Д-р техн. наук, профессор Л.В. Антипова
Аспирант Г.А. Хаустова
Аспирант До Ле Хыу Нам
Кандидат техн. наук, доцент О.П. Дворянникова
Воронежская государственная технологическая академия
Рыба и морепродукты – важнейшие компоненты пищи человека. Они имеют огромное значение как источники белков, жиров, минеральных веществ, содержат такие физиологически важные элементы, как калий, кальций, магний, железо, фосфор и комплекс необходимых для человека витаминов.
Несмотря на крайний упадок, происшедший в начале 2000-х годов, рыбная отрасль начинает наращивать обороты: прекратился произвольный передел флота, многие предприятия научились обходиться без дотации государства, стабилизировались отношения между собственниками судов и рыболовными бригадами. Появляется большее количество рыбных комбинатов и небольших предприятий, новые наращивают обороты. Это связано прежде всего с активной политикой государства («Концепция развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 года», «Водный кодекс РФ № 74-ФЗ», «Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года» и др.)
Несмотря на возрастающий спрос на рыбную продукцию и то, что рыболовством заняты практически все страны, используются эти ресурсы далеко не полностью и часто весьма нерационально.
При выпуске рыбной продукции, предусматривающем наиболее рациональное использование рыбы и вторичных продуктов разделки, необходимо не только внедрение новых технологических схем производства и высокотехнологичного оборудования, но и соблюдение правил транспортировки, хранения, приготовления пищевых рыбных продуктов, но и сохранение их без потерь.
Сегодня перспективно выделение из вторичных продуктов разделки рыб белка коллагена (содержание которого в шкуре составляет около 90% от всех белков, в чешуе – 50, в плавательном пузыре – около 60%). Главное свойство, обусловливающее применение коллагенсодержащего сырья в пищевой промышленности, - его способность «склеивать» компоненты пищевой системы, придавая им монолитность и целостность.
Один из эффективных путей рационального использования нетрадиционного рыбного сырья – биомодификация белковых систем за счет применения специфических ферментов. Это направление в рыбной отрасли только развивается. При решении вопроса подбора протеаз в производстве продуктов важное значение имеют их специфичность к определенной к определенной пептидной связи гидролизируемого белка, а также активность и стабильность протеаз как функции рН и температуры, присутствие активаторов и ингибиторов, стоимость и возможность приобретения препарата, а также безвредность для человека. Учет этих критериев дает возможность оценки различных по специфичности протеаз при их использовании в промышленности.
Знание химического состава исходного сырья во многом определяет первичный отбор ферментных препаратов. Учитывая значительную массовую долю суммарных белков, а также наличия углеводных фракций в коллагенсодержащих объектах, нами избраны ферментные препараты: протосубтулин ГЗх, амилосубтилин ГЗх, «ЭНЗИ-МИКС У» (протепсин) и панкреатин. Они распространены, стоимость приемлема по сравнению с другими ферментными препаратами протеолитического действия, производятся на территории России, апробированы при получении пищевых, кормовых и технических продуктов, безвредны для человека. Сегодня освоен выпуск нового отечественного препарата протеолитического действия – «ЭНЗИ-МИКС У» животного происхождения на базе ООО «Завод Эндокринных Ферментов» (п. Ржавки, Московская область), рекомендуемый производителем для мясной, молочной и рыбной промышленности.
Препарат сертифицирован, действует в кислой и слабокислой средах, и стабилен при температурах 25…50 ⁰С, способен расщеплять водо-, соле- и щелочерастворимые белки, стимулирует такие функционально -технологические свойства пищевых систем, как водоудерживающая, жироудерживающая способности, снижает прочностные характеристики сырья, особенно после термообработки. По механизму действия близок к ферментам пепсиновой группы (карбокислым протеиназам) и является синергистом ферментов пищеварительного тракта и катепсинам мышечной ткани. Отвечает предъявленным требованиям при обработке рыбного сырья: проявляет активность к деструкции мукополисахарного комплекса, снижает устойчивость соединительной ткани к нагреву и стимулирует гидролиз коллагена и эластина, действует в слабокислой, характерной для большинства пищевых систем, среде с максимальной активностью, безвреден, так как является препаратом животного происхождения и физиологичен для человека.
Весьма важно учитывать действие технологических факторов на уровень активности и стабильности ферментов. Протеолитическую активность определяли по общепринятому методу. При этом использовали исходный препарат «ЭНЗИ-МИКС У» в виде раствора массовой долей 1%.
Так как ферменты лабильны к условиям внешней среды, определяющей специфику технологических процессов, то в первую очередь представляет интерес изучение влияния температуры и рН, как основных параметров управления свойствами пищевых систем.
Протосубтилин ГЗх и амилосубтилин ГЗх выпускаются на базе Бердского завода биологических препаратов (Новосибирская обл.). Препараты получают путем высушивания культуральной жидкости после глубинного выращивания культуры Bacillius sublilis. Протосубтилин ГЗх – гигроскопичный однородный порошок светло-бежевого цвета, растворимый в воде. Препарат содержит комплекс ферментов (нейтральный и щелочные протеиназы, α-амилазу, β-глюканазу, ксиланазу и целлюлазу). Амилосубтилин ГЗх – однородный гигроскопичный порошок светло-бежевого или светло-серого цвета, растворимый в воде. Содержит ферменты: α-амилазу, нейтральные и слабощелочные протеиназы, β-глюканазы, целлюлазу, ксиналазу. Общий эффект действия амилосубтилина ГЗх связан с комбинированным воздействием всех входящих в состав препарата ферментов, в том числе β-глюканазы, ксиналазы и целлюлазы, катализирующих расщепление трудноусвояемых полисахаридов. Препараты нетоксичны для человека и теплокровных животных, не загрязняют окружающую среду.
Панкреатин – комплекс ферментов, выделяемых поджелудочной железой. Это пищеварительное ферментное средство, экстракт содержимого поджелудочной железы. Панкреатин – аморфный мелкий порошок сероватого или желтоватого цвета с характерным запахом, мало растворим в воде. Входящие в состав панкреатина ферменты (липаза, α-липаза, трипсин, химотрипсин) способствуют расщеплению белков до аминокислот, жиров – до глицерина и жирных кислот, крахмала – до декстринов и моносахаридов.
Практика применения ферментных препаратов показывает, что не все ферменты, обладающие высокой протеолитической активностью, при обработке коллагенсодержащего сырья дают должный эффект. Протеолитические ферментные препараты имеют способность к гидролизу белков, имеющих сложную конформацию и высокую устойчивость, присутствующих в коллагенсодержащем сырье.
При постановке экспериментов предварительно определяли протеолитическую активность ферментов в комплексных препаратах по методике при разных температурах в интервале 30…60 ⁰С.
Оптимумы рН действия определяли, используя идентичные методы исследования с измерением рН специфических субстратов с применением соответственных универсальных буферных смесей в диапазоне рН 3,0-10,0.
Анализ полученных данных показал, что оптимальная температура и оптимальное значение рН составляют для протосубтилина ГЗх, соответственно, 50 ⁰С и 7; амилосубтилина ГЗх – 50 ⁰С и 7; «ЭНЗИ-МИКС У» 40 ⁰С и 5; панкреатина 45 ⁰С и 6. При этих условиях условиях протеолитическая активность ферментных препаратов достигает максимума (ед/г): для протосубтилина ГЗх – 60; амилосубтилина ГЗх – 20; «ЭНЗИ-МИКС У» - 50, панкреатина 250. Дальнейшее увеличение температуры и рН процесса гидролиза приводит к инактивации ферментного препарата и снижению его активности.
Скорость инактивации и денатурации фермента зависит от рН-среды, химического состава буферной смеси, используемой для создания необходимого значения рН. Ферментативную реакцию необходимо проводить при оптимальных значениях рН.
При проведении ферментативной реакции, с целью определения активности необходимо использовать буферную смесь, по химической природе оптимальную для действия изучаемого фермента.
После выбора режимных параметров ферментного гидролиза проводили испытания для определения дозировки препарата с целью обеспечения экономичности производства. Таким образом, нами исследовано действие ферментных препаратов на биополимерные системы и структуру шкуры, чешуи и плавательного пузыря исследуемых прудовых рыб.
При постановке эксперимента готовили пробы по 3-4 г образцов, предварительно измельченных до размера 2-3 мм, помещали в водные растворы ферментного препарата в диапазоне дозировки и выдерживали при периодическом перемешивании в течение 6 ч. Затем центрифугированием при 83 с ⁻1 в течение 5 мин отделяли осадок. Надосадочную жидкость осторожно декантировали и использовали для количественного определения белков.
Эффект действия фиксировали по уровню накопления водорастворимых продуктов белковой природы по биуретовой реакции. Для проведения цветной реакции к 1 см3 исследуемых растворов белков добавляли 4 см3 биуретового реактива. Смесь оставляли при температуре 20 ± 5 ⁰С в течение 30 мин. По истечении времени образования окрашенного комплекса измеряли оптическую плотность раствора при длине волны 540-560 мкм на фотоэлектроколориметре с зеленым светофильтром. Затем по калибровочному графику находили концентрацию белка.
Установлено, что разрушение биополимеров белковой природы образцов зависит от дозировки ферментных препаратов и характерных особенностей. Так, в случае ферментного препарата протосубтилина ГЗх и «ЭНЗИ-МИКСА У» накопление водорастворимых белков и пептидов в среде возрастает при дозировке, соответственно, 0,1 – 1% и 0,1 – 0,8% к массе сырья. Дальнейшее увеличение дозы препарата не приводило к нарастанию деструктивных процессов.
При дозировке амилосубтилина ГЗх 0,8 – 1,25% к массе сырья выход водорастворимых продуктов белковой природы достигает наибольшего значения, но отмечено менее значительное нарастание деструктивных процессов по сравнению с высшими двумя ферментами.
Экспериментальные исследования, проведенные в аналогичных условиях с ферментным препаратом панкреатин, показали, что уже при дозировке 0,5-1% происходит более сильное нарушение белковых структур шкуры с чешуей и плавательного пузыря и образуется значительное количество водорастворимых белковых продуктов по сравнению с препаратами протосубтилин ГЗх и «ЭНЗИ-МИКС У».
Адаптация свойств препаратов к конкретным технологиям переработки рыбного сырья позволит решить насущные проблемы рыбоперерабатывающих производств без капитальных затрат и с высоким эффектом. В целом, результаты комплекса исследований свидетельствуют о целесообразности применения предлагаемых ферментных препаратов при производстве продуктов коллагена из биомодифицированного сырья, что позволяет интенсифицировать технологический процесс за счет сокращения продолжительности первичной обработки продуктов разделки прудовой рыбы и расширить сырьевую базу для производства технической продукции.
