Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 17
1.1 Значение биопрепаратов и перспективы их использования 17
1.2 Недоиспользуемые рыбные ресурсы и перспективы их применения в технологии биопрепаратов
1.3 Состояние и перспективы развития биотехнологий в перерабатываю щей промышленности
1.4 Фитокомпозиции и их применение в технологии биопрепаратов 43
1.5 Современные направления переработки опорно-каркасных и покровных тканей сырья животного происхождения
2. Материалы и методы исследований 56
2.1 Общая методологическая схема исследований 56
2.2 Сырье и материалы исследований 57
2.3 Методы исследований 59
3. Результаты исследования и их обсуждение 77
3.1 Характеристика вторичного рыбного сырья, направляемого для изготовления функциональных биопрепаратов,предназначенных для людей с заболеваниями опорно-двигательной системы
3.2 Обоснование использования фитоэкстрактов в технологии функциональных биодобавок
3.3 Моделирование и оптимизация ферментативного гидролиза сырья 89
3.4 Исследование состава и свойств растворенной фракции ферментированных гидролизатов ОКиПТ судака
3.5 Состав биопрепарата на основе плотного остатка гидролизата ОКиПТ 114
3.6 Оценка биологической безопасности, хранимоспособности и биологической активности
3.7 Обоснование рекомендуемых суточных доз приема препаратов «Хон- 129 дроэффектин» и «Протеоминераль»
3.8 Технология комплексной переработки сырья с получением функцио- 136 нальных препаратов
3.9 Производственные испытания разработанной технологии 141
3.10 Эффективность применения результатов исследования 144
Выводы 148
Список использованной литературы 150
- Состояние и перспективы развития биотехнологий в перерабатываю щей промышленности
- Современные направления переработки опорно-каркасных и покровных тканей сырья животного происхождения
- Сырье и материалы исследований
- Исследование состава и свойств растворенной фракции ферментированных гидролизатов ОКиПТ судака
Введение к работе
Актуальность работы. Сегодня в России ситуация со здоровьем населения по данным Института медико-биологических проблем РАН приближается к критической - абсолютно здоровых людей насчитывается не более 4 %. При этом одним из наиболее распространенных заболеваний, обусловленным нарушением обмена веществ в хрящевой и костной тканях, является остеоартрит (остеоартроз), при котором разрушается суставный хрящ и прилегающая костная ткань. Им страдают 33-48% всего населения планеты. Для предотвращения этого заболевания рацион человека наряду с питательными веществами для восстановления деградирующих тканей должен содержать и другие биологически активные вещества, участвующие в их регенерации - витамины, минеральные вещества, антиоксиданты, минорные компоненты.
По данным многочисленных исследований пища современного человека не может полностью обеспечить организм всеми необходимыми нутриентами, поэтому использование специальных биопрепаратов в качестве концентратов природных биологически активных веществ, предназначенных для компенсации химических потерь, а также функциональных (обогащенных) продуктов является важной социальной задачей (Пилат, 2002; Тутельян, 2008 и др.).
Вторичное природное сырье, в том числе опорно-каркасные и покровные ткани (ОКиПТ) рыб (кожа, кости, чешуя, плавники, головы), многими учеными рассматриваются как источник таких полезных для человека веществ, как протеины, витамины, минеральные компоненты, липиды, гликозаминогликаны. Имеются точные сведения о положительном влиянии данных веществ на метаболизм и регенерацию тканей, поврежденных в результате нарушения обменных процессов при заболеваниях костно-хрящевых тканей человека (Алексеева, 1995; Гичев, 2001 и др.). Коллаген, гликозаминогликаны и минеральные вещества, содержащиеся в ОКиПТ, являются готовым «строительным материалом», который способен внедряться в очаги воспаления и уменьшать его интенсивность (Данилевская, 2002; Руденко, 2006 и др.). Потому они входят в состав многих медицинских и профилактических препаратов, поддерживающих функции опорно-двигательного аппарата человека (Пилат, 2002).
С учетом выше изложенного представляется перспективной разработка комплексной технологии переработки опорно-каркасных и покровных тканей костистых рыб, богатых названными биологически активными компонентами, необходимыми для получения эффективных биопрепаратов, предназначенных для профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата человека. Принимая во внимание, что в Калининградском регионе в значительных количествах накапливаются ОКиПТ судака (до 50% массы вылавливаемой рыбы объемом 400-450 т в год), которые используются только для кормовых целей, является актуальной выработка из данного сырья пищевых функциональных биопрепаратов, полезных при остеоартритных заболеваниях.
Традиционным при лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата человека является применение лекарственных растений, которые благодаря наличию комплекса многих биологически активных компонентов (витаминов, гликозидов, флавоноидов, органических кислот, минеральных веществ и др.) способствуют повышению эффективности процесса восстановления больных тканей. С учетом биопотенциала данного сырья и рациональных способов его использования целесообразным видится применение популярных (например, шиповника) растений в виде водно-спиртовых фитоэкстрактов. Это позволяет не только обогатить продукт фитопарафармацевтиками, но и улучшить его органолептические качества, а также усовершенствовать технологию и избежать опасных консервантов в готовом продукте (Соколов, 2000).
Вопросами получения препаратов хондропротекторного и остеотропного действия из гидробионтов занимались многие ученые: Албулов А.И., Блинов Ю.Г., Бочаров Л.Н., Быкова В.М., Варламов В.П., Вахрушев А.И., Дацун В.М., Ежова Е.А., Каленик Т.К., Ковалев Н.Н., Максимова С.Н., Мукатова М.Д., Мухин В.А., Немцев С.В., Новиков В.Ю., Пивненко Т.Н., Сафронова Т.М., Слуцкая Т.Н., Сорокоумов И.М., Суховерхова Г.Ю., Сытова М.В., Харенко Е.Н., Эпштейн Л.М., Apinya А., Sittiwat L., Suthasinee N., Manop S. и др. Однако в их работах предложены технологии переработки хрящевых тканей таких рыб, как акулы, скаты, осетровые или морепродуктов (иглокожие беспозвоночные). Имеются также единичные данные по использованию биопотенциала твердых тканей костистых рыб (Суховерхова, 2006). Следует отметить, что известные работы преимущественно направлены на получение концентрированных препаратов хондроитинсульфата, что обуславливает потери значительной части биопотенциала других ценных нутриентов (минеральных веществ, глюкозамина, аминокислот и др.), необходимых для регенерации костно-хрящевых тканей человека. Кроме того, известные технологии преимущественно основаны на химическом подходе к производству, при этом продукт не всегда имеет приятные сенсорные свойства.
Принимая во внимание изложенное, представляется актуальным разработать способ комплексной переработки ОКиПТ рыб с использованием экстрактов растений, позволяющий получить пищевые биологически активные препараты с синергическим остеотропным и хондропротекторным действием и обладающий улучшенными органолептическими характеристиками. Для этого целесообразно использовать биотехнологический метод деградации сырья путем его ферментации в среде фитокомпонентов, что позволит не только сохранить его биопотенциал, но и обогатить продукт фитопарафармацевтиками. При этом обеспечивается надежность, безотходность и экологичность производства.
Цель работы заключалась в разработке на примере судака комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей рыб для получения пищевых функциональных препаратов хондропротекторного и остеотропного действия. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
провести анализ научной литературы в области получения и применения биологически активных препаратов и функциональных продуктов;
исследовать биопотенциал ОКиПТ балтийского судака и возможность их комплексной переработки;
получить математическую модель и оптимизировать процесс ферментативного гидролиза ОКиПТ коллагеназой в среде фитоконсерванта;
разработать схемы дообработки растворимого продукта гидролиза и высокоминерализованной части ОКиПТ судака;
исследовать качество полученных биопрепаратов, отметить особенности органолептических признаков готовых форм;
оценить биологическую безопасность полученных препаратов, провести клинические испытания;
разработать комплексную технологию переработки ОКиПТ судака;
показать функциональность, обосновать рациональные схемы употребления и суточные дозы новых биопрепаратов;
провести производственные испытания и оценить эффективность работы;
подготовить проекты нормативной документации.
Научная новизна. Обоснована технология комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей судака на пищевые функциональные препараты, предназначенные для людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Изучен химический состав рыбного вторичного сырья, на основании которого обоснован биотехнологический способ его ферментативной деструкции пищевой коллагеназой в водно-спиртовом экстракте плодов шиповника. Способ позволяет перевести в растворенное состояние из ОКиПТ основную массу биологически активных веществ хондропротекторного действия, эффективных в высушенном состоянии (препарат «Хондроэффектин») и получить мелкодисперсную высокоминерализованную композицию нерастворенных ингредиентов, активных в составе биопрепарата остеотропной направленности (препарат «Протеоминераль»). Разработана математическая модель ферментативного гидролиза биотканей, связывающая выход растворенной фракции БАВ, массовые доли в ней сухих веществ и аминного азота, органолептическую оценку биопрепарата «Хондроэффектин» с продолжительностью ферментации и количеством коллагеназы, позволившая оптимизировать их значения. Исследованы качественные характеристики готовых высушенных форм препаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», подтвердившие их функциональность. С применением профильного метода охарактеризованы особенности органолептических признаков вкуса и запаха новых биопродуктов. Определены минеральный и жирнокислотный составы препаратов, представленные ценными микроэлементами (кальций, фосфор, магний и др.) и эссенциальными жирными кислотами (класса 3 и 6), определено содержание аскорбиновой кислоты, биофлавоноидов. С применением инфузорий Stylonichia mytilus и мышей белых показана биологическая безопасность препарата «Хондроэффектин», в клинических испытаниях установлен положительный эффект его применения.
Новизна технологического решения подтверждена Патентом РФ №2355240 на «Способ получения препарата хондропротекторного действия».
Практическая значимость работы заключается в выявлении перспективных сырьевых источников для производства доступных функциональных биопрепаратов, предназначенных для поддержания функции опорно-двигательного аппарата человека. На примере ОКиПТ судака разработан эффективный способ комплексной, безотходной, экологически безопасной переработки вторичного сырья рыбоперерабатывающих производств. Результаты экспериментальных исследований положительно апробированы в производственных условиях ООО «Калининградский морепродукт» (г. Светлый). Разработаны проекты нормативной документации на сырье и готовые биопрепараты «Хондроэффектин» и «Протеоминераль». Обоснованы исходные требования на оборудование по комплексной переработке вторичных рыбных отходов на биопрепараты хондропротекторного и остеотропного действия. Показана эффективность производства новых функциональных продуктов.
На защиту выносятся:
результаты научного проектирования ферментативной переработки опорно-каркасных и покровных тканей судака;
показатели качества препаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль», обосновывающие их биологическую ценность, безопасность и функциональность (органолептические, физико-химические, биологические).
Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на IV Съезде Общества Биотехнологов России (Москва, 2006), международной научно-практическая конференции «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007), III международной научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии" (Санкт-Петербург, 2007), международной научно-практической конференции, посвященной 5-летию со дня основания факультета биотехнологии, товароведения и экспертизы товаров (пос. Персиановский, 2008), международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и Пищевые продукты» (Москва, 2008), международной научной конференции «Исследования Мирового океана» (Владивосток, 2008), научно-практической конференции Общества Биотехнологов России "Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы" (Светлогорск, 2008), V съезде Общества Биотехнологов России (Москва, 2008), VI Юбилейной международной научной конференции, посвященной 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле "Инновации в науке и образовании - 2008" (Калининград, 2008), Первой международной научно-практической конференции, посвященной 450-летию города Астрахани "Биотехнологические процессы и продукты переработки биоресурсов водных и наземных экосистем" (Астрахань, 2008), международной научно-практической конференции «Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (Краснодар, 2009), Международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2009» (Мурманск, 2009), VII международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2009» (Калининград, 2009), VII международной научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество» (Светлогорск 2009), заседаниях кафедры пищевой биотехнологии (2006-2009 гг.).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 21 научная работа, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 Патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литеры, методическую часть, результаты и их обсуждение, выводы, литературу (210 источников, в т.ч. 47 зарубежных). Работа 233 . компьютерного текста, содержит 39 таблиц, 14 рисунков и 14 приложений.
Состояние и перспективы развития биотехнологий в перерабатываю щей промышленности
Проблема сохранения здоровья и увеличения продолжительности жизни человека всегда являлась и продолжает оставаться одной из самых важных и актуальных задач политики любого государства.
Изменение среды обитания вызвало катастрофическое обеднение нашего рациона питания по номенклатуре и качеству употребляемых продуктов, росту заболеваемости. С другой стороны, за последние два поколения началось осознание самой катастрофы, ее масштабов и стали приниматься попытки к ее предотвращению путем создания новых подходов в науке о питании и медицине [108].
Среди факторов питания, имеющих важнейшее значение для поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия, особая роль принадлежит полноценному и регулярному снабжению организма человека всеми необходимыми микронутриентами - витаминами, макро- и микроэлементами. Микронутриенты относятся к незаменимым пищевым веществам. Они необходимы для нормального осуществления обмена веществ, роста и развития организма человека, защиты от болезней и неблагоприятных факторов окружающей среды, надежного обеспечения всех жизненных функций организма. Организм человека не синтезирует микронутриенты и должен получать их ежедневно в готовом виде с пищей [143, 144].
В настоящее время в Российской Федерации создана система наблюдений за состоянием питания населения. Это результат сотрудничества РАМН, Минздрава России, Госкомстата России, Министерства сельскохозяйственной продукции России при участии международных организаций: Всемирной организации здравоохранения, Представительства Детского фонда ООН (UNICEF - ЮНИСЕФ) в РФ и др. При анализе фактического питания более 63 тыс. человек, проведенном ГУ НИИ питания РАМН в Российской Федерации с 1990 г. по 2000 г., выявлен дефицит витамина С у 70-100% населения, бетта-каротина - у 40-60 %, витаминов группы В - у 60-80 % на фоне не 18 достаточного потребления кальция, железа, фтора, йода, селена, цинка. Обобщение всех имеющихся данных, базирующихся на результатах клинико-биохимических обследований нескольких десятков тысяч человек из различных регионов страны, позволяет ГУ НИИ питания РАМН охарактеризовать ситуацию с обеспечением населения микронутриентами следующим образом: в организм кальция, йода, селена и ряда других макро- и микроэлементов [49, 111, 113].
Исключительно важным и единственно надежным средством улучшения структуры питания и достижения оптимальной сбалансированности рациона населения является использование в повседневном питании здоровых и больных людей биологически активных добавок к пище [49].
Биологически активные добавки к пище - термин, вошедший в современную медицину и технологию производства пищевых продуктов сравнительно недавно. Однако эмпирический и культовый поиск различных природных компонентов растительного, животного и минерального происхождения, их применение с профилактическими и лечебными целями известны с глубокой древности. Еще до новой эры в Египте, Китае, Тибете, Индии и других странах Востока сложились стройные системы терапии различных заболеваний с помощью препаратов растительного, минерального и животного происхождения, а в начале новой эры древнеримским врачом Клавдием Галеном впервые были разработаны технологические приемы изготовления лекарственных препаратов (настоев, экстрактов, порошков) из природного сырья.
В отличие от лекарственных средств, включающих биологически активные вещества в лечебных целях в дозах, которые обычно в десятки и сотни раз превышают физиологическую потребность здорового человека, БАД используют с целью восполнения дефицита этих веществ в рационе в количествах, находящихся в пределах физиологических потребностей человека, и применяют только перорально - с пищей во время еды [17, 56,108,111,116,123,144].
С каждым годом рацион современного человека теряет природные биологически активные компоненты, замещая их искусственными, часто вредными и чуждыми организму веществами. На сегодняшний день актуально использование природных добавок, как доступного источника жизненно необходимых элементов пищи, так как последняя, при грубом нарушении законов питания, не может обеспечить организм необходимым материалом. Острее встает вопрос - при нарушении обменных процессов, когда отсутствие необходимых веществ ведет к необратимым последствиям.
Ярким примером такого нарушения является остеоартрит (остеоартроз -ОА), проблема которого в последнюю четверть века приобрела огромное общемедицииское и социальное значение, определяемое широкой распространенностью болезни, быстрым развитием функциональных нарушений при поражении "несущих" суставов нижних конечностей — коленных тазобедренных. Стало также очевидно, что ОА — болезнь пожилого возраста, распространенность которой после 60 лет увеличивается вдвое.
Современные направления переработки опорно-каркасных и покровных тканей сырья животного происхождения
На российском рынке представлено около 120 наименований БАД, предназначенных для улучшения состояния опорно-двигательного аппарата. Из них в среднем 44% составляют БАД отечественного производства, 56% -импортные, причем, самый большой удельный вес среди производителей БАД данной группы занимают производители США - 34,2% («Кальцимакс», «Глюкозамин — хондриитин комплекс», «Джойнт Флекс», «Глюкозамин» и др.), удельный вес российских производителей БАД составляет 27,5% («Суставные травы», «Фиторевматит», «Кальцид» и «Артротин» и др.). Остальные 38,3% приходятся на долю других стран-производителей БАД («Мудрый дракон», «Фонг Тхап Тху» Вьетнам, «Дохолодань» Китай, «Антиартрол» Нидерланды, «Активин» Индонезия, «Осе Денсо» Австрия, «Ортоостео» Германия и др.), имеющих удельный вес меньше 3%. Таким образом, на российском рынке БАД лидируют импортные производители, преимущественно США, причем на фирму Nature s Sunshine Products Inc. приходится 21,7% [145,147].
В настоящее время для получения препаратов, поддерживающих функцию опорно-двигательного аппарата человека, используется костно-хрящевая ткань крупного рогатого скота [33, 37, 93, 97]. Данными способами в основном получают препараты с высокомолекулярными фракциями хонд-ропротекторов, которые разлагаются в желудочно-кишечном тракте и поэтому данные препараты пригодны только для внутривенного применения, что ограничивает сферу и эффективность их использования. Кроме того, в целевом продукте отсутствуют такие ценные компоненты, необходимые для профилактики и подавления остеопорозных, артрологических и ревматических заболеваний, как кальций, фосфор, магний, составные части коллагена и др. вещества, участвующие в синтезе новой хряще-костной ткани. Препарат также мало эффективен при приеме в случае воспалительных процессов в суставах по причине отсутствия биологически активных веществ направленного действия. Недостатком данных способов является и сложность процесса, использование дорогих реактивов, специально обработанных растворов, а также специфического хроматографического оборудования, требующего высококвалифицированного обслуживания и специальных сорбентов.
Перспективным для получения препаратов хондропротекторного действия представляется рыбное сырье, а именно недоиспользуемые коллагенно-костно-хрящевые ткани рыб, остающиеся после разделки на пищевые цели. Это - плавники, головы, кожа, чешуя, кости и другие, так называемые вторичные рыбные ресурсы [4, 8, 16, 26, 27, 29, 43, 45].
Положительный опыт по использованию рыбного сырья для изготовления препаратов, поддерживающих функции опорно-двигательного аппарата, представляют исследования ТИНРО-центра [133]. В лаборатории биохимии ТИНРО-центра разработан метод ферментативного гидролиза хрящевой ткани гидробионтов с получением в качестве целевого продукта БАД «Арт-ротин». Метод защищен патентом РФ № 2250047 «Пищевой общеукрепляющий профилактический продукт из хрящевой ткани гидробионтов и способ его получения» [102]. Разработана и утверждена соответствующая нормативная документация на технологию и БАД к пище «Артротин» из хрящевой ткани гидробионтов (ТУ № 9283-243-00472012-04, ТИ № 36-240-04), препарат успешно прошел клинические и биологические испытания и выпускается в ОАО «Биополимеры» (Приморский край, г. Партизанск) с 2004 г.
В условиях Калининградской области представляет интерес разработка технологии комплексной переработки опорно-каркасных и покровных тканей судака на пищевые функциональные продукты, предназначенные для людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Целесообразно, учитывая положительный опыт коллег, использовать биотехнологический подход при деструкции данных тканей, чтобы сохранить их биопотенциал, что можно достигнуть применением коллагеназы гепатопанкреаса камчатского краба - наиболее эффективного специфического для гидробионтов фермента. В связи с тем, что ферментация является длительным процессом, а препараты заданного действия должны иметь поликомпонентный состав, обоснованно предлагается процесс проводить в среде биоконсерванта, а именно — водно-спиртовом экстракте плодов шиповника, представляющем собой концентрат витамина С, органических кислот, биофлавоноидов и других БАВ в этиловом спирте. Немаловажным при этом является тот факт, что последний не оказывает ингибирующего действия на вносимые и нативные ферменты системы.
Опыт биотехнологических производств, а также обобщение последних научных исследований свидетельствуют о том, что такой подход позволяет перевести в растворимое состояние основную массу биологически активных веществ хондропротекторного действия предлагаемого сырья (хондроитин-сульфат, гиалуроновую кислоту, аминокислоты коллагена, оссеина и других белков, жирные кислоты триглицеридов и фосфолипидов). При этом не растворившиеся компоненты тканей при определенной дообработке способны быть переведенными в эффективные мелкодисперсные биоформы, также обладающие функциональным, но больше антиостеопорозным действием. Это объясняется повышенным содержанием в них ценных минеральных веществ (кальция, магния, фосфора), не перешедших в раствор БАВ. Имеются сведения, что эффективность данных веществ повышается при взаимодействии с аскорбиновой кислотой, органическими кислотами, фенольными соединениями растений, когда они переходят в активную форму [129].
Сырье и материалы исследований
С учетом достаточно высокого показателя N общ - общего азота (4,13%) и Р общ. - общего фосфора (6,98%), принимая во внимание наличие природных противоположно заряженных электропотенциалов в данных ингредиентах (минеральные вещества имеют положительный заряд, азотистые и фосфорные соединения, как правило, заряжены отрицательно), анализируя данные по составу и свойствам подобных высокоминерализованных биокомпозиций, можно предположить, что установленные в наличии ценные вещества находятся в биосвязанном друг с другом состоянии. Так, двухвалентные кальций и магний легко образуют ионные комплексы с белками, пептидами, аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, фосфорной кислотой и фосфолипида-ми [67]. К этим взаимодействиям потенциально добавляются агрегатирования между минеральными веществами и аскорбиновой кислотой, привнесенной в систему из шиповника, с итоговым образованием устойчивых ионных связей, а также комплексообразования между минеральными веществами, биофлавоноидами и катехинами, являющимися по своей природе фенольны-ми соединениями, то есть слабыми кислотами, легко образующими соли -феноляты [52, 63].
Натуральное происхождение полученной биокомпозиции «Протеоми-нераль», мягкая деградация природных компонентов системы ОКиПТ судака коллагеназой в присутствии биологически активных фитокомпонентов, щадящие условия обезвоживания, как основного способа консервирования итогового препарата - эти и другие факторы потенциально свидетельствуют о надежной стойкости в хранении и высокой усвояемости данной композиции биологически активных элементов в организме человека. Относительно традиционных БАД к пище - источников минеральных, белково-минеральных веществ и витмино-минеральных комплексов, представляющих собой смесь предварительно отобранных ингредиентов, полученных химическим синтезом, или композициии их экстрактов [17,108], новый препарат содержит функциональные ингредиенты в натуральных органических формах и природных соотношениях.
Данные органолептического анализа (рисунки 3.4 и 3.5), свидетельствующие о приятных гастрономических свойствах продукта, а также показатели химического состава полученного препарата (таблица 3.13) свидетельствуют о том, что новый биопрепарат «Протеоминераль» потенциально целесообразно использовать в качестве обогатителя многих поликомпонентных пищевых изделий, бедных минеральными и азотистыми веществами, а также витамином С. К таким изделиям можно отнести разнообразные хлебобулочные и кондитерские продукты, жировые композиции, напитки, продукты специализированного назначения (питание для спортсменов, детей, пожилых людей и др.).
Данные таблицы 3.13 позволяют говорить о функциональности полученного биопрепарата «Протеоминераль» по нескольким показателям, удовлетворяющим потребность человека в биологически активных веществах, благотворно влияющих на его деятельность [20]. Речь идет, прежде всего, о кальции, высокое содержание которого (12,84 г в 100 г готового препарата) свидетельствует о его количественной значимости по этому компоненту. Согласно «Нормам физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» [85], суточная потребность взрослого человека в кальции составляет 1 г. Простой расчет показывает, что препарат «Протеоминераль» уже в количестве 3,9 г способен компенсировать 50% суточной потребности организма в этом элементе.
Немаловажным является довольно высокое наличие фосфора в препарате - 6,98 г/100 г, а также магния - 0,4 г/100г. Данные элементы сопутствуют эффективному усвоению кальция, также как и липиды, присутствующие в продукте на достаточном количественном уровне - 2,8 %. Принимая во внимание данные жирнокислотного состава липидов ОКиПТ судака (табл. ЗЛО), можно говорить и о высокой биологической ценности липидов препарата «Протеоминераль» по данному показателю. Следует также учесть, что присутствие в системе витамина С и биофлавоноидов, выполняющих роль анти 121 оксидантов, свидетельствует о надежной стабилизации липидов, предотвращении нежелательного окисления, высокой биологической ценности продукта.
Из данных таблицы 3.13 также следует, что количество меди в составе препарата «Протеоминераль» в несколько раз превышает ее содержание в «Хондроэффектине» (табл. 3.11), при этом абсолютная дозировка данного элемента в 100 г полученного биопродукта составляет 4 мг. С учетом того, что нормативная суточная потребность человека в этом элементе составляет 1 мг [85], удовлетворить 50% данной потребности смогут уже 12,5 г препарата. (Более подробное обоснование суточных доз препарата «Протеоминераль» представлено в разделе 3.6.).
Немаловажным фактором пищевого использования полученного препарата является его нетоксичность, о которой судили по низкому содержанию в нем вредных тяжелых металлов - свинца, мышьяка, ртути, кадмия, фактическое присутствие которых оказалось намного ниже регламентированной предельно-допустимой концентрации (ПДК).
Следует также отметить рациональные физико-химические показатели препарата «Протеоминераль», которые свидетельствуют о нормальном физиологическом восприятии человеком порошкообразного продукта. Экспериментально подобрана такая степень измельчения твердой части гидролизо-ванной системы ОКиПТ (размер частиц 40-50 мкм), которой соответствуют приятные (традиционные) ощущения в ротовой полости при акте глотания, адекватные определению «тающие во рту». Следует отметить, что важным фактором обоснования рациональной степени дисперсности явилась степень смачиваемости пищевого комка, которая при 40-50 мкм частиц оказалась легкой. Данный факт объясняется помимо высокой степени дисперсности наличием в препарате органических компонентов (азотистых, фосфорсодержащих, липидньгх), которые делают его формующимся, эластичным, что также способствует проглатыванию.
Исследование состава и свойств растворенной фракции ферментиро- 94 ванных гидролизатов ОКиПТ судака
Производственные испытания комплексной переработки вторичного сырья, а именно опорно-каркасных и покровных тканей, образующихся от разделки судака и других видов рыб при направлении их на пищевые цели, проводили по разработанной технологии на предприятии ООО «Калининградские морепродукты» (г. Светлый). Выбранное производство ориентировано на выпуск филе и пищевого фарша из судака, трески и других видов рыб, при этом образующиеся отходы, в том числе ОКиПТ, собираются и отправляются на корм пушным зверям в зверосовхозы области. Данное направление реализации ОКиПТ не является рентабельным для производства, представляет для него проблему, поскольку связано с аккумулированием, консервированием, хранением и транспортированием быстро портящегося сырья.
Цель испытаний состояла в установлении возможности комплексной переработки вторичного сырья от разделки судака, а именно опорно-каркасных и покровных тканей, остающихся в большом количестве на данном предприятии после разделки данного вида сырья на филе, по технологии ФГОУ ВПО «КГТУ» в производственных условиях. Основной задачей являлась выработка промышленной партии биопрепаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль» в условиях предприятия ООО «Калининградские морепродукты» на базе действующего оборудования.
Всего было переработано 10 кг мороженого сырья, в качестве которых были использованы ОКиПТ судака (Приложение .Продолжительность процесса от подготовки сырья до получения конечных биопрепаратов составила 38 часов.
Основные технологические параметры при испытаниях поддерживались на следующем уровне: размер частиц измельченного, очищенного от сопутствующих тканей сырья не превышал 0,5см, для проведения ферментативного гидролиза использовали водно-спиртовой экстракт шиповника с содержанием в нем сухих веществ 3,7 % и массовой долей спирта не более 5% к массе суспензии при гидромодуле «сырье»: «водно-спиртовой экстракт шиповника» = 1:9. Процесс вели в биореакторе из нержавеющей стали, снабженном мешалкой, сливным устройством, паровой рубашкой. Ферментный препарат «Коллагеназа пищевая» вносили в количестве 0,8% к массе гид-ратированной суспензии сразу после формирования гидромодуля. Значение рН полученной суспензии должно быть в пределах 6-7. Процесс ферментации проводили при периодическом перемешивании содержимого биореактора в течение 12-16 ч при температуре 42С.
Конец ферментации устанавливали по внешнему виду и сенсорным характеристикам содержимого в биореакторе. По окончании ферментации проводили термоинактивирование фермента. Отделение гидролизата от непроферментированного плотного остатка осуществляли на капроновом фильтре с ячейками размером не более 0,5 мм. После фильтрования гидролизат охлаждали и направляли на сушку. Сушку проводили в мягких условиях при температуре 50-55 С. Отфильтрованный плотный остаток также подвергали сушке при температуре, не превышающей 60С, до массовой доли воды в продукте не более 10%.
Готовые сухие продукты измельчали до порошкообразного состояния на мельницах и аппаратах для тонкого измельчения, просеивали, взвешивали, расфасовывали по 10 г в бумажные пакетики, применяемые для медицинских целей.
Выпуск готовой продукции составил 0,75 кг и 1,75 кг «Хондроэффети-на» и «Протеоминераль» соответственно.
Готовые биопрепараты, приготовленные из вторичного сырья от разделки судака на филе по технологии ФГОУ ВПО «КГТУ», соответствовали требованиям разработанных Технических условий на соответствующие биопрепараты (Приложение В, Г).
По результатам производственных испытаний были сделаны следующие выводы:
1. Установлена возможность комплексной переработки вторичного сырья, а именно опорно-каркасных и покровных тканей, образующихся при разделки судака, по технологии ФГОУ ВПО «КГТУ».
2. Качество полученных биопрепаратов соответствует предъявляемым к ним требованиям, регламентированным в проектах ТУ на биопрепараты «Хондроэффектин» и «Протеоминераль».
3. Комплексная технология переработки вторичного сырья от разделки судака с получением биопрепаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль» по разработанному способу позволяет усовершенствовать технологию переработки судака, перевести ее на безотходный экономически эффективный уровень, повысить санитарно-гигиенические и экологические показатели предприятия, ликвидировать проблему нерентабельной утилизации отходов, создать дополнительные рабочие места и повысить прибыль производства.
4. Комплексную технологию опорно-каркасных и покровных тканей от разделки судака с получением биопрепаратов «Хондроэффектин» и «Протеоминераль» рационально распространить на переработку других видов рыб и рекомендовать к внедрению.
Эффективность применения результатов исследования Эффективность разработанной технологии комплексной переработки вторичного сырья от разделки судака оценивали по уровню качества продукции и производственного процесса (экономический аспект), а также с учетом значимости полученных результатов в общества (социальный аспект).
Уровень качества полученного биопрепарата «Хондроэффектин» и производственного процесса его приготовления определяли в соответствии с РД 50-149 «Методические указания по оценки технического уровня и качества промышленной продукции». При этом учитывали только те показатели, которые способствуют получению экономического эффекта при реализации технологии относительно базового варианта. В качестве базовой технологии рассмотрена технология биологически активной добавки «Артротин-П» (автор и производитель - ФГУП "ТИНРО-Центр"), изготавливаемой из хрящевой ткани гидробионтов на основе ферментативного гидролиза энзимами микробиологического синтеза.
