Оценка гидролиза коллагенсодержащего мясного сырья как кинетического процесса

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

сящихся к семейству тропонина Т быстрого типа и скелетно-мышечного актина.

Из наиболее эффективных культур в отношении образования биопептидов была составлена бактериальная композиция для выработки сырокопченых колбас: Lactobacillus sakei 104, Pediococcus pentosaceus 28 и Staphylococcus carnosus 108. Для сравнения была проведена выработка колбас с коммерческой композицией стартовых культур компании Christian Hansen, Дания, а также образцы колбас без стартовых культур.

По результатам одномерного электрофореза образцов сырокопченых колбас не выявлено ряда белковых полос, соответствующих структурным и конститутивным мышечным белкам, что свидетельствует об их деструкции в результате термической обработки (копчения) и жизнедеятельности стартовых культур.

В результате двумерного электрофореза образцов сырокопченых колбас, как и в случае протеолиза сырья стартовыми культурами, зафиксировано образование агрегатов. в контрольном образце (без добавления стартовых культур) присутствовали два агрегата фрагментов глицинина G1, в образце с добавлением стартовых культур МГУПП идентифицированы те же фраг-

менты, кроме того, появился агрегат глицинина A3B4. В третьем образце агрегаты не были выявлены.

таким образом, протеолизу подвергалась определенная процентная часть молекул. Наблюдалось наличие некоторых треков мажорных белков (продуктов их деградации): митохондриальной аконитазы 2, мышечных КФК и енолазы, изменения степени экстрагируемости альбумина, разной степени утилизации скелетно-мышечной ЛЦМ1 / 3, и во всех случаях как признак разрушения акто-миозинового комплекса. Наблюдалось образование агрегатов мышечных белков.

Для расширения ассортимента мясных продуктов с биологически активными пептидами, полученными insitu, и повышения устойчивости стартовых культур к высоким температурам в ходе термической обработки мясных продуктов следующим этапом нашей работы является иммобилизация стартовых культур в Са-альгинатные капсулы.

Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (Проект № 16-16-10073).

The study was financed by the Rus-sian Science Foundation (Project No. 16-16-10073).

ЛИТЕРАТУРА

1. Чернуха, И.М. Образование биологически активных пептидов в мясном сырье под влиянием протеаз различного происхождения / И.М. Чернуха [и др.] // Сельскохозяйственная биология, 2018. - Том 53. -№ 6. - С. 1247-1261.

2. Стручкова И.В. Теоретические и практические основы проведения электрофореза белков в полиакриламидном геле/ И.В. Стручкова, Е.А. Кальясова // Электронное учебно-методическое пособие. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. - 60 с.

REFERENCES

1. Chernuha, I.M. Obrazovanie biolo-gicheski aktivnyh peptidov v mjasnom syr'e pod vlijaniem proteaz razlichnogo p roishozhdenija / I.M. Chernuha [i dr.] // Sel'skohozjajstvennaja biologija, 2018. - Tom 53. - № 6. - S. 1247-1261.

2. Struchkova I.V. Teoreticheskie i praktiches-kie osnovy provedenija jelektroforeza belkov v poliakrilamidnom gele / I.V. Struchkova, E.A. Kal'jasova // Jelektronnoe uchebno-metodicheskoe posobie. - Nizhnij Novgorod: Nizhegorodskij gosuniversitet, 2012. -60 s.

Авторы

Афанасьев Дмитрий Алексеевич

ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН,

109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26

Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, nata1i-mng@yandex.ru

Машенцева Наталья Геннадьевна, д-р техн. наук, профессор РАН Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, nata1i-mng@yandex.ru

Чернуха Ирина Михайловна, д-р техн. наук, профессор, чл.-корр. РАН ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26

Authors

Afanasyev Dmitriy Alekseevich

Federal Scientific Center of Food Systems named after V.M. Gorbatov RAS

26, Talalikhina str., Moscow, 109316

Moscow State University of Food Production,

11, Volokolamskoe highway, Moscow, 125080,

natali-mng@yandex.ru

Mashentseva Natalya Gennadevna, Doctor of Technical Sciences, Professor of RAS Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, natali-mng@yandex.ru

Chernukha Irina Mihajlovna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Corresponding Member RAS

Federal Scientific Center of Food Systems named after V.M. Gorbatov RAS 26, Talalikhina str., Moscow, 109316

УДК 637.5.03 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10010

Оценка гидролиза коллагенсодержащего мясного сырья как кинетического процесса

м.и. Бабурина, канд. биол. наук; A.M. Иванкин, д-р хим. наук; н.А. горбунова, канд. техн. наук ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Москва

Реферат

Изучен процесс биотехнологической переработки коллагенсодержащего сырья в функциональные компоненты кормов для эффективного выращивания свиней. Анализ кинетических данных конверсии высокомолекулярного коллагенового белка в аминокислотную полипептидную смесь показал преимущество в получении белка для кормов путем микробиологического синтеза.

Ключевые слова

коллагенсодержащее мясное сырье, аминокислотный состав, гидролиз, молочная кислота, кинетические константы Цитирование

Бабурина М.И., Иванкин А.И., Горбунова Н.А. (2019) Оценка гидролиза коллагенсодержащего мясного сырья как кинетического процесса // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 22-24.

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

Assessment of hydrolysis of collagen-containing raw meat as a kinetic process

M.I. Baburina, Candidate of Biological Sciences; A.N. Ivankin, Doctor of Chemical Sciences; N.A. Gorbunova, Candidate of Technical Sciences Federal Scientific Center of Food Systems named after V.M. Gorbatov RAS, Moscow

Abstract

The process of biotechnological processing of collagen-containing raw materials into functional components of feeds for effective pig rearing has been studied. Analysis of the kinetic data of the conversion of a high-molecular collagen protein to an amino acids polypeptide mixture showed an advantage in obtaining a protein for feeds by microbiological synthesis.

Key words

collagen-containing meat raw, amino acid composition, hydrolysis, lactic acid, kinetic constants Citation

Baburina M.I., Ivankin A.N., Gorbunova N.A. (2019) Assessment of hydrolysis of collagen-containing raw meat as a kinetic process // Food processing industry = Pissevaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 22-24.

В настоящее время большое внимание уделяется рациональному использованию малоценных продуктов убоя и переработки скота для получения белковых гидролизатов, которые находят применение в производстве кормов и микробиологических сред [1, 2]. Перспективным сырьем для получения кормовых белковых гидролизатов могут служить наиболее трудно перерабатываемые в питательные вещества коллагенсодержащие отходы: спилок

и жилка говяжьи, свиная шкура, колла-геновые сухожилия.

В работе изучали гидролиз коллаген-содержащего сырья на примере жило-ванной массы крупного рогатого скота с сухожилиями растворами молочной кислоты. Было установлено, что наибольший суммарный выход свободных аминокислот наблюдался при воздействии на белок 20%-ной молочной кислотой (СН3СН(ОН)СООН). Поэтому кинетические исследования проводили,

Р , г/л

вал' /

1,4 т

1п

200 t, мин а

—I

400

>3

12 1

200 t, мин

б

400

Рис. 1. Зависимость накопления валина от длительности гидролиза 20%-ной молочной кислотой (а) и ее анаморфозы в полулогарифмических координатах (б) при температурах, °С: 1 - 95, 2 - 100, 3 - 105

Таблица 1

кинетические характеристики гидролиза сырья 20%-ным раствором молочной кислоты и определение суммарной кажущейся энергии активации процесса кислотного гидролиза белка

Температура, °С Эффективная константа скорости, кэффх104, с-1 Кажущаяся суммарная энергия активации, кДж/моль

95 1,24 ± 0,02

100 1,53 ± 0,04 23,9±0,7

105 1,81 ± 0,08

применяя молочную кислоту указанной концентрации.

Известно, что кислотный гидролиз приводит к разрушению некоторых аминокислот, поэтому представляло интерес оценить кинетический процесс высвобождения индивидуальных аминокислот в ходе гидролиза для последующего применения в качестве кормов.

Кинетические зависимости накопления большинства аминокислот от продолжительности гидролиза при 95, 100 и 105 °С имели вид, характерный для реакций псевдопервого порядка, например, для валина (рис. 1 а).

Макроконстанту скорости реакции кэфф (с-1) находили графически из уравнения 1п (Рс»-Р) = |пРс» - к ^Л как тангенс

эфф

угла наклона прямой в координатах {1п [Р=»/ (Р^-Р)], ?}, вычисленный по методу наименьших квадратов, где Р -концентрация продукта реакции в момент времени I, г/ л; - концентрация продукта реакции после завершения реакции, г/л (рис. 1 б).

В случае реакции первого порядка абсолютная величина эффективной константы скорости не зависит от того, в каких единицах выражаются концентрации продуктов реакции. Поэтому для ее расчета использовали содержание азота аминогрупп аминокислот и низших пептидов, определенное методом формоль-ного титрования. За был принят азот аминогрупп, измеренный после 24 ч гидролиза 20%-ной молочной кислотой. Энергию активации процесса гидролиза находили из уравнения Аррениуса.

Значения эффективных суммарных констант скорости реакции и эффективной энергии активации процесса представлены в табл. 1.

В табл. 2 приведены некоторые ма-крокинетические константы накопления

2

0

0

0

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ

Таблица 2

Эффективные значения констант скоростей накопления отдельных аминокислот (кэфф), их выход (х) и эффективные значения

энергии активации в процессе гидролиза 20%-ной молочной кислотой

Аминокислота Температура 95 °С Температура 100 °С Температура 105 °С Эффективная энергия активации, кДж/моль

k ффх104, с-1 эфф X*, % k ффх104, с-1 эфф X*, % k ффх104, с-1 эфф X*, %

Незаменимые аминокислоты

ИЛЕ 0,89 ± 0,02 50,8 1,02 ± 0,03 52,7 1,17 ± 0,01 59,8 18,1 ± 0,3

ЛЕЙ 0,94 ± 0,02 51,7 1,16 ± 0,01 55,0 1,44 ± 0,02 57,3 30,6 ± 0,2

ЛИЗ 0,98 ± 0,03 54,2 1,10 ± 0,03 58,7 1,48 ± 0,02 61,4 32,4 ± 0,1

ФЕН 1,17 ± 0,02 42,3 1,34 ± 0,03 42,4 2,09 ± 0,04 44,6 32,5 ± 0,5

ТИР 1,08 ± 0,01 71,4 1,41 ± 0,02 74,7 1,88 ± 0,03 80,3 33,6 ± 0,2

ТРЕ 1,33 ± 0,03 63,2 1,69 ± 0,03 62,8 1,98 ± 0,02 66,5 21,9 ± 0,1

ВАЛ 0,96 ± 0,02 37,6 1,18 ± 0,03 41,6 1,43 ± 0,02 41,7 31,3 ± 0,2

Заменимые аминокислоты

АЛА 1,03 ± 0,02 49,4 1,12 ± 0,02 49,4 1,36 ± 0,01 54,3 18,8 ± 0,5

АРГ 1,06 ± 0,01 59,8 1,27 ± 0,03 61,2 1,39 ± 0,02 61,4 21,4 ± 0,3

АСП 1,52 ± 0,02 61,0 1,78 ± 0,04 63,3 2,03 ± 0,02 66,3 21,1 ± 0,2

ГЛИ 1,73 ± 0,02 44,7 1,88 ± 0,02 44,5 1,99 ± 0,02 48,1 10,1 ± 0,5

ГЛУ 1,01 ± 0,03 74,2 1,40 ± 0,01 76,1 1,36 ± 0,02 80,1 23,2 ± 0,1

ПРО 0,89 ± 0,03 31,7 1,07 ± 0,02 34,2 1,71 ± 0,03 34,2 17,3 ± 0,2

*) Выход определяли по истечении 6 ч гидролиза 20%-ной кислотой

аминокислот, не претерпевающих окислительной деструкции в процессе кислотного гидролиза.

В процессе гидролиза изученных видов сырья наиболее быстро происходило накопление аспарагиновой и глу-таминовой кислот, глицина, аланина, тирозина и фенилаланина (табл. 2). во всех случаях отмечалась деструкция гистидина, серина и метионина, причем степень разрушения последнего была наибольшей. Кинетические кривые накопления цистина в результате гидролиза не имели максимума. вероятно, скорость накопления цистина была выше скорости его разрушения из-за высокого содержания этой аминокислоты.

Рассмотрение кинетики накопления и разрушения аминокислот при кислотном гидролизе позволило определить условия достижения наибольшей степени конверсии белка при сохранении лабильных аминокислот: температура

100 °С, время 6 ч, концентрация молочной кислоты 20% масс.

В комбикормовой промышленности коллагеновые добавки можно использовать для производства гранулированных и экструдированных кормов с целью увеличения их биологической ценности и прочности гранул. Гидролизат белкового сырья после пастеризации и сушки может использоваться и в качестве высокоусвояемой белковой добавки для поросят, и служить белковой основой питательной среды для культивирования бактерий-пробиотиков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Baburina, M.I. Chemical and biotech-nological processing of collagen-containing raw materials into functional components of feed suitable for production of high-quality meat from farm animals / M.I. Baburina, A.N. Ivankin, I.A. Stanovova. - IOP Conf.

Ser.: Earth Environ. Sci. - 2017. - Vol. 85: 012037.

2. Dhiiion G.S. Agricultural Based Protein By-Products: Characterization and Applications/ G.S. Dhillon [et al] // Protein Byproducts. - 2016. - № 1. - P. 21-36.

REFERENCES

1. Baburina M.I. Chemical and biotech-nological processing of collagen-containing raw materials into functional components of feed suitable for production of high-quality meat from farm animals/ Baburina M.I., Ivankin A.N., Stanovova I.A. - IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. - 2017. - Vol. 85: 012037

2. Dhillon G.S. Agricultural Based Protein By-Products: Characterization and Applications/ Dhillon G.S., Kaur S., Oberoi H.S., Spier M.R., Brar S.K. - Protein Byproducts. - 2016. - № 1. - pp. 21-36.

Авторы

Бабурина Марина Ивановна, канд. биол. наук, Иванкин Андрей Николаевич, д-р хим. наук, профессор, Горбунова Наталия Анатольевна, канд. техн. наук ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26, baburina2005@yandex.ru, n.gorbunova@fncps.ru

Authors

Baburina Marina Ivanovna, Candidate of Biological Sciences,

Ivankin Andrey Nikolaevich, Doctor of Chemical Sciences, Professor,

Gorbunova Nataliya Anatolyevna, Candidate of Technical Sciences

Federal Scientific Center of Food Systems named after V.M. Gorbatov RAS

26, Talalikhina str., Moscow, 109316,

baburina2005@yandex.ru,

n.gorbunova@fncps.ru