Введение к работе
Актуальность темы
Биотехнология рыбопродуктов в настоящее время охватывает широкую сферу научных изысканий it, в первую очередь, к ним относятся исследования в области биологически активных веществ сырья водного происхождения, на которых основаны технологии изготовления биологически ценных продуктов с заданными свойствами.
В последние годы наблюдается тенденция снижения объемов вылова и переработки рыбного сырья. В целом по России с 2000 г. уровень добычи рыбы снижается в среднем ежегодно на 17,7%, следствием чего является уменьшение производства рыбной продукции почти на 10%. Для преодоления этих негативных тенденций в настоящее время утверждена Концепция развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 г., задачами которой являются не только увеличение объемов вылова, но н повышение эффективности использования и развития ресурсного потенциала рыбохозяйствеиного комплекса в целом. Одним из путей повышения эффективности является внедрение новых технологий переработки рыбных отходов.
В таких странах, как Исландия, Норвегия, Финляндия, Япония давно эффективно функционируют заводы по комплексной переработке рыбы. В нашей стране в настоящее время такие заводы отсутствуют, несмотря на то, что объемы вторичного рыбного сырья (отходов и неиспользуемого улова) в России ежегодно достигают 800 тыс. т., что составляет до 20% от общего улова.
Снижение объема нерационально утилизируемых отходов рыбоперерабатывающих предприятий за счет внедрения новых технологических процессов является эффективным способом, позволяющим повысить глубину переработки рыбного сырья и экономичность производства.
Настоящая работа посвящена разработке комплексной технологии переработки
вторичного рыбного сырья, позволяющей получить ряд стратегически необходимых бе-
локсодержащих продуктов, аминокислотных смесей и других полезных веществ на их
основе (в частности, гистамина) для применения в пищевой, сельскохозяйственной и
фармацевтической отраслях.
Цель и задачи исследования
Основная цель диссертационной работы состояла в разработке эффективных технологий переработки отходов от разделки массовых промысловых рыб рыбохозяйствеиного бассейна России для получения белковой продукции, аминокислотных смесей и препарата гистамина, отличающихся от традиционных эперго- и ресурсосбережением, и предложении сфер их применения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- оценка биохимического состава исходного сырья (отходы от разделки промысловых рыб) для определения его пригодности к дальнейшей переработке;
разработка технологии белкового препарата кормового назначения из вторичного рыбного сырья с предложением наиболее эффективного способа экстракции липндов;
разработка технологии белкового препарата пищевого назначения на основе экстракции и последующего осаждения протеинов исходного сырья;
разработка технологии аминокислотных смесей путем протеолиза полученных ранее белковых препаратов промышленными ферментами;
предложение сфер применения продуктов, получаемых введением в их состав разработанных добавок;
разработка биотехнологии ферментного препарата гистидиндекарбоксилазы, позволяющего трансформировать гистидин из аминокислотной смеси в гистамин на основе нового перспективного штамма, выявленного путем скрининга;
разработка с использованием полученного препарата гистидиндекарбоксилазы метода конверсии гистидина в гистамин для его последующего использования в фармацевтической промышленности;
- разработка нормативно-технической документации, включая ТУ на белковые
продукты и аминокислотные смеси и Лабораторные регламенты.
Научная новизна работы
Научно обоснованы принципы создания комплексной технологии биологически активных веществ на основе конверсии вторичного рыбного сырья.
На основании исследования биохимического состава вторичного сырья рыбоперерабатывающих предприятий показана целесообразность его использования в качестве альтернативного источника полноценного белка.
По результатам изучения влияния условий процесса экстракции липидов из биомассы рыбных отходов на качественный состав жировой и белковой фракций рекомендован технологический режим, позволяющий максимально полно разделять указанные фракции с минимальными потерями сухого вещества.
Впервые на основе установленных параметров экстракции и последующего осаждения протеина рыбных отходов разработан наиболее эффективный способ получения белкового концентрата пищевого назначения - заменителя растительных белков.
Основываясь на экспериментальных данных и выявленных зависимостях степени ферментативного гидролиза от условий проведения процесса установлен наиболее эффективный режим ферментолпза белковых продуктов и разработана экономически обоснованная технология получения аминокислотных смесей.
Впервые проведен направленный скрининг микроорганизмов и отобран штамм-продуцент гистидиндекарбоксилазы с высокой активностью. На основании изучения совокупности морфологических, культуральных, физиолого-биохимических и филогенетических характеристик исследуемой культуры новый штамм идентифицирован как Bacillus licheniformis КЛ13.
Впервые на основе лабораторных исследований и полученных зависимостей накопления новым штаммом В. licheniformis гистидиндекарбоксилазной активности и выхода гистамина от условий культивирования этого штамма, параметров выделения и очистки ферментного препарата, разработана биотехнология препарата гистидинде-карбоксилазы.
Практическая значимость работы
Проведенные лабораторные исследования явились основой для создания новой комплексной технологии переработки вторичного рыбного сырья с целью получения ряда биологически активных веществ. Впервые разработаны технологии кормового и пищевого белкового концентрата и аминокислотных смесей на их основе из вторичного сырья рыбоперерабатывающих предприятий. На готовые продукты подготовлены и зарегистрированы в ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» следующие технические условия: ТУ 9283-001-02068634-2011 «Концентрат кормовой белковый»; ТУ 9283-002-02068634-2011 «Концентрат белковый пищевой из рыбы»; ТУ 9283-003-02068634-2012 «Аминокислотные смеси на основе белоксодержащих продуктов из рыбы». На ТУ 9283-002-02068634-2011 получено положительное заключение органа Роспотребнадзора (экспертное заключение № 985 от 07 октября 2011 г).
Разработаны Лабораторные регламенты на изготовление пищевого и кормового белкового концентратов.
Произведена наработка опытной партии пищевого белкового концентрата в ОАО «Удмуртский хладокомбинат». Результаты подтверждены актом о наработке и протоколом испытаний готового продукта (утверждены и.о. генерального директора ОАО «Удмуртский хладокомбинат» 12.12.2011).
Подана заявка № 2011135454 от 25.08.2011 на выдачу патента РФ «Способ получения белкового концентрата из рыбных отходов».
По результатам лабораторных и производственных испытаний определены основные направления практического использования разработанных белковых добавок: создание обогащенных пищевых и кормовых продуктов, функциональных продуктов, жидких питательных прикормов для растений.
Осуществлено изготовление рубленных кулинарных изделий из рыбы, рубленных кулинарных изделий из мяса, крабовых палочек, протеиновых печений для спортивного питания с введением в их состав белкового концентрата или полуфабриката. Установлено, что применяемые добавки не оказывают негативного влияния на микробиологические и органолептические показатели готовых изделий. Применительно к рубленным изделиям было зафиксировано улучшение цвета и структуры продукта по сравнению с рецептурой, содержащей соевый изолят. Результаты подтверждены актом лабораторных испытаний (утвержден проректором по научной работе ФГБОУ ВПО «МГУПП» 05.09.12). Использование разработанного белкового полуфабриката при изготовлении крабовых палочек снижает их себестоимость. Применяемая добавка не
оказывает негативного влияния на органолептические, микробиологические и физико-химические показатели готового изделия. Результаты подтверждены актом о дегустации (утвержден генеральным директором ООО «НСТ плюс» 15.07.2012).
На основе наиболее перспективного штамма Bacillus licheniformis КЛ13, полученного в результате скрининга микроорганизмов-продуцентов гистидиндекарбокси-лаз, разработана биотехнология препарата гистидиндекарбоксилазы Г20Х и проведена наработка опытной партии в ООО «Зеленые линии». Результаты подтверждены актом о наработке (утвержден генеральным директором ООО «Зеленые линии» 20.08.2012 ).
Штамм бактерий Bacillus licheniformis КЛ13 депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером ВКПМ В-11185.
Подана заявка № 2012122258 от 30.05.2012 на выдачу патента РФ «Штамм Bacillus licheniformis для получения гистидиндекарбоксилазы».
С использованием ферментолизата белков рыбных отходов и препарата гистидиндекарбоксилазы, полученного на основе нового штамма-продуцента Bacillus licheniformis КЛ13, разработана биотехнология гистамина, применимого в производстве фармацевтической продукции.
Разработанная комплексная технология позволяет не только получить белковые продукты, аминокислотные смеси и препарат пістамина, но и решить экологические проблемы, возникающие при утилизации рыбных отходов.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на Российских и международных конференциях и симпозиумах: Международной научно-технической конференции "Инновационные технологии переработки продовольственного сырья" (Владивосток, 2011 г.); IX международной научно-практической конференции и выставке «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011 г.); IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011 г.); IV Международной научно-практической конференции молодых ученых (Таганрог, 2012 г.); Международной конференции «Биология - наука XXI века» (Москва, 2012 г.); II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока» (Улан-Удэ, 2012 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 202 источника, и 9 приложений. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, включает 43 таблицы и 42 рисунка.
