РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ДЛЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МЯСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник АПК

Ставрополья

:№ 3(19), 2015

УДК 615.35:637.5

Борисенко А. А. (мл.), Сарычева Л. А., Кокоева В. С., Борисенко А. А.

Borisenko A. A. Jr, Sarycheva L. A., Kokoeva V. S., Borisenko A. A.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ДЛЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МЯСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

THE REGULATION OF THE PROTEOLYTIC ACTIVITY OF ENZYMES FOR THEIR EFFECTIVE USE IN THE MEAT INDUSTRY

Основной проблемой при использовании ферментных препаратов в мясоперерабатывающей промышленности является создание оптимальных условий для их действия. Для регулирования протеолитической активности ферментов предложено использовать электроактивированную воду.

Проведенные исследования показали, что применение щелочной фракции электроактивированной воды в диапазоне значений рН 6,8-7,7 по сравнению с водопроводной позволяет значительно увеличить протеолитическую активность ферментного препарата. Достаточно высокую активность -55,6 единицы, ферментный препарат проявляет в диапазоне температур 50-55 °С. Дальнейшее повышение температуры приводит к резкому спаду протеолитической активности. При концентрации поваренной соли до 0,7 % протеолитиче-ская активность возрастает на 12 %, при концентрации соли более 1 % активность раствора начинает резко убывать.

На основании экспериментальных данных сделан вывод о том, что регулирование протеолитической активности ферментов для биомодификации мясного сырья с повышенным содержанием соединительной ткани является целесообразным.

Ключевые слова: электроактивированная вода, ферменты, функциональные свойства, активная кислотность, белки, гидролиз, биомодификация мясного сырья.

The main problem with the use of enzyme preparations in the meat processing industry is the creation of optimal conditions for their actions. For the regulation of the proteolytic activity of enzymes proposed to use electroactivated water.

Studies have shown that the use of alkaline fraction of the electroactivated water in the pH range of 6,8 to 7,7 compared to simple water can significantly increase the proteolytic activity of the enzyme preparation. High activity - 55,6 unit, an enzyme manifests in the temperatu-re range 50-55 °C. Further increase in temperature leads to a sharp decline in proteolytic activity. When the concentration of the salt to 0,7 % the proteolytic activity increases by 12 % when the salt concentration of more than 1 % the activity of the solution begins to sharply decrease.

On the basis of experimental data, it was concluded that regulation of the proteolytic activity of enzymes for biomodification raw meat with a high content of connective tissue is appropriate.

Key words: electroactivated water, enzymes, functional properties, active acidity, protein, hydrolysis, biomodification raw meat.

Борисенко Александр Алексеевич -

кандидат технических наук, доцент

Ставропольский институт кооперации

(филиал Белгородского университета кооперации,

экономики и права)

г. Ставрополь

Тел.: 8-918-772-48-77

E-mail: borisenko@list.ru

Сарычева Людмила Александровна -

доктор технических наук, профессор Тел.: 8-918-864-65-50

Кокоева Вероника Сергеевна -

кандидат технических наук, главный технолог ОАО «Ставропольский пивоваренный завод» г. Ставрополь

Борисенко Алексей Алексеевич -

доктор технических наук, профессор

Северо-Кавказский федеральный университет

г. Ставрополь

Тел.: 8-918-864-65-45

E-mail: borisenko_aleksey@list.ru

Borisenko Aleksandr Alekseevich -

PhD in Technical Sciences, Associated Professor Stavropol Institute of Cooperation (branch of Belgorod cooperative University, Economics and law) Stavropol

Tel.: 8-918-772-48-77 E-mail: borisenko@list.ru

Sarycheva Lyudmila Aleksandrovna -

Doctor in Technical Sciences, Professor Тел.: 8-918-864-65-50

Kokoeva Veronica Sergeevna -

PhD in Technical Sciences, main technologist OJSC «Stavropol brewery» Stavropol

Borisenko Alexey Alekseevich -

Doctor in Technical Sciences, Professor North-Caucasian Federal University Stavropol

Tel.: 8-918-864-65-45

E-mail: borisenko_aleksey@list.ru

Проблема обеспечения населения продовольствием является одной из самых важных в современном мире. Безопасность государства определяется, в том числе достаточным количеством соб-

ственных продовольственных ресурсов для обеспечения населения страны. В сложившихся условиях (необходимость импорто-замещения мясного сырья) важной задачей является создание новых видов продуктов

14

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Ставрополья

научно-практическии журнал

с высокой пищевои ценностью, снижение себестоимости их производства и сокращение дефицита сырья за счет интенсификации технологических процессов и применения современных биотехнологий.

Использование ферментных препаратов для технологической обработки коллагенсодержа-щего мясного сырья является одним из эффективных направлений в решении вышеуказанных задач.

Основной проблемой при использовании ферментных препаратов в мясоперерабатывающей промышленности является создание оптимальных условий для их действия, главным образом, по показателю активной кислотности. Традиционное применение кислот и щелочей с целью получения оптимального значения рН пищевых растворов небезопасно для организма человека и противоречит концепции здорового питания. Анализ свойств электроактивированной воды (ЭХА-воды, т.е. католита и анолита) и механизма их формирования позволил предположить, что использование экологически безвредной ЭХА-воды, как мощного фактора регулирования функциональных свойств

ферментных препаратов, может разрешить данную проблему [1,2].

Главным преимуществом электроактивированной воды является повышение проницаемости растворов на её основе через биомембраны клеток, что способствует более интенсивному действию на структуру мясного сырья введенных ферментов. В связи с этим регулирование активности ферментных растворов при помощи ЭХА-воды открывает широкие возможности внедрения процесса биомодификации сырья в пищевых технологиях [1].

Нами исследована протеолитическая активность (ПА) ферментного препарата микробного происхождения Г20Х [3] в зависимости от рН среды и ингибиторов (ЭХА-вода и питьевая водопроводная вода, в которой необходимый рН достигался путем добавления традиционно используемых в таких случаях соляной кислоты и едкого натра). Исследования позволили установить закономерности изменения протеолитической активности фермента от показателя рН и вида водного раствора (при постоянной температуре 40 °С) на субстрате казеина молока капельным методом (рисунок 1) и методом разжижения желатина (рисунок 2).

я

н

о <

С

14 12

10

8 6 4 2 0

23456789 рН, ед. У! - -0,005х5 + 0,195х4 - 2,276х3 + 10,63х2 - 16,30х + 8,783; Я2 - 0,985 у2 = -0,005х5 + 0,163х4 - 1,768х3 + 8,045х2 - 13,07х + 7.325; Я2 = 0,964 —Электроактивированная вода--Питьевая водопроводная вода

Рисунок 1 - Зависимость протеолитической активности ферментного препарата протолихетерм Г20Х от вида и рН раствора на субстрате казеина молока

12.8 12,5

0

7 7.6 л ^ 1

// // ---- \б,2

4 У /V 1// Я

Лу /У /У V 2

0,64^ 2,6

Анализ результатов показывает, что применение щелочной фракции электроактивированной воды (католита) в диапазоне значений рН 6,8-7,7 по сравнению с водопроводной позволяет значительно увеличить протеолитическую активность ферментного препарата (в среднем на 3,4 ед. при действии на казеин молока, на 8,9 ед. при гидролизе желатина). Достаточно высокую активность протолихетерм Г20Х проявляет при уровне рН 5,6 единиц.

Применение ЭХА-воды, в сравнении с питьевой водопроводной водой, позволяет значительно (в 1,8 раза) повысить исследуемый показатель в диапазоне оптимального значения активной кислотности. В сильнощелочной и сильнокислой областях разница между пока-

зателями протеолитической активности ферментных растворов на основе активированной и питьевой водопроводной воды несущественна, что объясняется ингибирующим действием высоких и низких значений рН.

В процессе исследований отмечена значительная разница между максимальными значениями величин протеолитической активности при воздействии ферментного препарата на различные субстраты. При разжижении желатина показатель протеолитической активности фермента при оптимальном значении рН 5,6 в 2,98 раз выше, чем при процессе створаживания молока. Таким образом, сделан вывод о том, что протолихетерм Г20Х более интенсивно воздействует на коллаген-субстрат, чем на

естник АПК

Ставрополья

:№ 3(19), 2015

казеин, поэтому его использование при био- содержанием соединительной ткани является модификации мясного сырья с повышенным наиболее целесообразным [4].

40 35 30 5 25

20

< 15 С

10

35,8 35,5

7 N Л

24/

// 19,5 18,9 ,2 V ' \\

14,8/ 15 -14,8 \\ ЧЛЗ>7

8,5 ' ^ // . 11,7 ■ ■ - 11,2

8 1 10,2 10,9 10,2

2 3 4 5 6 7 8 9 рН, ед ух = -0,002хб + 0,068х5- 0,449х4- 0,433х3 + 11,52х2-21,18х+ 19,08; К2 = 0,987 у2 = -0,003х6 + 0,092х5- 0,795х4 + 2,459х3 - 0,421х2- 4,679х + 11,46; № = 0,997 -А- Электроактивированная вода -Х- Питьевая водопроводная вода

Рисунок 2 - Зависимость протеолитической активности ферментного препарата протолихетерм Г20Х от вида и рН растворов на субстрате желатина

Проведены исследования и сравнительный анализ влияния ацетатного буферного раствора и кислой фракции ЭХА-воды с рН 5,5 на протео-литическую активность ферментов (рисунок 3).

Рисунок 3 - Зависимость протеолитической активности фермента протолихетерм Г20Х от вида раствора и субстрата при значении рН 5,5

Результаты экспериментов позволили сделать вывод о том, что применение ЭХА-воды, в сравнении с буферным раствором с идентичным значением рН, позволяет существенно увеличить протеолитическую активность про-толихетерма Г20Х (в 1,43 раза - при использовании субстрата казеина молока, и в 1,55 раз -при гидролизе желатина).

Кроме того, подтвердилась отмеченная ранее разница интенсивности воздействия про-толихетерма Г20Х на различные субстраты. При использовании буферного раствора протеоли-тическая активность ферментного препарата при биогидролизе желатина увеличивается в 3 раза по сравнению с субстратом казеина. Сле-

довательно, активированный раствор исследуемого ферментного препарата эффективно ги-дролизует белки соединительной ткани мясного сырья. Применение ЭХА-воды позволяет повысить анализируемый показатель в 3,1 раза.

Известно, что протеолитическая активность фермента зависит от температуры среды, поэтому нами было изучено влияние степени нагрева на активность протолихетерма Г20Х. При исследовании процесса гидролиза казеина молока для приготовления энзимных растворов использовался анолит с установленным оптимальным значением рН 5,6 (рисунок 4).

Анализ полученных результатов позволил выявить зависимость (в относительных единицах) протеолитической активности фермента протолихетерма Г20Х от величины температуры. Постепенный нагрев от 20 до 50 °С с шагом в 10 °С приводит к интенсивному возрастанию показателя протеолитической активности. Достаточно высокую активность (55,6-55,7 единиц) ферментный препарат проявляет в диапазоне температур от 50 до 55 °С. Дальнейшее повышение температуры приводит к резкому снижению протеолитической активности фермента (примерно от 50,0 единиц при 60 °С до 14,3 единиц при 70 °С) и затем полной его инактивации около 80 °С.

Термолабильность ферментного препарата протолихетерма Г20Х, как и других энзимов, объясняется его белковой природой [5]. При увеличении температуры возрастает до определенного значения скорость реакции образования фермент-субстратного комплекса, ускоряется тепловая денатурация, приводящая к инактивации препарата при высоких температурах.

Действие фермента зависит также от присутствия специфических активаторов и не-

16

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Ставрополья

научно-практическии журнал

специфических или специфических ингибиторов. В процессе исследования нами установлена зависимость протеолитической активности фермента от концентрации раствора поваренной соли ^аС1), традиционно используемой при производстве пищевых продуктов. При проведении эксперимента навеску поваренной соли вносили в раствор

фермента на основе ЭХА-воды (анолита) с оптимальным значением рН 5,6 и определяли зависимость протеолитической активности от содержания NaCl методом разжижения желатина при постоянной температуре, что обусловлено непосредственным ее влиянием на вязкость раствора используемого субстрата (рисунок 5).

Рисунок 4 - Зависимость протеолитической активности ферментного препарата протолихетерм Г20Х от температуры при рН 5,6

50

45

40

0) -1 -И

Ё 30

с" 25 20

15

10

у= 0,015хб- 0,43 5х5 + 4,772х4- 25,17х3 + 63,61х2- 69,39х+ 61,7; И- = 1

39,4 38,4

35,1

"Чзо

Х21.7 17 ~>

___14,1

0,5

1

1,5

2,5

Концентрация ИаС1, %

Рисунок 5 - Закономерность изменения протеолитической активности ферментного препарата протолихетерм Г20Х от концентрации поваренной соли при показателе рН ЭХА-воды

(анолита), равном 5,6 ед.

Анализ результатов исследования позволил установить, что при концентрации поваренной соли от нуля до (0,7-075) % протеоли-тическая активность возрастает в (1,12-1,13 раза), что обусловливается активизирующим действием поваренной соли на фермент, но лишь до определенного уровня ее содержания в растворе. При концентрации соли более 1 % активность раствора протолихетерма Г20Х начинает резко убывать, что обусловлено химической денатурацией (высаливанием) белковой составляющей ферментного комплекса. Полученные данные согласуются с результатами изучения ингибиторов и активаторов ферментативных реакций А. С. Ра-тушного [6].

Проведенные исследования позволили установить основные закономерности изменения протеолитической активности ферментов от вида электроактивированной воды и показателя активной кислотности рН, температуры и концентрации раствора поваренной соли.

Таким образом, перед современными производителями мясных продуктов открываются новые широкие возможности интенсификации процесса биомодификации сырья активированными растворами ферментных препаратов при использовании установленных оптимальных значений исследованных показателей.

Вестник АПК

Ставрополья

:№ 3(19), 2015

Литература

1. Электрохимическая активация какспособ безреагентного регулирования свойств жидких пищевых сред / Е. А. Шаманаева, А. А. Борисенко, Л. А. Борисенко, Н. В. Су-дакова. Ставрополь : СевКавГТУ, 2007. 144 с.

2. Использование активированных растворов при производстве мясопродуктов нового поколения / Н. В. Судакова, А. А. Борисенко, Л. А. Борисенко, А. А. Борисенко (ст.), В. С. Кокоева, А. А. Брацихин // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Ставрополь, 2008. № 3 (16). С. 74-76.

3. Борисенко Л. А., Кокоева, В. С. Тимофеева Н. В. Влияние концентрации ЭХА-рассолов на протеолитическую активность ферментных препаратов // Вестник Северо-Кавказского государственного университета. Ставрополь, 2004. № 1 (7). С. 93-95.

4. Влияние активированных ферментных растворов накачественныехарактеристи-ки мясного сырья с повышенным содержанием соединительной ткани / Л. А. Борисенко, Н. В. Тимофеева, В. С. Кокоева, Р. И. Курилов // Сборник научных трудов Северо-Кавказского государственного технологического университета. Серия : Продовольствие. Ставрополь, СевКавГТУ. 2005. № 1. С. 103-105.

5. Мосолов В. В. Протеолитические ферменты. М. : Институт биохимии им. А. Н. Баха, 2009. 414 с.

6. Ратушный А. С. Применение ферментов для обработки мяса. М. : Пищевая промышленность, 1976. 273 с.

References

1. Electrochemical activation as a reagentless method of controlling the properties of liquid food environments / E. A. Shamanaeva, A. A. Borisenko, L. A. Borisenko, N. V. Suda-kova. Stavropol, North Caucasus STU, 2007. 144 p.

2. Use of activated solutions in production of meat products of new generation / N. V. Sudakova, A. A. Borisenko, L. A. Borisenko, A. A. Borisenko (older), V. S. Kokoeva, A. A. Bracihin // Bulletin of the North Caucasian state technical University. Stavropol, 2008. № 3 (16). P. 74-76.

3. Borisenko L. A., Kokoeva V. S., Timofeeva N. V. The effect of the concentration ECHA-brines on the proteolytic activity of enzyme preparations // Bulletin of the North Caucasian state technical University. Stavropol: North Caucasus STU, 2004. № 1 (7). P. 93 - 95.

4. Borisenko L. A., Timofeeva N. V., Kokoeva V. S., Kurilov R. I. Effect of activated enzyme solutions on quality characteristics of raw meat with a high content of connective tissue // Proceedings of the North-Caucasian state technical University, series «Food». Stavropol: North Caucasus STU. 2005. № 1. P. 103-105.

5. Mosolov V. V. Proteolytic enzymes- M.: Institute of biochemistry. A. N. Bach, 2009. 414 p.

6. Ratushny A. S. The use of enzymes for processing meat. - M.: Food industry, 1976. 273 p.