Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и перспективы переработки отходов рыбообрабатыващих производств и получения новых белковых продуктов (литературный обзор) 11
1.1. Способы переработки отходов рыбообрабатывающих предприятий 11
1.1.1. Изучение химического состава отходов рыбообрабатывающих предприятий 11
1.1.2. Методы переработки и утилизации подпрессовых бульонов 12
1.1.2.1. Концентрация с помощью вакуум-выпарных аппаратов 12
1.1.2.2. Обработка с помощью коагулянтов 13
1.1.2.3. Обработка флотацией 15
1.1.2.4. Ультрафильтрация 16
1.1.3. Гидролизаты: аспекты их получения и использования 18
1.2. Современное состояние, перспективы получения и использования азотсодержащих основ для питательных сред (ПС) 23
1.2.1. Использование белковых гидролизаток в качестве азотсодержащей основы ПС 23
1.2.2. Способы осветления гидролизатов 28
1.3. Консервирование гидролизатов 31
1.3.1. Традиционные способы консервирования 31
1.3.2. Молочнокислое консервирование 32
1.3.3. Интенсификация молочнокислого консервирования ультразвуковым воздействием 36
1.3.4. Аспекты применения молочной сыворотки 39
1.4. Пути полного использования отходов различных производств 42
Глава 2. Объекты и методы исследования 48
2.1. Объекты исследования и их характеристика 48
2.2. Методика постановки эксперимента и методы исследований 48
2.2.1. Подготовка и отбор средней пробы 48
2.2.2. Методика постановки эксперимента 49
2.2.3. Определение режимов проведения ферментативного гидролиза 49
2.2.3.1. Определение температуры гидролиза 49
2.2.3.2. Определение рН гидролиза 50
2.2.3.3. Определение соотношения фермента (внутренних органов рыб) и субстрата (РПБ) 50
2.2.3.4. Определение продолжительности процесса ферментативного гидролиза 50
2.2.3.5. Изучение эффективности процесса консервирования молочнокислыми бактериями 51
2.2.3.6. Определение сооотношения консерванта и гидролизуемой массы. 51
2.2.3.7. Определение титруемой кислотности консерванта 51
2.2.4. Методы исследования 51
2.2.4.1. Определение химического состава 51
2.2.4.2. Определение содержания токсичных элементов 53
2.2.4.3. Характеристика органолептических показателей качества 53
2.2.4.4. Определение аминокислотного состава 53
2.2.4.5. Методы микробиологических исследований 54
2.2.5. Исследование биологических показателей качества «Автолизата-О» 55
2.2.5.1. Определение состава жидких ПС типа МПБ на основе «Автолизата-О» 56
2.2.5.2. Определение состава твердых ПС типа МПА и Эндо 56
Глава 3 Результаты исследования и их обсуждение 57
3.1. Структура работы 57
3.2. Изучение среднего химического состава продуктов переработки и протеолитической активности внутренних органов рыб 57
3.3. Определение режимов проведения ферментативного гидролиза 59
3.3.1. Определение температуры гидролиза 59
3.3.2. Определение значения рН гидролиза 61
3.3.3. Определение соотношения фермента (внутренних органов рыб): субстрата (РПБ) и продолжительности процесса 62
3.4. Изучение возможности использования ТС в качестве консерванта 63
3.4.1. Определение количества вносимого консерванта 63
3.4.2. Изучение возможности интенсификации консервирующего эффекта молочнокислыми бактериями ТС 65
3.5. Изучение микробиологической стабильности получаемого продукта 67
3.5.1. Динамика изменения содержания МАФАнМ в процессе гидролиза 67
3.5.2. Качественный состав микроорганизмов гидролизата 68
3.6. Установление режимов последующих технологических операций 68
3.6.1. Прекращение процесса гидролиза 68
3.6.2. Изучение режимов разделения гидролизата 70
3.6.3. Определение режимов осветления «Автолизата-О» 70
3.6.4. Установление режимов высушивания «Автолизата-О» 72
Глава 4 Изучение возможности использования «Автолизата-О» в качестве азотсодержащей основы различных питательных сред 75
4.1. Изучение химического состава «Автолизата-О» 75
4.2. Разработка рецептур ПС общего и специального назначения на основе « Автолизата-О» 77
4.2.1. Применение математического метода планирования экспериментов в подборе состава ПС 77
4.2.2. Изучение возможности использования «Автолизата-О» в составе жидких ПС 80
4.2.3. Изучение возможности использования «Автолизата-О» в составе твердых ПС 83
Глава 5 Разработка технологических режимов утилизации побочных продуктов при получении «Автолизата-О» 90
5.1. Определение возможности использования плотного остатка (ПО) в составе кормовой добавки (КД) 90
5.1.1. Изучение питательной ценности ПО 90
5.1.2. Изучение режимов высушивания плотного остатка, полученного после ферментативного гидролиза отходов рыбообрабатывающих производств 91
5.1.3. Изучение возможности использования сухого плотного остатка в составе кормовой добавки 94
5.1.4. Расчет рецептуры кормовой добавки (КД) 96
5.1.5. Изучение санитарно-микробиологическои и токсикологической стабильности кормовой добавки 97
5.2. Изучение качественных показателей жира 99
5.2.1. Разработка технологических режимов обработки жиромассы 99
5.2.2. Изучение качественных показателей жира, полученного после обработки жиромассы 100
Глава 6. Проверка результатов исследования в производственных условиях 103
6.1. Результаты производственной проверки «Автолизата-О» 103
6.2. Результаты производственной проверки кормовой добавки «КД», предназначенной для кормления молодняка кур в возрасте 31-90 дней 108
Выводы 110
Список использованной литературы 112
Приложения 128
- Гидролизаты: аспекты их получения и использования
- Установление режимов высушивания «Автолизата-О»
- Изучение режимов высушивания плотного остатка, полученного после ферментативного гидролиза отходов рыбообрабатывающих производств
- Результаты производственной проверки «Автолизата-О»
Гидролизаты: аспекты их получения и использования
Традиционно для получения гидролизатов используются отходы животного и растительного происхождения, а также некондиционное сырье.
Способы получения белковых гидролизатов (с использованием ферментов) подразделяются в зависимости от происхождения ферментов и их применения следующим образом: автолизаты - белковые продукты, полученные с использованием собственных ферментов, содержащихся в мышечных тканях, внутренностях рыбного сырья. Это катепсины - ферменты мышечной ткани, пепсины и трипсины -ферменты пищеварительного тракта рыбы.
При получении автолизатов в некоторых случаях регулируют рН или вносят различные консерванты (Андрусенко,1968; Gylybov,1966).
Следующая группа - гидролизаты, полученные с использованием ферментов, продуцируемых микроорганизмами. При этом в белковом субстрате создаются необходимые условия для их развития.
И последняя группа - гидролизаты, полученные с использованием ферментных препаратов животного происхождения - трипсин, пепсин, ренин и химотрипсин; растительного происхождения - папаин, бромелин, фицин; микробиологического происхождения - протосубтилины различной степени очистки, протеаза С, протелин.
Также существуют различные комбинированные способы получения белковых продуктов и предложено множество вариантов проведения ферментативного гидролиза в кислых и слабощелочных средах (Долганова,1997; Могилевский,1984 ; Орлова,1983; Hassam, 1986; Pastoriza, 1985; Wessels, 1989).
Технологическая схема типичного процесса приготовления гидролизата включает следующие операции: измельчение сырья, перевод белковой части сырья в растворимое состояние: ферментативный, кислотный, щелочной гидролиз; отделение нерастворившихся компонентов сырья (кости, кожа, чешуя), пастеризация жидкой (белковой ) фазы, сушка.
Известно, что ферментативный гидролиз успешно идет при добавлении протеаз из культур Bacillus subtilus u Stretomycls gristus, в результате чего возможно получение белкового продукта по питательной ценности превосходящего казеин (Bykowski, 1988).
Зарубежными исследователями Chakrabarti (1983) и Stauffer (1983) описано применение при гидролизе рыбного сырья папаина, а также протеазы грибкового происхождения в комбинации с панкреатином. Комбинирование названных ферментов при гидролизе белкового сырья обеспечивает высокий выход конечного продукта, сокращение продолжительности процесса гидролиза и получение продукта с приемлемыми органолептическими свойствами.
Разработаны условия для получения гидролизатов, насыщенных пептидами с использованием папаина, позволяющие применять эти гидролизаты в питательной среде для бактериальных культур (Spipothy, 1964). При максимальной степени превращения рыбного белка в растворимую форму и хороших ор-ганолептических качествах продукта его производство экономически выгодно.
По данным Orban (1983), для гидролиза белков рыбного сырья перспективны ферменты папаин, алказа, ньютраза, имеющие оптимальную температуру соответственно 65,60 и 45 С, а оптимальные значения рН 7,0; 8,5; 7,0. Согласно проведенным исследованиям папаин и алкалаза предпочтительнее при гидролизе рыбного сырья, т.к. дают лучший результат, чем ньютраза.
В патенте зарубужных исследователей Jeffreys u Kreel (1965) для гидролиза рыбы предлагается использовать ферменты, полученные путем выращивания плесневого грибка рода Aspergillus на пшеничных отрубях. Кратковременный гидролиз осуществляли при температуре от 45С до 55С, после чего продукт высушивали.
Известно много разработок получения белковых гидролизатов с помощью ферментов, продуцируемых аспергилами (например,Aspergellus oryzae), стреп-томицетами (Streptomyces griscus), (Das,1973; Mackie,1974; Rutman,1974).
Однако, применение коммерческих ферментных препаратов повышает себестоимость готового продукта, не влияя на его пищевую ценность.
В последнее время наибольший интерес уделяется технологиям, предусматривающим проведение процессов гидролиза под действием собственных ферментов сырья, т.е. технологиям получения автолизатов.
Андрусенко (1968) предложен способ получения кормовых автолизатов из внутренних органов промысловых рыб при оптимальной температуре 50 55С. При продолжительности гидролизата 6-7 часов глубина гидролиза составляла 60-65 % небелкового азота от общего.
Лысовой (1970) разработан способ получения белкового гидролизата в виде пищевого концентрата из мелкой рыбы (кильки), основанный на использовании собственного комплекса протеаз рыбы.
Шендерюком (1965) была разработана технология получения ферментированных кормовых продуктов и аминокислотного концентрата для питательных сред при биосинтезе биологически активных веществ из каспийской кильки. Был изучен автолиз каспийской кильки при различных условиях, в том числе и при повышенных температурах.
Черногорцевым (1973) и Разумовской (1973) продолжены исследования протеолитической активности мышечной ткани и внутренностей рыбного сырья, а также предложены технологии ферментирования рыбного сырья.
Слуцкой и др. (1985) предложен способ получения ферментного препарата протеолитического действия из внутренностей свежих или мороженых рыб, включающий измельчение сырья, консервирование его хлористым натрием и отделение жидкой фракции фермента центрифугированием. В результате получен ферментный препарат с повышенной протеолитической активностью за счет расширения рН-диапазона его действия.
Известен также способ получения гидролизатов из неразделанной рыбы, имеющей высокую активность протеолитических ферментов внутренностей (Рехина и др., 1979).
Обработка морепродуктов неглубоким ферментолизом применяется для получения белковой пасты, в которую после проведения процесса вносятся культуры молочнокислых бактерий, дрожжей, плесневых грибов с целью накопления специфических продуктов их жизнедеятельности и придания белковой пасте новых свойств (Ehlert,1962).
Предложено немало способов проведения ферментативного гидролиза белковых веществ подпрессовых бульонов, обоснованы оптимальные режимы, исследован ферментативный гидролиз белковых веществ подпрессовых бульонов, обработанных ультразвуком (Виннов и др. 1985, 1986, 1987, 1990).
Ермишиной и др. (1993) предложен способ получения основы микробиологических сред за счет использования непищевого отечественного сырья и проведения процесса без внесения протеолитических ферментов. В качестве сырья используются белоксодержащие непищевые отходы рыболовных промыслов.
Тем не менее способы приготовления белковых гидролизатов на основе использования препаратов протеолитических ферментов в производство внедряются медленно. Это объясняется возможностью приобретения гидролизата-ми горького привкуса при накоплении в них продуктов неполного протеолиза -низкомолекулярных пептидов с гидрофобными свойствами (Adler-Nissen, 1984; Chobest, 1987).
Разрабатываются пути устранения или снижения интенсивности горького привкуса в белковых гидролизатах. Это достигается применением ферментных препаратов, обработкой этиловым спиртом и использование таких режимов протеолиза, которые обеспечивают расщепление белков без заметного накопления горьких пептидов. Горький привкус практически не наблюдается в гидролизатах при слабом расщеплении белков (разрыв не более шести пептидных связей в молекулах белка). Такие белки хорошор растворяются в воде, у них сохраняются основные функциональные свойства, в том числе эмульгирующая, пенообразующая, стабилизирующая способности, но в значительной степени утрачивается способность к образованию ими творожистых осадков при нагревании (Arbej,1985; Chakrabarti,1983; Chobert, 1987).
Установление режимов высушивания «Автолизата-О»
Высушивание осветленного «Автолизата - 0» осуществлялось методом распыления, что подтверждается работами ряда авторов (Arbej, 1985; Luna, 1985; Wessels, 1989). Температурный режим и продолжительность процесса определялись по скорости удаления влаги из исследуемого продукта. Параллельно проводилась органолептическая оценка качества продукта.
Высушивание "Автолизата-О" осуществлялось горячим воздухом при прямом его контакте с высушиваемым материалом. Температура горячего воздуха достигала до 200С. При этой температуре и минимальном времени теплового воздействия (до 8 мин) наблюдается сохранение хорошего качества белка, что способствует получению высококачественного сухого гидролизата (Arbej, 1985; Luna, 1985; Wessels, 1989). Высушивание жидкого гидролизата осуществлялось в НПО «Питательные среды» г.Махачкалы. Динамика изменения содержания влаги в «Автолизате-О» представлена на рис. 14.
Возможно использование жидкого "Автолизата-О", прошедшего процесс стерилизации при 120 С в течение 20 мин (Меджидов, 1998).
Применение сублимационной сушки «Автолизата-О» не целесообразно из-за повышенной гидроскопичности сухого продукта, что вызывает большие затруднения в процессе приготовления питательных сред.
Для расфасовки «Автолизата-О» применяется пленка полиэтиленовая (ГОСТ 103 54), пакеты герметизируются. В одном пакете содержится от 0,0125 кг до 0,5 кг. Хранение продукта осуществляется в защищенном от света месте при температуре не выше 25С и относительной влажности не более 60%. Продолжительность хранения и реализации продукта составляет 1 год.
Изучение режимов высушивания плотного остатка, полученного после ферментативного гидролиза отходов рыбообрабатывающих производств
Наиболее целесообразным представляется использование при сушке ПО, полученного после ферментативного гидролиза отходов рыбообрабатывающих производств и представляющего собой плотную однородную массу, в качестве рыхлителя рисовую лузгу (РЛ), позволяющую снизить содержание жира в нем. Оптимальное количество вносимой РЛ определялось в соответствии с динамикой высушивания и требованиями нормативной документации на кормовые до-эавки для птицеводства (ГОСТ 18221) и варировало от 5 до 35%.
Высушивание ПО проводилось в сушильном шкафу при температуре процесса 60С. Интенсивность высушивания контролировалась по изменению содержания влаги и по органолептической оценке сухого продукта, именуемого в дальнейшем как кормовая добавка (КД).
Динамика изменения содержания влаги в плотном остатке в процессе высушивания представлен на рис. 15.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при внесении РЛ в количестве от 20 до 35% продолжительность высушивания составляла 1,5 часа. За этот период содержание влаги в продукте достигало 14%, что соответствует требованию ГОСТ 18221.
Согласно полученным данным повышение количества вносимой РЛ представляется нецелесообразным, так как не повышает скорость высушивания ПО. Установлены следующие режимы высушивания ПО: температура - 60±2С, продолжительность сушки - 1,.5±0,2 часов. В результате получен продукт без плотных (не разрушаемых при надавливании) комков, без плесневого и затхлого запахов с содержанием влаги до 14 %.
Параллельно изучалась динамика изменения химического состава ПО при внесении РЛ от 5 до 35%, представленная в табл. 22. Сухая основа оценивалась по следующим химическим показателям: содержание сырого белка, сырого жира, клетчатки и золы. Количество добавляемой лузги нормировалось требованиями по содержанию клетчатки и золы в получаемой добавке (ГОСТ 18221).
Анализ полученных данных химического состава высушенного ПО (табл. 22) и изучение динамики высушивания его (рис.15) показывает, что внесение рисовой лузги в количестве 20 % к массе плотного остатка позволяет получить кормовой продукт с низким содержанием жира, не требующим внесения антиокислителя, и с содержанием клетчатки и золы, не превышающим допустимого (до 4% и 10% соответственно).
Так как полученная сухая смесь имеет низкое содержание жира, то это способствует более продолжительному хранению, упрощает измельчение и смешивание продукта с другими ингредиентами, а также в составе комбикормов (КК) не приведет к ухудшению качества мяса и яиц птицы из-за процессов окисления жира (Прушинский, 1989; Солнцев, 1990).
Вследствие низкого содержания сырого жира показатели его перекисного окисления невысоки (перекисное число - 0,3 % J2; кислотное число - 6,7 мгКОН/г), поэтому полученную КД можно будет упаковывать как и рыбную муку, т.е. в четырех-шестислойные мешки марки ПМ и НМ вместимостью до 30 кг (ГОСТ 2116) и хранить при температуре 15С и относительной влажности не более 60% течение 1 года. Хранить кормовую добавку необходимо в хорошо вентилируемом помещение и защищать от воздействия прямых солнечных лучей, источников тепла и влаги.
Результаты производственной проверки «Автолизата-О»
Для проведения производственных опытов с целью апробирования разработанной в лабораторных условиях технологии получения азотсодержащей основы «Автолизат-О» для питательных сред, полученной путем ферментативного гидролиза РПБ с использованием гомогената внутренностей в качестве фермента и молочной сыворотки с интенсифицированными процессами метаболизма в качестве консерванта, был заключен договор № 1 с НП АООТ «Каспий» г.Астрахани и с НПО «Питательные среды» г.Махачкала по теме «Изучение возможности использования основы «Автолизат-О» в качестве источника азотистого питания микробов в производстве сухих питательных сред».
Объектом исследования служили образцы жидкого «Автолизата-О», представляющего собой стерильный ферментативный гидролизат, изготовленный в НП АООТ «Каспий».
Аппаратурная схема технологической линии переработки РПБ с использованием отходов рыбообрабатывающего, молочного и крупяного производств представлена на рис. 18.
Было переработано 300-350 л РПБ и 100-120 кг внутренностей. Выход «Автолизата-О» составил от 82 до 84 %.
Жидкий «Автолизат-О» был направлен в НПО «Питательные среды» г.Махачкала для дальнейших исследований.
Изучение физико-химических свойств «Автолизата-О» проводилось в соответствии с Методическими указаниями по применению физико-химических методов контроля СПС. В исследуемых образцах определяли: содержание сухих веществ, аминный азот, содержание хлоридов, рН среды, цвет и прозрачность раствора. Данные исследования физико-химических свойств жидкого «Автолизата-О» представлены в табл. 29.
Приготовление сухой агарово-автолизатной основы для получения сухих питательных сред осуществляли в соответствии с регламентом производства сухого питательного агара №148-88 и ФС-42-257 ВС-89.
С этой целью весь полученный «Автолизат-О» упарили до максимальной концентрации, при которой сохранялась текучесть концентрированного продукта.
Физико-химические показатели качества упаренного «Автолизата-О» представлены в табл. 30.
Полученную сухую агаро-автолизатную основу испытывали в составе сухого питательного агара, а также в составе многокомпонентных сред (Эндо и Левина) по ФС-42-186 ВС-88 и ФС-42 53 ВС-87.
При этом определяли способность полученной основы поддерживать рост тест-штаммов, а также возможность получения гомогенных сухих смесей при изготовлении многокомпонентных сухих питательных сред.
Состав сред на агаро-автолизатной основе был идентичен составу СПА, агаров Эндо и Левина на основе гидролизатов кильки, только килечная агаро-белковая основа была заменена агаро-авголизатной основой.
Результаты биологического контроля испытуемых сухих питательных сред на агаро-автолизатной основе представлены в таблице 32.
Согласно полученным данным, сухой питательный агар, среды Эндо и Левина, предложенной НПО «Питательные среды», на испытуемой основе уступали контрольным (производства НПО «Питательные среды») средам только по размеру колоний тест-штамма Sh.flexneri la, что на наш взгляд, объясняется относительна невысоким содержанием триптофана в «Автолизате-О» ( 0,51% ), в то время как известно, что для высокоприхотливых штаммов Sh.flexneri, к которым и относится штамм 1а, требуется более высокое содержание свободного триптофана - от 0,8 до 1,0% (Плоскирев, 1964). Все остальные штаммы соответствовали предъявляемым требованиям как по размеру (не менее 1,0 мм), так и по форме (S-форма) колоний.
Введение в состав испытуемых сред сухого экстракта кормовых дрожжей в количестве 0,3 % на 1 л среды, повышало размер Sh.flexneri la до 1,2±0,2 мм.
Изготовление вышеназванных многокомпонентных сухих питательных сред в лабораторной шаровой мельнице-смесителе путём добавления к сухой агаро-автолизатной основе необходимых ингредиентов показало, что в технологическом аспекте испытуемая основа соответствует предъявляемым требованиям по гигроскопичности, т.к. не комкуется и обеспечивает получение гомогенной сухой питательной среды, которая не залипает на шарах и внутренней поверхности мельницы - смесителя.
На основании проведённых исследований сделано заключение о пригодности азотсодержащей основы «Автолизат-О» для крупнотоннажного производства СПС в качестве альтернативного каспийской кильке сырья. На основании полученных данных представлен и утвержден в НП АООТ «Каспий» Акт опытных испытаний азотсодержащей основы «Автолизат-О» для питательных сред общего и специального назначения, протокол испытаний и пояснительная записка (прил. 10).
