Вторичное сырье рыбоперабатывающих предприятий Калининградской области - источник ценного пищевого жира

УДК 665.213.9

ВТОРИЧНОЕ СЫРЬЕ РЫБОПЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ -ИСТОЧНИК ЦЕННОГО ПИЩЕВОГО ЖИРА

С. В. Агафонова

SECONDARY RAW MATERIALS OF THE KALININGRAD REGION FISH-PROCESSING ENTERPRISES AS A SOURCE OF VALUABLE EDIBLE FAT

S. V. Agafonova

Большие объемы вторичного рыбного сырья являются проблемой многих предприятий Калининградской области. Данное сырье может быть использовано для изготовления белковых, минеральных и жировых пищевых компонентов. Жировая фракция содержит омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты, необходимые для поддержания здоровья сердечно-сосудистой системы. Исследован химический состав рыбных отходов - голов скумбрии и голов кильки горячего копчения - с ведущих рыбоперерабатывающих предприятий Калининградской области. Установлено высокое содержание жира в отходах на уровне от 9,54 до 15,79 %. Жир, выделенный из отходов, по показателям гидролитической и окислительной порчи соответствует установленным нормам. Исследовано влияние различных технологических режимов обработки вторичного сырья на выход и качество рыбного жира. Для обработки сырья применены ферментолиз с протеолитическими ферментными препаратами при температуре 50 °С в течение 6 ч, термолиз при температуре 115 °С, давлении 2,5 атм в течение 1,5 ч и комбинация этих двух методов. Установлена эффективность биотехнологической обработки сырья для увеличения выхода жира. В большей степени способствует разрушению жировых клеток ферментный препарат Alcalase 2,5 L. Описанные в статье методы обработки рыбного сырья не способствуют существенному увеличению показателей гидролитической и окислительной порчи жира.

вторичное рыбное сырье, рыбный жир, омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты, ферментолиз, термолиз, Alcalase, Protamex

Large volumes of secondary fish raw materials are an issue for many enterprises of the Kaliningrad region. These raw materials can be used for production of proteina-ceous, mineral and fatty food components. The fatty fraction contains omega-3 fatty acids necessary for maintenance of cardiac function. The chemical composition of fish waste - mackerel and smoke-cured sprat heads - from the leading fish processing enterprises of the Kaliningrad region has been investigated. High content of fat in waste at the level from 9.54 to 15.79 % has been determined. The fat separated from waste in terms of hydrolytic and oxidative spoilage meets the established parameters. Influence of various technological modes of secondary raw materials processing on extraction and quality of fish oil has been studied. Fermentolysis with proteolytic enzymes at a tem-

perature of 50 °C during 6 h, thermolysis at a temperature of 115 °C, pressure of 2.5 atm during 1.5 h and a combination of these two methods have been applied to raw material processing. The efficiency of biotechnological processing of raw materials for increase in fat recovery has been established. More destruction of oil cells is promoted by Al-calase 2.5 L enzyme. The described methods of fish raw material processing discourage essential increase in indicators of hydrolytic and oxidative spoilage of oil.

secondary fish raw materials, fish oil, omega-3 fatty acids, hydrolysis, thermolysis, Alcalase, Protamex

ВВЕДЕНИЕ

Проблема утилизации отходов, образующихся на пищевых перерабатывающих предприятиях, остро стоит практически во всех регионах России. В рыбоперерабатывающей отрасли образуется огромное количество отходов, которые при разделке могут составлять до 70 % от массы целой рыбы. Утилизация неиспользуемого рыбного сырья является актуальной проблемой для предприятий Калининградской области. По данным Федерального агентства по рыболовству, ежегодно на территории нашей области производится около 180 тыс. т рыбы живой, свежей, охлажденной и более 1000 тыс. т различной рыбной продукции. Это свидетельствует о том, что количество отходов, ежегодно образующихся на территории области, превышает 300 тыс. т [1]. Лишь малая доля отходов направляется на производство рыбной муки (не более 5 %), большая же их часть не находит никакого применения. При этом остается не реализованным огромный биотехнологический потенциал вторичного рыбного сырья, который заключается в содержащихся в нем ценных пищевых компонентах: полноценных белках, жирах, богатых омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК), макро- и микроэлементах.

Существуют разработки по использованию белковой фракции вторичного рыбного сырья. Компания ANiMOX (г. Берлин, Германия) запатентовала гидротермическую технологию получения протеиновых гидролизатов. Под воздействием давления и высокой температуры в водной среде происходит расщепление белковых молекул с образованием низкомолекулярных легкоусвояемых пептидов и аминокислот. Помимо гидротермического метода расщепления белковых молекул, используется ферментативное расщепление. На кафедре пищевой биотехнологии ФГБОУ ВО «КГТУ» разработаны методики ферментолиза рыбного сырья с использованием различных протеолитических ферментных препаратов. Совместные исследования с немецкими коллегами показали, что хорошие результаты достигаются при комбинировании ферментативного и термического методов воздействия на сырье. В этом случае удается добиться высокого выхода низкомолекулярных пептидов. Полученные гидролизаты находят применение в пищевой, кормовой, микробиологической промышленности [2, 3].

Побочным продуктом производства белковых гидролизатов является жир. Гидротермическое и ферментативное воздействие на сырье позволяет разрушить межклеточные структуры из коллагеновых и эластиновых волокон, которые связывают жировые клетки [4]. Наиболее существенное увеличение выхода жира отмечается при ферментативной обработке сырья. При переработке отходов от раз-

делки рыб с целью получения качественного пищевого жира исследователями показана эффективность использования различных видов коммерческих протеаз: Alacalase 2.5 L, Protamex, Corolase L10, Maxazyme NNPDS [5-7].

Рыбный жир является одним из немногих природных источников незаменимых эйкозапентаеновой и докозагексаеновой омега-3 жирных кислот. Дефицит этих компонентов в питании населения России обостряет ситуацию, связанную с повышенной смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний [8]. Использование рыбного жира, выделенного из вторичного рыбного сырья, в технологии жировых продуктов массового потребления, создание профилактического питания с высоким содержанием омега-3 ПНЖК может помочь в борьбе с широкой распространенностью болезней кровообращения [9].

Важными показателями, позволяющими судить о возможности использования жира в пищевых целях, являются показатели гидролитической и окислительной порчи жира. Для жира, использующегося в пищевых целях, установлены следующие нормативные показатели: кислотное число жира (КЧ) - не более 4 мг КОН / г, перекисное число жира (ПЧ) - не более 10 ммоль активного кислорода / кг [10]. На величину кислотных и перекисных чисел оказывает влияние качество сырья, его хранение до переработки, режимы технологического процесса.

Исследование возможности использования в пищевых целях жировой фракции вторичного рыбного сырья Калининградской области, полученной ферментативным и гидротермическим методами, явилось целью данной работы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования служили отходы, полученные с рыбоперерабатывающих предприятий «РосКон» и «За Родину»: головы скумбрии и головы кильки горячего копчения, а также жиры, выделенные из данных отходов. Отбор средних проб, подготовку их к анализу проводили в соответствии с ГОСТ 31339-2006, ГОСТ 7631-85. Содержание влаги, белка, жира, золы определяли по стандартным методикам (ГОСТ 7636-85).

Показатели гидролитической и окислительной порчи определяли по ГОСТ 7636-85 в жире, выделенном центрифугированием из предварительно измельченного сырья, а также в жире, полученном ферментативным и гидротермическим способами.

Исследовался жир, выделенный из отходов по различным технологическим регламентам: ферментолиз, термолиз, ферментолиз с последующим термолизом. Во всех случаях сырье измельчали и добавляли воду в соотношении 1:1 к массе отходов. Для проведения ферментолиза использовали ферментные препараты Al-calase 2,5 L и Protamex, которые вносили в количестве 0,25 % к общей массе сырья и воды. Ферментолиз вели при температуре 50 °С и естественном рН рыбного сырья в течение 6 ч при постоянном перемешивании с помощью лабораторного шейкера. В случае, если не предусматривался последующий термолиз, ферменты инактивировали выдерживанием при температуре 80 °С в течение 10 мин. Термолиз осуществляли в лабораторном автоклаве при температуре 115 °С, давлении 2,5 атм в течение 1,5 ч. Для разделения жировой, жидкой и твердой фракций массу направляли на центрифугирование, после чего замораживали для отделения жира.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Общий химический состав исследуемых отходов представлен в табл. 1. Как видно из таблицы, отходы содержат значительное количество жира, наибольшее его количество обнаруживается в головах кильки горячего копчения.

Таблица 1. Общий химический состав рыбных отходов, %

Объект Влага Жир Белок Зола

Головы скумбрии 70,48 9,54 10,24 4,85

Головы кильки горячего копчения 61,08 15,79 18,11 5,07

Объект

КЧ, мг КОН / г

Показатели гидролитической и окислительной порчи жира, выделенного из измельченного рыбного сырья центрифугированием, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Показатели гидролитической и окислительной порчи жира, выделенного из необработанного сырья

Table 2. Indicators of hydrolytic and oxidative spoilage of the oil extracted from the raw waste

ПЧ, ммоль активного кислорода / кг

Головы скумбрии 1,3 4,6

Головы кильки горячего копчения 3,26 6,63

Как видно из табл. 2, по показателям гидролитической и окислительной порчи жиры, выделенные из рыбных отходов, удовлетворяют требованиям Технического регламента ЕАЭС 040/2016 «О безопасности рыбы и рыбной продукции». Жир, выделенный из отходов скумбрии, характеризовался светло-желтым цветом, легким запахом рыбы. Жир из голов копченых шпрот имел более темный коричневый цвет и ярко выраженный аромат копчения.

Кислотные и перекисные числа жиров, а также их выход из сырья в зависимости от способа его обработки приведены в табл. 3.

Таблица 3. Выход жира и показатели его гидролитической и окислительной порчи при различных способах обработки сырья

Table 3. Oil recovery and indicators of its hydrolytic and oxidative spoilage under various methods of processing raw materials

КЧ, ПЧ, ммоль

Выход жира, %

мг активного

от содержания

КОН кислорода / кг

Объект

Головы скумбрии

Головы скумбрии

Головы скумбрии

Головы кильки

Способ обработки Термолиз

Ферментолиз с ФП Alcalase 2,5 L + термолиз Ферментолиз с ФП Protamex + термолиз

Ферментолиз с ФП Alcalase горячего копче-

в сырье 16,1

55.8

27.9

66,7

/ г 1,1

1,1

1,2

3,76

4,7 5,4 5,2

7,16

ния

Наименьший выход жира из сырья отмечается при его гидротермической деструкции. Использование предварительного ферментолиза с ФП Protamex позволяет увеличить выход жира 1,7 раз, использование ФП Alcalase 2,5 L - в 3,5 раза. Таким образом, ФП Alcalase показывает большую эффективность для разрушения жировой ткани. При обработке голов копченой кильки высокий выход жира был достигнут только при использовании ферментолиза без последующей высокотемпературной обработки.

Сравнительный анализ данных табл. 2 и 3 показал, что длительный фер-ментолиз и высокотемпературный термолиз не способствуют существенной интенсификации гидролитических и окислительных процессов в рыбных жирах и жиры после такой обработки сырья могут использоваться в пищевых целях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Жир, выделенный из вторичного рыбного сырья при его переработке методами ферментолиза и гидротермолиза для получения белковых гидролизатов, имеет приемлемые показатели гидролитической и окислительной порчи и может использоваться в пищевых целях в качестве источника омега-3 ПНЖК.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Статистика и аналитика Федерального агентства по рыболовству // Федеральное агентство по рыболовству [Офиц. сайт]. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://fish.gov.ru/otraslevaya-deyatelnost/ekonomika-otrasli/statistika-i-analitika (дата обращения: 28.02.2018).

2. Исследование различных способов гидролиза вторичного сырья тихоокеанских лососевых рыб на примере нерки (Oncorhynchus nerka) / В. В. Волков [и др.] // Известия КГТУ. - 2017. - № 45. - С. 136-146.

3. Исследование различных способов гидролитического процесса вторичного рыбного сырья консервного производства / А. Хелинг [и др.] // Вестник Международной академии холода. - 2016. - № 1. - С. 3-8.

4. Технология жиров из водных биологических ресурсов / Н. П. Боева [и др.]. - Москва: Изд-во ВНИРО, 2016. - 107 с.

5. Extraction of oil from mackerel fish processing waste using alcalase enzyme / V.V. Ramakrishnan [et al.] // Enzyme Engineering. - 2013. - Vol. 2 (2). - P. 115-125.

6. Enzymatic oil extraction and positional analysis of ю-3 fatty acids in Nile perch and salmon heads / B. Mbatia [et al.] // Process Biochemistry. - 2010. -Vol. 45 (5). - P. 815-819.

7. Linder, M. Proteolytic extraction of salmon oil and PUFA concentration by lipases / M. Linder, J. Fanni, M. Parmentier // Marine Biotechnology. - 2005. -Vol. 7 (1). - P. 70-76.

8. Естественное движение населения Российской Федерации в 2016 году // Федеральная служба государственной статистики [Офиц. сайт]. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/ rosstat/ru/ statistics/publications/catalog/doc_1140096846203 (дата обращения: 22.12.2017).

9. Schacku, C. Omega-3 Fettsäuren in der Kardiologie / C. Schacku // MMW-Fortschritte der Medizin Originalien. - 2007. - № 3. - S. 97-101.

10. Технический регламент ЕАЭС 040/2016 «О безопасности рыбы и рыбной продукции» // Евразийская экономическая комиссия. [Электронный ре-

сурс] - Режим доступа: http://www.eurasiancommission.org/ru/act/texnreg/ deptexreg/ tr/Documents/%D0%A2%D0%A0%20%D0%95%D0%90%D0%AD%D0%A1%20040 -2016.pdf (дата обращения 28.02.2018).

REFERENCES

1. Statistika i analitika Federalnogo agentstva po rybolovstvu [Statistics and analytics of the Federal Agency for Fishery]. Available at: http://fish.gov.ru/ otraslevaya-deyatelnost/ekonomika-otrasli/statistika-i-analitika (Accessed 28 Febryary 2018).

2. Volkov V. V. et al. Issledovanie razlichnyh sposobov gidroliza vtorichnogo syr'ya tihookeanskih lososevyh ryb na primere nerki (Oncorhynchus nerka) [Study of different hydrolysis methods of pacific salmon by-products using sockeye (Oncorhynchus nerka) heads as an example]. IzvestiaKGTU, 2017, no. 45, pp. 136-146.

3. Hoehling A. et al. Issledovanie razlichnyh sposobov gidroliticheskogo processa vtorichnogo rybnogo sir'ya konservnogo proizvodstva [Hydrolysis process of fish cannery by-products]. VestnikMejdunarodnoi akademii holoda, 2006, no 1, pp. 3-8.

4. Boeva N. P. et al. Tehnologiya zhirov iz vodnyh biologicheskih resursov [Technology of fats from water biological resources]. Moscow, VNIRO, 2016, 107 p.

5. Ramakrishnan V. V. et al. Extraction of oil from mackerel fish processing waste using alcalase enzyme. Enzyme Engineering, 2013, no 2, pp. 115-125.

6. Mbatia B. et al. Enzymatic oil extraction and positional analysis of ю-3 fatty acids in Nile perch and salmon heads. Process Biochemistry, 2010, no 5, pp. 815-819.

7. Linder M., Fanni J., Parmentier M. Proteolytic extraction of salmon oil and PUFA concentration by lipases. Marine Biotechnology, 2005, no 7, pp. 70-76.

8. Yestestvennoe dvizhenie naseleniya Rossiiskoy Federacii v 2016 godu [Natural population movement of the Russian Federation in 2016]. Available at: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/publications/catal og/doc_1140096846203 (Accessed 22 December 2017).

9. Schacku C. Omega-3 Fettsäuren in der Kardiologie. MMW-Fortschritte der Medizin Originalien, 2007, no 3, pp. 97-101.

10. Tekhnicheskii reglament EAES 040/2016 "O bezopasnosti ryby i rybnoy produkcii" [Technical regulations about safety of fish and fish production]. Available at: http://www.eurasiancommission.org/ru/act/texnreg/deptexreg/tr/Documents/%D0% A2%D0%A0%20%D0%95%D0%90%D0%AD% D0%A1%20040-2016.pdf (Accessed 28 Febryary 2018).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Агафонова Светлана Викторовна - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент кафедры пищевой биотехнологии;

E-mail: andronova_sv@bk.ru

Agafonova Svetlana Viktorovna - Kaliningrad State Technical University;

PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Food Biotechnology;

E-mail: andronova_sv@bk.ru