CC BY
21УДК 664.959.5
И.Л. Артюхов
Дмитровский рыбохозяйственный технологический институт (филиал) Астраханского государственного технического университета, Московская область, 141821 e-mail: [email protected]
ВЫДЕЛЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ
Представлены существующие технологии выделения ферментов из гидробионтов и технология глубокой переработки отходов переработки гидробионтов с получением ферментного препарата. Описаны технологические схемы производственных процессов.
Ключевые слова: отходы, гидроциклон, мембранные процессы, гидромодуль, ферментный препарат.
I. L. Artyukhov
Dmitrov Fish-Industry Technological Institute (branch) Actrakhan State Technical University, Moscow oblast, 141821 e-mail: [email protected]
RELEASE OF ENZYMES FROM WASTES OF AQUATIC ANIMALS
The existing technologies for the isolation of enzymes from aquatic organisms and the technology of deep processing of wastes with obtaining of enzyme preparation are represented. The technological schemes of production processes are described.
Key words: waste, hydrocyclone, membrane processes, water duty, enzyme preparation.
Введение
В процессе переработки гидробионтов образуются отходы, которые, в лучшем случае, направляют на производство кормовой муки. При этом теряется такая ценная составляющая, как водорастворимые белки, из которой можно извлекать ферменты (в частности, протеолитические ферменты).
Отходы от переработки гидробионтов, богатые протеолитическими ферментами, являются доступным и дешевым сырьем. Ферменты генетически близки человеческому организму и поэтому не могут вызывать побочных действий при их применении в различных технологиях (ускорение процесса посола рыб, получение гидролизатов, створаживание молока и т. д.).
Однако существующие способы переработки гидробионтов и утилизации отходов связаны с тепловой обработкой, что полностью исключают возможность использования ферментов. Именно по этой причине ферменты рыб мало применяются как в рыбной, так и в других отраслях промышленности.
Цель работы - предложить способ более глубокой переработки отходов с получением ферментного препарата для увеличения рентабельности производства.
Технологии получения ферментов из гидробионтов
Известен способ получения ферментного препарата протеолитического действия из внутренностей свежих или мороженых рыб без половых продуктов, включающий измельчение сырья, консервирование его хлористым натрием, выдерживание сырья при 25 °С в течение 2-3 ч и при естественном физиологическом значении рН и отделение жидкой фракции фермента цен-
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, ¡промысловое и техническое использование
трифугированием. Однако активность фермента является низкой и составляет не более 2,9 ед/г. Отсутствует стадия очистки от балластных белков, микрофлоры и соли [1].
Известен способ получения протеолитического ферментного препарата из внутренних органов рыб. Измельченное сырье подвергают автолизу в присутствии воды при гидромодуле 1:0,5 при рН 6,2 ± 0,2 в течение 1-5 ч. После проведения автолиза жидкий автолизат, содержащий протеолитические ферменты, отделяют центрифугированием и подвергают очистке изопропило-вым спиртом при гидромодуле 3:1 в течение 30-40 мин. Полученный в результате очистки жидкий ферментный препарат высушивают при температуре 150-180°С в течение 5-8 с. Протеоли-тическая активность полученного препарата составляет не более 2,7 ед/г [2].
Недостатками способа является использование изопропилового спирта и высоких температур сушки. Применение изопропанола приводит к частичной потере ферментом каталитической активности, а применение повышенных температур - к термоинактивации.
Наиболее близким по техническому решению является способ получения препарата колла-геназы, описанный в патенте [3]. В качестве сырья для получения коллагеназы используют гепа-топанкреас промысловых крабов, выделение проводят гомогенизацией в 0,1 М ацетате аммония при рН 6,4. Затем осадок отделяют центрифугированием при 10000 об/мин, к супернатанту добавляют сульфат аммония 60% насыщения и через 20 ч снова центрифугируют. Полученный осадок (сульфат-паста) растворяют в дистиллированной воде до получения истинного раствора. Раствор коллагеназы очищают последовательной 2-стадийной ультрафильтрацией на мембранах, отсекающих примесные вещества. На первой стадии ультрафильтрации раствор концентрируют на половолоконной мембране с задерживающей способностью до 15 кДа. Полученный фильтрат разбавляют водой в соотношении 1:5-10 и подвергают микрофильтрации на мембране с задерживающей способностью 100 кДа, затем фильтрат концентрируют на ультрафильтрационной мембране с задерживающей способностью 15 кДа. Полученный концентрат замораживают до минус 40°С и высушивают в сублимационной сушилке.
К недостаткам способа следует отнести многостадийность очистки, большой расход дистиллированной воды, значительное падение проницаемости на первой стадии ультрафильтрационного процесса вследствие концентрационной поляризации, переход в фильтрат стабилизирующих агентов, нагрев жидкости, многократно циркулирующей в ультрафильтрационном аппарате, что приводит к денатурации фермента.
Предложен альтернативный способ утилизации рыбных отходов с более глубокой переработкой рыбного сырья с использованием мембранных процессов. Основные преимущества мембран заключаются в возможности ведения процесса без фазовых превращений и при температуре окружающей среды, в экономичности процесса и достижении очистки растворов от балластных веществ [4].
Поставленная задача достигается тем, что способ предусматривает измельчение сырья. Измельченное сырье подвергают экстракции в присутствии раствора ЫаС1 при гидромодуле 1:2,5 при естественном физиологическом значении рН и температуре 30-40°С в течение 1-2 ч. В процессе экстрагирования давление в камере, где находится гомогенат, периодически понижают до вскипания экстрагента с последующим повышением до исходного значения. После завершения экстрагирования отделяют центрифугированием жидкую фазу и выделяют ферментную составляющую. Для этого жидкую фазу направляют в гидроциклон с полупроницаемой мембраной [5], где происходит осветление ферментной составляющей и очистка от микрофлоры. Для интенсификации процесса выделения ферментной составляющей в жидкость, направляемую в гидроциклон, добавляют дробленый лед в количестве отводимого фильтрата. Это способствует увеличению проницаемости мембраны за счет снижения гелевого слоя на поверхности мембраны посредством частичек льда, а также понижает температуру раствора, что благоприятно для сохранения активности ферментов. Фильтрат после гидроциклона, в котором находятся ферменты, сразу концентрируют на ультрафильтрационной модифицированной мембране с номинальной отсекаемой молекулярной массой 20 кДа. Полученный концентрат стандартизируют и высушивают в лиофильной сушилке. Выход фермента по активности 68,2%, протеолитическая активность - не менее 12,9 ед/г.
Пример 1.
50 кг внутренностей горбуши измельчали, добавляли 3%-ный раствор ЫаС1 при гидромодуле 1:2,5 и температуре 35°С и тщательно перемешивали в течение 80 мин. В процессе экстраги-
рования давление в камере, где находится гомогенат, периодически понижали до вскипания экс-трагента с последующим повышением до исходного значения. Полученный гомогенат центрифугировали при факторе разделения lOOOOg на центрифуге с принудительным охлаждением. Жидкую фракцию, содержащую ферменты, осветляли и стерилизовали, пропуская через гидроциклон с встроенной микрофильтрационной мембраной. Предварительно в жидкую фракцию добавляли 2 кг мелкодробленого льда. Фильтрат после микрофильтрационной мембраны сразу подавали на ультрафильтрационную установку, которая непосредственно соединена с гидроциклоном таким образом, что обеспечивается полная стерильность получаемого концентрата. Полученный жидкий концентрат фасовали в стерильные ампулы или флаконы и подавали в камеру для замораживания до минус 28°С и высушивали на сублимационной сушилке.
Выход ферментного препарата 65,2%, протеолитическая активность 11,2 ед/г.
Пример 2.
10 кг внутренностей горбуши замораживали до минус 18°С. Сырье измельчали до состояния стружки при температуре окружающей среды минус 8-10°С. В измельченное сырье добавляли 0,03 М HCl-буфер до рН 5,0 в количестве 20,5 дм3 и температуре 2-5°С при постоянном перемешивании в течение 4 ч, затем центрифугировали и жидкую фракцию очищали, как в примере 1.
Выход ферментного препарата 72,4%, протеолитическая активность 21,3 ед/г.
Заключение
Таким образом, изложен способ утилизации жидких отходов с использованием мембранных процессов. Показаны его преимущества.
Результаты исследований показали, что выделение ферментов из белковых растворов с использованием мембран дает выход до 70%, при этом активность препарата не менее 20 ед./г.
Применение мембранного оборудования для выделения ферментов из жидкой фракции позволяет расширить сферу утилизации отходов с получением дополнительного коммерческого продукта.
Литература
1. Способ получения ферментного препарата протеолитического действия из внутренностей свежих или мороженых рыб: Пат. 1339917 Рос. Федерация: МКП7 5 А23В4/023, C12N9/64 / Слуцкая Т.Н., Купина Н.М., Калиниченко Т.П.', заявитель и патентообладатель Тихоокеанский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии. - № 4017065/13 заявл. 1985.12.27, опубл. 1994.07.15 Бюл. №08-2 с.
2. Способ получения протеолитического ферментного препарата из внутренних органов рыб: Пат. 2288951 Рос. Федерация: МКП7 С 12 N 9/64 / Цибизова М.И., Павелъева Л.Г., заявитель и патентообладатель Астраханский государственный технический университет. -№ 2005115629/13 заявл. 2005.05.23, опубл. 2006.12.10 Бюл. № 14.
3. Способ получения препарата коллагеназы: пат. 2265052 Рос. Федерация: МКП7 С 12 N 9/48, 9/64 / Исаев В.А., Руденская Г.П., Шмойлое А.М. ; заявитель и патентообладатель ЗАО «Научно-производственное предприятие "Тринита"». - № заявл. 2003.12.17, опубл. 2005.11. 27 Бюл. № 19.
4. Перепечкин Л.П., Будницкий Г.А. Получение и применение мембран в виде полых волокон // Научно-теоретический журнал по химии и химической технологии. - 1987. - Т. 32, № 6. -С.633-640.
5. Гидроциклон: Пат. на полезную модель. 40015 Рос. Федерация: МКП / Артюхое ПЛ., КимИ.Н. ', заявитель и патентообладатель Дальрыбвтуз, опубл. 27.08.2004. Бюл. № 24. - 3 е.: ил.
