CC BY
51
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ / PHYSICOCHEMICAL AND GENERAL BIOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК 577.1 / 664.952
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-83-94 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ ГИДРОЛИЗА
КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО РЫБНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИИ ПЕПТИДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ АМИНОКИСЛОТНОЙ СБАЛАНСИРОВАННОСТИ
© О.Я. Мезенова*, В.В. Волков*, Т. Мерзель**, Т. Гримм***, С. Кюн**, А. Хелинг***, Н.Ю. Мезенова*
* Калининградский государственный технический университет 236022, Российская Федерация, г. Калининград, Советский проспект, 1 ** Научно-исследовательская и консультационная лаборатория UBF 15345, Германия, г. Алтландсберг, ул. Ан дер Мюле, 1 *** Биотехнологическая компания ANiMOX 12489, Германия, г. Берлин, Макс-Планк-Штрассе, 3
РЕЗЮМЕ. Биотехнологические методы получения пептидов путем гидролиза протеинов позволяют получать уникальные композиции, применяющиеся в пищевой, аграрной, медицинской и других отраслях промышленности. Перспективным источником активных пептидов считается коллагенсодер-жащее рыбное сырье или отходы от разделки рыбы, протеины которых содержат ценные аминокислоты. При извлечении протеинов рационально применять высокотемпературную обработку (термолиз) с предварительным ферментированием. Полученная дисперсия далее разделяется на пептидную, липидную и минерально-белковую фракции, которые используются по назначению. Данный способ предложен технологической компанией ANiMOX (Германия) и апробирован в КГТУ (Россия). В Калининградской области на рыбоконсервных производствах остается около 50% массы рыбных отходов (головы, хребты, кости, чешуя, внутренности), это в среднем составляет 10 тонн в сутки, отходы практически не перерабатываются. Целью работы является сравнение качества продуктов гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья термическим, ферментативным и комбинированным методами. Эксперименты проводили на отходах рыбоконсервного комплекса «РосКон». Получали протеины тремя способами (Ф-ферментолиз, Т-термолиз, Ф-Т-комбинированный ферментолиз и термолиз). Образующуюся суспензию центрифугированием разделяли на три фракции - верхнюю (жировую), среднюю (водную) и нижнюю (осадочную). Водная (средняя) фракция представляет собой раствор пептидов. В зависимости от режимов способа получали пептидные смеси с молекулярной массой (ММ) от 0,1 кДа до 100 кДа. Наиболее ценными являются низкомолекулярные пептиды с ММ менее 10 кДа, которые легко усваиваются и обладают повышенной биологической активностью. Наибольший выход пептидов с ММ менее 10 кДа при гидролизе голов сардинеллы получен при фер-ментолизе (97,7%), наименьший - при термолизе (40,6%). Состав аминокислот в пептидах зависит от вида сырья и вида гидролиза, но во всех пептидных фракциях содержатся незаменимые аминокислоты (лейцин, лизин, фенилаланин, треонин, валин и др.). Из всех аминокислот преобладают глицин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, характерные для коллагеновых белков. Лиофилизированные пептидные растворы всех способов гидролиза содержат более 82% протеинов в пересчете на сухое вещество, менее 6% минеральных веществ и менее 5% жира, наименьшее количество примесей имеют пептиды термогидролиза. Полученные пептиды можно применять в составе кормов (аква-культура, животные, птица), пищевых добавок, специализированного питания спортсменов и пожилых людей, микробиологических сред, косметических и лечебных препаратов.
Ключевые слова: протеины, пептиды, термолиз, ферментолиз, аминокислоты, аминокислотный скор, функциональные продукты, специализированное питание.
Информация о статье. Дата поступления 20 июня 2018 г.; дата принятия к печати 25 ноября 2018 г.; дата онлайн-размещения 29 декабря 2018 г.
Для цитирования. Мезенова О.Я., Волков В.В., Мерзель Т., Гримм Т., Кюн С., Хелинг А., Мезенова Н.Ю. Сравнительная оценка способов гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья при получении пептидов и исследование их аминокислотной сбалансированности // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8, N 4. С. 83-94. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-83-94
A COMPARATIVE ASSESSMENT OF HYDROLYSIS METHODS USED TO OBTAIN FISH COLLAGEN PEPTIDES AND INVESTIGATION OF THEIR AMINO ACID BALANCE
© O. Ya. Mezenova *, V. V. Volkov *, T. Moersel **, T. Grimm ***, S. Kuehn **, A. Hoehling ***, N. Yu. Mezenova *
*Kaliningrad State Technical University
16 Sovetskii Ave., Kaliningrad, 236022, Russian Federation
** UBF Untersuchungs-, Beratungs-, Forschungslaboratorium GmbH
1, An der Mühle, Altlandsberg, 15345, Germany
*** Biotechnology company ANiMOX GmbH
3, Max-Planck-Strase, Berlin, 12489,Germany
ABSTRACT. Biotechnological methods for obtaining peptides of unique composition by means of protein hydrolysis are widely used in the food, agricultural and medical industries. One promising source of active pep-tides is considered to be collagen-rich solid byproducts, obtained from the fish-processing industry, whose proteins contain valuable amino acids. For the extraction of proteins, high-temperature processing (thermolysis) with preliminary fermentation is frequently recommended. The resulting dispersion is further divided into peptide, lipid and mineral protein fractions, which are used for various purposes. This method was proposed by the ANiMOX GmbH company (Germany) and tested in the Kaliningrad State Technical University (KSTU, Russia). At the fish product canning enterprises of the Kaliningrad region, about 50% of fish solid wastes (heads, ridges, bones, scales, entrails), which approximately equals to 10 tons per day, remains unprocessed. This work is aimed at comparing the quality of hydrolysis products obtained from collagen-rich solid fish wastes by the thermal, fermentative and combined methods. A series of experiments was carried out using waste product samples from the RosKon fish cannery complex. Proteins were obtained by three methods: fermentolysis, thermolysis and the combination of fermentolysis and thermolysis. Using centrifugation, the obtained suspensions were divided into the upper (fat), medium (water) and lower (sedimentary) fractions. The aqueous (medium) fraction presents a solution of peptides. Depending on the modes of the method used, peptide mixtures with a molecular weight (MW) from 0,1 kDa to 100 kDa were obtained. Low-molecular weight peptides with a MW lower than 10 kDa are considered to possess a high nutritional value, since they exhibit a high biological activity and are easily digested. During the hydrolysis of sardinella heads, the highest and the lowest yields of peptides with a MW lower than 10 kDa were achieved by fermentolysis (97,7%) and thermolysis (40,6%), respectively. The composition of amino acids in peptides is shown to depend on the type of both raw material and hydrolysis; however, all peptide fractions contain essential amino acids (leucine, lysine, phenylalanine, threonine, valine, etc.). Glycine, aspartic and glutamic acids, which are characteristic of collagen proteins, are established to prevail among other acids. The lyophilized peptide solutions obtained by all hydrolysis methods are demonstrated to contain more than 82% of proteins (calculated with reference to dried substance), less than 6% of mineral substances and less than 5% of fat. It should be noted that the peptides obtained by thermal hydrolysis exhibit the lowest amount of impurities. The obtained peptides can be used in the composition of animal feed (aquaculture, cattle, poultry), food additives, specialized nutrition for athletes and the elderly, as well as in microbiological media, cosmetic and medical preparations. Keywords: proteins, peptides, thermolysis, fermentolysis, amino acids, amino acid score, functional foods, specialized nutrition
Information about the article. Received June 20, 2018; accepted for publication November 25, 2018; available online December 29, 2018.
For citation: Mezenova O.Ya., Volkov V.V., Moersel T., Grimm T., Kuehn S., Hoehling A., Mezenova N.Yu. A comparative assessment of hydrolysis methods used to obtain fish collagen peptides and investigation of their amino acid balance. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018, vol. 8, no. 4, pp. 83-94. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-29252018-8-4-83-94
ВВЕДЕНИЕ
Биотехнологические методы переработки коллагенсодержащих рыбных отходов с получением функциональных пептидов для специализированных пищевых и медицинских продуктов -важное направление современной науки [1].
Потенциальный объем рыбных отходов (головы, кости, чешуя и др.) только в Калинин-
градской области составляет более 10-15 тыс. т в год. Коллагеновые белки в отходах находятся в основном в труднорастворимой форме, связаны с гидроксиапатитом и обычными способами не изолируются. Протеины данного сырья содержат ценные аминокислоты [2]. Извлечение протеинов из природных биокаркасов рыбных отходов рационально проводить методом
гидролиза, применяя высокотемпературное, ферментативное или комбинированное воздействие [3].
Рыбный коллаген отличается от животного повышенной усвояемостью [4]. Особенностью строения рыбного коллагена является меньшее число поперечных связей между макромолекулами. Рыбный коллаген также имеет несколько иной аминокислотный состав, пролин и лизин в нем находятся преимущественно в форме гид-роксопролина и гидроксилизина. Он характеризуется пониженным содержанием таких аминокислот, как гистидин, фенилаланин, лизин, лейцин, валин, но имеет несколько более высокое содержание аспарагиновой и глутаминовой кислот [5].
С учетом высокого биопотенциала рыбного коллагенсодержащего сырья перспективно пищевое использование продуктов его гидролиза в виде низкомолекулярных пептидов (ММ менее 10 кДа), отличающихся повышенной усвояемостью и биологической активностью (иммунной, антиоксидантной, антисептической, анти-коагулянтной, антистрессовой, гипотензивной), а также эргогенностью [6].
Перспективным способом получения пептидов из коллагенсодержащего рыбного сырья является высокотемпературный термолиз в водной среде, эффективный в сочетании с ферментативной обработкой протеазами. Эту технологию положительно апробировала немецкая компания ANiMOX GmbH (Адлерсхоф, Берлин) при переработке мясных отходов [7]. В этом процессе протеины сырья под воздействием высоких температур и давления расщепляются на пептиды пониженной молекулярной массы, растворимые в воде в виде смеси пептидов и аминокислот. Содержание белков в таких протеиновых гидролизатах превышает 95% массы сухого вещества, они практически не содержат жира и минеральных веществ. Такие протеиновые продукты обладают высокой усвояемостью и биологической эффективностью, поскольку содержат активные пептиды с ММ менее 10 кДа от 90% массы белка.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В экспериментах использовали мороженые рыбные отходы - чешую, хребтовые кости и головы сардины (Sardina) и сардинеллы (Sardinella) Атлантического океана, предоставленные рыбоконсервным комплексом ОАО «РосКон» (Калининградская обл.) [3]. При этом чешуя и хребты имели значительные прирези мышечной ткани.
Эксперименты проводили в компании ANiMOX (Адлерсхоф, Берлин, Германия). Сырье измельчали и направляли на гидролиз тремя способами: термическим (Т), ферментативным (Ф) и комбинированным ферментативно-термическим (ФТ). Водорастворимые фракции протеиновых гидролизатов сублимационно высушивали.
При Т-гидролизе измельченное сырье гомогенизировали с водой при соотношении 1:1,
помещали в автоклав при температуре 130 °С, давлении 0,25 МПа, рН 7,0 на 60 мин. Далее смесь центрифугировали при скорости вращения 3500 об./мин, при этом дисперсия разделялась на три фракции: жировую (верхнюю), протеиновую (водную, среднюю) и минерально-белковую (осадочную, нижнюю). Для осуществления Ф-гид-ролиза предварительно в течение 6 ч при постоянном перемешивании проводили ферментолиз с применением фермента Alcalase® 2,4 L (Novo-zymes, Дания) при температуре от 50 °С, рН 7,0. Последующее разделение фракций рыбоводной дисперсии проводили аналогично центрифугированием. ФТ-гидролиз (комбинированный) осуществляли при сочетании Ф-гидролиза и Т-гид-ролиза. Выбор фермента был обусловлен его высокой специфичностью по отношению к колла-геновым белкам, термоустойчивостью и доступностью.
Химический состав сырья определяли по ГОСТ 7636-851. Фракционный состав протеинов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на аппаратуре Phenome-nex (Yarra 3uSEC-2000). Сущность метода заключается в разбавлении и фильтровании пробы образцов, разделении на фракции и идентификации средней молекулярной массы фракций на приборе UV-Detektor с диаметром нанофильтра 214 нм. С помощью молекулярного стандарта коррелировалось время выхода молекул. Анализ проводился при рН 6,8.
Аминокислотный (АК) состав протеинов определяли в лаборатории UBF (Алтландсберг, Германия) высокоэффективной жидкостной ионообменной хроматографией с идентификацией ультрафиолетовым и флуориметрическим детекторами (Agilent Technologies1200 Series Infinity DAD и 1260 FLD). Сбалансированность АК-сос-тава определяли относительно «идеального» белка по показателю «аминокислотный скор» (АКскор) [8].
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методами регрессионного анализа с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office 2010 при вероятности вывода 95%.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка химического состава рыбных отходов приведена в табл.1.
1 ГОСТ 7636-85. Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Методы анализа / GOST 7636-85. Ryba, morskie mlekopitayushchie, morskie bespozvo-nochnye i produkty ikh pererebotki. Metody analiza [State Standard 7636-85. Fish, marine mammals, invertebrates and products of their processing. Methods of analysis]. Moscow: Standartinform Publ., 2010, 123 p.
Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что рыбные отходы содержат более всего протеинов (41,7-60,5% СВ), много жира (28,3-48,7% СВ) и минеральных веществ (10,9-25,5% СВ). Наибольший практический интерес имеют протеины («рыбный коллаген»).
Представляют интерес результаты сравнительного исследования выхода протеиновой, жировой и минерально-протеиновой фракций в результате гидролиза данного рыбного сырья
тремя различными способами (табл. 2).
Из представленных в табл. 2 данных следует, что Ф-Т-гидролиз обеспечивает максимальный выход протеинов из всех видов рыбного сырья (38,22-57,2% СВ), что подтверждают данные, приведенные на рис. 1. Ф-гидролиз позволяет получить наибольший выход жира (20,83-45,05% СВ), а Т-гидролиз - наибольший выход осадочной фракции, содержащей водонерастворимые протеины и минеральные вещества (17,7-24,2% СВ).
Таблица 1
Общий химический состав отходов от разделки рыбы
Table 1
General chemical composition of fish processing by-products
Вид рыбы и вторичного сырья Содержание
сухих веществ протеина минеральных веществ жира
% сырья % СВ* % сырья % СВ % сырья % СВ % сырья % СВ
головы 34,6 100 16,0 46,2 8,62 25,5 9,80 28,3
Сардина чешуя 27,1 100 15,3 56,7 3,27 12,1 8,46 31,3
хребты 41,0 100 17,2 42,0 3,80 9,28 20,0 48,7
Сардинелла головы чешуя 37,4 33,3 100 100 15,6 20,2 41,7 60,5 6,96 3,62 18,6 10,9 14,8 9,53 39,7 28,6
* СВ - сухие вещества.
Выход протеиновой, жировой и минерально-протеиновой фракций в гидролизатах различного коллагенсодержащего рыбного сырья
Таблица 2
Yield of protein, fat and mineral-protein fractions in hydrolyzates of various collagen-containing fish raw materials
Тable 2
Вид Способ гидролиза Выход фракции
вторичного протеиновой жировой минерально-протеиновой
сырья % сырья % СВ** % сырья % СВ % сырья % СВ
Сардина
Т* 4,46 16,53 5,37 19,87 17,7 65,5
Чешуя Ф* 11,2 41,5 7,08 26,19 9,13 33,78
ФТ* 13,4 49,66 6,34 23,46 7,71 28,53
Т 8,81 25,44 5,17 14,93 21,2 62,71
Головы Ф 10,2 29,45 8,85 25,55 16,0 47,33
ФТ 14,4 41,58 7,56 21,83 13,1 38,75
Т 7,94 19,39 14,2 34,58 19,3 47,13
Хребты Ф 14,2 34,67 18,5 45,05 8,52 20,8
ФТ 21,7 52,99 14,6 35,55 5,10 12,45
Сардинелла
Т 5,94 17,79 3,81 11,43 24,2 72,87
Чешуя Ф 12,5 37,44 6,94 20,83 14,4 43,36
ФТ 19,1 57,2 7,61 22,84 6,99 21,05
Т 10,6 28,33 7,33 19,66 19,9 53,18
Головы Ф 12,2 32,61 12,9 34,6 12,5 33,4
ФТ 14,3 38,22 10,7 28,7 12,8 34,21
*Т- термический гидролиз; Ф - ферментативный гидролиз; ФТ- ферментативно-термический гидролиз; **СВ - сухие вещества
На рис. 2 представлены результаты оценки фракционного состава пептидной фракции в гидролизатах чешуи сардины и сардинеллы. Видно, что во всех образцах протеинов на низкомолекулярные фракции (ММ менее 10 кДа) приходится
46,2-98% массы гидролизатов. Данные пептиды представляют интерес для функционального и специализированного питания, поскольку имеют повышенную биодоступность и скорость диффузии в организме [6, 9-11].
20-10 ММ, кДа а - Т-гидролиз
20-10 ММ. кДа b - Т-гидролиз
20-10 кДа
с - Ф-гидролиз
Ф-гидролиз
и 70% -ш
§60% a
О 50%
и
О
Э~40% ID
° 30% -О
£20% j
«10% О
0%
>9,6%
15,2% 1
2,6% 1)3% 2,8% 3,7%
кДа
е - ФТ-гидролиз
ММ, кДа
f-ФТ-гидролиз
Рис. 2. Распределение пептидов по ММ в протеиновой фракции чешуи сардины (а, c, e) и сардинеллы (b, d, f) при различных способах гидролиза
Fig. 2. Distribution of peptides by MM in the protein fraction of sardine scales (а, c, e) and sardineiia (b, d, f) after using various methods of hydrolysis
Они выполняют пластические функции, обусловливают анаболический, иммунный, антиокислительный и другие биологические эффекты, характеризуются высокой терапевтической эффективностью [12, 13].
На гистограммах рис. 3 отражено молекуляр-но-массовое распределение пептидов в протеиновой фракции при различных способах гидролиза голов сардины.
Из рис. 3 видно, что Ф-гидролиз голов сардины (рис. 3, с) обеспечивает максимальное получение пептидов с ММ < 10 кДа (98,1%), Т-гидролиз
(рис. 3, Ь) дает их минимальное количество (45,4%), а Ф-Т-гидролиз - около 90% (рис. 3, е, Т).
Содержание пептидов с ММ < 10 кДа зависит от способа гидролиза различного кол -лагенсодержащего рыбного сырья. Экспериментальные данные отражены на гистограмме (рис. 4).
Наибольший выход низкомолекулярных пептидов возможно получить при Ф-гидролизе (97,698,1% массы протеинов) и Ф-Т-гидролизе (46,291,7% массы протеинов) всех видов рыбных отходов (см. рис. 4).
c
Рис. 3. Молекулярно-массовое распределение пептидов в протеиновой фракции при различных способах гидролиза голов сардины: a - ферментолиз при 50 °С, 6 ч; Ь - термолиз при 130 °С, 60 мин;с - ферментолиз-термолиз
Fig. 3. Molecular weight distribution of peptides in the protein fractions alter using various methods of hydrolysis of sardine heads: a - fermentolysis at 50 °C, 6 h; b - thermolysis at 130 °C, 60 min; c - fermentolysis-thermolysis
Рис. 4. Содержание пептидов с ММ < 10 кДа при различных способах гидролиза различного коллагенсодержащего рыбного сырья
Fig. 4. Content of peptides with MM < 10 kDa after using various hydrolysis methods with various collagen-containing fish raw materials
Данные о химическом составе протеиновых фракций приведены в табл. 3.
Из данных табл. 3 следует, что во всех протеиновых гидролизатах значительный процент от массы сухих веществ приходится на протеины -92,3-96,9% СВ. Качество полученных протеинов оценивали по аминокислотному (АК) составу, сравнивая его с АК составом сырья. Известно, что для первичной структуры коллагенового белка характерно высокое содержание глицина, низ-
кое содержание цистина, цистеина и отсутствие триптофана, при этом содержание остатков про-лина и гидроксипролина может составлять 20% и более массы белка [14].
Результаты анализа АК состава белков сырой чешуи сардины и сардинеллы, а также продуктов их гидролиза представлены в таблицах 4-7. Сбалансированность АК-состава оценивали по АКскору каждой незаменимой аминокислоты.
Таблица 3
Химический состав протеиновых фракций гидролизатов рыбного сырья
Table 3
Chemical composition of protein fractions of hydrolyzates from fish raw materials
Вид Способ Содержание, % СВ
вторичного сырья
гидролиза Протеин Жир Зола
Сардина
Т 94,7 1,15 2,56
Чешуя Ф 96,1 4,07 4,80
ФТ 95,0 1,74 0,14
Т 95,9 2,93 9,48
Головы Ф 92,3 0,96 9,33
ФТ 96,4 2,35 6,74
Т 94,7 0,80 6,57
Хребты Ф 93,1 2,77 5,14
ФТ 95,9 5,15 4,54
Сардинелла
Т 95,2 0,85 3,66
Чешуя Ф 96,9 6,20 2,93
ФТ 96,9 6,7 1,49
Т 94,5 1,16 11,9
Головы Ф 94,4 1,78 14,9
ФТ 95,4 0,46 7,02
Таблица 4
Аминокислотный состав белков чешуи сардины, сардинеллы
Table 4
Amino acid composition of sardines and sardinella scales
Средняя массовая доля в сухой чешуе
Аминокислота сардины сардинеллы
г /100 г г /100 г г /100 г г /100 г
белка чешуи белка чешуи
Аланин 5,84 3,31 11,20 5,60
Аргинин 7,23 4,10 7,90 4,00
Аспарагин - - 0,10 0,10
Аспарагиновая кислота 6,05 3,43 4,90 2,50
Карнозин - - 0,10 0,01
Цитрулин 0,02 0,01 - -
Цистин 0,21 0,12 - -
Глютамин 0,04 0,02 0,80 0,40
Глютаминовая кислота 9,29 5,27 8,50 4,30
Глицин 12,57 7,13 26,00 13,1
Гистидин 1,66 0,94 1,20 0,60
Гидроксипролин 9,45 4,79 10,70 4,40
Лейцин* 3,65 2,07 2,70 1,30
Изолейцин* 2,12 1,21 1,00 0,50
Лизин* 2,72 1,54 4,00 2,00
Метионин* 2,84 1,61 0,01 0,01
Орнитин 0,07 0,04 - -
Фенилаланин* 2,75 1,56 2,20 1,10
Пролин 9,42 5,34 11,70 5,90
Серин 4,00 2,27 2,90 1,50
Таурин 0,10 0,06 - -
Треонин* 1,22 1,69 2,10 1,10
Тирозин 1,53 0,87 0,60 0,30
Валин* 2,05 1,16 1,50 0,80
7 незаменимых АК 17,35 10,84 13,50 6,80
7 коллаген + эластин 76,26 40,35 86,35 35,50
*Незаменимые аминокислоты.
Таблица 5
Аминокислотный состав протеинов в гидролизатах вторичного сырья сардины, полученных методом ферментолиза (Ф-гидролиз), г/100 г белка
Table 5
Amino acid composition of proteins in hydrolysates from sardine processing by-products alter enzymatic hydrolysis (F-hydrolysis), g/100 g of protein
Аминокислота Головы Хребты Чешуя «Идеальный» белок ФАО/ВОЗ
Содержание АКскор, % Содержание АКскор, % Содержание АКскор, %
Аланин 8,61 - 6,61 - 13,74 - -
Аргинин 2,52 - 4,82 - 13,39 - -
Аспарагин 0,01 - - - - - -
Аспарагиновая к-та 9,03 - 7,57 - 18,63 - -
Цитруллин 0 - 0,07 - 0,24 - -
Цистин 0,68 - 0,54 - 1,39 - -
Глутамин 1 - 0,91 - 2,18 - -
Глутаминовая к-та 13,95 - 12,39 - 29,57 - -
Глицин 7,77 - 5,27 - 10,62 - -
Гистидин* 3,62 241,3 2,86 190,6 5,56 370,7 1,5
Гидроксипролин 2,61 - 1,22 - 2,44 - -
Изолейцин* 4,82 114,8 4,96 118,1 10,2 242,9 4,2
Лейцин* 7,93 165,2 6,76 140,8 15,65 326,0 4,8
Лизин* 9,21 219,3 8,48 201,9 18,63 443,6 4,2
Метионин* 3,82 131,7 2,98 102,8 7,78 268,3 2,9
Орнитин 2,98 - 1,07 - 0,37 - -
Фенилаланин* 4,77 170,4 3,91 139,6 8,56 305,7 2,8
Пролин 6,37 - 4,61 - 9,58 - -
Серин 4,6 - 1,92 - 4,16 - -
Таурин 1,67 - 1,13 - 0,59 - -
Треонин* 4,75 169,6 4,25 151,8 10,07 359,6 2,8
Тирозин 2,3 - 2,57 - 6,09 - -
Валин* 6,84 162,9 5,66 134,8 12,11 288,3 4,2
*Незаменимые аминокислоты.
Таблица 6
Аминокислотный состава протеинов в гидролизатах из вторичного сырья сардины, полученных методом термолиза (Т-гидролиз), г/100 г белка
Table 6
Amino acid composition of proteins in hydrolysates from sardine processing by-products after thermolysis (T-hydrolysis), g/100 g of protein
Аминокислота Головы Хребты Чешу ^я «Идеальный»
Содержание АКскор, % Содержание АКскор, % Содержание АКскор, % белок ФАО/ВОЗ
Аланин 7,87 - 7,79 - 9,72 - -
Аргинин 7,41 - 7,69 - 8,27 - -
Аспарагиновая к-та 5,66 - 7,12 - 8,93 - -
Цитруллин 0,06 - 0 - 0,02 - -
Цистин 0,11 - 0,23 - 0,23 - -
Глутамин 0,7 - 0,96 - 1,15 - -
Глутаминовая к-та 10,2 - 12,81 - 17,52 - -
Глицин 11,36 - 7,72 - 8,45 - -
Гистидин* 2,15 143,3 2,89 192,7 2,24 149,3 1,5
Гидроксипролин 5,39 - 2,74 - 3,29 - -
Изолейцин* 1,86 44,3 3,05 72,6 2,95 70,2 4,2
Лейцин* 2,93 61,0 4,52 94,2 4,49 93,5 4,8
Лизин* 5,48 130,5 7,6 181,0 8,63 205,5 4,2
Метионин* 1,95 67,2 2,68 92,4 2,76 95,2 2,9
Орнитин 0,07 - 0,11 - 0,13 - -
Фенилаланин* 2,54 90,7 2,93 104,6 2,35 83,9 2,8
Пролин 5,08 - 6,07 - 4,63 - -
Серин 1,69 - 2,09 - 2,16 - -
Таурин 1,53 - 1,7 - 0,52 - -
Треонин* 1,99 71,1 2,65 94,6 2,75 98,2 2,8
Тирозин 0,95 - 1,67 - 1,72 - -
Валин* 3,35 79,8 3,71 88,3 5,17 123,1 4,2
*Незаменимые аминокислоты.
Таблица 7
Аминокислотный состава протеинов в гидролизатах из вторичного рыбного сырья сардины, полученных комбинированным способом
Table 7
Amino acid composition of proteins in the hydrolysates from sardines processing by-products after combined hydrolysis
Аминокислота Головы Хребты Чешуя «Идеальный» белок ФАО/ВОЗ
Содержание АКскор, % Содержание АКскор, % Содержание АКскор, %
Аланин 6,20 - 5,34 - 5,77 - -
Аргинин 5,04 - 4,60 - 5,12 - -
Аспарагиновая к-та 6,30 - 6,33 - 7,79 - -
Цистеин 0,61 - 0,56 - 0,68 - -
Глутаминовая к-та 9,22 - 9,86 - 12,8 - -
Глицин 9,16 - 6,21 - 6,35 - -
Гистидин* 2,15 143,3 2,41 160,7 2,25 150,0 1,5
Гидроксипролин 2,01 - 1,00 - 1,11 - -
Гидроксилизин 0,43 - 0,26 - 0,17 - -
Изолейцин* 2,75 65,5 3,24 77,1 3,72 88,6 4,2
Лейцин* 4,85 101,0 5,43 113,1 6,48 135,0 4,8
Лизин* 5,57 132,6 6,11 145,5 7,80 185,7 4,2
Метионин* 2,22 76,6 2,26 77,9 2,81 96,9 2,9
Орнитин 0,08 - 0,32 - 0,45 - -
Фенилаланин* 2,75 98,2 2,78 99,3 3,12 111,4 2,8
Пролин 5,40 - 4,06 - 4,06 - -
Серин 2,45 - 2,44 - 1,97 - -
Таурин 1,06 - 0,80 - 0,20 - -
Треонин* 2,81 100,4 3,07 109,6 2,84 101,4 2,8
Триптофан* 0,16 11,4 0,14 0,1 0,42 0,3 1,4
Тирозин 1,41 - 1,78 - 1,99 - -
Валин* 3,83 91,2 3,95 94,0 4,60 109,5 4,2
3-метил-гистидин 0,07 - 0,07 - 0,04 - -
*Незаменимые аминокислоты.
Оценка АК состава чешуи сардины и сардинеллы (табл. 4) показала, что основными АК являются, г /100 г белка: глицин - 12,57-26,00; аланин - 5,84-11,20; глутаминовая кислота -4,30-9,29; пролин - 5,34-11,70; гидроксипролин -4,40-10,70, и аргинин - 4,00-7,90, что согласуется с литературными данными [15]. Именно эти АК, а также таурин необходимы для активной физической деятельности, эргодинамики, профилактики и поддержания опорно-двигательного аппарата [16, 17].
Все протеиновые смеси (см. табл. 5) содержат практически все незаменимые аминокислоты (кроме триптофана). Наиболее богаты незаменимыми аминокислотами протеины чешуи, что можно объяснить содержанием на чешуе прирезей мышечной ткани рыбы, поскольку чешуя снималась машинным способом. Преобладающими заменимыми аминокислотами во всех смесях являются, г/100 г белка: аспарагиновая кислота -7,57-18,63; глутаминовая кислота - 12,39-29,57; аланин - 6,61-13,74; глицин - 5,27-10,62. Все продукты характеризуются высоким АКскором незаменимых аминокислот (более 100%), особенно протеины из чешуи рыб (242,9-443,6%).
Протеиновые смеси Ф-Т-гидролиза (см. табл. 7) характеризуются высоким содержанием незаменимых аминокислот. Протеины чешуи более богаты незаменимыми аминокисло-
тами, чем протеиновые фракции голов и хребтов, однако значения их аминокислотных скоров (АКскоры) несколько меньше (88,6-185,7%), чем в гидролизатах Ф-гидролиза (242,9-443,6%).
Пептидные низкомолекулярные композиции из чешуи сардины в композиции с продуктами пчеловодства были успешно апробированы в составе биодобавок для спортивного питания «АпиколлТонус» в качестве пластического материала, иммуномодуляторов, нейрорегу-ляторов и антиоксидантов [18]. Протеиновые гидролизаты из костей трески вошли в рецептуру пищевой добавки для геродиетического питания «Герогрэте», вносимой в состав кисломолочных продуктов и хлебобулочных изделий, предназначенных для питания пожилых людей [19, 20].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все биотехнологические способы гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья позволяют эффективно разделять его на три фракции - протеиновую, жировую и белково-минеральную. Наиболее эффективными по степени извлечения протеинов и повышенному содержанию низкомолекулярных протеинов являются Ф- и ФТ-гидролизы. Т-гидролиз позволяет получать достаточно чистые протеины, но содержание низкомолекулярных пептидов в них с ММ менее 10 кДа
составляет 40-68% массы. Все протеиновые композиции характеризуются наличием легко усвояемой низкомолекулярной фракции пептидов с сбалансированным аминокислотным составом, содержат незаменимые аминокислоты и ценные заменимые аминокислоты с высокой биологической активностью (глицин, аланин, глута-
миновая и аспарагиновая кислоты, лизин, валин, таурин). Выход пептидов, а также их аминокислотный состав зависят от вида гидролиза и вида сырья. Сублимированные пептидные гидролиза-ты из вторичного рыбного сырья положительно апробированы в специализированных продуктах для спортсменов и пожилых людей.
1. Kristinsson H.G., Rasco B.A. Fish Protein Hydrolysates: Production, Biochemical, and Functional Properties // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2000. V. 40. No. 1. P. 43-81. DOI: 10.1080/10408690091189266
2. Vercruysse L., Van Camp J., Smagghe G. ACE inhibitory peptides derived from enzymatic hydrolysates of animal muscle protein: a review // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2005. V. 53. No. 21. P. 8106-8115. DOI: 10.12691/jfnr-1-6-5
3. Хелинг А., Гримм Т., Волков В.В., Мезенова Н.Ю. Исследования различных способов гидролитического процесса вторичного рыбного сырья консервного производства // Вестник Международной академии холода. 2016. N 1. С. 3-8. D0I:10.21047/1606-4313-2016-16-1-3-8
4. Sarmadi B.H., Ismail A. Antioxidative peptides from food proteins: a review // Peptides. 2010. V. 31. No. 10. P. 1949-1956. DOI: 10.12691/jfnr-4-6-6
5. Воробьев В. И. Использование рыбного коллагена и продуктов его гидролиза // Известия КГТУ. 2008. N 13. С. 55-58.
6. Vanyushin B.F., Khavinson V.K. Short Biologically Active Peptides as Epigenetic Modula-tors of Gene Activity // Epigenetics - A Different Way of Looking at Genetics. - Springer International Publishing Switzerland, 2016. P. 69-90.
7. Höhling A. Herstellung und Charakterisierung von Proteinhydrolysaten tierischer Herkunft als N-Quelle für Fermentationsprozesse // DECHEMA Frühjahrstagung, Frankfurt (M). 2013. Р. 78-87.
8. Мезенова О.Я. Проектирование поликомпонентных пищевых продуктов. СПб.: Проспект науки. 2015. 224 с.
9. Хелинг А., Гримм Т., Волков В.В., Мезе-нова Н.Ю. Протеины из вторичного рыбного сырья как инновационные компоненты спортивного питания // Известия КГТУ. 2015. N 39. С. 85-94.
10. Slizyte R., Rommi K., Mozuraity R., Eck P., Five K., Rustad T. Bioactivities of fish protein hydrol-ysates from defatted salmon backbones // Biotechnology Reports. 2016. V. 30. No. 11. Р. 99-109.
КИЙ СПИСОК
11. Морозов В.Г., Хавинсон В.Х. Пептидные биорегуляторы (25-летний опыт экспериментального и клинического изучения). СПб.: Наука, 1996. 74 с.
12. Marine Proteins and Peptides. Biological activities and applications / edited by S.K. Kim. John Wiley and Sons. 2013. 785 p.
13. Беседнова Н.Н., Эпштейн Л.М. Иммуно-активные пептиды из гидробионтов и наземных животных: монография. Владивосток: ТИНРО-центр, 2004. 248 с.
14. Мезенова О.Я., Сафронова Т.М., Сергеева Н.Т., Слуцкая Т.Н. [и др.]. Биотехнология рационального использования гидробионтов: СПб: Лань, 2013. 416 с.
15. Антипова Л.В., Глотова И.А. Использование вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности. СПБ.: ГИОРД, 2006. 384 с.
16. Мезенова Н.Ю., Верхотуров В.В., Волков В.В., Байдалинова Л.С., Мезенова О.Я. Определение технологических показателей порошков биологически активных пептидов из рыбьей чешуи в составе биопродукта для спортивного питания // Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6. N 2. С.104-114.
17. Волков Н.И., Олейников В.И. Эргогенные эффекты спортивного питания. М.: Советский спорт, 2012. 99 с.
18. Пат. № 2552444, Российская Федерация. Композиция продукта с биологически активными свойствами / О.Я. Мезенова, Н.Ю. Мезенова, Л.С. Байдалинова. Опубл. 10.06.2015.
19. Пат. № 2535754, Российская Федерация. Композиция для приготовления функционального кондитерского желейного продукта и способ его получения / О.Я. Мезенова, М.В. Матковская. Опубл. 12.12.2014.
20. Пат. № 2535755, Российская Федерация. Композиция для приготовления функционального желейного продукта и способ его получения / О.Я. Мезенова, М.В. Матковская. Опубл. 20.12.2014.
REFERENCES
1. Kristinsson H.G., Rasco B.A. Fish Protein Hydrolysates: Production, Biochemical, and Functional Properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2000, vol. 40, no. 1, pp. 43-81. DOI: 10.1080/10408690091189266
2. Vercruysse L., Van Camp J., Smagghe G. ACE inhibitory peptides derived from enzymatic hydrolysates of animal muscle protein: a review. Jour-
nal of Agricultural and Food Chemistry. 2005, vol. 53, no. 21, pp. 8106-8115. DOI: 10.12691/jfnr-1-6-5
3. Kheling A., Grimm T., Volkov V.V., Mezenova N.Yu. Hydrolysis process of fish cannery byproducts. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda [Bulletin of the International Academy of Cold]. 2016, vol. 6, no. 1, pp. 3-8. D0I:10.21047/1606-4313-2016-16-1-3-8 (in Russian)
4. Sarmadi B.H., Ismail A. Antioxidative peptides from food proteins: a review. Peptides. 2010, vol. 31, no. 10, pp. 1949-1956. DOI: 10.12691/jfnr-4-6-6
5. Vorob'ev V.I. Ispol'zovanie rybnogo kollagena i produktov ego gidroliza The use of fish collagen and products of its hydrolysis. Izvestiya KGTU [News of Kaliningrad State Technical University]. 2008, no. 13, pp. 55-58. (in Russian)
6. Vanyushin B.F., Khavinson V.K. Short Biologically Active Peptides as Epigenetic Modula-tors of Gene Activity. In: Epigenetics - A Different Way of Looking at Genetics. Springer International Publishing Switzerland, 2016, pp. 69-90.
7. Höhling A. Herstellung und Charakterisierung von Proteinhydrolysaten tierischer Herkunft als N-Quelle für Fermentationsprozesse.In: DECHEMA Frühjahrstagung, Frankfurt (M). 2013, pp. 78-87.
8. Mezenova O.Ya. Proektirovanie polikompo-nentnykh pishchevykh produktov [Design of poly-component food products]. St. Petersburg: Prospekt Nauki Publ., 2015, 224 p.
9. Kheling A., Grimm T., Volkov V.V., Mezenova N.Yu. Proteins from fish by-products as innovative components of sports nutrition. Izvestiya KGTU. [News of Kaliningrad State Technical University]. 2015, no. 39, pp. 85-94. (in Russian)
10. Slizyte R., Rommi K., Mozuraity R., Eck P., Five K., Rustad T. Bioactivities of fish protein hydrol-ysates from defatted salmon backbones. Biotechnology Reports. 2016, vol. 30, no. 11, pp. 99-109.
11. Morozov V.G., Khavinson V.Kh. Peptidnye bioregulyatory (25-letnii opyt eksperimental'nogo i klinicheskogo izucheniya) [Peptide bioregulators (25 years of experience in experimental and clinical studies)]. St. Petersburg: Nauka Publ., 1996, 74 p.
12. Marine Proteins and Peptides. Biological activities and applications. Under the editorship of S.K. Kim. John Wiley and Sons Publ., 2013, 785 p.
13. Besednova N.N., Epshtein L.M. Immunoak-tivnye peptidy iz gidrobiontov i nazemnykh zhivot-nykh [Immunoactive peptides from hydrobionts and
Критерии авторства
Мезенова О.Я., Волков В.В., Мерзель Т., Гримм Т., Кюн С., Хелинг А., Мезенова Н.Ю. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Мезенова О.Я., Волков В.В., Мерзель Т., Гримм Т., Кюн С., Хелинг А., Мезенова Н.Ю. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
terrestrial animals]. Vladivostok: TINRO-tsentr Publ., 2004, 248 p.
14. Mezenova O.Ya., Safronova T.M., Sergeeva N.T., Slutskaya T.N. [et al.]. Biotekhnologiya ratsion-al'nogo ispol'zovaniya gidrobiontov [Biotechnology of rational use of hydrobionts]. St. Petersburg: Lan' Publ., 2013, 412 p.
15. Antipova L.V., Glotova I.A. Ispol'zovanie vtorichnogo kollagensoderzhashchego syr"ya myas-noi promyshlennosti [Use of secondary collagen-containing raw meat industry]. St. Petersburg: GIORD Publ., 2006, 384 p.
16. Mezenova N.Yu., Verkhoturov V.V., Volkov V.V., Baidalinova L.S., Mezenova O.Ya. Determination of technological parameters of powders active peptides from fish scales as part of bioproduct for sports nutrition. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no. 2, pp. 104-114. (in Russian). DOI: 10.21285/22272925-2016-6-2-104-114
17. Volkov N.I., Oleinikov V.I. Ergogennye effekty sportivnogo pitaniya [The Ergogenic Effects of Sports Nutrition]. Moscow: Sovetskii sport Publ., 2012, 99 p.
18. Mezenova O.Ya., Mezenova N.Yu., Baidalinova L.S. Kompozitsiya produkta s biologicheski ak-tivnymi svoistvami [Composition of a product with biologically active properties]. Patent of RF, no. 2552444, 2015.
19. Mezenova O.Ya., Matkovskaya M.V. Kompozitsiya dlya prigotovleniya funktsional'nogo kon-diterskogo zheleinogo produkta i sposob ego polu-cheniya [A composition for the preparation of a functional confectionery jelly product and a process for its production]. Patent of RF, no. 2535754, 2014.
20. Mezenova O.Ya., Matkovskaya M.V. Kompozitsiya dlya prigotovleniya funktsional'nogo zhele-inogo produkta i sposob ego polucheniya [Composition for the preparation of a functional jelly product and a method for its preparation]. Patent of RF, no. 2535755, 2014.
Contribution
Mezenova O.Ya., Volkov V.V., Moersel T., Grimm T., Kuehn S., Hoehling A., Mezenova N.Yu. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Mezenova O.Ya., Volkov V.V., Moersel T., Grimm T., Kuehn S., Hoehling A., Mezenova N.Yu. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict ofinterests regarding the publication of this article.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Ольга Я. Мезенова
Д.т.н., профессор, заведующая кафедрой пищевой биотехнологии Калининградский государственный технический университет e-mail: [email protected]
Владимир В. Волков
Заместитель директора технопарка Калининградский государственный технический университет e-mail: [email protected]
Томас Мерзель
Генеральный директор Научно-исследовательская и Консультационная лаборатория UBF e-mail: [email protected]
Томас Гримм
Генеральный директор Биотехнологическая компания ANiMOX, e-mail: [email protected]
Саша Кюн
Заведующий лабораторией Научно-исследовательская и консультационная лаборатория UBF e-mail: [email protected]
Аксель Хелинг
Д.э.н., генеральный директор Биотехнологическая компания ANiMOX e-mail: [email protected]
Наталья Ю. Мезенова
К.т.н., доцент
кафедры пищевой биотехнологии Калининградский государственный технический университет, e-mail: [email protected]
AUTHORS' INDEX Affiliations
Olga Ya. Mezenova
Dr. Sci. (Engineering), Professor Head of the Department of Food Biotechnology Kaliningrad State Technical University e-mail: [email protected]
Vladimir V. Volkov
Deputy Head of Industrial Park Kaliningrad State Technical University e-mail: [email protected]
Jörg-Thomas Mörsel
Dr. Sci. (Engineering), General Direktor UBF - Untersuchungs-, Beratungs-, Forschungslaboratorium GmbH e-mail: [email protected]
Tomas Grimm
General Director Technology company ANiMOX e-mail: [email protected]
Sascha Kuehn,
Head of Laboratory
Germany - UBF Untersuchungs-, Beratungs-,
Forschungslaboratorium GmbH
e-mail: [email protected]
Axel Höhling
Dr. Sci. (Economy), General Director Biotechnology company ANiMOX GmbH e-mail: [email protected]
Natalya Y. Mezenova
Ph.D. Sci. (Engineering), Associate Professor Department of Food Fiotechnology Kaliningrad State Technical University, e-mail: [email protected]
