CC BY
69
HayKOBHH BicHHK .HHyBME iMeHi C.3. IW^KOTO, 2018, T 20, № 90
HayKOBMM BiCHMK ^tBiBCtKoro Ha^OHa^tHoro yHiBepcMTeTy
BeTepMHapHoi Megw^HM Ta öioTexHO^oriw iMeHi C.3. I^M^Koro
Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
doi: 10.32718/nvlvet9007 http://nvlvet.com.ua/
UDC 637.5
The influence of a microbiological derived protease on the autolysis process in meat of broiler chickens
D. Shvedyuk1, V. Pasichnyi1, O. Moroz2, A. Heredchuk3
1National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine
2Lviv State College of Food and Processing Industry of National University of Food Technologies, Lviv, Ukraine 3Poltava University of Economics and Trade, Poltava, Ukraine
Article info
Received 07.09.2018 Received in revised form
05.10.2018 Accepted 08.10.2018
National University of Food Technologies, Volodymyrska Str., 68, Kyiv, 01033, Ukraine. Tel.: + 38-068-469-93-44 E-mail: shvedyuk. d@ukr. net, [email protected]
Lviv State College of Food and Processing Industry of National University of Food Technologies, l Pul'uya Str., 42, Lviv, 79060, Ukraine.
Poltava University of Economics and Trade, Koval Str., 3, Poltava, 36014, Ukraine.
Shvedyuk, D., Pasichnyi, V., Moroz, O., & Heredchuk, A. (2018). The influence of a microbiological derived protease on the autolysis process in meat of broiler chickens. Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. 20(90), 32-35. doi: 10.32718/nvlvet9007
The article is devoted to the influence of protease of microbiological origin on the autolysis process in broiler chicken meat. Protease made by Aspergillus fungi was chosen as an enzym. According to the experiment plan, 5 samples were made, including a control sample, in which autolytic processes were performed without the addition of an enzyme. The experimental group (samples I-IV) included samples with 30, 50, 70 and 90 mg of the added enzyme solution, respectively, per 100 g of basic meat raw material. After introduction of the enzyme and parallel fixation of the studied control parameters before maturation, the samples were .stored at 4-6 °C for 2 days. The selected physicochemical parameters were studied in all samples after 1 and 2 days of storage. Among the parameters studied, the following were selected: pH, water-holding capacity (WHC), water binding capacity (WBC), fat binding capacity (FBC), moisture content, and optical density by measuring of soluble and water-soluble proteins volume. Examenated transition of proteins from salt- to water-soluble experimental group also as their overall solubility is noticeably higher than in the control sample. Among the functional and technological characteristics, these samples have shown a high pH and WHC levels. The WBC, FBC and total water content show a slight increase. The values of the studied parameters among the samples I-IV have not shown a noticeable difference. For research minced meat at 48 hours of maturation compared with the control, the increase of WHC was accordingly from 16.4 to 18.4%, the value of the university increased by 9.1-19.1%, and FBC by 1.1-5.9%. At the same time, the change in the proportion of salt and algae protein substances of minced meat according to the optical density for 48 hours of maturation was equalized with the control and the variation of this index fluctuated within 1-2 units. A literature and studies sources review have shown the effectiveness of microbial-derived protease enhancement under the action of protease ASP on the functional-technological indices of white meat of broiler chickens. It has been determined that when injecting into broth from chicken broiler meat, ASP proteases in an amount of 30 to 90 mg per 100 g of raw materials, an increase in the thermal stability indices for FBC by 1.1-5.9%, in higher education institutions by 9.1-19.1%, which makes it possible to effectively model the increase in the functional and technological characteristics of minced meat from the amount of enzyme addition and maturation time.
Key words: proteases, fermentation, poultry meat, functional and technological properties, physico-chemical properties, autolysis.
Bn^HB npoTea3H MiKpoßio^oriHHoro noxog^eHHH Ha npo^c aBTo^i3y y m'HC KypnaT-ßpoH^epiB
fl.A. fflBegroK1, B.M. nacinHHH1, 0.0. Mopo32, A.M. repegnyK3
'EatyOHCwbHuu ynieepcumem xcpuoeux техноmгiü, m. Kuie, YKpaiHC
2^beiecbKuu dep^cenuu mnedw xcpuoeoi i nepepoönoi npoMucmeocmi Нcцiонcмbного ynieepcumemy xcpuoeux техноmгiü, m. flbeie, YKpaiHC
Науковий вкник ЛНУВМБ iMeHi С.З. Гжицького, 2018, т 20, № 90 3Полтавський утверситет економжи i торггвлг, м. Полтава, Украгна
Стаття присвячена впливу протеази MiKpo6ioMosi4noso походження на процес автолгзу в м'яci KypHüm^poÜMepie. Як фермент обрана протеаза, що продукуетъся грибами виду Aspergillus. 3zidm з планом експерименту розроблено 5 зразшв, включаючи конт-рольний, у якому автолтичт процеси проходили без внесення ферменту. До^дна група (зразки I-IV) включала в себе зразки, у як вносили вiдпoвiднo 30, 50, 70 та 90 мг розчину ферменту на 100 г основног м 'ясног сировини. Шсля внесення ферменту та парале-лъног фжсаци до^джуваних показниюв контролю перед дoзpiванням, зразки збер^али за температури 4-6 °С протягом 2 дiб. Ображ фiзикo-хMiчнi показники до^джували в уЫх зразках тсля 1 та 2 дiб зберкання. Серед до^джуваних показниюв обрано наступт: рН, вологозв'язувалъна здаттстъ (ВЗЗ), вологоутримувалъна здаттстъ (ВУЗ), жироутримуюча здаттстъ (ЖУЗ), вологовмкт, оптична густина при вимipюваннi солерозчинних та водорозчинних бтюв. В до^днш гpупi виражений перех1д бттв iз соле- до водорозчинних, а гхня загалъна розчинтстъ помШно вища, тж у контролъному зразку. Серед функцюналъно-mехnoлoгiчних характеристик дан зразки показуютъ вищий piвенъ рН та ВЗЗ. Показники ВУЗ, ЖУЗ та загалъний вологовмкт демонструютъ незначне зростання. У значеннях до^джуваних показнитв серед зразмв I-IV нема помтног piзницi. Загалом, проведен до^дження демонструютъ позитивний вплив протеази мiкpoбioлoгiчнoгo походження на фiзикo-хiмiчнi характеристики м 'яса куpчаm-бpoйлеpiв.
Ключовi слова: протеази, ферментащя, м 'ясо птищ, функцioналънo-mехнoлoгiчнi показники, фiзикo-хiмiчнi показники, авто-
лiз.
Вступ
Враховуючи те, що протеази мжробюлопчного походження мають нижчу за синтетичш аналоги собь варпсть, а також здатш виршувати шлу низку за-вдань залежно ввд шдвид1в м1крооргашзм1в, яш е !хшми продуцентами, перспективним е дослвдження впливу цих ферменпв на основш види м'ясно! сировини (Currin et al., 2015).
Цвшев1 гриби роду Aspergillus одомашнеш понад 1500 рошв тому на територп Азп. Використання цього виду оргашзм1в може мати р1зне призначення - залежно ввд шдвид1в гриб1в. Першим з дослвджених приз-начень аспергил е !х здатшсть до пдрол1зу б1лшв рослинно! сировини. Таким чином, юторично ш орга-шзми беруть участь у ферментативних процесах в технологй' виготовлення соевого соусу (Souza et al.,
2015). Також пвдвид даних гриб1в, ввдомий як "плю-нява КодзГ', широко застосовують для розщеплення крохмалю на моносахариди для пришвидшення про-цеав молочнокислого бродшня у технологи тради-цшних алкогольних напо!в кра!н Сходу (найбшьш ввдомий приклад - саке) (Bekhit et al., 2014). Також ввдомою е д1я ферменпв, що продукуються Aspergillus oryzae на бшки м'ясно! сировини (Al Loman and Ju,
2016).
Колективом вчених з Ново! Зеланди проведено пор1вняльний анал1з протеаз р1зного походження (не включаючи тваринш) з точки зору !х впливу на кон-систенцш м'ясно! сировини (Bekhit et al., 2014). Використання екзогенних протеаз для полшшення кон-систенцп м'яса останшм часом викликае великий штерес. Даш ферменти можуть бути використаш для виробництва н1жного м'яса та полшшення органолеп-тичних характеристик низькосортно! сировини (Shvediuk and Pasichnyi, 2018). Серед уах екзогенних протеаз для розм'якшення м'ясно! сировини найтипо-вшими е так1, як папа!н, бромелайн i фицин. Нов1 рослинш протеази (акпшдш i зiнгiбаiн) i мжробш ферментнi препарати останнiм часом визнаш перспе-ктивними завдяки бiльш контрольованому впливу на м'ясну сировину i перевагу в цiнi. Успiшне використання цих ферменпв у свiжому м'ясi вимагае визна-чення !х ферментативно! кинетики i характеристик, а також розумшня впливу умов навколишнього середо-
вища на м'ясну сировину (рН, температура) та фер-ментативну активнiсть, змiну розчинностi фракцiй бшшв, як1 впливають на функцiонально-технологiчнi показники м'ясно! сировини (Pasichnyi et al., 2008). Це дозволяе створювати оптимальш умови для виробництва свiжого м'яса i усувати або зменшувати будь-яш негативнi впливи на iншi якiснi характеристики (Ukrainets et al., 2017).
Таким чином, оптимальними з точки зору техно-логп та собiвартостi визнано так ферменти, як1 мають найб№ш контрольовану активнiсть та е найстабшь-нiшими. Ферменти, як1 продукуються грибами Aspergillus, цшком вiдповiдають цим вимогам. Також важ-ливим е те, що щ ферменти можуть одночасно ферме-нтувати i бшки рослинно! сировини. Це дае можли-вiсть розробки комбiнованих м'ясо-рослинних проду-ктiв шдвищено! бiологiчно! цiнностi (Shvediuk et al., 2016).
Метою проведених дослвджень було дослвдити вплив ферментацй' за допомогою протеаз мжробюло-гiчного на хвд процесу автолiзу у м'яс курчат брой-лерiв.
Об'ектом дослвджень е м'ясо курчат-бройлерiв та протеаза мжробюлопчного походження, що продук-туеться грибами виду Aspergillus spp (надалi в текстi -ASP [Aspergillus spp protease]).
Зпдно з планом експерименту дослщжували 5 зразшв фаршу бiлого м'яса курчат бройлерiв (подабнен-ня 2-3 мм), що вiдрiзнялись рiвнем введення ферменту. Кшьшсть внесено! протеази ASP для зразшв I-IV вiдповiдно становила 30, 50, 70 та 90 мг ферменту на кожш 100 г м'ясного фаршу. Контролем слугував зразок, автолiз у якому проходив без внесення протеази ASP. Дозрiвання уах зразшв проходило протягом 1 i 2 дiб за температури 4-6 0C. На початку ферментацй та тсля 1 та 2 дiб дозрiвання було дослвджено фiзико-хiмiчнi показники фаршiв. У процес дослiджень ви-значали: значения рН, вологозв'язуючу здатнiсть (ВЗЗа), вологоутримувальну здатшсть (ВУЗ), жироут-римувальну здатнiсть (ЖУЗ), вмют вологи, значення оптично! густини екстрактiв при визначеннi вмiсту солерозчинних та водорозчинних бшшв у дослвдних зразках фаршiв.
MaTepia™ i методи досл1джень
Вимiрювання рН проводили потенцiометричним методом, вологовмют - арбiтражним методом, а ВЗЗа - методом пресування (Strashynskyi et al., 2016). Ви-мiрювання оптично! густини проводилось за бiурето-вим методом (Hou et al., 2014). Вимiрювання ЖУЗ та ВУЗ проводилось за допомогою жиромiра за арбира-жним методом (Paska et al., 2014).
Вибiр даних фiзико-хiмiчних та функцюнально-технологiчних характеристик обумовлений сукупшс-тю факторiв. Визначення рН та вологосп фаршiв дае можливiсть сформувати уявлення про базовi змiни !х функцiонально-технологiчних характеристик. Значения ВЗЗа ввдображае технологiчний потенцiал об-рано! сировини та функцiональнiсть и бшшв. Визна-чення ВУЗ та ЖУЗ проводилось з метою виявлення впливу направлено! ферментацп на термостабшьшсть фаршiв i можливiсть тдвищення функцюнально-технологiчних характеристик м'яса курчат-бройлерiв. Показники оптично! густини екстрактiв з м'ясного фаршу, визначеш за бiуретовим методом, дозволили визначити вiдносну змшу кiлькостi водо- та солероз-чинних бiлкiв фаршево! системи, не застосовуючи при цьому калiбрувальних графЫв.
Вщмова вiд калiбрувальних графiкiв обумовлена тим, що !х побудова пiд кожен коректний вид продукту вимагае великих обсяпв роботи i ускладнена через
специфiчнi оптичнi характеристики розчину ферменту (Unrean et al., 2013). З шшо! точки зору, в процес дослiдження нас щкавить саме змша властивостей та шлькосл рiзних груп бiлкiв у ходi процесу, а не !хня абсолютна шльшсть, яка залежить в1д багатьох фак-торiв, що характеризують яшсть м'ясно! сировини (Klymenko et al., 2006).
Результата та ix обговорення
В табл. 1 представлено значения дослвджуваиих показнишв за досл1дними варiантами на 1 i 2 добу дозрiвання фаршiв з внесениям протеази ASP.
З наведених у табл. 1 даних видно, що фонове зна-чення показникiв фаршу з бшого м'яса курчат-бройлерiв за сво!ми характеристиками не вiдрiзиялось вiд традицшних показник1в дано! сировини (Klymenko et al., 2006). В процес дозрiвання конт-рольний зразок фаршу без внесення протеази демонс-трував типову змiну значень основних показнишв. На першу 24 годину дозрiвання вщбувалось збiльшения значень ВЗЗа на 34,2%, незначне шдвищення значения ВУЗ на 2,7%, при зниженш ЖУЗ бiльше шж на 6%, тимчасом як на 48 годину дозрiваиия показник ВЗЗа контрольного фаршу порiвияно з 24 годинами дозрь вания знизився на 13,4%, ВУЗ збшьшився на 5,9% порiвияно з фоном i ввдбулось практичне в1дновления значень ЖУЗ до фонового.
Таблиця 1
Характеристики фарш1в м'яса курчат-бройлер1в в час дозр1вання з внесеною протеазою ASP
Назва рН ВЗЗа,% ВУЗ, % ЖУЗ, % Вмют Показник оптично! густини водних розчишв бшкш, од.
вологи, % Солерозчинш Водорозчинш
Без дозршання (фон)
Контроль 6,05 54,82 47,4 72,0 73,15 92 91,5
На першу 24 годину дозршання
Контроль 6,20 73,60 48,70 67,50 74,34 91 92
ЗразокI 6,40 74,75 54,30 66,80 75,60 89 95
Зразок II 6,50 73,50 53,90 69,20 73,82 94 96
Зразок III 6,50 70,10 55,50 65,50 74,32 92 94
Зразок IV 6,55 69,85 57,10 68,40 75,42 91 93
На другу 48 годину дозршання
Контроль 6,70 63,74 50,20 70,20 77,32 87 86
Зразок I 6,55 74,92 54,80 74,10 77.82 89 85
Зразок II 6,60 75,50 56,40 73,30 78,54 87 88
Зразок III 6,60 73,80 57,30 71,00 78,05 89 86
Зразок IV 6,80 74,20 59,80 74,40 76,25 88 89
Показники накопичення у фаршi соле- та водороз-чинних бiлкових речовин контролю були на 48 годину дозрiвания, порiвияно з фоном, вищими на 5-5,5 оди-ниць оптично! густини, що сввдчить про накопичения розчинних бшкових речовин за рахунок природних автолiтичних змiн у м'ясi курчат-бройлерiв, що коре-люеться зi змшами рН на етапах дозрiваиия як для контролю, так i зразшв з внесениям протеази ASP.
Для зразшв фаршiв з внесениям протеази ASP по-рiвняно з фоном на 24 годину збер^аиия значения ВЗЗа при внесенш 30 мг ферменту були кращими, нiж у контрольного. При б№шш частцi ферменту на першу добу дозрiваиня ВЗЗа дещо поступаеться контро-
лю. Однак за ефектившстю п1двищення значень ВУЗ, тобто пвдвищенням термостабшьносл фарш1в внесения протеази проявляе достов1рну тенденцш до збшь-шення на 12,1-17,2%. По ЖУЗ таке тдвищення скла-ло на 24 годину дозр1вання 2,0-2,5%.
Для дослщних фарш1в на 48 годину дозр1вання, пор1вняно з контролем, збшьшення ВЗЗа склало ввд-поввдно ввд 16,4 до 18,4%, значення ВУЗ зб1льшилось на 9,1-19,1%, а ЖУЗ на 1,1-5,9%. Водночас змша частки соле- i водорозчиннних бшкових речовин фа-рш1в за показником оптично! густини на 48 годину дозрiвання вирiвнювалась з контролем i варшвання даного показника коливалось в межах 1-2 одиниць.
Висновки
Огляд лiтературних джерел та проведет досль дження доводять ефектившсть п1двищення тд дiею протеази ASP мтробюлопчного походження на фун-кцюнально-технолопчних показник1в бiлого м'яса курчат-бройлерiв. Визначено, що при внесент на фарш з м'яса курчат-бройлерiв протеази ASP в шль-костi ввд 30 до 90 мг на 100 г сировини досягаеться пвдвищення показнишв термостабшьносл щодо ЖУЗ на 1,1-5,9%, ВУЗ - на 9,1-19,1%, що дозволяе ефек-тивно моделювати пвдвищення функцюнально-технологiчних показник1в фаршiв залежно ввд кшько-стi внесення ферменту i часу дозрiвання.
Перспективы подалъших до^дженъ. Подальшi дослвдження будуть спрямоват на визначення рацю-нально! кшькосл кухонно! солi, цукрiв та регуляторiв кислотностi для оптимiзацil спiльного використання даних харчових добавок з протеазою ASP у складi м'ясних фаршiв на основi традицiйних видiв м'ясно! сировини i при !х комб^вант з бiлкововмiсними рослинними наповнювачами.
References
Currin, A., Swainston, N., Day, P.J., & Kell, D.B. (2015). Synthetic biology for the directed evolution of protein biocatalysts: navigating sequence space intelligently. Chemical Society Reviews, 44(5), 1172-1239. doi: 10.1039/c4cs00351a. Souza, P. M., Bittencourt, M.L.D.A., Caprara, C.C., Freitas, M.D., Almeida, R.P.C., Silveira, D., & Magalhäes, P.O. (2015). A biotechnology perspective of fungal proteases. Brazilian Journal of Microbiology, 46(2), 337-346. doi: 10.1590/S1517-838246220140359. Bekhit, A.A., Hopkins, D.L., Geesink, G., Bekhit, A.A., & Franks, P. (2014). Exogenous proteases for meat tenderi-zation. Critical reviews in food science and nutrition, 54(8), 1012-1031. doi: 10.1080/10408398.2011.623247. Al Loman, A., & Ju, L.K. (2016). Towards complete hydrolysis of soy flour carbohydrates by enzyme mixtures for protein enrichment: a modeling approach. Enzyme and microbial technology, 86, 25-33. doi: 10.1016/j.enzmictec.2016.01.010. Bekhit, A.A., Hopkins, D.L., Geesink, G., Bekhit, A.A., & Franks, P. (2014). Exogenous Proteases for Meat Tender-ization. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 54(8), 1012-1031, doi: 10.1080/10408398.2011.623247. Shvediuk, D.A., & Pasichnyi, V.M. (2018). Vykorystan-nia tsilovoi fermentatsii u tekhnolohii miasomistkykh produktiv podovzhenoho terminu zberihannia. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu "KhPI". Se-
riia: Novi rishennia v suchasnykh tekhnolohiiakh, 16(1292), 184-190 (in Ukranian).
Pasichnyi, V.M., Moroz, O.O., & Zakhandrevych, O.A. (2008). Doslidzhennia kharakterystyk miasnykh farshiv z vykorystanniam v protsesi posolu molochnoi syrovatky ta sukhoho moloka. Naukovyi visnyk LNUVMT im. S.Z. Gzhytskoho, 10, 2(37), 101-104 (in Ukranian).
Ukrainets, A.I. Pasichnyi, V.M., Moroz, O.O., & Nevodi-uk, I.V. (2017). Vykorystannia bilkovykh napov-niuvachiv u vyrobnytstvi napivkopchenykh kovbas. Naukovi pratsi Natsionalnoho universytetu khar-chovykh tekhnolohii, 23(2), 226-233. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Npnukht_2017_23_2_29 (in Ukranian).
Shvediuk, D.A., Pasichnyi, V.M., & Prokhorenko, Zh.I. (2016). Doslidzhennia fizyko-khimichnykh vlas-tyvostei napivfabrykativ miasnykh z dodavanniam bilkovo-zhyrovykh emulsii na osnovi kupazhovanykh zhyriv. Visnyk Nats. tekhn. un-tu "KhPF: zb. nauk. pr. Ser. : Novi rishennia v suchasnykh tekhnolohiiakh, 42(1214), 223-227 (in Ukranian).
Strashynskyi, I.M., Pasichnyi, V.M., & Fursik, O.P. (2016). Stabilizatsiia pokaznykiv farshiv varenykh kovbas z vykorystanniam bilokvmisnoi kompozytsii. Naukovi pratsi Natsionalnoho universytetu khar-chovykh tekhnolohii, 22(1), 210-218. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Npnukht_2016_22_1_26 (in Ukranian).
Hou, X., Liang, R., Mao, Y., Zhang, Y., Niu, L., Wang, R., & Luo, X. (2014). Effect of suspension method and aging time on meat quality of Chinese fattened cattle M. Longissimus dorsi. Meat science, 96(1), 640-645. doi: 10.1016/j.meatsci.2013.08.026.
Paska, M.Z., Markovych, I.I., & Symonov, R. (2014). Funktsionalno-tekhnolohichni pokaznyky napivkop-chenykh kovbas iz chastkovoiu zaminoiu miasnoi syrovyny boroshnom sochevytsi. Naukovyi visnyk Lvivskoho natsionalnoho universytetu veterynarnoi medytsyny ta biotekhnolohii im. Gzhytskoho, 16, 3(4), 119-128. http://nbuv.gov.ua/UJRN/nvlnu_2014_ 16_3%284%29__20 (in Ukranian).
Unrean, P., Pimsamarn, J., Kitsubun, P., & Tongta, A. (2013). Fuzzy logic control of rotating drum bioreactor for improved production of amylase and protease enzymes by aspergillus oryzae in solid-state fermentation. Journal of microbiology and biotechnology, 23(3), 335342. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23462006.
Klymenko, M.M., Vinnikova, L.H., Bereza, I.H., & Honcharov, H.I. (2006). Tekhnolohiia miasa ta miasnykh produktiv. Pidruch. K.: Vyshcha osvita (in Ukranian).
