CC BY
252. Pat. RF № 158282 Ustanovka obrabotki korneklubneplodov rastenij pered posadkoj ili zakladkoj na hranenie/ Teterin V.S., Sokolov D.O., Kostenko M.YU., Kostenko N.A., Goryachkina I.N., Mel'nikov V.S. 0publ.27.12.2015. Byul. №36.
3. Pat. RF № 2619469Sposob predposadochnoj obrabotki korneklubnej rastenij/Nekrashevich V.F., Teterin V.S., SokolovD.O., Kostenko M.YU., Kostenko N.A., Goryachkina I.N., Mel'nikov V.S. 0publ.16.05.2017. Byul. №14.
4. Ustanovka dlya naneseniya aehrozolya gumatov v potoke sel'skohozyajstvennoj produkcii / I.N. Goryachkina, O.A.Teterina, M.YU. Kostenko, G.K.Rembalovich, I. A. YUhin //Vestnik VIEHSKH. 2017. № 4 (29). S. 124-128.
5. Pat. 142474 Rossijskaya Federaciya, MPK A61L2/07. Ustanovka dlya obrabotki rabochih poverhnostej dezinficiruyushchimrastvorom spomoshch'yu vodyanogo para/Mel'nikov V.S., Kostenko M.YU., Goryachkina I.N.: №2014111358/15; zayavl. 25.03.2014; opubl. 27.06.2014, byul. №18.
6. Pat. 2554770 Rossijskaya Federaciya, MPK A61L2/07 A61L2/18. Sposob obrabotki rabochih poverhnostej dezinficiruyushchim rastvorom s pomoshch'yu vodyanogo para i ustanovka dlya ego osushchestvleniya / Goryachkina I.N., Kostenko M.YU., Mel'nikov US., Teterin US.: №2014110969/15; zayavl. 21.03.2014; opubl. 27.06.2015, byul. №18.
7. Teterin V.S., Teterina O.A., Kostenko M.YU. Aehrozol'naya obrabotka semennogo zerna stimulyatorami na osnove gumatov // Innovacionnye podhody k razvitiyu agropromyshlennogo kompleksa regiona: materialy 67-oj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ryazan': RGATU, 2016. S. 88-91.
8. Vliyaniya rezhimov raboty generatora goryachego tumana na mikrobiologicheskie pokazateli / I.N. Goryachkina, V.S. Mel'nikov, V.S. Teterin, F.M. Murodov // Vestnik soveta molodyh uchenyh Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. 2015. №1. S. 143-147.
9. EHffektivnost' aehrozol'noj obrabotki semennogo zerna zashchitno-stimuliruyushchimi veshchestvami /O.A.Teterina, M.YU. Kostenko, G.K.Rembalovich, A.V.SHemyakin, V.V.Terent'ev, V.S. Teterin //Izvestiya YUgo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. 2017. № 2 (71). S. 83-90.
10. Aehrozol'naya obrabotka semyan stimulyatorami rosta / O.A.Teterina,M.YU. Kostenko, V.S. Teterin // Vestnik Soveta molodyh uchenyh Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. 2016. № 2 (3). S. 6-10.
11. Kortofelesazhalki [EHlektronnyj resurs]. URL:
http://sinref.ru/000_uchebniki/04800selskoe/026_selskohozaistvennie_mashini_holanski_2004/154.htm (data obrashcheniya: 26.07.2018
УДК 636.294:637
ПОДБОР УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ШКУРЫ МАРАЛА
КРОТОВА Мария Георгиевна, канд. с.-х. наук, ФГБНУ «Федеральный алтайский научный центр агробиотехнологий», (отдел ВНИИПО), [email protected]
Изучены условия проведения гидролиза шкуры маралов в присутствии следующих ферментов микробного происхождения: Протамекс (бактериальная протеаза на основе Bacilluse protease); Бактериальная протеаза (на основе Bacillus subtilis); Протозим ЛП (кислая гибная протеаза на основе Penecilum canescens); Протозим В (щелочная бактериальная протеаза на основе Bacillus lichenoformis); Протозим С (щелочная грибная прортеаза). Материалом служила шкура марала, предварительно обезволошенная и измельченная до фаршеобразного состояния. Ферментативный гидролиз осуществлен в течение 20 ч при температуре 45-50 С с применением двух технологических режимов: в термостате и в поле ультразвука. По окончании протеолиза гидролизат отфильтровывали и высушивали в инфракрасной сушке. Установлено, что при расщеплении белковых компонентов шкуры марала наибольшей активностью, специфичностью и широким спектром действия обладает ферментный комплекс, включающий Протозим В, протозим С и Протозим ЛП при поэтапном их внесении в гидролизат с промежутком времени 10 часов. Изучено влияние увеличения концентрации ферментов на процесс гидролиза. Показана линейная зависимость выхода концентрата от количества добавляемых ферментов. Определено, что при внесении в гидромодуль ферментного комплекса в количестве 2% от объема сырья получен максимальный выход концентрата (высушенного гидролизата), составляющий 89,3%. Установлено положительное влияние ультразвуковых колебаний на процесс ферментативного гидролиза шкуры марала. Применение данного технологического режима позволило интенсифицировать процесс приготовления гидролизата из шкуры и увеличить выход концентрата на 19% по сравнению с гидролизом в термостате.
Ключевые слова: ферментация, гидролиз, гидролизат, шкура, ультразвук
© Кротова М. Г, 2018 г
Введение
Пантовое оленеводство - это отрасль сельского хозяйства, занимающаяся разведением маралов и пятнистых оленей для получения от них пантов, мяса и побочной продукции (кровь, жилы, хвосты, половые органы самцов, плоды) [1; 2]. Несмотря на интенсивное развитие и перспективность данной отрасли сельского хозяйства, до сих пор проблемой мараловодческих предприятий является комплексная переработка сырья и внедрение безотходной технологии [3]. В связи с этим большое значение приобретают вопросы рационального использования побочной продукции мараловодства.
Известно, что шкура животного является ценным источником коллагена, количество которого колеблется от 30 до 34%, а также содержит фос-фолипиды, простагландины и полиненасыщенные жирные кислоты, что обуславливает ее питательную ценность.
На мараловодческих фермах ежегодно подвергаются убою 7-10% взрослого поголовья. При среднем количестве животных 1,5 тысячи голов убою подвергают 105-150 голов. Масса шкуры составляет 7% от массы тела. При средней живой массе 250 кг масса кожи составляет 17,5 кг. При этом шкуры марала, как правило, после убоя утилизируются, что обусловлено трудоемкостью процесса их обработки [4].
На сегодняшний день огромные перспективы имеет использование в качестве компонентов функциональных продуктов питания гидролиза-тов, полученных из побочного сырья и содержащих в своем составе различные аминокислоты и их производные [5].
Использование малоценного сырья мясоперерабатывающих предприятий может быть значительно расширено за счет применения ферментов, при этом первостепенное значение имеют различные протеолитические ферменты, расщепляющие, коагулирующие и трансформирующие белки [6]. Протеолиз обеспечивает проведение процесса гидролиза в мягких условиях, что позволяет максимально сохранить полный набор аминокислот и питательную ценность получаемых продуктов [7].
Для наибольшей эффективности ферментации необходим подбор комплекса протеаз с различной специфичностью действия, обеспечивающих наиболее интенсивное и глубокое расщепление субстрата [8].
На основании вышеизложенного была поставлена цель - исследовать условия проведения гидролиза шкуры маралов и выбрать оптимальные параметры его проведения.
Материалы и методы исследования
Научно-исследовательская работа проводилась в ФГБНУ ФАНЦА (отдел ВНИИПО).
Процесс приготовления гидролизатов из шкуры марала включал несколько последовательных технологических операций, которые представлены на рисунке 1.
Вестник РГАТУ, № 3 (39), 2018
Снятие шкуры
_т_
Удаление жировой ткани
_т_
Обезволашивание
_*_
Промывание проточной водой
_1_
Измельчение подготовленного сырья
_т_
Ферментативный гидролиз
1
Фильтрация
_т_
Гидролизат из шкуры марала
1
Высушивание до влажности 10%
Рис. 1 - Технологические операции приготовления гидролизата из шкуры марала
Материалом исследования служила шкура марала, предварительно обезволошенная и измельченная до фаршеобразного состояния.
При подборе наиболее эффективного ферментного препарата был изучен процесс гидролиза шкуры марала в присутствии ферментов микробного происхождения: Протамекс (бактериальная протеаза на основе Bacilluse protease); Бактериальная протеаза (на основе Bacillus subtilis); Протозим ЛП (кислая гибная протеаза на основе Penecilum canescens); Протозим В (щелочная бактериальная протеаза на основе Bacillus lichenoformis); Протозим С (щелочная грибная прортеаза).
Для гидролиза сырья готовили гидромодуль; для этого к измельченному сырью добавляли дистиллированную воду в соотношении (сырье : вода) 1 : 6. К полученным растворам добавляли ферменты. В зависимости от используемого фермента pH растворов варьировала от 3 до 11. Протеолиз проводили при температуре 45-50° С с применением двух технологических режимов: в первом случае ферментацию осуществляли в термостате, во втором - в поле ультразвука с частотой ультразвуковых колебаний 37 кГц. Реакцию гидролиза проводили при периодическом перемешивании в течение 20 часов.
Концентрация ферментов, вносимых в гидро-лизат, варьировала от 0,2 до 4% от объема сырья в зависимости от их активности.
В дальнейших опытах исследовали возможность совместного использования ферментов для
повышения глубины гидролиза и увеличения выхода концентрата. При обработке шкуры комплексом протеаз их дозировку делили на количество ферментов.
Ферментативный комплекс вводили в реакционную смесь двумя способами. В первом случае ферменты в раствор вносили единовременно (Бактериальная протеаза + Папаин), во втором проводили последовательную обработку сырья сначала ферментами Протозим В и Протозим С, а через 10 часов гидролиза добавляли Протозим ЛП.
По окончании протеолиза гидролизат отфильтровывали и высушивали в инфракрасной сушке, после чего проводился расчет выхода концентрата, который выражался в процентах от сухого вещества.
Результаты исследования и их обсуждение
Первоначально была исследована эффективность различных ферментов микробного происхождения при гидролизе шкуры маралов. В таблице 1 приведены данные по выходу концентрата (гидролизата, высушенного до влажности 10%) при протеолизе шкуры в течение 20 часов.
Таблица 1 - Выход концентрата при гидролизе кожи маралов
Фермент Концентрация ферментов,% Выход концентрата, %
Гидролиз в термостате Гидролиз в поле ультразвука
Протамекс 2 52,8 56,3
Бактериальная протеаза 4 48,5 67,5
Протозим В 0,2 20,2 35,0
Протозим С 0,2 21,7 35,8
Протозим ЛП 0,2 50,4 62,5
Как видно из таблицы 1, максимальной активностью при гидролизе шкуры маралов обладали ферменты Протамекс, Бактериальная протеаза и Протозим ЛП, обеспечивающие растворение сырья от 48,5 до 52,8% при проведении протеолиза в термостате. Выход растворимых составляющих при использовании других ферментов был значительно ниже и составлял 20,2-21,7%. Применение ультразвука позволило интенсифицировать процесс гидролиза, что привело к увеличению выхода концентрата на 12,1-14,8 % при добавлении Про-тозимов, на 19% при применении Бактериальной протеазы и на 4% при добавлении Протамекса.
Согласно литературным данным, фактором, лимитирующим максимальную глубину гидролиза белка, является субстратная специфичность ферментных препаратов. Снижение скорости
ферментативной реакции происходит вследствие ингибирования низкомолекулярных продуктов гидролиза, а также протекания обратных реакций в системах с ферментами, имеющими высокое сродство к продуктам реакции, что приводит к снижению скорости расщепления субстрата [9].
На основании этих данных для повышения качества гидролизатов и увеличения глубины протеолиза проведена серия опытов по обработке шкуры маралов комплексом ферментов. Полученные данные представлены в таблице 2.
Поскольку в результате первых опытов установлено положительное влияние ультразвуковых колебаний на выход готового продукта при гидролизе сырья последующие образцы готовили с применением ультразвуковой установки.
Таблица 2 - Выход концентрата при гидролизе кожи маралов комплексом ферментов
Фермент Концентрация ферментов, % Выход концентрата, % (гидролиз в поле ультразвука)
Бактериальная протеаза+папаин 4 78,8
Протозим В+ Протозим С 0,2 71,0
Протозим С+ Протозим ЛП 0,2 51,7
Протозим В+ Протозим С + Протозим ЛП 0,2 79,5
Как видно из таблицы 2, применение комплексов ферментов способствовало улучшению процесса гидролиза сырья и увеличению выхода концентрата на 11,3-36,0% по сравнению с ферментацией отдельными ферментами.
В результате проведенных опытов выявлены различия по выходу концентрата в зависимости от способа введения ферментного комплекса в реакционную смесь.
Установлено, что единовременное внесение в гидромодуль комплекса ферментов Протозим В и Протозим С оказало положительное влияние на
выход концентрата из шкуры маралов, который составил 71,0%. Добавление в гидролизат Бактериальной протеазы и папаина привело к увеличению выхода концентрата до 78,8%.
Поэтапное введение в реакционную смесь комплекса, состоящего из Протозима С и Протозима ЛП не оказало положительного влияния на выход концентрата.
Применение ферментного комплекса, состоящего из Протозима В, Протозимв С и Протозима ЛП, при поэтапном их введении с интервалом времени 10 часов, оказало благоприятное влия-
ф
Вестник РГАТУ, № 3 (39), 2018
ние на процесс гидролиза и позволило добиться максимального выхода концентрата по сравнению с другими ферментами, который составил 79,5%. Таким образом, данный ферментный комплекс при гидролитическом расщеплении шкуры обладает относительной специфичностью и широким спектром действия к данному виду сырья. При этом поэтапное введение ферментов в реакционную смесь обеспечивало поддержание высокой протеолитической активности ферментных препаратов в течение всего процесса гидролиза сырья, что способствовало значительному увеличению выхода готового продукта.
В дальнейшем исследовании изучено влияние увеличения концентрации ферментов на процесс гидролиза. Ферментный комплекс, показавший лучший результат по расщеплению шкуры марала в предыдущих опытах, вносили в гидромодуль, увеличивая его количество от 0,2% до 2%. На рисунке 2 представлены результаты по выходу концентрата из шкуры марала в зависимости от уровня вносимого Фермента.
Концентрация ферментов, %
Рис. 2 - Выход концентрата при гидролизе кожи марала
В результате проведенных опытов показана линейная зависимость выхода концентрата от количества добавляемых ферментов. Увеличение концентрации ферментного комплекса в составе Протозима В, Протозима С и Протозима ЛП в растворе до 2% от объема субстрата позволило добиться растворения сырья до 89,3%.
Заключение
Анализируя полученные в ходе исследования данные, можно рекомендовать конкретные технологические режимы получения белковых гидроли-затов из шкуры маралов. Наилучшие результаты по расщеплению белковых компонентов шкуры получены при использовании комплекса ферментов микробного происхождения, включающего Протозим В, протозим С и Протозим ЛП при поэтапном их внесении в гидролизат с промежутком времени 10 часов.
Установлено влияние изменения концентрации ферментов в гидромодуле на выход концентрата из кожи маралов. Максимальный выход концентрата, составляющий 89,3%, получен при внесении в раствор ферментного комплекса в количестве 2% от объема субстрата.
Применение ультразвука в процессе гидроли-
за сырья позволило интенсифицировать процесс приготовления белкового ферментативного гидро-лизата из кожи маралов, позволив увеличить выход растворимой фракции на 19% по сравнению с гидролизом в термостате.
Список литературы
Белозерских И.С., Луницын В.Г. Сравнение биохимического состава биосубстанций из пантов и второстепенной продукции пантового оленеводства, полученных разными технологиями / И. С. Белозерских, В. Г. Луницын // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2015. - №8. - С. 125-128
2. Тишкова, Е. В. Племенная работа в мараловодстве на примере ООО «Марал-Толусома» [Текст] / Е. В. Тишкова // Аграрная наука сельскохозяйственному производству Сибири, Казахстана, Монголии, Белоруссии и Болгарии : сб. трудов XVIII Междунар. науч.-практ. конф. - Ч 2. - Новосибирск, 2015. - С. 190-192
3. Мотовилов, О. К. Разработка и внедрение инновационных технологий переработки с/х продукции [Текст] / О. К. Мотовилов, К. Я. Мотовилов, И.
B. Науменко // Пища. Экология. Качество // Труды XIII Международной научно-практической конференции, 2016. - С. 13-18
4. Луницын, В. Г. Шкура марала как сырье для производства биосубстанций [Текст] / В. Г. Луни-цын, И. С. Белозерских // Проблемы пантового оленеводства и пути их решения. - Т. 9. - Барнаул : Азбука, 2016. - С. ? 204 с.
5. Новиков, В. Ю. Кинетические закономерности ферментативного гидролиза белков тканей ги-дробионтов: эффект способа внесения фермента [Текст] / В. Ю. Новиков, А. Ю. Деркач, В. А. Мухин // Вестник МГТУ. - 2015 - Т.18. - №1. - С. 100-109
6. Закирова Д.Х., Пономарев В.Я. Использование белковых гидролизатов в качестве компонента рецептур в мясных продуктах [Текст] / Д. Х. Заки-рова, В. Я. Пономарев // Сб. статей IX Междунар. науч.-практ. конф., - Пенза : Наука и просвещение, 2018. - С. 132-135
7. Крумликов, В. Ю. Ферментативный гидролиз. Получение белковых гидролизатов. Исследование их свойств [Текст] / В. Ю. Крумликов // Материалы междунар. науч.-практ. конф.: Наука, образование, общество: тенденции и перспективы развития. - Чебоксары, 2015. - С. 15-17
8. Получение белковых гидролизатов на основе свиной селезенки с использованием проте-олитических ферментных препаратов [Текст] / А.
C. Середа, Е. В. Костылева, И. А. Смирнова, Н. В. Цурикова, А. Ю. Кирьянов, А. П. Синицин // Биотехнология и качество жизни : междунар. науч.-практ. конф. - город, 2014. - С. 391-392
9. Цибизова, М. Е. Субстратная специфичность протеолитических ферментов нетрадиционных объектов промысла волго-каспийского бассейна [Текст] / М. Е. Цибизова, К. В. Костюрина // Вестник АГТУ: рыбное хозяйство. - 2009. - № 2. - С. 121-126.
SELECTING CONDITIONS FOR THE CONDUCTION OF ENZYMIC HYDROLYSIS
OF MARAL HIDE AIMED
Krotova, Mariya G., Candidate of Agricultural Sciences, Federal State Budget-Funded Scientific Institution «Federal Altai Scientific Center for Agrobiotechnologies» (Department of WNIIPO (All-Russian Scientific Research Institute of Deer Farming)), 160 Shevchenko St., Barnaul, tel. 8 (3852)50-13-30, [email protected]
Conditions of a maral hide hydrolysis carried out with the following enzymes of microbal origin were researched: Protamex (bacterial protease based on Bacilluse protease); Bacterial protease (based on Bacillus subtilis); Protozyme LP (fungal acid protease based on Penecilum canescens); Protozyme B (alkaline protease based on Bacilluslichenoformis); Protozyme C (fungal alkaline protease). The material was a maral hide that had been preliminarily de-haired and grinded to a mince-like mass. The enzyme hydrolysis lasted for 20 hours at the temperature of 45-50° C; two processing methods - the thermostat method and the ultrasonic field method were applied. On completion of the proteolysis, the hydrolysate was filtered and was left to dry in the infra-red drying chamber. It was established that the enzyme complex that showed the highest activity and specificity and a broad spectrum of action in the process of the breakdown of the protein components of a maral hide was the enzyme complex of Protozyme B, Protozyme C and Protozyme LP, with the enzymes gradually added to the hydrolysate at 10-hour intervals. The effect of an increase in the enzyme concentration on the process of hydrolysis was researched. A linear relation between the concentrate yield and the number of enzymes being added was observed. It was defined that the maximal concentrate yield (dried hydrolysate) of 89.3% was reached, when the enzyme complex of 2% of the raw material volume was added to the duty of water. It was established that ultrasonic vibrations have a positive effect on the enzyme hydrolysis of a maral hide. The application of this processing method allowed us to intensify the process of preparing the hydrolysate from the hide and to increase the concentrate yield by 19% compared to the hydrolysis in a thermostat.
Key words: fermentation, hydrolysis, hydrolysate, hide, ultrasound
1. Belozerskih I.S., Lunicyn V.G. Sravnenie biohimicheskogo sostava biosubstancij iz pantov i vtorostepennoj produkcii pantovogo olenevodstva, poluchennyh raznymi tekhnologiyami // Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2015. - №8. - S. 125-128
2. Tishkova E.V. Plemennaya rabota vmaralovodstve na primere OOO «Maral-Tolusoma» //Sb. trudovXVIII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Agrarnaya nauka sel'skohozyajstvennomu proizvodstvu Sibiri, Kazahstana, Mongolii, Belorussii i Bolgarii. - CH 2. - Novosibirsk. - 2015. - S. 190-192
3. Motovilov O.K., Motovilov K.YA., Naumenko I.V. Razrabotka i vnedrenie innovacionnyh tekhnologij pererabotki s/h produkcii//Pishcha. EHkologiya. Kachestvo / TrudyXIII Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 2016. - S. 13-18
4. Lunicyn V.G., Belozerskih I.S. SHkura marala kak syr'e dlya proizvodstva biosubstancij // Problemy pantovogo olenevodstva iputi ih resheniya. - T.9, Barnaul: Azbuka, 2016. - 204 s.
5. Novikov V.YU., Derkach A.YU., Muhin v.A. Kineticheskie zakonomernosti fermentativnogo gidroliza belkov tkanej gidrobiontov: ehffekt sposoba vneseniya fermenta / Vestnik MGTU. - 2015 - T.18. - №1. - S. 100-109
6. Zakirova D.H., Ponomarev V.YA. Ispol'zovanie belkovyh gidrolizatov vkachestve komponenta receptur vmyasnyh produktah //Sb. statej IXMezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Nauka iprosveshchenie, Penza. - 2018. - S. 132-135
7. Krumlikov V.YU. Fermentativnyj gidroliz. Poluchenie belkovyh gidrolizatov. Issledovanie ih svojstv // Materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Nauka, obrazovanie, obshchestvo: tendencii iperspektivy razvitiya, CHeboksary. - 2015. - S. 15-17
8. Sereda A.S., Kostyleva E.V., Smirnova I.A., Curikova N.V., Kir'yanov A.YU., Sinicin A.P. Poluchenie belkovyh gidrolizatov na osnove svinoj selezenki s ispol'zovaniem proteoliticheskih fermentnyh preparatov // Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Biotekhnologiya i kachestvo zhizni. - 2014. - S. 391-392
9. Cibizova M.E., Kostyurina K.V. Substratnaya specifichnost' proteoliticheskih fermentov netradicionnyh ob"ektov promysla volgo-kaspijskogo bassejna / Vestnik AGTU: rybnoe hozyajstvo. - 2009. - №2. - S. 121126.
Literatura
