Ферментные препараты для биомодификации белковых систем нетрадиционного сырья рыбной промышленности

УДК 577.15: 637.61

Ферментные препараты

для биомодификации белковых систем нетрадиционного сырья рыбной

промышленности

Л.В. Антипова, д-р техн. наук, профессор, Г.А. Хаустова, аспирант, До Ле Хыу Нам, аспирант, О.П. Дворянинова, канд. техн. наук, доцент 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 организма 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, реанимируются старые предприятия, 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 и рыбоводством 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 и т. д. Поэтому в задачу рыбной промышленности входит не только получение высококачественного сырья и рыбных продуктов, но и сохранение их без потерь [2].

Сегодня перспективно выделение из вторичных продуктов разделки

Ключевые слова: прудовая рыба; кожа; чешуя; плавательный пузырь; ферментные препараты; подбор дозировки.

Key words: pond fish; skin; scales; swimming bladder; ferments; dose choosing.

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 коллагенсо-держащего 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 промышленности России только развивается. При решении вопроса подбора протеаз в производстве продуктов важное значение имеют их специфичность 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: протосубтилин Г3х, амилосубти-

лин ГЗх, протепсин и панкреатин. Они распространены, стоимость приемлема по сравнению с другими ферментными препаратами протео-литического действия, производятся на территории России, апробированы при получении пищевых, кормовых и технических продуктов, безвредны для человека.

Сегодня освоен выпуск нового отечественного препарата протеолити-ческого действия - протепсин животного происхождения на базе ЗАО «Завод эндокринных ферментов» (п. Ржавки, Московская обл.), рекомендуемый производителем для мясной, молочной и рыбной промышленности.

Препарат сертифицирован, действует в кислой и слабокислой средах, стабилен при температурах

Результаты комплекса исследований свидетельствуют о целесообразности применения предлагаемых ферментных препаратов при производстве продуктов коллагена из биомодифицированного сырья.

25...50 0С, способен расщеплять водо-, соле- и щелочерастворимые белки, стимулирует такие функционально-технологические свойства пищевых систем, как водоудержива-ющая, жироудерживающая способности, снижает прочностные характеристики сырья, особенно после термообработки. По механизму действия близок к ферментам пепсиновой группы (карбоксильным протеи-назам) и является синергистом ферментов пищеварительного тракта и катепсинам мышечной ткани. Отвечает предъявляемым требованиям при обработке рыбного сырья: проявляет активность к деструкции му-кополисахаридного комплекса, снижает устойчивость соединительной

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЫРЬЯ

ТЕМА НОМЕРА

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 [1]. При этом использовали исходный препарат протепсина в виде раствора массовой долей 1 %.

Так как ферменты лабильны к условиям внешней среды, определяю-

£ 300

и

I 250

§ ^ 200

ш си

! Р 150

и I

си а)

I 5 100

Е ш ^ 50

о 50

ф

И 0

•= 30 35 40 45 50 55 °С

Протосубтилин Г3х Амилосубтилин Г3х Протепсин Панкреатин

Рис. 1. Зависимость протеолитической активности ферментного препарата от температуры

£ 300

U

I I200

i Р 150

и I CD CD

£ -р 100

S CD

о 50

CD

И 0

4 5 6 7 8 9 рН Протосубтилин Г3х Амилосубтилин Г3х

Протепсин Панкреатин

Рис. 2. Зависимость протеолитической активности ферментного препарата от рН среды

6

0,1 0,25 0,5 0,8 1 1,25 1,5 1,8 Дозировка фермента, % к массе

• Чешуя Пузырь Шкура

Рис. 3. Влияние дозировки протосубтилина Г3х на накопление водорастворимых продуктов гидролиза

щей специфику технологических процессов, то в первую очередь представляет интерес изучение влияния температуры и рН, как основных параметров управления свойствами пищевых систем.

Протосубтилин Г3х и амилосубтилин ГЗх выпускаются на базе Берд-ского завода биологических препаратов (Новосибирская обл.). Препараты получают путем высушивания культуральной жидкости после глубинного выращивания культуры Bacillus sublllls. Протосубтилин Г3х -гигроскопичный однородный порошок светло-бежевого цвета, растворимый в воде. Препарат содержит комплекс ферментов (нейтральные и щелочные протеиназы, а-амилазу, ß-глюканазу, ксиланазу и целлюла-зу). Амилосубтилин ГЗх - однородный гигроскопичный порошок светло-бежевого или светло-серого цвета, растворимый в воде. Содержит ферменты: а-амилазу, нейтральные и слабощелочные протеиназы, ß-глюканазу, целлюлазу, ксиланазу. Общий эффект действия амилосубти-лина ГЗх связан с комбинированным воздействием всех входящих в состав препарата ферментов, в том числе ß-глюканазы, ксиланазы и целлюла-зы, катализирующих расщепление трудноусвояемых полисахаридов. Препараты нетоксичны для человека и теплокровных животных, не загрязняют окружающую среду [3].

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 панкреатические ферменты (липаза, а-амилаза, трипсин, химотрипсин) способствуют расщеплению белков до аминокислот, жиров - до глицерина и жирных кислот, крахмала - до декстринов и моносахаридов [4].

Практика применения ферментных препаратов показывает, что не все ферменты, обладающие высокой протеолитической активностью, при обработке коллагенсодержащего сырья дают должный эффект. Протеолити-ческие ферментные препараты имеют способность к гидролизу белков, имеющих сложную конформацию и высокую устойчивость, присутствующих в коллагенсодержащем сырье.

При постановке экспериментов предварительно определяли протео-литическую активность ферментов в комплексных препаратах по методике при разных температурах в интервале 30...60 °С.

5

4

Оптимумы рН действия определяли, используя идентичные методы исследования с изменением рН специфических субстратов с применением соответственных универсальных буферных смесей в диапазоне рН 3,0-10,0.

Результаты исследований зависимости протеолитической активности ферментных препаратов (протосубтилин Г3х, амилосубтилин ГЗх, протепсин и панкреатин) от температуры и рН среды представлены на рис. 1, 2.

Анализ данных графиков показал, что оптимальная температура и оптимальное значение рН составляют для протосубтилина Г3х, соответственно, 50 °С и 7; амилосубтилина Г3х - 50 °С и 7; протепсина - 40 °С и 5; панкреатина - 45 °С и 6. При этих условиях протеолитическая активность ферментных препаратов достигает максимума (ед/г): для протосубтилина Г3х - 60; амилосубтилина Г3х - 20, протепсина - 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 [1].

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. Надосадоч-ную жидкость осторожно декантировали и использовали для количественного определения белков.

Эффект действия фиксировали по уровню накопления водорастворимых продуктов белковой природы по биуретовой реакции [5]. Для про-

0,25 0,5 0,8 1 1,25 1,5 Дозировка фермента, % к массе

-- Чешуя Пузырь Шкура

Рис. 4. Влияние дозировки амилосубтилин Г3х на накопление водорастворимых продуктов гидролиза

ведения цветной реакции к 1 см3 исследуемых растворов белков добавляли 4 см3 биуретового реактива. Смесь оставляли при температуре 20 ± 5 °С в течение 30 мин. По истечении времени образования окрашенного комплекса измеряли оптическую плотность раствора при длине волны 540-560 мкм на фотоэлект-роколориметре с зеленым светофильтром. Затем по калибровочному графику находили концентрацию белка.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 3-6. Установлено, что разрушение биополимеров белковой природы образцов зависит от дозировки ферментных препаратов и характерных особенностей. Так, в случае ферментного препарата протосубтилина Г3х и протепсина 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 Г3х 0,8 - 1,25 % к массе сырья выход водорастворимых продуктов белковой природы достигает наибольшего значения, но отмечено менее значи-

тельное 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 протосуб-тилин Г3х и протепсин.

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 производста технической продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антипова, Л.В. Методы исследования мяса и мясных продуктов: учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений/Л. В. Антипова, И. А. Глотова, И. А. Рогов. - М.: Колос, 2001. - 376 с.

2. Антипова, Л.В. Рыбоводство. Основы разведения, вылова и переработки рыб в искусственных водо-

12 -

10

ч 5 о ,

CD CD

0

0,25 0,5 0,8 1 1,25 1,5 1,8 Дозировка фермента, % к массе

Чешуя Пузырь Шкура

Рис. 6. Влияние дозировки панкреатина на накопление водорастворимых продуктов гидролиза

ч 5 о , CD CD 2

1

0

0,1

0,25 0,5 0,8 1 1,25 1,5 ^ Дозировка фермента, % к массе

Чешуя Пузырь Шкура

Рис. 5. Влияние дозировки протепсина на накопление водорастворимых продуктов гидролиза

1,8

емах: учебное пособие/Л.В. Антипова, О. П. Дворянинова, О. А. Василенко. - СПб.: ГИОРД, 2009. - 472 с.

3. Протосубтилин Г3Х, амилосубтилин ГЗХ [электронно]. http:// webmvc.com/vet/leki/17/ protosub.php. Информация с экрана.

4. Активное-действующее вещество/начало: панкреатин [электронно] http://amt.allergist.ru/ pancreatin_l.html. Информация с экрана.

5. Рухлядева, А.П. Методы определения активности гидролитических ферментов/А.П. Рухлядева, Г.В. По-лыгалина. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- С. 17-19.

8

6

4

2

5

4

3

!

♦

Магазинов станет больше

«ОАО «Дикси Групп» к концу года планирует открыть около 50 новых магазинов формата «у дома» - сообщил «Интерфаксу» представитель сети Л. Губин.

С января компания открыла 132 новых магазина, таким образом, за год сеть «Дикси» увеличится более чем на 180 магазинов.

«Дикси» ожидает, что объединенная система закупок сможет обеспечить ей более выгодные условия от поставщиков, что частично должно отразиться на ценах реализации. Компания также продолжит развитие системы прямого импорта (на который сейчас приходится 70 % поставок фруктов и овощей), заключения прямых контрактов с производителями и расширения ассортимента продукции

uHrfUftecHbf

под своей торговой маркой, на данный момент представленного 312 наименованиями.

Торговую сеть компании в настоящее время обслуживают восемь дистрибуционных центров общей площадью 127 тыс. м2. В следующем году «Дикси» планирует построить новый центр в Московской области и увеличить дист-рибуционные мощности на Южном Урале на 30 %.

«Дикси» управляет сетью одноименных магазинов «у дома», а также гипермаркетами «Мегамарт» и супермаркетами «Минимарт» на Урале. «Виктория» объединяет сети дискаунтеров «Дешево» и «Квартал», которые будут ребрендированы в «Дикси», а также супермаркеты «Виктория».