллагенолитические протеиназы, эластазу и Ca, Mg-зависимую ДНКазу [4].
При выборе рационального способа переработки отходов от разделки краба очевидно преимущество применения гидролиза. Ферментолиз является наиболее естественным видом гидролиза по сравнению с кислотным и щелочным, так как полученные гидролизаты не токсичны, не способны к проявлению мутагенного воздействия, содержат наиболее полный объем аминокислот, которые практически не разрушаются в ходе гидролиза [5-8].
Исходя из вышеизложенного, представляется целесообразным при переработке отходов от разделки синего краба проводить их биомодификацию путем автопротеолиза, т.е. гидролиза с использованием комплекса собственных ферментов.
Материалы и методы исследования
Основным материалом в исследованиях служили замороженные отходы, полученные от разделки синего краба (Paralithodes platypus), выловленного в Японском море. В состав отходов входили карапакс, абдомен, остатки мышечной ткани, жабры, пленки, внутренности, включая гепатопанкреас краба.
Отбор проб сырья и подготовку проб к анализу проводили по стандартным методикам (ГОСТ 31339-2006, ГОСТ 7631-2008). Определение общего химического состава осуществляли по ГОСТ 7636-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа». Массовую долю липидов определяли по методу Блайя и Дайэра [9]. Определение содержания макро- и микроэлементов в образцах осуществляли в соответствии с ГОСТ 26927, 26929, 26930, 26932, 26933, 30178, 30538, Р 51301 на атомно-аб-сорбционном спектрофотометре фирмы «Nippon Jarell Ach» модель АА-885. В качестве атомизатора использовали однощелевую горелку и пламя ацетилен-воздух. Аминокислотный состав белков определяли на аминоанализаторе Hitachi L-8800 методом жидкостной хроматографии в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.
Определение аминного азота в гидролизатах проводили методом формольного титрования по ГОСТ 7636-85.
Для оценки относительно биологической ценности (ОБЦ) сырья применяли экспресс-метод с использованием инфузории Тв^аИутвпаpyriformis, порядок проведения которого осуществляли по описанному в источнике [10].
Результаты исследования и их обсуждение
При оценке технологического и биологического потенциала комплекса отходов от разделки синего краба исследовали общий химический состав сырья (табл. 1).
Таблица 1
Общий химический состав отходов от разделки синего краба, %
Образец Массовая доля, %
Отходы краба-стригуна Вода/сухие вещ-ва Белок Липиды Минеральные вещества Углеводы
74,75 ± 1,22 / 25,24 14,72 ± 0,05 4,98 ± 0,1 5,02 ± 0,11 0,53 ± 0,05
Как видно из представленных результатов, содержание белка в отходах синего краба составляет в среднем около 14 %, что практически соответствует величине данного показателя в мясе краба-сырца. Высокое содержание белка в исследуемом объекте возможно объясняется присутствием в комплексе отходов остатков мышечной ткани, жабр и внутренностей.
Содержание липидов в исследуемых отходах практически в 3 раза больше, чем в крабовом мясе за счет присутствия в их составе печени.
Наличие в комплексе отходов плотной части (панциря) обеспечивает значительное содержание минеральных веществ, доля которых в среднем составляет около 5%. Среди минеральных веществ преобладают кальций и натрий (табл. 2).
Таблица 2
Содержание макро- и микроэлементов, мг/кг (в сухой ткани)
Образец Na Ca K Mg Mn Fe Zn Cu
Отходы краба-стригуна 5003 3505 660,3 609,5 6,6 45,7 148,3 20,7
Известно, что наиболее важным компонентом мяса краба являются белки, ценность которых определяется содержанием в них незаменимых аминокислот. Биологическая ценность белка в комплексе отходов от разделки синего краба представлена в таблице 3.
Таблица 3
Содержание заменимых и незаменимых аминокислот в отходах от разделки синего краба, г/100 г белка
Аминокислота Содержание Шкала ФАО/ВОЗ
Thr 5,031 4,0
Ile 4,070 4,0
Leu 6,472 7
Val 4,432 5
Lys 6,222 5,5
Cys +Met 0,295+0,363 0,658 3,5
Tyr +Phe 4,299+3,789 8,088 6,0
Сумма незаменимых аминокислот 34,973 35,0
Продолжение таблицы 3
His 2,682
Arg 7,763
Ser 4,673
Glu 15,358
Gly 8,617
Ala 5,393
Asp 10,188
Pro 10,351
Сумма заменимых аминокислот 65,025
Результаты исследования аминокислотного состава отходов показали, что сумма аминокислот не соответствует уровню идеального белка, но аминокислоты треонин, лизин, тирозин и фенилаланин количественно превышают уровень идеального белка, установленного ФАО/ВОЗ.
Таким образом, анализ полученных данных позволяет сделать предварительный вывод, что исследуемый комплекс отходов от разделки синего краба, полученных при производстве пищевой продукции (варено-мороженых конечностей), является ценным белково-минераль-ным вторичным сырьем.
Для оценки биологического потенциала исследуемых отходов определяли показатель относительной биологической ценности как отношение числа клеток инфузорий, выросших на экспериментальном образце, к количеству клеток, развившихся на контрольном образце, выраженное в процентах. Влияние условий среды на развитие микроорганизмов оценивали путем измерения прироста биомассы за определенный промежуток времени. По результатам проведенных исследований установлено, что развитие клеток инфузорий во времени подчиняется определенной закономерности, представленной на рисунке.
Продолжительность культивирования, ч
Рисунок - Кривая роста числа клеток инфузорий на исследуемой среде, содержащей отходы синего краба
По данным рисунка можно отметить несколько стадий развития, в течение которых изменяется скорость размножения клеток. Как правило, период (кривая участка с 24 до 72/96 ч) характерен для логарифмической фазы роста. К концу этой фазы число клеток достигает максимума и наступает недлительная стационарная фаза развития, а далее - период отмирания, характеризующийся снижением числа клеток, вероятно, вследствие истощения питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма инфузорий.
Длительность каждой фазы и характер кривой роста характеризуют скорость протекания процессов жизнедеятельности тест-организма и, как следствие, относительную биологическую ценность (или усвояемость) исследуемого объекта.
При анализе результатов представленных экспериментальных исследований роста клеток инфузорий в среде, содержащей отходы синего краба, отмечено, что при переходе в стационарную фазу роста количество числа инфузорий в 1 см3 составляет 8,8 х105 (табл. 4).
Таблица 4
Результаты определения ОБЦ в исследуемом образце
Образец Количество клеток инфузорий в 1 см3 при переходе в стационарную фазу ОБЦ, % по отношению к казеину
Отходы от разделки синего краба 8,0х105 42
Представленные данные свидетельствуют о высоком потенциале комплекса отходов от разделки синего краба как биологически ценного вторичного сырья.
Для подтверждения целесообразности проведения гидролиза исследуемых отходов с использованием собственных ферментов определяли величину их протеолитической активности, которая составила 63,52 ПА ед/см3.
Полученные данные позволяют сделать вывод, что комплекс отходов от разделки синего краба имеет перспективы для получения биологически ценного автолизата путем биомодификации исследуемого вторичного сырья.
Для подтверждения возможности проведения гидролиза отходов от разделки синего краба с использованием потенциала собственных ферментов был проведен автопротеолиз при следующих условиях: рН - 4,5-5,0; температура - 50 °С; гидромодуль - 0,25; продолжительность - 4 ч. Выбор величины рН и температуры был основан на анализе литературных источников, в которых допускается вероятность активности как кислых, так и щелочных протеиназ в диапазоне рН от 4,0 до 6,0 с температурным оптимумом 50 °С [11]. Величина гидромодуля соответствовала рациональным значениям, при которых субстрат был наиболее доступен ферментам.
В исследуемом автолизате через каждый час отбирали пробы для определения величины аминного азота, по динамике накопления которого фиксировали эффективность автопротео-лиза. Результаты исследований представлены в таблице 5.
Таблица 5
Динамика накопления аминного азота в гидроизатах при автопротеолизе
Наименование образца Время гидролиза, ч N амин, г/100 мл
Отходы синего краба 0 0,42
1 0,59
2 0,69
3 0,76
4 0,77
Из полученных результатов видно, что в условиях эксперимента эффективность гидролиза увеличивается во времени. При этом установлено, что рациональная продолжительность автопротеолиза может варьироваться в диапазоне от 3 до 4 ч. Экспериментально полученные данные представляют интерес для дальнейших исследований по разработке оптимальных параметров биомодификации отходов от разделки синего краба и получения гидролизатов, характеризующихся высоким содержанием биологически ценных компонентов.
Выводы
Результаты экспериментальных исследований химического состава, относительной биологической ценности, протеолитической активности отходов, образующихся при разделке синего краба, которые включают карапакс, абдомен, остатки мышечной ткани, жабры, пленки,
внутренности, позволили определить их технологический потенциал и высокую биологическую ценность. Установлено, что данные отходы являются биологически ценным вторичным сырьем. Данные по накоплению аминного азота, полученные при гидролизе исследуемого сырья с использованием собственных ферментов, свидетельствуют о перспективе проведения биомодификации и дальнейшего рационального использования отходов от разделки синего краба, которые аккумулируются при производстве пищевой продукции из этого ценного объекта морского промысла.
Библиография
1. Lauer B.H., MurrayM.C., Anderson W.E. etal. Atlantic queen crab (Chionoecetes opilio), Jonah crab (Cancer borealis), and red crab (Geyron quin-quedens). Proximate composition of crabmeat from edible tissues and concentrations of some major mineral constituents in the ash // J. Food Sci. - 1974. - Vol. 39, N 2.
- P.383-385.
2. Овчинников В.В., Прикоки О.В., Клинушкин С.В. и др. Водные биологические ресурсы северозападной части Охотского моря // Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северозападной части Тихого океана. - 2017. - № 44. - С. 5-15.
3. Загорская Д. С. Биотехнологические и биохимические аспекты культивирования камчатского краба: дис. ... канд. биол. наук: 03.01.06 / Всерос. науч.-исслед. и технол. ин-т биол. пром-сти. - Щёлково, 2009. - 129 с.
4. Патент на изобретение РФ № 2280076. Ферментный препарат из гепатопанкреаса промысловых видов крабов и способ его получения / Артюков А.А., Мензорова Н.И., Козловская Э.П., Кофа-нова Н.Н., Козловский А.С., Рассказов В.А. - Заяв. 12.06.2004; опубл. 20.07.2006.
5. Телишевская Л.Я. Белковые гидролизаты. Получение, состав, применение. - М.: Аграрная наука, 2000. - 295 с.
6. Байдалининова Л.С., Лысова А.С., Мезенова О.Я. и др. Биотехнология морепродуктов. - М.: Мир, 2006. - 560 с.
7. Долганова Н.В. Технология рыбных гидролизатов и продуктов на их основе: учеб. пособие / Н.В. Долганова, Р.Г. Разумовская, М.Е. Цибизова; Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. - 188 с.
8. Разумовская Р.Г., Цибизова Р.Г. Биотехнологические процессы в создании продуктов различного происхождения из водного сырья: монография. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. - 132 с.
9. BlighE.G., Dayer W.J. A rapid method of total lipid extraction // Canad. J. Biochem. Phisiol. - 1959.
- N 37. - P. 911-917.
10. ШульгинЮ.П., БлиновЮ.Г., Шульгина Л.В. Биологическая экспресс-оценка мышечной ткани гидробионтов с использованием Tetrahymena pyriformis // Известия ТИНРО (Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра). - 2004. - Т. 136. - С. 294-303.
11. Мосолов В.В. Механизмы контроля протеолиза // Успехи биол. химии. - 1988. - Т. 28. -С.125-144.
Bibliography
1. Lauer B.H., Murray M.C., Anderson W.E. et al. Atlantic queen crab (Chionoecetes opilio), Jonah crab (Cancer borealis), and red crab (Geyron quin-quedens). Proximate composition of crabmeat from edible tissues and concentrations of some major mineral constituents in the ash // J. Food Sci. - 1974. -Vol. 39, N 2.
- P.383-385.
2. Ovchinnikov V.V., Prikoki O.V., Klinushkin S.V. et al. Water biological resources of the northwestern part of the Sea of Okhotsk // Studies of water biological resources of Kamchatka and the northwestern Pacific. - 2017. - N 44. - P. 5-15.
3. Zagorskaya D.S. Biotechnological and biochemical aspects of Kamchatka crab cultivation: Diss. ... Candidate of Biology: 01.03.06 / All-Russian scientific research and technological Institute of Biol. Industry/
- Shchelkovo, 2009. - 129 p.
4. Patent for the invention of the Russian Federation N 2280076. Enzyme preparation from hepatopan-creas for commercial crab species and a method for its production / Artyukov A.A., Menzorova N.I., Ko-zlovskaya E.P., Kofanova N.N., Kozlovsky A.S., Rasskazov V.A. - Publ. 07.20.2006.
5. Telishevskaya L.Ya. Protein hydrolysates. Obtaining, composition, application. - M.: Agrarian science, 2000. - 295 p.
6. BaydalininovaL.S., Lysova A.S., Mezenova O.Ya. etal. Seafood biotechnology: textbooks and study guides for Higher educational institutions. - M.: Mir, 2006. - 560 p.
7. Dolganova N. V. Technology of fish hydrolysates and products based on them: textbook / N.V. Dol-ganova, R.G. Razumovskaya, M.E. Tsibizova; Astrakhan. tech. un-t. - Astrakhan: Publishing house of ASTU, 2008. - 188 p.
8. RazumovskayaR.G., TsibizovaR.G. Biotechnological processes in the creation of products of various origin from water raw materials: Monograph. - Astrakhan: Publishing house of ASTU, 2008. - 132 p.
9. BlighE.G., Dayer W.J. A rapid method of total lipid extraction // Canad. J. Biochem. Phisiol. - 1959.
- N 37. - P. 911-917.
10. Shulgin Yu.P., Blinov Yu.G., ShulginaL.V. Biological rapid assessment of muscle tissue of aquatic organisms using tetrahymena pyriformis // Izvestiya TINRO (Pacific Research Fisheries Center). - 2004. -Vol. 136. - P. 294-303.
11.Mosolov V.V. Mechanisms of proteolysis control // Successes of biol. Chemistry. - 1988. - Vol. 28.
- P.125-144.
