Кузнецов Юрий Николаевич. Обоснование биотехнологической модификации отходов от разделки минтая

Краткое описание

Кузнецов Юрий Николаевич. Обоснование биотехнологической модификации отходов от разделки минтая : диссертация ... кандидата биологических наук : 05.18.07.- Владивосток, 2002.- 139 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-3/1288-7

Г осударственный комитет Российской Федерации по рыболовству
ТИХООКЕАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЦЕНТР (ТИНРО-Центр)
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВ Юрий Николаевич
ОБОСНОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ
ОТХОДОВ ОТ РАЗДЕЛКИ МИНТАЯ
Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов
Диссертация на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
д. т. и., ст. и. с.
А.П. Ярочкин
Владивосток - 2002 
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . 3
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Вторичное рыбное сырьё и современные тенденции его
переработки. 8
1.2. Биотехнология переработки белкового сырья 13
Глава 2. Экспериментальная часть 31
2.1. Объекты и материалы исследований 31
2.2 Схема проведения экспериментальных работ и методы исследования
33
2.3. Исследование условий протеолиза отходов от разделки минтая 41
2.3.1. Исследование структуры и состава отходов от разделки
минтая. 41
2.3.2. Исследование возможности совершенствования условий
протеолиза белково-минерального сырья. 48
2.3.3. Обоснование физико-химических параметров разделения и
термической обработки продуктов ферментолиза. 59
2.3.4. Обоснование условий протеолиза белково-липидного сырья
(печени минтая). 64
2.4. Характеристика продуктов биотехнологической модификации рыбного сырья и обоснование их пищевого использования 69
2.4.1. Белковые и белково-минеральные продукты. 69
2.4.2. Характеристика ферментолизата. 78
2.4.3. Характеристика жира из печени минтая, полученного с
применением протеолиза. 84
Глава 3. Реализация результатов исследований .90
Выводы 100
Список литературы 102
Приложения 118
з
Введение
Актуальность работы.
В настоящее время на промысле минтая по существующей технологии разделки доля пищевой продукции не превышает 25-30 % улова, остальная часть составляет массу отходов, переработка которых из- за ограниченной мощности судовых установок проблематична. В реальных условиях производства наблюдаются периодические выбросы отходов в прилегающий район, что приводит к потерям белоксодержащего сырья и ухудшает экологическую ситуацию в зоне вылова.
Повышение производительности судовых установок в рамках традиционной технологии переработки сопряжено со значительным ростом энергорасходов. Результаты исследований, опубликованные в научной литературе, дают основания полагать, что за счёт применения биотехнологических процессов возможно значительное увеличение объемов перерабатываемых отходов при одновременном снижении энергозатрат.
Предпосылкой для использования биотехнологии в рыбной отрасли являются работы А.П.Черногорцева, Т.Н.Слуцкой, Т.П.Калиниченко, А.П.Ярочкина, Г.М.Васильковой, Е.С.Чупиковой, G.FJeffreys, J.F.Tobey, J.Price, Y.Shirakawa, Y.Minowa и др. В этих работах показана возможность применения протеолиза в промышленной технологии рыбных продуктов.
Продолжением данных работ явились исследования А.П.Ярочкина в 1995-2001 гг., обосновавшего целесообразность переработки отходов от разделки рыб ферментным гидролизом с использованием протомегатерина. Анализ результатов этих исследований позволил сделать заключение о необходимости совершенствования данного технологического решения в части сокращения времени ферментолиза, применения других протеолитических ферментов, включения в
переработку мелкой нестандартной рыбы, обоснования необходимой и достаточной глубины протеолиза.
Применение ферментов для обработки рыбного сырья позволяет получать без использования высокотемпературной обработки не только белковые продукты, но и рыбный жир из печени с улучшенными качественными показателями. Таким образом, использование биотехнологии для переработки отходов от разделки минтая может обеспечить комплексное получение белковых продуктов и жира высокого качества со снижением энергорасходов.
Исходя из вышеизложенного, с учётом значительных объёмов отходов от разделки минтая, совершенствование способов их биотехнологической модификации является актуальным.
Цель исследований; научно-экспериментальное обоснование условий регулируемого протеолиза отходов от разделки минтая, позволяющих получать белковые, минерально-белковые и липидные продукты пищевого и кормового назначения.
Задачи исследований:
- изучить структуру и химический состав отходов от разделки минтая (в том числе печени) и разделить на группы по содержанию основных компонентов;
- исследовать условия модификации белково-минерального субстрата с обоснованием необходимой и достаточной глубины протеолиза, определить режимы термической обработки с учётом физико¬химических и микробиологических показателей;
- исследовать состав белковых, минерально-белковых продуктов, полученных при протеолизе, определить возможность их использования в пищевых и кормовых целях;
- обосновать биотехнологический процесс получения жира из печени минтая с использованием протеолиза путём выбора рационального температурного и ферментативного воздействия;
- определить качественные показатели жира, полученного с использованием протеолиза, исследовать содержание в нём полиненасыщенных жирных кислот и витамина А в сравнении с жиром, полученным традиционным способом переработки печени;
- обосновать возможность производства продукции с использованием протеолиза на основе модернизации существующего рыбомучного оборудования, разработать исходные требования на линию переработки отходов производительностью 70 т/сут по сырью.
Научная новизна.
Изучена структура и химический состав отходов от разделки минтая и обосновано их разделение на белково-минеральное и липидно-белковое сырьё.
Установлено, что для белково-минерального сырья эффективное отделение суспензии мышечной ткани от костной происходит при глубине гидролиза 10-13 % и интенсивном механическом воздействии.
Исследования растворимости субстрата в присутствии детергента показали, что обоснованная глубина гидролиза является достаточной для перехода белков в модифицированное состояние.
Исследован состав суспензии и обоснованы параметры (время и температура) термической обработки, в результате которой происходит её разделение на плотную и жидкую составляющие, обеспечиваются инактивация ферментов и частичная гибель микрофлоры.
Установлено, что для липидно-белкового сырья количество жира, отделённого с использованием протеолиза, зависит от глубины гидролиза белков, процесс описывается уравнением второго порядка. Обоснованная глубина гидролиза 28-30% без использования механического воздействия обеспечивает максимальный выход жира.
Показаны преимущества биотехнологического способа переработки липидно-белкового сырья перед традиционным, которые заключаются в получении жира с низким значением перекисного числа и более высоким содержанием витамина А.
Практическая значимость.
Разработаны проекты ТУ и ТИ на белковую пасту из минтая полуфабрикат для пищевого использования.
Разработана и утверждена ТИ № 36-184-2000 к ГОСТ 2116-82 по изготовлению кормовой муки из отходов от разделки минтая с использованием протеолиза.
Разработана технология получения лечебно-профилактического жира из печени минтая для переработки сырья с использованием протеолиза при температуре не выше 45 °С. Составлены проекты Извещения к ТУ 9281-082-00472012-96 и изменения к ТИ № 36-45-95 на жир из печени минтая пищевой лечебно-профилактический.
Проведён анализ возможностей биотехнологии для переработки рыбного сырья на основе модернизации существующего оборудования.
Реализация результатов исследований. По результатам исследований на борту большого автономного траулера-морозильщика (БАТМ) «Бородино» (ЗАО «Интрарос») выпущена опытная партия рыбного жира в количестве 500 кг, полученного с использованием протеолиза на линии переработки печени минтая, установленной на борту судна.
В соответствии с договором между Госкомрыболовством и ТИНРО- Центром подготовлены исходные требования для проекта модернизации рыбомучной установки (РМУ) А1-ИЖР для биотехнологической переработки отходов минтая, а также бизнес-план программы разработки, внедрения биотехнологического производства кормовой рыбной муки.
Материалы диссертации использованы при составлении путинного прогноза "Минтай-2000" (Владивосток, ТИНРО-Центр, 2000).
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на:
- Всесоюзной конференции "Медико-биологические аспекты рационализации питания населения на Дальнем Востоке (Владивосток, 1995);
- научно-практической конференции по проблемам минтая (Владивосток, 1998);
- Международной научно-практической конференции «Повышение качества рыбной продукции - стратегия развития рыбообработки в XXI веке» (Светлогорск, 2001);
- Всероссийской конференции «Пути решения проблем изучения, освоения и сохранения биоресурсов» (Москва, 2002);
- Приморской краевой научно-практической конференции «Приморье - край рыбацкий» (Владивосток, 2002);
- технических секциях Учёного совета ТИНРО-Центра (1996-2002).
Основные положения, выносимые на зашиту.
- рациональные режимы модификации белково-минерального рыбного сырья при комбинированном биотехнологическом и механическом воздействии;
- регулирование процесса выделения липидов из печени минтая с помощью протеолиза, температурных и временных факторов;
- сравнительные результаты качественных показателей жира, полученного биотехнологической модификацией сырья и традиционным способом.

Список литературы

Выводы.
1. Научно обоснованы условия биотехнологической модификации отходов от разделки минтая, включающие разделение отходов по содержанию основных компонентов, использование регулируемого протеолиза и фактора механического воздействия.
2. Изучена структура и химический состав отходов от разделки минтая, которые разделены на:
белково-минеральные (отходы от разделки минтая без печени, мелкий минтай) с содержанием 61-82 % белка и 7-31 % минеральных веществ;
- липидно-белковые (печень минтая) с содержанием 17-21 % белка и 68-75 % липидов (в пересчёте на сухое вещество).
3. Обоснованы рациональные условия ферментолиза белково-минерального сырья с использованием протосубтилина, протомегатерина и протакрина, обеспечивающие максимальное отделение мышечной ткани от костной: температура 45 °С, фермент-субстратное отношение 0,7-1,0 ПЕ/г белка, продолжительность гидролиза 10 мин с интенсивным механическим воздействием, что обеспечивает глубину гидролиза в пределах 10-13 %.
Остановка ферментной реакции, разделение полученной суспензии на фракции и гибель микрофлоры обеспечиваются прогревом при 80 °С в течение 15 мин.
Предложенный режим обработки не приводит к образованию горьких низкомолекулярных компонентов, что подтверждается исследованиями молекулярно-массового состава.
4. На основании исследований химического состава установлено, что полученные в результате биотехнологической модификации белково-минерального сырья продукты разделяются (в пересчёте на сухое вещество) на:
- белковые (не менее 90 % белка и не более 8 % минеральных веществ), содержащие комплекс незаменимых аминокислот;
- минерально-белковые (не более 31 % белка и не менее 68 % минеральных веществ), с превалирующим содержанием аминокислот соединительнотканных белков и кальция.
Состав и содержание аминокислот, макро- и микроэлементов свидетельствуют о высокой пищевой ценности белковых продуктов, а также о возможности пищевого или кормового использования всех полученных фракций.
5. Обоснованы условия протеолиза печени минтая
протомегатерином или протакрином: температура 45 °С,
продолжительность 30-90 мин, фермент-субстратное отношение 0,6-1,2 ПЕ/г белка. Показано, что выход жира при этом зависит от глубины гидролиза белков печени и описывается уравнением второго порядка. Наибольший выход достигается при глубине гидролиза от 28 до 30 %.
6. По качественным показателям жир, полученный с
использованием биотехнологического процесса, отличается от жира традиционного способа меньшим содержанием перекисных соединений и повышенным содержанием витамина А при сохранении состава полиненасыщенных жирных кислот.
7. Обоснована возможность производства продукции с использованием протеолиза в производственных условиях. Разработаны исходные требования для линии переработки отходов производительностью 70 т/сут на основе модернизации рыбомучного оборудования. Выпущена опытная партия жира, полученного с использованием ферментов, что показало воспроизводимость разработанной технологии.