Технология протеолитических ферментов широкого спектра действия из внутренних органов прудовых видов рыб

УДК 664.951:577.15.07

М. Е. Цибизова Кафедра технологий и экспертизы товаров

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ ШИРОКОГО СПЕКТРА ДЕЙСТВИЯ ИЗ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ПРУДОВЫХ ВИДОВ РЫБ

Внедрение рациональных и комплексных методов обработки гидро-бионтов обусловлено существующей тенденцией к снижению доли белка животного происхождения в рационе питания. В настоящее время во всем мире значительная часть отходов, полученных при производстве пищевой продукции из гидробионтов, перерабатывается на кормовые и технические продукты из-за отсутствия соответствующей для этого сырья технологии обработки. Именно поэтому вновь разрабатываемые технологии должны быть нацелены на максимальное извлечение из сырья всех ценных компонентов, прежде всего белка, и более полное сохранение ими биологической ценности, а также на производство новых видов пищевой продукции.

В качестве дополнительного источника белкового сырья могут выступать отходы от разделки гидробионтов, в том числе и прудовых видов рыб, широко используемых в производстве пищевой продукции. Так как при производстве пищевых продуктов и кормов используются различные виды биологического сырья, то налицо важная роль ферментов в процессах заготовки, хранения сырья и его переработки (Голубев, Жиганов, 2001; Кислухина, 2002).

Ферменты - элемент живой природы, они встречаются практически во всех растениях, животных и микроорганизмах. Однако процесс биосинтеза ферментов в живом организме связан с обеспечением метаболизма клеток, и количество синтезируемых ферментов строго определяется жизненной потребностью организма. Для синтеза ферментов пригодны только некоторые растительные организмы или отдельные органы растений и животных, способные накапливать их в довольно значительных количествах (Шульман, 1967).

В последние годы в России и за рубежом проводятся широкие исследования по получению ферментных препаратов (ФП) протеолитического действия из сырья растительного и животного происхождения с целью их использования при производстве пищевой и технической продукции.

Основным сырьем для получения ферментных препаратов животного происхождения являются: поджелудочная железа, слизистые оболочки свиных желудков, тонких кишок и сычугов крупного рогатого скота, семенники половозрелых животных. В тканях рыбного сырья, как и в тканях любого животного организма, находится в малых количествах большое число ферментов, выполняющих роль биологических катализаторов химического превращения веществ при белковом, липидном и углеводном

обмене. В рыбе обнаружены протеолитические ферменты, содержащиеся в мышечных тканях, внутренних органах рыбного сырья. Это катепсины -ферменты мышечной ткани, пепсины и трипсины - ферменты пищеварительного тракта рыбы. Рыбное сырье также является источником амило-литических и липолитических ферментов (Грачева, 1975; Шульман, 1967).

Промышленное производство ферментных препаратов из растительного и животного сырья лимитируется ограниченностью сырьевых ресурсов и относительно небольшим ассортиментом ферментов, которые могут быть получены из него, а также высокой трудоемкостью процессов производства.

В последнее время наибольшее внимание уделяется технологиям, предусматривающим получение протеолитических ферментов из рыбного сырья и отходов, полученных при переработке гидробионтов на основе автолиза.

Первые попытки приготовления ферментных препаратов из рыбного сырья российскими исследователями были предприняты в 60-е гг. ХХ в. ФП получали из калянусной сельди путем настаивания смеси измельченной рыбы с водой и тузлуком для получения раствора с содержанием поваренной соли 12-15 %. Добавление такой вытяжки в количестве 6 % заметно ускоряло созревание соленой сельди (Лысова, 1971).

Известна и другая схема получения ферментов из быстросозреваю-щих рыб, включающая измельчение сырья, настаивание с водой при 0 °С, центрифугирование, осаждение белков сульфатом аммония, промывку осадка и его сушку (Константинова, 2001).

Аналогичный способ был применен Е. А. Наседкиной и В. Г. Янчук для выделения ферментов из внутренностей курильской скумбрии. Ферменты экстрагировали водой, осаждали (NH4)2SO4, промывали

и высушивали (Голенкова, Некрасова, 1988).

Проведение ферментативного гидролиза под действием собственных ферментов положено в основу процесса получения ферментного препарата протеолитического действия из внутренностей свежих или мороженых рыб океанического промысла (скумбрии, ставриды), включающего измельчение сырья, консервирование его хлористым натрием и отделение жидкой фракции фермента центрифугированием. В результате проведенных исследований был получен ферментный препарат с повышенной про-теолитической активностью за счет расширения рН-диапазона его действия А. с. 133 9917 СССР.

В основу новой схемы получения ферментного препарата «Океан» из внутренностей скумбрии, ставриды и сардинеллы положено использование эффекта активации ферментов при частичном гидролизе ферментсодержащего сырья с максимальным выходом раствора пептидгидролаз. В качестве сырья использовали внутренние органы названных рыб целиком, но при условии, что масса ожирков и гонад не превышала 20 % от массы внутренностей. Консервировали сырье с добавлением поваренной соли в количестве 10 % к массе сырья. Такая дозировка поваренной соли предотвращает развитие Cl. Botulinum и незначительно влияет на активность ферментного препарата.

Технология получения ферментного препарата «Океан» также основана на протеолизе при температуре 40 оС в течение 4-6 часов (Голенкова, Некрасова, 1988).

При выделении ферментных препаратов и применении их в технологических процессах необходимо максимально уменьшать возможность денатурации ферментных белков, так как в процессе выделения и их использования в биокатализе в той или иной мере происходит денатурация ферментных молекул. Протеолиз частично денатурированных молекул не всегда связан с потерей ферментативной активности, которая может сохраняться после удаления значительной части аминокислотных остатков. Дальнейшая денатурация и протеолиз приводят к полной утрате активности фермента (Кислухина, 2002).

Следует также соблюдать параметры стабильности ферментов, не допускать резких локальных изменений температуры и рН среды, контролировать концентрацию стабилизирующих агентов (ионов металлов, субстратов или продуктов их расщепления). Ионы металлов должны содержаться в доступной форме (не в связанном состоянии). При проведении биокатализа перемешивание реакционной среды должно проводиться так, чтобы исключить пенообразование во избежание поверхностной денатурации белков (Голубев, Жиганов, 2001).

Таким образом, возможность получения протеолитических ферментных препаратов широкого спектра действия из внутренних органов рыбного сырья налицо. Полученный ферментный препарат может иметь широкий диапазон действия и применяться при производстве различных видов пищевой и технической продукции из сырья, обладающего малоактивной ферментной системой.

Цель настоящей работы заключалась в разработке технологии ферментного препарата протеолитического действия из внутренних органов прудовых видов рыб.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить известные способы получения ферментных препаратов из вторичных ресурсов рыбной промышленности;

- установить режимы получения ферментных препаратов из внутренних органов прудовых видов рыб;

- разработать технологические режимы последующей обработки полученных продуктов.

Химический состав внутренних органов прудовых рыб и полученных гидролизатов характеризовался содержанием влаги, общего (ОА) и небелкового азотов (НБА), азота летучих оснований (АЛО), аминного азота (АА), или формально-титруемого азота (ФТА), жира и золы.

Определение содержания влаги, ОА, АЛО, сырого протеина и жи-ра, минеральных веществ (золы) проводилось стандартными методами (ГОСТ 7636).

Количество НБА определялось методом Къельдаля (Головин, 1992).

Общие липиды извлекались бинарным растворителем (хлороформом с метанолом) модифицированным методом Блайя и Дайера (Ржавская и др., 1973).

Определение содержания АА (азота концевых аминогрупп), или ФТА, проводилось модифицированным методом Черногорцева (Черногорцев, 1973). Эффективность процесса гидролиза оценивалась по количеству гидролизованного белка (отношение количества выделившегося аминного азота к общему азоту), выраженному в процентах (Разумовская, 1973).

Получение ферментного препарата проводилось по следующей технологической схеме:

- мойка внутренних органов проточной водой температурой не выше 15 °С;

- измельчение;

- гидролиз под действием собственных ферментов при температуре 40 ± 2 °С и рН 6,2-6,5;

- отделение ферментного препарата центрифугированием при частоте вращения ротора 4 000 об/мин в течение 20 минут;

- сублимационное высушивание, т. е. удаление влаги при глубоком вакууме и низкой температуре, до содержания влаги в препарате 5-7 %;

- стандартизация препарата хлористым натрием;

- расфасовка и хранение препарата.

Результаты исследований представлены в таблице.

Динамика процесса гидролиза смеси

Показатели процесса Прудовые виды рыб

Т олстолобик Белый амур

0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5

Г лубина гидролиза, % 5,3 8,9 9,4 12,3 14,5 14,6 5,2 8,7 9,0 12, 4 14,3 14,4

ФС*, ед./г 1,26 1,32 1,48 1,53 1,78 1,79 1,1 1,25 1,39 1,45 1,69 1,7

Выход ФП,% 38,2 42,5 47,8 53,2 55,8 56,3 33,4 39,8 41,7 46,7 50,9 52,7

* ФС -

Согласно полученным данным, максимальный выход препарата наблюдается после 4 часов гидролиза, по истечении которых увеличение его выхода незначительно.

Проведенные исследования также показали, что внутренности толстолобика обладают большей протеолитической способностью, чем внутренние органы белого амура. Это, вероятно, обусловлено активностью ферментной системы, для активизации которой необходимы свои условия, так как зона рН-оптимума может быть узкой или широкой, что связано с условиями функционирования ферментов и особенностями субстратов. Некоторые ферменты подвергаются тепловой инактивации уже при 40 °С, так как температура оказывает влияние на скорость протекания отдельных стадий ферментативных реакций и на стабильность ферментов.

Правильно оценить ферментативную активность можно только в том случае, если в ходе ферментативной реакции скорость ее не изменяется. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением продолжительности гидролиза выход ферментного препарата и глубина гидролиза остаются

практически без изменений. Это может быть объяснено тем, что скорость гидролиза снижается из-за уменьшения концентрации субстрата и накопления продуктов реакции, которые ингибируют прямую реакцию и служат субстратами для обратной реакции, катализируемой тем же ферментом.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. А. С. 1339917 СССР, МКИ А 23В4/02, С12№9/64. Способ получения ферментного препарата протеолитического действия из внутренностей свежих или мороженых рыб / Слуцкая Т. Н., Купина Н. М., Калиниченко Т. П. // БИ. -1985. - № 34.

2. Голенкова В. В., Некрасова Г. Т. Технология ферментного препарата «Океан» и его модификации // Прогрессивная технология производства пресервов, соленой и копченой рыбопродукции: Сб. науч. тр. АтлантНИРО. - 1988. - С. 67-90.

3. Головин А. Н. Контроль производства рыбной продукции. Ч.1. - М.: Пищ. пром-сть, 1992. - 348 с.

4. Голубев В. Н., Жиганов И. Н. Пищевая биотехнология. - М.: ДеЛи-принт,

2001. - 122 с.

5. Грачева И. М. Технология ферментных препаратов. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. - 302 с.

6. Кислухина О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов. - М.: ДеЛи-принт,

2002. - 335 с.

7. Константинова Л. П. Исследование активности протеолитических ферментов традиционных и новых для промысла рыб Северного бассейна, разработка способов регулирования процесса созревания соленой рыбы: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Мурманск, 2001. - 30 с.

8. Лысова А. С. Исследование процесса ферментации каспийской кильки с целью получения белкового концентрата: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Калининград, 1971. - 32 с.

9. Разумовская Р. Г. Получение гидролизатов, белковой массы и концентратов из мелкой рыбы // Рыбное хозяйство. - 1973. - № 6. - С. 66-69.

10. Ржавская Ф. М., Дубровская Т. А., Макарова А. М. Методика выделения липидов из тканей рыб. - М.: ОНТИ ВНИрО, 1973. - 9 с.

11. Черногорцев А. П. Переработка мелкой рыбы на основе ферментирования сырья. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 90 с.

12. Шульман М. С. Физико-химические основы производства ферментных препаратов. - М.: Пищ. пром-сть, 1967. - 182 с.

Получено 17.01.04

TECHNOLOGY OF PROTEOLYTIC ENZYMES WITH WIDE RANGE OF OPERATION MADE FROM INTERNAL ORGANS OF POND FISH

M. E. Tsibizova

Possibility of obtaining enzymatic preparation of wide range operation from visceral organs of pond fish (silver carp and grass carp) was considered. The following recommended regimes for obtaining enzymatic preparations were determined such as: hydrolysis duration - 4 hours, temperature - 40°C, pH -6,2- 6,5. Regimes of the following treatment of enzymatic preparation were developed too.