автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания

На правах рукописи

Гринкж Анна Валентиновна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НАР 2014

005545906

Кемерово-2014

005545906

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГЪОУ ВПО «КемТИПП»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Просеков Александр Юрьевич

Официальные оппоненты: Тихонов Сергей Леонидович,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет», заведующий кафедрой пищевой инженерии

Егушова Елена Анатольевна,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», доцент кафедры технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Ведущая организация: Государственное бюджетное учреждение

Ярославской области «Ярославский государственный институт качества сырья и пищевых продуктов»

Защита диссертации состоится «21» апреля 2014 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4-я лекц. ауд., тел/факс: (8-384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (http://www.kemtipp.ru).

С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Ми-нобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru) и ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан дХ&рСШ2014 г.

Ученый секретарь "

диссертационного совета /'/. Кригер Ольга Владимировна

/ /' с / '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Существующие технологии переработки крови сельскохозяйственных животных предусматривают ее дальнейшее применение в технических и пищевых отраслях промышленности. При этом большая часть технологий устарела и не всегда отвечает запросам современных потребностей соответствующих отраслей промышленности. Одним из перспективных направлений развития являются биотехнологии пищевых производств, тем более это актуально при исследовании и переработке сырья с высоким содержанием ценных белков. Актуальным является и то, что кровь сельскохозяйственных животных относится к вторичному сырью, которое зачастую не перерабатывается в полной мере, а просто сбрасывается в канализацию предприятий-переработчиков мясного сырья.

Исследования в области сублимационной сушки крови ведутся, однако их перспективность не всегда оправдана ввиду относительной дороговизны процесса сушки. Это связано в первую очередь с длительностью процесса. Предлагаемая технология предварительного замораживания крови в жидком азоте перед ее переработкой позволяет сократить процесс сушки без потерь качественных показателей готового продукта, а в некоторых случаях и даже с более высокими показателями.

Все эти факты указывают на актуальность исследования и разработку технологии получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных. Наличие такого отечественного продукта на рынке будет интересно производителям питательных сред для выращивания микроорганизмов, кормовых добавок для животных и разработчикам профилактических пищевых продуктов для человека.

Степень проработки темы исследования. Исследования по сублимационной сушке высокобелковых веществ, а также крови сельскохозяйственных животных обобщены в трудах Л.В. Антиповой, В.Г. Горбатова, В.М. Горбатова, Н. К. Журавской, P.E. Киселева, А.Б. Лисицына, Л.С. Пожариской, И.А. Рогова, С.Л. Тихонова, М.Л. Файвишевского, И.П. Энглин и др. Также обобщения есть и в работах иностранных авторов: P.K. Bansal, G.A. Bell, J.E. Braun, X.D. Chen, J.G.Sargeant

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы решали следующие задачи: исследование теплофизических и физико-химических свойств крови сельскохозяйственных животных, изучение белкового состава крови сельскохозяйственных животных, исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом, исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки, разработка технологии сухого белкового продукта и исследование состава и свойств готового продукта, разработка рекомендаций по его использованию.

Научная новизна работы. Подобраны параметры процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом; обоснованы способы и технологические режимы процесса обезвоживания крови сельскохозяйственных

животных: давление сушки - 500 ± 50 Па, температура - 25 ± 1 °С; исследовано влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки; разработана технология получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных, включающий применение жидкого азота, патент № 2499210 от 18.09.2012 г. Установлены технологические режимы сублимационной сушки крови при условии ее предварительного замораживания в жидком азоте. Разработана рецептура и технологическая схема производства сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных, исследованы физико-химические показатели и показатели безопасности готового продукта, определены сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация (ТУ 9197-189-020683315-2014), исследована экономическая эффективность выработки продукта.

Методология и методы исследования. При проведении исследований применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в плазме крови оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Обезвоживание выделенной плазмы производили на сублимационной установке модели «ИНЕЙ-6М». Определение общего количества дрожжей и плесневых грибов проводили в соответствии с ГОСТ 10444.12-88 путем посева в чашки Петри на сусло-агар. Количественное содержание водорастворимых витаминов и органических кислот определяли с использованием системы капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105». Определение содержания сухих веществ производили на рефрактометре. Пробу предварительно разбавляли водой. Результат умножали на коэффициент разведения. Массовую долю влаги определяли по ГОСТ Р 51479-99. Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Для определения бактерий группы кишечной палочки использовали метод накопления путем посева на среду Кеслер с последующей идентификацией на среде Эндо, согласно ГОСТ 9225-84. Определение сальмонелл проводили по ГОСТ Р 50480-93 путем посева на накопительную среду Кауфмана с последующим посевом на среде Эндо. Определение содержания токсичных элементов, пестицидов, антибиотиков и радионуклидов определяли по соответствующим ГОСТам. Мазки крови окрашивали по методу Романовского, микроисследование проводили на микроскопе марки «МИК-МЕД-5» при 500-1000-кратном увеличении. Долю разрушенных эритроцитов определяли методом прямого подсчета, используя камеру Горяева. Для определения показателя активности воды использовали стендовую установку. В установке реализован косвенный метод определения активности воды, который основан на предварительном установлении равновесной относительной влажности воздуха в рабочем пространстве установки. Теплофизические характеристики определяли первым буферным методом двух температурно-временных интервалов.

Положения, выносимые на защиту:

- параметры замораживания жидким азотом крови сельскохозяйственных животных;

- параметры обезвоживания крови сельскохозяйственных животных;

- технология получения готового продукта.

Степень достоверности и апробация работы. По материалам диссертационных исследований опубликовано восемь печатных работ, из них две - в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ «Способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных». Разработаны и утверждены технологическая инструкция и технические условия.

Работа выполнена в рамках программы ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» по направлению 1.2.1, по теме: «Исследование и разработка комплексной технологии переработки отходов сельского хозяйства, пищевой и зерноперерабатывающей промышленности в функциональные продукты питания», государственный контракт 16.740.11.0058 от 01 сентября 2010 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Основной текст работы изложен на 126 страницах, включает 49 рисунков и 23 таблицы. Список использованных источников включает 152 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 теплофизические и физико-химические свойства крови сельскохозяйственных животных (КРС, MPC, свинья, лошадь). Провели исследования стабилизированной цельной крови всех четырех видов животных. Осуществляли исследования теплоемкости, криоскопической температуры, теплопроводности, массовой доли влаги, общего белка, вязкости и ряда других показателей.

На третьем этапе исследовали процесс замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом. Разрабатывали рациональные условия замораживания, исследовали различия между замораживанием способом погружения и способом орошения. Исследовали такие параметры, как скорость охлаждения, расход азота.

Рисунок 1 - Общая схема исследований

На четвертом этапе исследовали влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки. Устанавливали зависимость массовой доли влаги и активности воды от продолжительности процесса. Проводили микроисследования. На заключительном этапе разрабатывали технологию получения сухого кровяного

продукта из крови сельскохозяйственных животных. Разработали технологическую схему производства, подобрали рецептуру, изучали физико-химические и микробиологические показатели готового продукта. Обосновали сроки и условия хранения готового продукта. Разрабатывали и утверждали технические условия и технологическую инструкцию.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследование крови как объекта замораживания

Кровь сельскохозяйственных животных представлена четырьмя основными видами: крупнорогатый скот (КРС), мелкий рогатый скот (MPC), свиньи и лошади. Для исследований выбраны соответствующие породы: свиньи породы «Ландрас», КРС породы «Черно-пестрая», из группы MPC использовались овцы породы «Романовская», лошади породы «Вятская». Все виды животных воспроизводились на животноводческих хозяйствах Промышленновского района Кемеровской области.

Ввиду того, что кровь является жидкой средой с высокой долей влаги, содержит белки, железосодержащие элементы и ряд других компонентов, оказывающих непосредственное влияние на эффективность замораживания, необходимо знать ее физико-химические и теплофизические свойства (характеристики). В таблице 1 приведены результаты определения некоторых теплофизических характеристик крови рассматриваемых сельскохозяйственных животных.

Таблица 1 — Теплофизические характеристики крови сельскохозяйственных животных

Объект исследования Теплоемкость Криоскопическая температура tKp, °С Теплопроводность, Вт/(м-град)

Дж/(кг-град) ккал/(кг-град)

Кровь КРС 3 802 ±38 0,91 +0,01 минус 0,75 ± 0,02 0,53 + 0,01

Кровь MPC 3 775 ± 37 0,90 ±0,01 минус 0,70 ± 0,02 0,52 + 0,01

Кровь лошади 3 610±36 0,86 ±0,01 минус 0,82 ± 0,02 0,55 ±0,01

Кровь свиньи 3 650 ±36 0,87 ± 0,01 минус 0,9 ± 0,02 0,54 ±0,01

Для крови КРС характерны наиболее высокие показатели теплоемкости (3 802 ± 15 Дж/(кг-град)), при этом близкие значения теплоемкости для крови свиньи и лошади говорят о похожем качественном составе крови этих животных. Подобная картина наблюдается и в полученных значениях криоскопической температуры, по результатам которой исследуемый материал можно разделить две группы с одинаковыми свойствами их кровей: первая группа — свинья — лошадь, вторая группа - КРС - MPC. Наименьшие показания теплопроводности характерны для

крови MPC (0,52 ± 0,01 Вт/(м-град)), а наибольшие для крови лошади (0,55 ± 0,01 Вт/(м-град)).

Общий анализ полученных показателей физико-химических свойств также подтверждает схожесть свойств определенных видов животных, которые также можно объединить в две группы: свинья - лошадь и КРС - MPC.

Для группы свинья - лошадь характерны более высокие показатели содержания общего белка, при этом содержание его в лошадиной крови несколько больше (лошадиная кровь - 19,7 %, свиная кровь - 18,5 %). Высокие показатели белка для этой группы животных обусловливают меньшие значения содержания массовой доли влаги по сравнению с группой животных КРС-МРС (КРС - 81,0 %, MPC - 80,0 %). Полученные значения рН и вязкости также несколько больше для первой группы животных - 7,8-7,85, для второй группы - 7,45-7,55. Значение вязкости для группы свинья - лошадь составляет 4,3^1,4, вязкость для группы животных КРС - MPC - 4,2-4,3.

Далее проводили исследования фракционного состава белков в зависимости от их молекулярного веса для обоих групп (свинья - лошадь и КРС - MPC). На рисунке 2 представлен фракционный состав белков крови КРС и MPC, на рисунке 3 -свиньи и лошади.

Фракционный состав белков крови для группы животных КРС - MPC представлен также рядом пептидов, имеющих различные массы и концентрации. Белковые вещества цельной крови КРС представлены десятью фракциями, три из которых характеризуются высокой молекулярной массой: 850,23 кДа и концентрацией 3,24 %; массой 311,80 кДа и концентрацией 5,76 %; массой 209,03 кДа и концентрацией 4,42 %. Кровь MPC имеет в своем составе четыре высокомолекулярные фракции, при этом общее количественное содержание фракций равно 11: 850,23 кДа и концентрацией 2,94 %; массой 592,20 и концентрацией 3,96 %; массой 311,80 кДа и концентрацией 4,76 %; массой 209,03 кДа и концентрацией 3,42 %. Общая картина, характеризующая группу, также наблюдается и в пропорциональном распределении белковых соединений. Наибольшее количественное содержание белков находится в диапазоне значений 58,50-127,80 кДа, на которые приходится 74,59 % для крови КРС и 72,76 % для крови MPC.

Фракционный состав белков крови для группы животных свинья - лошадь представлен определенным рядом пептидов, имеющих различные массы и концентрации. Белковые вещества цельной крови свиньи представлены 11 фракциями, четыре из которых имеют высокую молекулярную массу: 855,00 кДа и концентрацией 1,94 %; массой 590,00 и концентрацией 2,75 %; массой 311,80 кДа и концентра-

Рисунок 2 - Фракционный состав белков крови КРС и MPC

цией 2,76 %; массой 209,43 кДа и концентрацией 2,42 %. Кровь лошади также имеет в своем составе четыре фракции, которые можно отнести к высокомолекулярным, при этом общее количество фракций находится на уровне 12 фракций:

2 855,00 кДа и концентрацией 3,24 %; массой 590,00 и I концентрацией 2,85 %; массой 311,80 кДа и концен-2л I трацией 5,76%; массой 209,43 кДа и концентрацией

™ 2,92 %. Также важно отметить характерное отличие, «<а. »• которое обусловлено белком, имеющим наимень-

шую массу: для крови свиньи такой белок имеет массу 24,51 кДа, а для лошадиной крови - 22,39 кДа.

m Далее были проведены исследования на ами-

нокислотный состав белков крови. По своему составу для крови каждого вида животного характерно практически равнозначное количественное распределение аминокислот с небольшими отличиями.

-"""" При этом можно разделить все аминокислоты на

« . две основные группы: первая группа - аминокисло-

ты повышенного количественного содержания, вто-Рисунок 3 - Фракционный рая группа _ аминокислоты пониженного количест-состав белков крови свиньи венного содержания. в первую группу аминокислот

и лошади можно включить следующие аминокислоты: валин

(7,3-7,9 г/100 г белка), лейцин (9,9-10,9 г/100 г белка), лизин (8,5-9,5 г/100 г белка), фенилаланин + тирозин (7,99,9 г/100 г белка), аланин (8,5-9,5 г/100 г белка), аспарагиновая кислота (9,0-11,0 г/100 г белка) и серин (8,9-10,6 г/100 г белка).

Во вторую группу можно отнести аминокислоты: метионин + цистин (2,0-3,2 г/100 г белка), треонин (3,0^,0 г/100 г белка), триптофан (1,2-1,5 г/100 г белка), аргинин (3,5-4,5 г/100 г белка), гистидин (3,7-5,7 г/100 г белка), изолейцин (1,7-1,8 г/100 г белка), глицин (3,6-4,6 г/100 г белка), оксипролин (1,0-2,1 г/100 г белка), пролин (3,3—4,3 г/100 г белка).

Исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом

Мы рассматривали два способа замораживания жидким азотом: способом погружения и способ орошения.

На рисунках 4 — 7представлены результаты исследований зависимости скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота для крови свиньи, лошади, MPC и КРС соответственно. При анализе представленных рисунков можно сделать ряд заключений. Достижение температуры - 40 °С возможно осуществить быстрее при использовании способа погружения. В обоих случаях присутствуют характерные точки перегиба кривых. При орошении для всех вариантов животных эта точка перегиба выражена менее явно и имеет практически

одинаковые значения: температура - 15 ± 1 °С, время достижения - 160 + 5 секунд. При погружении точки перегиба имеют четкость и ярко выражены для крови всех видов животных.

10.00 1 э.оо ё 5 б.оо

е =

=■ 3 4.00 О ^ 2.00 й 0,00

" 0.00 500.00 1000.00 Расход а чота, мл/кг

Рисунок 4 -Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (свиная кровь): 1 - орошение; 2 - погружение

0,00 500,00 1000,00

Расходаюта мл/кг Рисунок 5 -Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (лошадиная кровь): 1 - орошение; 2 - погружение

10.00 ■

BÎ S.00 4

н о s о» s 6.00 -

fj ¡s

о Г" о 4.00

X о 2.00 4

0.00

1

0.00 50Q.00 1000.00

Расхода юта, мл/кг

* 6.00 5 =

■А =4.00

О ^

Й ^ 2,00 и

§. 0.00 2 о.оо

500.00 1000.00

Расходаюта, мл/кг

Рисунок 6 -Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (КРС): 1 - орошение; 2 - погружение

Рисунок 7 -Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (MPC): 1 - орошение; 2 - погружение

Значение температуры во всех случаях находится на уровне минус 15-0,5 °С. При замораживании крови КРС точка достигается при 112 секундах, при замораживании крови MPC точка достигается при 130 секундах, при замораживании крови свиней точка достигается при 135 секундах, при замораживании крови лошадей точка достигается при 150 секундах. Во всех случаях: и при орошении, и при погружении температура минус 40 °С достигается в четкой последовательности: сна-

чала кровь КРС (погружение - 185 секунд, орошение - 285 секунд), затем кровь MPC (погружение - 200 секунд, орошение - 310 секунд), затем кровь свиней (погружение - 210 секунд, орошение - 330 секунд) и далее кровь лошадей (погружение - 225 секунд, орошение - 345 секунд). При орошении кривая после точки перегиба имеет угол наклона больше, чем кривая при погружении в азот. Таким образом, можно сделать вывод о том, что теплопроводность крови после точки перегиба больше в случае погружения, что и позволяет быстрее достигать низких температур.

Исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки

Для отслеживания этого процесса к высушиваемому объекту были применены: способ сушки с предварительным замораживанием крови в скороморозильном аппарате (СМА), способ сушки, основанный на самозамораживании и способ сушки с применением предварительного замораживания в жидком азоте. На рисунке 8 представлены данные исследования зависимости массовой доли влаги от продолжительности процесса при различных вариантах предварительного замораживания для каждого вида животного соответственно.

Продолжительность, мин

О 100

Продолжительость, мин

п ; «

100 '

Продолжительность, мин

Продолжительность, мин

в)

Г)

- Замораживание в СМА; 2 - Самозамораживание; 3 - Жидкий азот Рисунок 8 - Кривые изменения массовой доли влаги: а) кровь КРС; б) кровь MPC в) свиная кровь г) лошадиная кровь

При анализе результатов исследований массовой доли влаги можно констатировать наличие трех характерных зон (периодов). Период постоянной скорости сушки для всех вариантов начинался в разное время и везде ему предшествовал период выхода на режим, имеющий различную продолжительность при соответствующих вариантах предварительного замораживания. При использовании азота этот период был минимальный, а при использовании СМА период выхода на режим был самым продолжительным. Затем для всех вариантов сушки было характерно наличие периода постоянной скорости сушки, который менялся периодом падающей скорости сушки. Таким образом, использование жидкого азота в качестве агента для предварительного замораживания позволило сократить процесс сушки в среднем на 40 - 50 минут и при общей продолжительности процесса - 160 минут достигать значения массовой доли влаги 4—5 %.

Технология сухого кровяного продукта

Упаковка

Материал упаковки - полимерный пакет

Сублимационная сушка

Параметры: Р = 500 ± 50 Па, т = 4.0 ±0.1 ч. ( = 25+ 1 °С

Рисунок 9 - Технологическая схема производства сухого кровяного продукта

Технология получения сухого кровяного продукта представлена на рисунке 9, она включает ряд операций. Сбор крови с животного, стабилизация крови после сбора с животного, замораживание крови в жидком азоте одним из двух вариантов: способом орошения либо способом погружения (будет зависеть от требований к готовому продукту), затем сублимационная сушка, упаковка и хранение на складе готовой продукции с последующей реализацией.

В соответствии с нормативами сбор крови осуществляется бесконтактно с окружающей атмосферой во избежание активации процесса свертывания крови. Бесконтактность с атмосферой осуществляли использованием полых ножей, которые встроены в насосную систему. Откачиваемая кровь поступает в емкости для стабилизации. Там она перемешивается при помощи специальных лопаток со стабилизатором, который представляет собой смесь растворов 4 %-ного натрия цитрат и 0,07 %-ного раствора лимонной кислоты, массовая доля раствора лимонной кислоты от общей массы стабилизатора-консерванта - 0,035 %. После стабилизации кровь подвергается проверке ее качественных показателей согласно действующей документации.

Затем кровь поступает в цех замораживания жидким азотом. Замораживание осуществляется одним из двух способов (либо орошением, либо погружением). При замораживании погружением кровь после стабилизации поступает в специальный резервуар, представляющем собой емкость, в котором размещены специальные лотки закрытого типа, в которые заливается кровь. После заполнения всех лотков кровью в межлотковое пространство поступает азот, который начинает активно кипеть. Процесс замораживания длится 3-4 минуты. Затем после того как весь азот выкипит, из резервуара извлекаются лотки с замороженной кровью, которые поступают в сублимационный аппарат. При замораживании способом орошения кровь после стабилизации поступает в специальный резервуар, представляющий собой емкость, в котором размещены специальные лотки открытого типа, в которые заливается кровь. После заполнения всех лотков кровью на их поверхность начинает разбрызгиваться азот через специальные форсунки, который начинает активно кипеть при контакте с кровью. По истечении процесса из резервуара извлекаются лотки с замороженной кровью, которые поступают в сублимационный аппарат.

Конечная температура в обоих случаях - минус 40 °С. Продолжительность процесса: кровь КРС (погружение - 185 секунд, орошение - 285 секунд), кровь MPC (погружение - 200 секунд, орошение - 310 секунд), кровь свиней (погружение - 210 секунд, орошение - 330 секунд), кровь лошадей (погружение - 225 секунд, орошение - 345 секунд).

Сушка производится на сублимационном аппарате, который позволяет осуществлять снижение давления в сушильной камере до Р = 500 ± 50 Па. Это позволяет вести процесс сушки, когда влага из продукта выделяется из твердой фазы (лед) в газообразную (пар), минуя жидкую. Продолжительность процесса - т = 4,0 ±0,1 ч и температура в камере - t = 25 ± 1°С.

Заключительный этап упаковки готового продукта осуществляется в отдельном цехе, где соблюдается стерильность процесса. Упаковка сухого продукта производится в полимерные пакеты на упаковочном агрегате. Далее упакованный

продукт поступает на склад хранения, в котором поддерживаются следующие параметры хранения: I = 25 ± 1 °С и относительная влажность воздуха не более 75 %.

Таблица 2 - Физико-химические показатели сухого кровяного продукта

Показатель Значение

Из крови MPC Из крови КРС Из крови свиней Из крови лошадей

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 98,0 98,0 99,0 99,0

Массовая доля влаги, %, не более 5,0 5,0 4,0 4,0

Активность воды, единиц 0,15 0,15 0,15 0,15

Общий белок, % 93,0 93,0 95,0 95,0

Данные таблицы подтверждают положительный эффект решаемых задач при реализации технологии. Массовая доля влаги в сухом продукте имеет значения 4,0-5,0 %, а также малые значения активности воды (0,15), что подтверждает ее высокую хранимоспособность. Такое количество остаточной влаги в продукте позволяет использовать его для обогащения жидких пищевых продуктов, что обусловливает его более широкое применение в производственных условиях.

а)

т*Т1

ill.

б)

~п

-А-

! i

в) г)

Рисунок 10 - Электрофоретическое разделение органических кислот методом капиллярного электрофореза: а) свиная кровь; б) лошадиная кровь, в) кровь MPC, г) кровь КРС

Затем проводили исследования содержания водорастворимых витаминов и органических кислот.

Наибольшее содержание характерно для лимонной кислоты, которое объясняется наличием ее в составе раствора стабилизатора. В сухом продукте также содержатся уксусная и янтарная кислоты, наличие которых можно объяснить особенностью кормления животных, т.к. ряд кормов содержит их в своем составе в очень незначительных количествах, но при этом в достаточных, чтобы их идентифицировать. Также следует отметить, что уксусной кислоты более всего содержится в продукте из крови КРС, менее всего - в продукте из крови свиней. Янтарной кислоты более всего содержится в продукте из крови MPC и из крови лошадей, менее всего ее содержится в продукте из крови КРС.

Таблица 3 - Количественное содержание органических кислот в готовом продукте__

Кислота Значение

Из крови MPC Из крови КРС Из крови свиней Из крови лошадей

Лимонная кислота, ммоль/кг 0,1-0,15 0,1-0,15 0,1-0,15 0,1-0,15

Уксусная кислота, ммоль/кг 0,005-0,01 0,007-0,015 0,005-0,007 0,005-0,008

Янтарная кислота, ммоль/кг 0,01-0,015 0,01-0,012 0,01-0,011 0,01-0,015

Далее провели исследование количественного содержания водорастворимых витаминов в готовом продукте.

Таблица 4 - Количественное содержание водорастворимых витаминов в готовом продукте_

Витамин Значение, мг/100 г

Из крови MPC Из крови КРС Из крови свиней Из крови лошадей

в, 0,4 0,4 0,5 0,5

В, 1,0 1,0 0,9 0,9

в„ 1,2 1,2 1,3 1,1

с 1,5 1,3 1,4 1,2

Готовый продукт содержит четыре водорастворимых витамина: С, В,, В3, В6. При этом для всех вариантов наибольшее содержание характерно для витамина С, а наименьшее для витамина В|.

В) г)

Рисунок 11- Электрофоретическое разделение водорастворимых витаминов методом капиллярного электрофореза: а) свиная кровь; б) лошадиная кровь; в) кровь MPC; г) кровь КРС

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследованы теплофизические и физико-химические свойства крови сельскохозяйственных животных, установлено, что для крови КРС характерны наиболее высокие показатели теплоемкости (3802 ± 15 Дж/(кг-град)), при этом близкие значения теплоемкости для крови свиньи и лошади говорят о похожем качественном составе крови этих животных. Подабная картина наблюдается и в полученных значениях криоскопической температуры, по результатам которой исследуемый материал можно разделить две группы с одинаковыми свойствами их кровей: первая группа свинья-лошадь, вторая группа КРС-МРС. Наименьшие показания теплопроводности характерны для крови MPC (0,52 ± 0,01 Вт/(м-град)), а наибольшие для крови лошади (0,55 ± 0,01 Вт/(м-град)).

2. Исследован фракционный белковый состав крови четырех видов животных: КРС, MPC, свиньи и лошади. Установлено, что белковые вещества цельной крови свиньи представлены 11 фракциями, четыре из которых имеют высокую молекулярную массу - 855,00 кДа и относительное содержание 1,94 %; массой 590,00 и кДа и относительное содержание 2,75 %; массой 311,80 кДа и относительное содержание 2,76 %; массой 209,43 кДа и относительное содержание 2,42 %. Кровь лошади имеет в своем составе 12 фракций, четыре из которых можно отнести к высокомолекулярным: 855,00 кДа и относительное содержание 3,24 %; массой 590,00 кДа и относительное содержание 2,85 %; массой 311,80 кДа и относитель-

ное содержание 5,76 %; массой 209,43 кДа и относительное содержание 2,92 %. Кровь КРС имеет 10 фракций, три из которых высокомолекулярные: 850,23 кДа и относительное содержание 3,24%; массой 311,80 кДа и относительное содержание 5,76 %; массой 209,03 кДа и относительное содержание 4,42 %. Кровь MPC имеет 11 фракций, четыре из которых высокомолекулярные: 850,23 кДа и относительное содержание 2,94 %; массой 592,20 кДа и относительное содержание 3,96 %; массой 311,80 кДа и относительное содержание 4,76 %; массой 209,03 кДа и относительное содержание 3,42 %.

3. Исследован процесс замораживания крови жидким азотом. Установлены значения расхода азота при максимальной скорости охлаждения (10 °С/мин), для орошения - 850 мл/кг, для погружения - 1 020 мл/кг. Также установлено, что достижение низкой температуры минус 40 °С возможно осуществить быстрее при использовании способа погружения.

4. Исследовано влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки. Установлено, что использование жидкого азота в качестве агента для предварительного замораживания позволило сократить процесс сушки в среднем на 40 - 50 минут и при общей продолжительности процесса 160 минут достигать значения массовой доли влаги 4—5 % и активности воды - 0,1. При этом белковые компоненты получаемой сухой крови при использовании жидкого азота подвержены меньшей деструкции, чем при других вариантах сушки.

5. Разработана технология сухого кровяного продукта и исследованы состав и свойства готового продукта, рассчитана экономическая эффективность. Изучена хранимоспособность готового продукта. Установлен срок годности, который составляет 67 суток при температуре 25 ± 1 °С и относительной влажности воздуха 75 %.

6. Результаты прошли апробацию. Утверждены технические условия и технологическая инструкция на разработанный продукт «Сухой продукт из крови сельскохозяйственных животных» (ТУ 9197-189-020683315-2014).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кригер, О.В. Использование жидкого азота в технологии сублимационной сушки крови / О.В. Кригер, A.B. Гринюк // Техника и технология пищевых производств. - 2011. — № 4. - С. 33-37.

2. Кригер, О.В. Исследования процесса разделения крови сельскохозяйственных животных на фракции / О.В. Кригер, A.B. Гринюк // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 11.

3. • Гринюк, A.B. Использование сублимационной сушки для получения сухой белковой смеси из крови сельскохозяйственных животных / A.B. Гринюк, О.В. Кригер // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». Владивосток, 2011.-С. 75-76.

4. Гринюк, A.B. Перспективные способы переработки вторичных сырьевых ресурсов мясоперерабатывающей промышленности / A.B. Гринюк, О.В. Кригер // Материалы Международной научно-технической конференции «Инноваци-

онные технологии переработки продовольственного сырья». Владивосток, 2011 -С. 74-75.

5. Гринюк, A.B. Варианты сушки крови сельскохозяйственных животных способом сублимации / A.B. Гринюк, О.В. Кригер // Материалы Инновационного конвента «Кузбасс: образование, наука, инновации». Кемерово, 2011. - С 85-87.

6. Гринюк, A.B. Преимущества использования жидкого азота в сублимационной сушке крови убойных животных // Материалы Инновационного конвента «Кузбасс: образование, наука, инновации». Кемерово, 2011. - С. 87-89.

7. Гринюк, A.B. Получение питательной среды для культивирования микроорганизмов на основе сублимированной крови как инновационный подход к переработке вторичного сырья / A.B. Гринюк, О.В. Кригер // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств» Углич, 2011.-С. 223-224.

8. Гринюк, A.B. Использование методов сублимационной сушки при обработке биоматериалов из крови убойных сельскохозяйственных животных / A.B. Гринюк, О.В. Кригер // Материалы I Международной научно-практической конференции «Современные проблемы биоматериалов, наноматериалов и наномедици-ны». Семей, 2012. - С. 34-35.

Патенты

9. Патент (РФ) № 2499210 (дата приоритета 18.09.2012 г.) «Способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных» / A.B. Гринюк, А.Ю. Просеков, A.B. Изгарышев, А.П. Лапин, О.В. Кригер.

Подписано в печать 19.02.2014. Формат 60x86/16. Тираж 80 экз. Объем 1,1 п.л. Заказ № 17. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47. Отпечатано в лаборатории множительной техники КемТИПП. 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

(ФГБОУ ВПО «КемТИПП»)

На правах рукописи

04201457018 Гринюк Анна Валентиновна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО

ЗАМОРАЖИВАНИЯ

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А.Ю. Просеков

Кемерово 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР..............................................................................7

1.1 Характеристика белкового состава крови убойных животных................7

1.2 Способы переработки крови........................................................................................................15

1.2.1 Стабилизация и дефибринирование крови........................................................15

1.2.2 Сепарирование крови......................................................................................................20

1.2.3 Коагуляционное осаждение белков крови................................................22

1.2.4 Обесцвечивание крови......................................................................................................23

1.2.5 Консервирование крови и ее компонентов..................................................24

1.2.6 Замораживание крови......................................................................................................25

1.2.7 Ультрафильтрация плазмы (сыворотки) крови..........................................28

1.2.8 Сушка крови..............................................................................................................................28

1.3 Особенности аппаратурного оформления сушки способом сублимации..........................................................................................................................................................30

1.4 Заключение к аналитическому обзору..............................................................................41

ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................................................43

2.1 Организация выполнения работы..........................................................................................43

2.2 Объекты исследований....................................................................................................................45

2.3 Методы исследований......................................................................................................................46

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ....................................................56

3.1 Исследование крови как объекта замораживания....................................................56

3.2 Исследование процесса замораживания крови

сельскохозяйственных животных жидким азотом......................................................70

3.3 Исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки............................................................................................................................77

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТЫ............................................................................................................................................................87

4.1 Технологическая схема и рецептура сухого кровяного продукта............87

4.2 Исследование физико-химических показателей готовых продуктов .. 91

4.3 Исследование показателей безопасности готового продукта........................97

4.4 Исследование сроков и условий хранения готового кровяного продукта............................................................................................................................................................99

4.5 Разработка технической документации на сухой кровяной продукт... 101

4.6 Исследование экономической эффективности выработки готового

продукта в производственных условиях................................................................................101

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ......................................................................108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................110

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................127

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Существующие технологии переработки крови сельскохозяйственных животных предусматривают ее дальнейшее применение в технических и пищевых отраслях промышленностей. При этом большая их часть устарела и не всегда отвечает запросам современных потребностей соответствующих отраслей промышленности. Одним из перспективных направлений развития являются биотехнологии пищевых производств, тем более это актуально при исследовании и переработке сырья с высоким содержанием ценных белков. Актуальным является и то, что кровь сельскохозяйственных животных относится к вторичному сырью, которое зачастую не перерабатывается в полной мере, а просто сбрасывается в канализацию предприятий-переработчиков мясного сырья.

Исследования в области сублимационной сушки крови ведутся, однако их перспективность не всегда оправдана ввиду относительной дороговизны процесса сушки. Это связано в первую очередь с длительностью процесса. Предлагаемая технология предварительного замораживания крови в жидком азоте перед ее переработкой позволяет сократить процесс сушки без потерь качественных показателей готового продукта, а в некоторых случаях и даже с более высокими показателями.

Все эти факты указывают на актуальность исследования и разработку технологии получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных. Наличие такого отечественного продукта на рынке будет интересно производителям питательных сред для выращивания микроорганизмов, производителям кормовых добавок животным и профилактических пищевых продуктов для человека.

Степень проработки темы исследований. Исследования по сублимационной сушке высокобелковых веществ, а также крови сельскохозяйственных животных обобщены в трудах Л.В. Антиповой, В.М. Горбатова, В.Г. Горба-

това, Н. К. Журавской, P.E. Киселева, А.Б. Лисицына, Л.С. Пожариской, И.А. Рогова, М.Л. Файвишевского, И.П. Энглин и др. Также обобщения есть и в работах иностранных авторов: P.K. Bansal, G.A. Bell, J.E. Braun, X.D. Chen, J.G.Sargeant.

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы решали следующие задачи: исследование теплофизических и физико-химических свойств крови сельскохозяйственных животных, изучение фракционношо белкового состава крови сельскохозяйственных животных, исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом, исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки, разработка технологии сухого белкового продукта и исследование состава и свойств готового продукта, разработка рекомендаций по его использованию.

Научная новизна работы: подобраны параметры процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом; обоснован метод и технологические режимы процесса обезвоживания крови сельскохозяйс-венных животных; исследовано влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки; разработана технология получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных, включающий применение жидкого азота, патент № 2499210 от 18.09.2012 г. Установлены технологические режимы сублимационной сушки крови при условии ее предварительного замораживания в жидком азоте. Разработана рецептура и технологическая схема производства сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных, исследованы физико-химические показа-

тели и показатели безопасности готового продукта, определены сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация (ТУ 9197-189-020683315-2014), исследована экономическая эффективность выработки продукта.

Положения, выносимые на защиту:

- параметры замораживания жидким азотом крови сельскохозяйственных животных;

- параметры обезвоживания крови сельскохозяйственных животных;

- технология получения готового продукта.

Методология и методы исследования. При проведении исследований применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции.

Степень достоверности и апробация работы. По материалам диссертационных исследований опубликовано восемь печатных работ, из них две в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ «Способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных». Разработаны и утверждены технологическая инструкция и технические условия.

Работа выполнена в рамках программы ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» по направлению 1.2.1, по теме: «Исследование и разработка комплексной технологии переработки отходов сельского хозяйства, пищевой и зерноперерабаты-вающей промышленности в функциональные продукты питания», государственный контракт 16.740.11.0058 от 01 сентября 2010 г. Объем финансирования - 3600 тыс. рублей.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В настоящем обзоре приводятся данные литературных источников отечественных и зарубежных авторов, а также интернет-ресурсов.

1.1 Характеристика белкового состава крови убойных животных

Химический состав крови зависит от вида, возраста, упитанности и условий предубойного содержания животных. Химический состав крови представлен в Таблице 1.1.1 [21, 27, 40, 50].

Таблица 1.1.1 - Химический состав крови животных

Животные Массовая доля, %

влага белок органические небелковые вещества минеральные вещества

общего гемоглобин

Крупный рогатый скот 80,9 17,3 10,3 1,0 0,8

Овцы и козы 82,1 16,4 10,0 0,7 0,8

Свиньи 79,0 18,9 14,2 1,2 0,8

В среднем величина сухого остатка крови наиболее высокая у свиней и составляет у различных видов животных 19-21%. Эта величина значительно ниже у молодняка, у животных низких категорий упитанности и зависит от

питьевого режима перед убоем. Содержание белков в сухом остатке крови достигает 90 %, причем на долю гемоглобина приходится около 60-65 % величины сухого остатка [2, 35].

Кровь является ценным источником полноценных белков, в котором содержатся все незаменимые аминокислоты [19, 20]. По аминокислотному составу наибольшую ценность имеет белок фибрин, в нем содержится 3,5 % триптофана, 7 % фенилаланина, 2,6 % метионина. В меньшем количестве незаменимые аминокислоты входят также в состав сывороточного глобулина и альбумина. В альбумине, глобулине и фибрине содержатся все незаменимые аминокислоты, поэтому они являются полноценными белками [84, 120, 123].

Гемоглобин нельзя отнести к полноценным белкам, так как в нем отсутствует незаменимая аминокислота - изолейцин. Однако в гемоглобине довольно высокое количество триптофана, поэтому при использовании в сочетании с другими белками крови его можно рассматривать как источник этой аминокислоты [130].

В состав органических небелковых веществ крови входят азотистые и безазотистые экстрактивные вещества различного химического состава. Около 75 % общего количества небелковых органических веществ приходится на долю липидов при довольно высоком содержании лецитина [12]. В Таблице 1.1.2 представлен аминокислотный состав свиной крови [71].

Таблица 1.1.2- Аминокислотный состав крови свиней

Аминокислотный состав крови Количество аминокислот в крови, г/100 г Аминокислотный состав крови Количество аминокислот в крови, г/100 г

1 2 3 4

Лизин 0,74 Глицин 1,70

Гистидин 0,76 Алании 1,40

Аргинин 1,09 Цистин 0,09

Оксипролин 0,98 Валин 0,21

Продолжение табл. 1.1.2

Аминокислотный состав крови Количество аминокислот в крови, г/100 г Аминокислотный состав крови Количество аминокислот в крови, г/100 г

Триптофан 1,25 Метионин 0,04

Треонин 0,87 Изолейцин 0,09

Серин 0,66 Лейцин 0,93

Глутаминовая кислота 0,70 Тирозин 0,29

Пролин 1,25 —

В Таблице 1.1.3 приведен липидный составы свиной крови [71].

Таблица 1.1.3 - Липидный состав крови крупного рогатого скота

Липпдньш состав крови Количество г/100 г

Свободные жирные кислоты 0,58

Фосфолипид 2,46

Триглицериды 0,56

Сфингомиелин 0,18

Изолецитин 0,145

Лецитин 0,29

Неорганические вещества крови находятся в виде минеральных соединений и органически связанной форме с белками (железо, медь). В Таблице 1.1.4 приведен минеральный состав крови крупного рогатого скота.

В крови содержатся в значительном количестве витамины группы В, а также витамины С, Б, Е, К [33, 34, 39].

Таблица 1.1.4- Минеральный состав крови свиней

Минеральный состав крови Количество минеральных веществ в крови Минеральный состав крови Количество минеральных веществ в крови

Макроэлементы, г/100г Микроэлементы, мг/100г

Кальций 0,1 Железо 290,0

Магний 22,0 Медь 0,1

Натрий 26,0 Йод 1,0

Калий 3,55 Марганец 32,0

Фосфор 188,0

Содержание воды в плазме крови животных составляет около 90-91 % [37, 38, 39]. Основная масса сухого остатка состоит из белков, содержание которых в плазме достигает 7-8 %. Выделение белков плазмы представляет собой довольно сложную задачу ввиду их высокой фракционности [36, 61, 135, 144].

Таблица 1.1.5 - Содержание белков в плазме

Белок Содержание в плазме, %

крупного рогатого скота баранов и коз свиней

Фибриноген 7,92 6,17 8,51

Альбумин 48,15 46,25 30,58

Глобулины 43,93 47,58 60,91

Белки плазмы подразделяются на пять основных фракций: фибриноген, альбумин, а-глобулин, [3-глобулин и у-глобулин, отличающихся по своим физико-химическим свойствам и аминокислотному составу [60, 62]. Особенности свойств плазмы крови сельскохозяйственных животных обусловлены в первую очередь различным соотношением входящих в ее состав белков, среднее содержание которых приведено в Таблице 1.1.5 [7, 16].

Фибриноген - главный компонент системы свертывания крови. Он нерастворим в воде, но хорошо растворим в разбавленных растворах нейтральных солей и в щелочах, осаждается сульфатом магния и хлоридом натрия ранее, чем наступает полное насыщение [47, 48].

Молекула фибриногена представляет собой вытянутый эллипсоид с размерами 9><45 нм. Она состоит из трех пар неидентичных полипептидных цепей, которые соединяются дисульфидными связями [90]. Схема представлена на Рисунке 1.1.1.

Рисунок 1.1.1 - Структура фибриногена

Молекулярная масса фибриногена - 330 000-340 000 Да, изоэлектри-ческая точка - 6,3, содержание углеводов - 4 %. Аминокислотный состав фибриногена хорошо сбалансирован по содержанию незаменимых аминокислот (Таблица 1.1.6 ) [11, 92].

Фибриноген обладает специфической особенностью под влиянием ферментов плазмы превращаться в нерастворимый белок - фибрин. Оставшаяся жидкая часть называется сывороткой, отличие которой от плазмы по белковому составу, если не касаться вопроса изменения состояния ферментов, обусловлено содержанием в ней только фракций альбумина и глобулинов [5, 93, 94, 95].

Альбумин - один из немногих белков плазмы, который не является гликопротеином. По физико-химическим свойствам сывороточный альбумин является типичным альбумином (растворяется в воде и солевых растворах средней концентрации) [85, 86]. Фракция альбуминов гетерогенна, что связано с генетическим полиморфизмом. Молекула альбумина представляет собой эллипсоид, размеры которого 30x15 нм. Она образована одной полипептидной цепью и имеет 17 дисульфидных связей [57, 96]. Графическое изображение представлено на Рисунке 1.1.2.

Рисунок 1.1.2 - Структура альбумина

Молекулярная масса белка около 70 ООО Да. Благодаря высокой гид-рофильности и значительной концентрации, альбумин играет важную роль в поддержании осмотического давления крови. Изоэлектрическая точка белка - 4,7. Аминокислотный состав альбумина приведен в Таблице 1.1.6 [65].

Глобулины плазмы крови представляют собой многочисленную группу белков различной структуры. Их условно обозначают а-, Р- и у-глобулинами, которые, в свою очередь, подразделяются на ряд подфракций. В состав а- и (3-глобулиновых фракций входят липопротеиды и гликопротеи-ды, а также белки, связанные с металлами [80, 87, 88, 89]. Структура глобулина представлена на рисунке 1.1.3.

Молекулярная масса фракций глобулина колеблется в широких пределах от 21 ООО до 160 ООО Да. Изоэлектрическая точка этих белков лежит в области рН: для а-глобулинов - 2,7-5,4, для (3-глобулинов - 5,5, для у-глобулинов - 6,3-7,3. В состав фракций [3-глобулинов входят белки, способные ингибировать трипсин и другие протеолитические ферменты. Многие фракции у-глобулина являются антителами. Для большинства сывороточных

Рисунок 1.1.3 - Структура глобулина

глобулинов характерно высокое содержание углеводов. Аминокислотный состав глобулиновых фракций представлен в Таблице 1.1.6 [65].

Небелковые азотистые вещества плазмы и сыворотки состоят из полипептидов, аминокислот, мочевины, мочевой кислоты креатина, креатинина, билирубинов, аммиака, индикана [76, 129, 134].

Минеральные вещества крови представлены хлоридом натрия, карбонатом натрия, фосфатом натрия, небольшим количеством солей калия и кальция [77].

Эритроциты составляют основную массу форменных элементов и от трети до половины всего объема крови, в