автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии продукта из крови сельскохозяйственных животных для профилактики железодефицита

На праважрукописи

Изгарышев Александр Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТА ИЗ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ЖЕЛЕЗОДЕФИЦИТА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Я ДП?

Кемерово - 2013

005057513

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «Кем ТИПП»),

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Просеков Александр Юрьевич

Официальные оппоненты: Гаврилов Гавриил Борисович,

доктор технических наук, заслуженный работник пищевой индустрии, Государственное учреждение Ярославской области «Ярославский государственный институт качества сырья и пищевых продуктов», директор Данилов Михаил Борисович доктор технических наук, профессор, Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления», зав. кафедрой технологии мясных и консервированных продуктов

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится «22» марта 2013 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.809.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4-я лекц. ауд. тел./факс: (8-384-2)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.eov.ru1 ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «20» февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кригер Ольга Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Железодефицитная анемия является распространенным заболеванием среди населения. Особенно уязвимой категорией населения являются дети и беременные женщины. В условиях демографического спада это приводит к рискам проявления опасных последствий, таких как снижение рождаемости и увеличение детской смертности. Во избежание этих последствий необходимо проводить исследования в области получения лечебно-профилактических продуктов, направленных на устранение железодефицита.

В настоящий момент только около 25% разработчиков патентов по направлению устранения железодефицита предлагают продукцию на основе гемового железа. Предлагаемые технологии, при этом, имеют недостатки. Важным также является и то, что с 2007 года наблюдается снижение количества новинок в области выпуска данной продукции. При этом, во многих препаратах для профилактики железодефицита на основе крови убойных животных (такие как гематоген, пантогематоген) используют невыделенный гемоглобин, а пищевой альбумин, который получают из цельной крови. В таком случае организм человека рискует получить избыточное количество аллергенных компонентов, представленных в основном лейкоцитами и их модификациями, которые присутствуют в крови сельскохозяйственных животных.

Таким образом, имеющиеся технологии получения профилактических продуктов из крови сельскохозяйственных животных не совершены и поэтому необходимо аналитическое и практическое исследование вариантов переработки крови для разработки эффективной технологии противоанемических продуктов для профилактики железодефицита.

Работа проводилась в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» по теме «Разработка высокоэффективной технологии получения противоанемических продуктов на основе крови убойных животных», соглашение №14.132.21.1763.

Степень проработки темы исследований. Исследования по получению продуктов для профилактики железодефицита человека обобщены в трудах А.И. Жаринова, М.Л. Файвишевского, О.И. Кочерги, Т.А. Руцковой, А..В. Устиновой, Дж Голдмана и др.

По данным Федерального института промышленной собственности в настоящее время зарегистрировано порядка 98 российских патентов, относящихся к тематике железодефицита (железодефицитной анемии). Большинство этих патентов более чем десятилетней давности. Патенты распределяются по следующим основным отраслям промышленности: пищевая, фармацевтика, медицина, ветеринария. При этом, к пищевой промышленности по данной тематике относится более половины патентов (58%). Только в 25% случаев разработчики патентов по направлению устранения железодефицита предлагают продукцию, в состав которой входит гемовое железо, остальные патентные разработки включают различные комплексы железа: сульфаты или лактаты железа, различные оксиды железа, ионы железа, а также железо сернокислое. В 20 %

случаев продукция заявлена как средство для устранения железодефицитной анемии. В остальных 80% случаев разработчики предлагают продукт с повышенным содержанием железа, который обладает лечебно-профилактическим действием. Такая продукция, как правило, включает повышенное содержание и других микронутриентов и витаминов.

Таким образом, большинство ученых, занимающихся данной тематикой, преследуют цель интенсификации профилактики и лечения железодефицитной анемии на основе гемового железа.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии продукта из крови сельскохозяйственных животных для профилактики железодефицита. Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи исследований:

- исследование процесса стабилизации крови КРС и свиней и разработка способа стабилизации с одновременной консервацией, позволяющего сохранить нативность оболочки эритроцитов;

- подбор технологических параметров фракционирования крови КРС и свиней;

- исследование и подбор параметров гидролиза эритроцитарной массы крови КРС и свиней;

- исследование хранимоспособности готового продукта;

- апробация результатов работы на предприятиях отрасли и разработка технической документации.

Научная новизна работы;

- подобраны параметры стабилизации цельной крови с одновременной консервацией с целью повышения устойчивости оболочки эритроцитов, что позволяет применять более высокие значения фактора разделения при фракционировании крови;

- проведена сравнительная оценка кислотного гидролиза эритроцитарной массы крови сельскохозяйственых животных лимонной и уксусной кислотами, доказано, что применение гидролиза пищевыми кислотами спопобствует выделению гемового железа из общей массы белка, а также достижение необходимой степени гидролиза и получение аминопептидных комплексов из белковой фракции эритроцитарной массы;

- научно обоснованы параметры гидролиза с учетом особенностей физико-химических свойств эритроцитарной массы крови;

- выявлены различия во фракционном составе амино-пептидных комплексов гидролизованной массы в зависимости от вида животного;

разработана технология получения продукта из крови сельскохозяйственных животных для профилактики железодефицита.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ стабилизации крови КРС и свиней, позволяющий предотвратить свертывание крови и одновременно оказать эффект консервации, что позволяет расширить

возможности процесса фракционирования. Определены технологические параметры (концентрация вносимых реактивов в качестве «стабилизаторов-консервантов», продолжительность фракционирования, фактор разделения) для стабилизации с последующим фракционированием крови, позволяющие при минимальных затратах выделять из крови максимально возможное количество железа.

Разработаны технологические режимы ведения гидролиза эритроцитарной массы, выделенной фракционированием, для достижения эффекта получения смеси гемового железа и аминопептидных комплексов (температура, продолжительность, концентрация вносимой кислоты.

Разработана рецепура и технологическая схема производства продукта для профилактики железодефицита, исследованы физико-химические показатели и показатели безопасности готового продукта, исследованы сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация, исследована экономическая эффективность выработки продукта

Получен патент (РФ) № 2457847 (дата приоритета 30.12.2010 г.) «Способ разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу». Имеется решение о выдаче патента по заявке № 2011109971/10(014541) от 16.03.2011 г. «Устройство для переработки крови сельскохозяйственных животных и его применение».

Методология и методы исследования.

Массовую долю железа определяли по ГОСТ 30648.3-99. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) «RAPID N ELEMENTAR», работающего по методу Дюма. Осуществляется сжигание пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для количественного определения массовой доли амминого азота использовали метод Лоури. В данном методе сочетаются две реакции. Первая - биуретовая реакция. Во второй реакции (собственно реакция Фолина) задействован реактив Фолина-Чокальтеу. Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Просмотр и фотографирование гелей проводили на УФ-трансиллюминаторе ТСР-20М («Vilber Lourmat», США) при длине волны излучения - 312 нм. Аминокислотную последовательность образованных пептидов определяли с помощью автоматического секвенатора, работающего по методу Эдмана. Активность воды определяли на стендовой установкен. В установке реализован косвенный метод определения активности воды, который основан на предварительном установлении равновесной относительной влажности воздуха в рабочем пространстве установки. Массовую долю влаги определяли арбитражным методом по ГОСТ Р51479-99.

Положения, выносимые на защиту.

- процесс стабилизации крови с одновременной консервацией;

- технологические параметры фракционирования крови;

- технологические режимы и параметры гидролиза эритроцитарной массы крови;

- сроки и условия хранения готового продукта.

Степень достоверности и апробация работы. Основные положения диссертации получили одобрение на научно-практических конференциях, симпозиумах, семинарах и конгрессах, в том числе на IV Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2011 г), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств» (Углич, 2011), на VI Всероссийской конференции научно-практической конференции с международным участием (Магнитогорск: МиниТип, 2011 г), по итогам докладов и выставок получено 2 диплома и 3 сертификата. По материалам диссертации исследований опубликовано 10 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и 5 приложений. Основной текст работы изложен на 106 страницах, включает 27 рисунков и 30 таблиц. Список использованных источников включает 150 российских и зарубежных авторов.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО КемТИПП). Общая схема исследований представлена на рисунке 1.

Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе для формулировки цели и задач собственных исследований проводили анализ доступной отечественной и зарубежной литературы.

На втором этапе исследовали фракционирование крови на плазму и эритроцитарную массу. Разработали безопасные «стабилизаторы - консерванты» для исследуемой крови, позволяющие предотвращать ее свертывание и сохранение оболочки эритроцитов. Определяли рациональные условия фракционирования: подбор оптимальной величины фактора разделения, продолжительность процесса, при этом, осуществляли контроль за содержанием остаточного железа в плазме крови. В этом же разделе проведен анализ фракционного состава белковых фракций выделенной эритроцитарной массы и осуществлен математический расчет зависимости частоты вращения разделяемого устройства (сепаратор, центрифуга) от радиуса вращения в соответствии с подобранным оптимальным значением фактора разделения.

Рисунок 1 Общая схема исследований

На третьем этапе осуществляли подбор параметров гидролиза выделенныой эритроцитарной массы крови свиньи и КРС. Подбирали такие параметры как температура и продолжительность процесса, концентрация вносимой кислоты для гидролиза. При подборе параметров оценивали величину выхода аминного азота, содержание гемового железа, степень гидролиза. Также в разделе был проведен анализ фракционного состава полученных после гидролиза амино-пептидных комплексов.

На следующем этапе разрабатывали технологию получения продукта для профилактики железодефицита. Была разработана технологическая схема производства, подобрана рецептура, проведен экономический расчет эффективности выработки.

При выполнении диссертационной работы использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы исследований, к которым можно отнести физико-химические, биохимические, микробиологические, органолептические и другие.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследование процесса стабилизации и фракционирования крови

Известно, что стабилизация применяется для предотвращения свертывания крови и не является процессом консервирования, поэтому важно знать способность цельной стабилизированной крови подвергаться порче. Кроме того, фракционирование крови подразумевает механическое воздействие на эритроциты крови, что может привести к их разрушению, а значит, к потере железа.

Для повышения устойчивости к порче необходимо применить обработку цельной стабилизированной крови консервантом. Предлагается разработка безопасных «стабилизаторов - консервантов» крови, позволяющих предотвращать ее свертывание и увеличивать срок хранения не переработанной крови.

При разработке «стабилизаторов - консервантов» за основу взяты принципы получения гемоконсервантов донорской крови человека, в которых используется помимо основного стабилизатора раствор лимонной кислоты. Присутствующая в них лимонная кислота благоприятна для сохранения нативности оболочки эритроцитов, что препятствует гемолизу при фракционировании и создает неблагоприятные условия для развития микроорганизмов.

В качестве основы «стабилизатора-консерванта» свиной крови и крови КРС использовали 4%-ный раствор цитрата натрия, а в качестве консервирующей основы выбран 10%-ный раствор лимонной кислоты, концентрацию внесения которого в основной раствор «стабилизатора-консерванта» требуется подобрать, основываясь на изменение рН крови, ее вязкости и микробиологической стабильности.

Анализ влияния применения консервирования представлен на рисунке 2.

При увеличении массовой доли раствора лимонной кислоты в «стабилизаторе-консерванте» происходит постепенное снижение величины рН, что подтверждает повышение кислотности крови. При значении массовой доли

раствора лимонной кислоты 0,03-Ю,04% рН крови имеет стабильные величины, для крови КРС - 6,9, для крови свиньи - 7,2.

к__тц

г

—, —н -

О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Массовая доля вносимой в стабилизатор лимонной кислоты, % Свиная кровь -»-КровьКРС

рН крови

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Продолжительность хранения, сут

—♦—Дополнительное консервирование, свиная кровь

Без дополнительного консервирования, свиная кровь

микробиолигическая стабильность

Рисунок 2 Анализ влияния применения консервирования лимонной кислотой

при стабилизации на рН крови и ее микробиологическую стабильность

Для стабилизированной крови без дополнительного консервирования в процессе хранения характерно повышение общего фона микробного обсеменения. При использовании дополнительного консервирования лимонной кислотой общий фон микробной обсемененности не имеет роста в течение 0,5 суток и в дальнейшем характеризуется снижением, что доказывает положительный эффект применения дополнительного консервирования при стабилизации.

Введение лимонной кислоты в стабилизатор обуславливает повышение вязкости крови, это характерно для крови КРС и крови свиней. При этом, наиболее оптимальное значение вязкости крови соответствует массовой доле лимонной кислоты 0,03-Ю,04%. Увеличение массовой доли кислоты более 0,04% приводит к повышению вязкости крови до 6,0 для свиной крови и 5,8 для крови КРС, что превышает среднюю вязкость эритроцитов крови. Кроме того, увеличение массовой доли лимонной кислоты более 0,04% приводит к необратимым процессам, способствующим разрушению белков крови.

Таким образом, выше представленные исследования подтверждают целесообразность использования в качестве дополнительного консервирования 10%-ный раствор лимонной кислоты, при этом, массовая доля его в стабилизаторе должна быть 0,035%. Такая концентрация кислоты способствует эффекту консервации и в тоже время не вызывает необратимых процессов.

Следующим этапом работы были исследования порогового значения фактора разделения, позволяющего проводить фракционирование с минимальной продолжительностью процесса и с минимальными потерями железа из общего объема эритроцитов.

На рисунке 3 представлены исследования влияния фактора разделения на продолжительность фракционирования и содержание остаточного железа в плазме крови.

tu

810 «

2 8

1 * ro oT

i l

i

. .А

А s'ßr

V

6 4 2 0

500 1500 2500 3500 4500 Фактор разделения, ед

—Свинная кровь ..........Кровь КРС

5500

500 1500 2500 3500 4500 5S00 Фактор разделения, ед

—*-Свинная кровь —»-Кровь КРС

Рисунок 3 Исследования влияния фактора разделения на продолжительность фракционирования и содержание остаточного железа в плазме крови.

При малом значении фактора разделения (до 1000) эритроциты и плазма разделяются не полностью, в связи с чем, в плазме присутствует высокая доля остаточного железа и находится в пределах от 1,1 до 8,0 мг% для свиной крови и от 0,6 до 5,5мг% для крови КРС. При значении фактора разделения 1500^-2000 содержание железа в выделенной плазме крови характеризуется стабильно малыми значениями, не превышает 0,5 мг% для свиной крови и 0,2мг% для крови КРС. При увеличении фактора разделения более 2000 наблюдается явление гемолиза, что приводит к повышению содержания железа в плазме.

Продолжительность процесса фракционирования максимальна при минимальном значении фактора разделения (500) для свиной крови составляет 60 минут и минут для крови КРС. Минимальная продолжительность

фракционирования без эффекта гемолиза соответствует фактору разделения 2000, для свиной крови - 6 минут, для крови КРС - 5,5 минут. Продолжительность процесса в диапазоне значений фактора разделения 2000-^6000 характеризуется незначительным снижением и соответствует для свиной крови снижением с 6 минут до 3,5 минут и для крови КРС снижением с 5,5 минут до 3,0 минут.

Следовательно, наиболее оптимальное значение фактора разделения, не допускающее преждевременного гемолиза эритроцитов и соответствующее минимальной продолжительности процесса фракционирования, соответствует Fr=2000.

Подбор параметров гидролиза эритроцитарной массы

Известны многочисленные методы гидролиза крови с помощью химических и биохимических методов с целью получения смесей аминокислот и пептидов, предназначенных для различных целей. При этом, в качестве реагентов гидролиза используют неорганические кислоты и щелочи, а также ферментные препараты. Каждый из способов имеет свои особенности, характеризующие преимущества и недостатки. Известно, что потери аминного азота на стадиях технологического процесса при гидролизе белка соляной, либо серной кислотами составляет 35^-42%, при нейтрализации смеси около 12%, при отделении гуминовых веществ до 19%, при осветлении гидролизата до 5,7%. Исходя из этого, а также ввиду того, что

главным направлением использования конечного продукта является профилактика железодефицита человека, в качестве гидролизующих кислот использовали пищевые. Конечный продукт должен представлять собой смесь гемового железа и амино-пептидных комплексов. Стадию нейтрализации и фильтрации принято не использовать с целью снижения потерь аминного азота и гемового железа. Гидролиз проводили уксусной (У) и лимонной (Л) кислотами при концентрациях 1%, 5% и 10%. Соотношение эритроцитарная масса:кислота - 10: Эффективность гидролиза контролировали по количеству аминного азота, гемового железа и степени гидролиза.

Динамика выхода аминного азота при ведении гидролиза с выбранными концентрациями представлена на рисунке 4.

о

го 9 36 го о.

I

и

Рисунок 4 Выход аминного азота при гидролизе

Анализируя данные рисунка 4 можно сделать следующие заключения. При кислотном гидролизе как для крови КРС, так и для свиной крови динамика выхода аминного азота характеризуется двумя периодами: период постоянного увеличения количественного содержания аминного азота и период относительно стабильного его содержания в течение 6-^8 часов для свиной крови и 7 часов для крови КРС. Однако, в динамике выхода аминного азота по группам животных имеется отличие. При гидролизе крови КРС наблюдается наибольший скачок значений, соответствующий продолжительности процесса - 5 часов, затем следует снижение количественного содержания аминного азота. Наибольший выход аминного азота наблюдается при гидролизе кислотами Л10%, находится на уровне 212 мг% и У10% находится на уровне 238мг%. К окончанию процесса гидролиза (12 часов) содержание аминного азота находится на уровне 183 мг% для Л10% (падение аминного азота составляет 13,6%) и 209 мг% для У10% (падение аминного азота составляет 12,2%). Таким образом, для крови КРС ведение гидролиза продолжительностью более пяти часов приводит к снижению количества аминного азота, что нежелательно. Для свиной крови наибольшие значения аминного азота характерны также для кислот Л10% соответствует 307мг% при продолжительности 8 часов и для У10% соответствует 335мг% при продолжительности 6 часов. Затем

350

0 зоо

1

If 200

$ g 150 х t

г n loo

Ж п

& 50 $

и

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Продолжительность процесса, час

-У1% —У5% -*-У10% - Л1% —•— Л 5% 10%

кровь КРС

250 200 150 100 50

1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12

Продолжительность процесса, час

—«-У1% —►-У 5% —*—У10%

_«_ л 1% -»-Л 5% —*—Л 10%

свиная кровь

происходит незначительное снижение содержания аминного азота. При продолжительности гидролиза 12 часов при использовании Л10% аминный азот находится на уровне 294 мг% (потери аминного азота по сравнению с максимальным содержанием составляет 4,2%) и при использовании У10% аминный азот находится на уровне 320 мг% (потери аминного азота составляют 4,5%). Такие потери аминного азота можно считать некритическими. Результаты по выходу аминного азота, полученные при гидролизе Л1%, Л5%, У1% и У5%, имеют положительный результат, но являются менее эффективными по сравнению с Л10%иУ10%.

Результаты исследований массовой доли гемового железа приведены в таблице 1 и 2.

Таблица 1 - Массовая доля гемового железа при различных вариантах

гидролиза для свиной крови

Продолжительность процесса, час Массовая доля гемового железа, %

У 1% У 5% У 10% Л 1% Л 5% Л 10%

1 0,5 0,7 1,0 0,4 0,5 0,7

2 0,7 0,9 1,2 0,6 0,7 0,9

3 0,9 1,1 1,4 0,8 0,9 1,1

4 1Д 1,3 1,6 1,0 1,1 1,3

5 1,5 1,7 2,0 1,4 1,5 1,7

6 1,9 2,3 2,6 1,7 1,9 2,1

7 2,2 2,6 2,9 2,0 2,2 2,4

8 2,3 2,7 3,0 2,1 2,1 2,3

9 2,6 3,0 3,3 2,4 2,4 2,6

10 2,8 3,2 3,5 2,6 2,7 2,9

11 2,9 3,3 3,6 2,7 2,8 3,0

12 2,9 3,3 3,5 2,7 2,8 3,0

Таблица 2 - Массовая доля гемового железа при различных вариантах

гидролиза для крови КРС

Продолжительность процесса, час Массовая доля гемового железа, %

У 1% У 5% У 10% Л 1% Л 5% Л 10%

1 0,3 0,5 0,8 0,2 0,3 0,5

2 0,5 0,7 1,0 0,4 0,5 0,7

3 0,7 0,9 1,2 0,6 0,7 0,9

4 0,9 1Д 1,4 0,8 0,9 1,1

5 1,1 1,3 1,6 1,0 1,1 1,3

6 1,3 1,7 2,0 1,1 1,3 1,5

7 1,5 1,9 2,2 1,3 1,5 1,7

8 1,8 2,2 2,5 1,6 1,6 1,8

9 1,9 2,3 2,6 1,7 1,7 1,9

10 2,2 2,6 2,9 2,0 2,1 2,3

11 2,3 2,7 3,0 2,1 2,2 2,4

12 2,5 2,9 3,1 2,3 2,4 2,6

Для всех вариантов гидролиза характерно постепенное увеличение массовой доли гемового железа в процессе гидролиза. При этом, в течение последних 2 часов гидролиза количественное содержание железа характеризуется относительной стабильностью. При гидролизе ЭМ свиной крови наибольший выход железа наблюдается при использовании кислоты У 5%, содержание железа 3,3%, У 10%, содержание железа 3,5%, а также JI 10%, содержание железа 3,0%. При гидролизе ЭМ крови КРС наибольший выход железа наблюдается у тех же вариантов кислот, что и для ЭМ свиной крови: У 5%, содержание железа 2,9%, У 10%, содержание железа 3,1% и Л 10%, содержание железа 2,6%.

Таким образом, на основании исследования зависимости выхода аминного азота и массовой доли гемового железа от выбранной кислоты и ее концентрации, можно констатировать, что процесс целесообразно вести в течение 12 часов. При этом, наиболее приемлемые варианты кислот и концентраций: 10%-ная лимонная кислота, 5%-ная и 10%-ная уксусная кислота.

Ввиду того, что исследования зависимости выхода аминного азота и массовой доли гемового железа от выбранной кислоты и ее концентрации вели при температуре 30°С, необходимо провести исследования влияния температуры процесса на степень гидролиза. При этом, исследования целесообразно проводить с наиболее приемлемыми вариантами кислот: 10%-ная лимонная кислота, 5%-ная и 10%-ная уксусная кислота. Температурный режим выбран 30°С, 35°С и 40°С, который является близким к рекомендуемому. Эффективность процесса контролировали по степени гидролиза ЭМ. На рисунках 5, 6 и 7 представлена зависимость степени гидролиза от продолжительности процесса при различных температурах гидролиза.

35 30 25

I 20

I 15 £ 10

5

о

я

Л

1 л

1—А р] VA

м н

—

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Продолжительность процесса, час

-♦—У5%30"С -X-fll0%30*C -«--У10%30°С

КРС

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Продолжительность процесса, час

- У 5% 30"С -в-Л 10% 30Х -У10%30*С

свиная кровь

Рисунок 5 Зависимость степени гидролиза от продолжительности процесса при температуре 30°С

При температуре 30°С (рисунок 5) для свиной крови наибольшая степень гидролиза достигнута при использовании кислоты У 10% и находится на уровне 29%, для кислот Л 10% и У 5% величина степени гидролиза не превысила

величины 26,5 % при этой температуре. Для всех кислот максимальное значение степени гидролиза достигается в течение 10 часов и имеет относительную стабильность в течение последующих 2 часов процесса. При температуре 30°С (рисунок 5) для крови КРС характерна наибольшая степень гидролиза при использовании кислоты У 10% и находится на уровне 30,3%, для кислот Л 10% и У5% величина степени гидролиза не превысила 28,0 % при этой температуре. Для всех кислот максимальное значение степени гидролиза достигается при 10 часах и имеет относительную стабильность в течение последующих 2 часов.

35

30

?5

?0

О

10

I 0

С

Iй

Й И —II

и и

— —

123456789 10 11 12

Продолжительность процесса, час

-*-У5%35*С -ЯН-Л10%35*С —«— У10К35*С

КРС

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Продолжительность процесса, час

У5%35"С —Л 10%35"С У10%35"С

свиная кровь

Рисунок 6 Зависимость степени гидролиза от продолжительности процесса при температуре 35°С

Степень гидролиза при температуре 35°С (рисунок 6) для свиной крови характеризуется схожей картиной, что и при 30°С. Имеется 2 периода: первый период - постоянное увеличение и второй период - относительно стабильный уровень степени гидролиза. Для кислоты У 5% первый период длится в течение первых 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 29,8%. Для кислоты Л 10% первый период длится в течение 10 часов, второй период в течение последующих 2 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 27,0%.

Для крови КРС степень гидролиза при температуре 35°С (рисунок 6) имеет общий характер, что и при 30°С. Имеется 2 периода: первый период - постоянное увеличение и второй период - относительно стабильный уровень степени гидролиза. Для кислоты У 5% первый период длится в течение 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 29,8%.

Для свиной крови при температуре 40°С (рисунок 7) отличия в значениях степени гидролиза от температуры 35°С незначительны. Для кислоты У 5% первый период длится в течение 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 30,2%. Для кислоты Л 10% первый период длится в течение 10 часов, второй период в течение оставшихся 2 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 27,9%. Для кислоты У 10% первый период длится в течение 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 32,3%.

При температуре 40°С (рисунок 7) для крови КРС характерна похожая картина, что и для свиной крови при этой же темперартуре. Для кислоты У 5% первый период длится в течение 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 30,2%. Для кислоты Л 10% первый период длится в течение 10 часов, второй период в течение последующих 2 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 27,5%. Для кислоты У 10% первый период длится в течение 9 часов, второй период в течение последующих 3 часов, максимальное значение степени гидролиза находится на уровне 31,0%.

123456789 10 11 12 Продолжительность процесса, час

Л 10% 40°С

- У 5% 40°С -У10%40°С

КРС

4 5 6 7 8 9 10 11 12

Продолжительность процесса, час

~*-У5%40'С —♦— Л10%40"С -не-У 10%40'С

свиная кровь

Рисунок 7 Зависимость степени гидролиза от продолжительности процесса при температуре 40°С

В следствие того, что величина степени гидролиза зависит от значения температуры, при этом, разница при использовании температуры 35°С и 40°С отличается не более чем на 2% можно считать, более оптимальным использование температуры 35°С при гидролизе ЭМ крови.

Конечным продуктом гидролиза является смесь амино-пептидных комплексов и гемового железа, при этом как для свиной крови, так и для крови КРС характерно наличие фракций, не превышающих массу 35 кДа и среднее содержание гемового железа - 2,3-К3,1 для крови КРС и 2,7+3,5 для свиной крови. Положительными вариантами гидролиза можно считать следующие варианты: Л10%, У5%, У10%, температура 35°С, продолжительность - 12 часов.

Технология продукта из крови сельскохозяйственных животных для профилактики железодефицита

Технология получения продукта для профилактики железодефицита включает ряд операций. Стабилизация крови при ее сборе с животного, охлаждение после стабилизации, сепарирование на плазму и эритроцитарную массу, сбор полученной эритроцитарной массы, гидролиз эритроцитарной массы одним из трех вариантов (зависит от требований к готовому продукту), затем сублимационная сушка, либо вакуумное концентрирование, упаковка и хранение на складе готовой продукции с последующей реализацией.

Рисунок 9 Технологическая схема производства продукта для профилактики

железодефицита

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

По результатам работы получены следующие результаты и выводы.

1. Исследован процесс стабилизации крови КРС и свиней, в результате чего разработан способ стабилизации крови КРС и свиней с одновременной консервацией. Способ включает применение «стабилизатора-консерванта», который состоит из двух растворов: 4%-ный раствор цитрата натрия, массовая доля в «стабилизаторе-консерванте» - 99,965% и 10%-ный раствор лимонной кислоты, массовая доля в «стабилизаторе-консерванте» - 0,035%. Доза внесения «стабилизатора-консерванта» в кровь 1:10.

2. Подобраны технологические параметры процесса фракционирования крови КРС и свиней. Фракционирование основано на 2 основных условиях. Первое условие максимальный выход железа и второе условие минимальная продолжительность процесса фракционирования. Условия соблюдаются при следующих параметрах: фактор разделения Fr=2000, продолжительность процесса 6,0 минут для свиной крои и 5,5 минут для крови КРС. Частота вращения барабана сепаратора выбирается исходя из калибровочного графика, который отражает зависимость частота вращения барабана от его радиуса при факторе разделения Fr=2000.

3. Исследован процесс гидролиза ЭМ крови КРС и свиней. На основании проведенных исследований разработаны технологические режимы ведения гидролиза ЭМ. Гидролиз ведется 3 вариантами. По 1 варианту процесс гидролиза осуществляется 5%-ной уксусной кислотой, соотношение ЭМ:кислота - 10:1, температура процесса t= 35°С, продолжительность 12 часов. По 2 варианту гйдролиз ведется 10%-ной лимонной кислотой, соотношение ЭМ:кислота - 10:1, при температуре t= 35°С и в течение 12 часов. Третий вариант гидролиза осуществляется 10%-ной уксусной кислотой, соотношение ЭМ:кислота - 10:1, температура процесса t= 35°С, продолжительность 12 часов.

4. Установлен срок годности. Сухой продукт для профилактики железодефицита должен храниться при температуре 20±2 °С в течение 40 суток, а концентрированный продукт для профилактики железодефицита должен храниться при температуре 20±2 °С в течение 20 суток.

5. Результаты работы прошли апробацию и внедрены на предприятиях отрасли. Утверждены технические условия и технологическая инструкция на разработанный продукт: «продукт для профилактики железодефицита» (ТУ 9197 -179-020683315-2013).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Просеков, А.Ю. Особенности фракционирования крови крупного рогатого скота / А.Ю. Просеков, A.B. Изгарышев // Все о мясе. Научно-технический и производственный журнал. - 2011. - № 3 - С. 15-17.

2. Просеков, А.Ю. Разработка устройства для комплексной переработки крови сельскохозяйственных животных / А.Ю. Просеков, О.В. Кригер, A.B. Изгарышев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 7 - С. 66-68.

3. Изгарышев, A.B. Новые технологии противоанемических продуктов из крови убойных животных // Мясная индустрия. -2011.-№2-С. 18 -20.

4. Аветисян, А.Г. Биологические аспекты профилактики железодефицитных состояний человека на основе крови убойных животных / А.Г. Аветисян, A.B. Изгарышев // Проведение научных исследований под руководством приглашенных исследователей в 2010 году: материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи, Кемерово, 18-22 октября 2010 г - С. 26 - 28.

5. Просеков, А.Ю Совершенствование метода разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу / А.Ю. Просеков, М.А. Осинцева, A.B. Изгарышев// Материалы 13-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Василия Матвеевича Горбатова и 80-летию ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии «Инновационные аспекты переработки мясного сырья и создания конкурентоспособных продуктов питания», Москва-2010 г - С. 218- 220.

6. Изгарышев, A.B. Инновационный подход к получению противоанемических продуктов / A.B. Изгарышев, О.В. Кригер // Материалы Инновационного конвента «Кузбасс: образование, наука, инновации». Кемерово, 24-25 ноября 2011 г - С. 109 - 111.

7. Изгарышев, A.B. Противоанемический продукт из вторичного сырья. Материалы конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья. - С. 110-111.

8. Изгарышев, A.B. Получение противоанемических железосодержащих основ из животного сырья. Материалы IV Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека», Кемерово 2011 г - С. 13 - 14.

9. Изгарышев, A.B. Варианты аппаратурного оформления устройств для фракционирования крови сельскохозяйственных животных / A.B. Изгарышев, О.В. Кригер // Материалы VI Всероссийской конференции научно-практической конференции с международным участием. - Магнитогорск: МиниТип, 2011 г - С. 258-260.

10. Кригер, О.В. Использование вторичных сырьевых ресурсов мясоперерабатывающей промышленности в производстве лечебно-профилактических продуктов противоанемического действия / О.В. Кригер, А.О. Маслова, A.B. Изгарышев // Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств: материалы международной научно-практической конференции. - Углич, 2011. - С. 165-167.

Подписано в печать 06.02.2013. Формат 60x86/16. Тираж 70 экз. Объем 1,1 п.л. Заказ № 2 1 ■ Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47. Отпечатано в лаборатории множительной техники КемтТИППа. 650002, г. Кемерово, ул.Институтская, 7