автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Получение и свойства коллагеновых масс из вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности

На правах рукописи

ОД

Глотова Ирина Анатольевна

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОЛЛАГЕНОВЫХ МАСС ИЗ ВТОРИЧНОГО КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ МЯСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальности: 05.18.04 - Технология мясных, молочных

и рыбных продуктов 03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1996

Работа выполнена на кафедре технологий мяса и мясных продуктов Воронежской государственной технологической академии

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ доктор технических наук,

профессор Антипова JI.B.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОПНОНЕНТЫ: доктор технических наук,

профессор Мглинец А.И. . кандитат биологических наук, доцент Шуваева Г.П.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ АООТ комбинат мясной

"Калачеевский"

Защита состоится 28 нюня 1996 года в_14_часов

на заседании диссертационного совета К 063.90.01 .

при Воронежской государственной технологической академии

по адресу: 394017, г.Воронеж, проспект Революции, 19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке BITA

Автореферат разослан " 27 " мая 1996 года. . Ученый секретарь диссертационного Совета

к.т.н., доцент В.Б.Крылова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная концепция совершенствования и развитая производства исходит из превращения ресурсосбережения п реальный источник усиления сырьевой базы, сохранения производственного потенциала мясоперерабатывающей промышленности за счет освоения новых нетрадиционных видов продуктов.

Однако в целом по отрасли продукты переработки скота, направляемые на пищевые цели, составляют 64 % к живой массе, кормовые - 12; выработку технической продукции - 10. Остальные 14 %, согласно официальной статистике, остаются невостребованными. Среди них особый интерес тредставютот вторичные ресурсы, богатые коллагеном, на долю которого триходится от 25 до 33 % общей массы белков убойных животных. Но данным ЗНИИМПа, годовое производство малоценных субпродуктов II категории доставляет в среднем 1000 тыс. т, отходов шкуросырья - 30 тыс. т, около 140150 тыс. т мясной обрези. Практически невостребованными на пищевые цели »стаются шквара, фасции, шкурка, жилка и другие вторичные продукты и >тходы.

В то же время следует отметить недостаток теоретических исследований I, как следствие, обоснованности подходов в решении современных ехнических задач в области глубокой переработки вторичного сырья, жлючая коллагенсодержащее, предусматривающих выделение целевых шгредиентов. Между тем это сырье имеет очевидный приоритет и (ерспективу в получении пищевых белковых добавок и коллагеноных убстанций - потенциальной основы для пищевых пленок, покрытий, юрмовочных материалов. Обоснование и создание новых эффективных ■ехнологий переработки всех коллагенсодержащих ресурсов представляет еоретичсский и практический интерес, имеет важное социальное и кологическое значение. Особый успех здесь следует ожидать от применения 1етодов биотехнологии, достижения которой, по мнению большинства пециалистов и ученых, сопоставимы лишь с достижениями [икроэлсктроники.

Тема диссертационной работы соответствует плану НИР кафедры ехнологий мяса и мясных продуктов ВГТА на 1991-2000 гг. "Разработка ехнологии и оборудования биологически полноценных экологически чистых ¡ясных продуктов на основе рационального использования ресурсов". Работа пляется составной частью научных исследований кафедры: по теме 1едерального гранта "Теория и практика продуктов лечебно-рофилактического и специального назначения на основе рационального спользопания вторичного сырья мясной и птицеперерабатывающей ромышленности" по разделу "Сельскохозяйственное машиностроение" (1996997 гг.); региональной научно-технической программы "Черноземье", раздел Рациональное использование коллагенсодержащих ресурсов мясной

промышленности на основе комплексного использования сырья" (1992-1995 гг,)".

Цель диссертационной работы состоит в изучении комплекса свойств вторичных коллагсисодержащих ресурсов мясоперерабатывающей промышленности, разработке эффективных биотехнологических методов выделения и очистки коллагеновой фракции с получением и исследованием свойств коллагеновых масс применительно к технологии съедобных колбасных оболочек, пищевых пленок и покрытий.

В рамках поставленной цели решались задачи:

- исследование химического состава, особеностей микроструктуры, реологических и функциональных свойств коллагсисодержащих отходов и вторичных продуктов мясной промышленности;

- выбор и обоснование применения специальных ферментных препаратов для очистки коллагенов от сопутствующих балластных веществ путем целенаправленной биоконверсии химического состава и трансформации функциональных свойств сырья;

- обоснование рациональных режимов и разработка рекомендаций по получению коллагеновых масс;

- исследование комплекса свойств коллагеновых масс (полуфабрикатов);

- технологическая проработка и технико-экономическая оценка результатов исследования.

Научная новизна. На основании результатов изучения гистоморфологических, физико-химических, биохимических и прочностных свойств впервые теоретически обоснованы пути рационального использования вторичного коллагенсодержащего сырья на пищевые цепи: пищевые добавки и коллагеновые массы.

Обоснована целесообразность привлечения дополнительных видов вторичного сырья для получения коллагеновых масс различной функциональности. На этапе выделения и очистки коллагеновых субстанций применены методы биотехнологии. Установлены закономерности ферментативного распада сопутствующих липидных и белковых фракций неколлагеновой природы под действием ферментных препаратов микробного происхождения, определены условия максимального распада этих субстратов.

Проведена идентификация аминокислотного и фазового состава коллагенов в составе полученных продуктов. Установлены характер и закономерности превращения целевых коллагеновых фракций под действием пищеварительных ферментов, термических и механических воздействий; оценен уровень безвредности. Установлено, что полученные с применением специальных препаратов ферментов коллагеновые. массы экологически . безопасны, являются аналогами пищевых волокон, проявляют свойства, идентичные коллагенам гольевого "спилка, применяемого в технологии натуральных колбасных оболочек.

На основании теоретических исследований предложена новая ехнология обработки коллагенсодержащего сырья с целью получения соллагеновых масс (заявка на патент РФ № 95-119620/13(034433).

Практическая значимость. На основании результатов жспериментальных исследований показана целесообразность и реальная юзможность использования всех коллагенсодержащих ресурсов мясной фомышленности для получения двух основных продуктов: пищевых добавок I коллагеновых масс различной функциональности. Для организации Хеленаправленного сбора вторичных продуктов и отходов мясной 1ромышленности, содержащих коллагены, предложено их деление на »сновные группы и сформирован перечень по предпочтительному 1рикладному значению.

Определены режимы очистки коллагенов под действием ферментных фепаратов от балластных биополимеров, продолжительность и юследовательность основных и подготовительных операций по обработке соллагенсодержащего сырья.

Предложенная технология получения коллагеновых масс позволяет шести дополнительный источник сырья и максимально привлечь 1еиспользованные ресурсы для получения полезных продуктов, сократить 1роизводственный цикл в 24 раза, улучшить экологическое состояние 1роиэводстп.

Результаты используются в учебном процессе, частью вошли в учебные тособия, в рукопись монографии, подготовленной к изданию в 1996 г.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной эаботы доложены и обсуждены в период 1992-1995 гг. на отчетных научных сонференциях Воронежской государственной технологической академии; международной конференции по экстракции органических растворов 18ЕСОЯ ■ 92 (Воронеж, 1992); Российской научно-практической конференции с международным участием "Проблемы ресурсосберегающих и триродоохранных технологий и оборудования для обработки и хранения :ельскохозяйственного сырья" (Краснодар, 1993); конференции "Биосинтез ферментов микроорганизмами" (Москва, 1993); международном научном :еминаре "Современные проблемы качества мясного сырья ч его 1ереработки" (Кемерово, 1993); международной научной конференции "Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности" [Краснодар, 1994); международной конференции "Научно-технический 1рогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (Москва, 1995); Первой конференции Северо-Кавказского региона "Современные достижения биотехнологии" (Ставрополь, 1995); III межреспубликанской

тучно-технической конференции "Процессы и оборудование экологических лроизводств" (Волгоград, 1995); международной научной конференции "Пища. Экология. Человек" (Москва, 1995); 40-м и 41-м ежегодных международных конгресса:»; "Наука и технология мяса" (Гаага, Нидерланды,

1994; Сан-Антонио, Техас, США, 1995); 35-м конгрессе IUPAC (Стамбул, Турция, 1995); Third International Symposium TOCOEN'96 (Luhacovicc, Czech Republic, 1996)."

Публикации. Ilo результатам проведенных исследований опубликовано 22 работы, имеется приоритет по заявке на патент РФ № 95-119620/13 (034433J,

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, четырех глав экспериментальной части, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 216 страниц машинописного текста, 29 таблиц, 30 рисунков. Библиография включает 182 наименования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Порядок проведения эксперимента, объекты и методы исследовании. Объектом исследования служили вторичные коллагснсодержащие ресурсы мясной промышленности, мало- или совсем невостребованные на пищевые цели. Сырье получали при промышленной переработке скота в условиях мясного комбината "Воронежский" в период 1992-1996 гг. Выбор ферментных препаратов осуществляли на основе оценки уровня общего и специфического гидролиза соответствующих белковых и липидных субстратов стандартными и известными методами.

Опытные образцы коллагеновых масс готовили по разработанным режимам в лабораторных условиях. В качестве базовых объектов использовали образцы сырья и коллагеновых полуфабрикатов, полученные по традиционной технологии в произодственных условиях завода"Белкозин" (г.Луга, Ленинградской области).

Экспериментальные исследования и опытные работы проводились в сотрудничестве с учеными и специалистами кафедры технологии эластомеров ВГТА, лаборатории гистохимии Всероссийского НИВИ патологии, фармакологии и терапии (г.Воронеж), кафедры физики твердого тела В ГУ (г.Воронеж), Югославского института технологии и гигиены мяса (Benqiafl, Сербия), Ново-Садского университета (Новый Сад, Сербия). Выражаем искреннюю благодарность за консультации и помощь при выполнении диссертационной работы.

Производственную апробацию технологий проводили на базе колбасных цехов хладокомбината OIIC г.Воронежа.

На рис.1 цифрами обозначены объекты исследования и определяемые показатели. Сырье: I, II - отходы контурирования и первичной обработки шкуросырья (краевые участки, мездра); III - жиловки мяса (жилки, сухожилия, ^фасции); IV - малоценные субпродукты II категории (легкое, селезенка); VI -свиная шкурка. Ферментные препараты: VII - мегатерии (ТУоп 00479942-00294), VIII - протосубтилин Г20х (CTII 100-02-88) - промышленные выпуска

1 Разработка технологии

| Полупроизводс гвениая апробация

Разработка проекта НТД

Рис. 1. Схема проведения эксперементальных исследований

Вышневолоцкого завода ферментных препаратов (пос.Зеленогорский Тверской обл.); IX - липоризин ГЗх - экспериментальный, разработан в НИЛ МГА1Ш (г.Москва).

Общие методы исследований: 1 - массовая доля влаги - по Г ОСТ 979374; 2 - жира методом Сокслета и рефрактометрически (Н.К.Журавская, 1985); 3 - золы по ГОСТ 15113.8-77; 4 - общего белка фотометрически (Н.К.Журавская, 1985); 5 - углеводов; 6 - гисто-морфологические характеристики - прямым микроскопированием парафиновых срезов тканей (Меркулов, 1969); 7 - специфическая окраска срезов - гематоксилин-эозином и ггикрофуксином по Ван-Гизону; 8 - фракционный состав белков -последовательным экстрагированием белковых фракций специфическими растворителями и количественным определением по методу Биурета (П.Н.Кучеренко и др., 1988); 9 - общую протеолитическую активность ферментных препаратов модифицированным методом Ансона (Н.Д.Каверзнева, 1971); 10 - липолитическую активность модифицированным методом Ота-Ямада (И.М.Грачева, 1982); 11 - коллагеназную активность - по накоплению оксипролина в реакционной смеси (А.Endo, 1987); 12 -оксипролин в ферментных гидролизатах методом Неймана-Логана в модификации А.А.Зайдес (1972); 13 - свободные жирные кислоты в ферментных гидролизатах - титрованием спирто-эфирного раствора жира водным раствором гидроксида калия (Н.К.Журавская, 1985); 14 - экстракцию линидов - по методике J.M.Polch (1971); 15, 16, 17 - жирнокислотный состав липидов, содержание холестерола, остаточные количества хлорорганических пестицидов - методом газожидкостной хроматографии на хроматографе "Varian-3400"; 18 - аминокислотный состав коллагеновых полуфабрикатов -методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминокислотном аминоанализаторе марки ААА-ТЗЗЗ (Чехия); 19 - триптофан колориметрически после щелочного гидролиза образцов (Н.Н.Крылова, 1965); 20 - тирозиновый показатель расчетным путем по количественному соотношению триптофана и оксипролина; 21 - атакуемость белков коллагеновых масс пищеварительными ферментами по методу Покровского и Нртанова (А.А.Покровский, 1965); 22 - уровень нитратов и нитритов на иономере И-130 согласно инструкции к прибору; 23 - содержание ионов тяжелых металлов на ахомно-абсорбционном спектрофотоме1ре С-115 М; 24 -рентгенофазовый анализ коллагенов на установке ДРОН 4-07 в автоматическом режиме с применением СиКа - излучения; 25 -дериватограммы на приборе "Derivatograph" (Чехия); 26 - температура сваривания коллагена (А.А.Головтеева, 1987); основные физико-химические показатели модельных пленок: 27 - масса 1 м2 гравиметрически, 28 - pH водной вытяжки потенциометрически по стандартным методикам (ТУ Ю-10-01-03-89); 29 - реологические свойства на приборе RI1EOTEST (Германия); 30 -математическое планирование и статистическая обработка результатов

(Ю.П.Грачев, 1979); 31 - технико-экономическая оценка по методикам определения экономической эффективности в мясной промышленности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Комплексная оценка состава и свойств вторичного коллагенсодержащего сырья. Совокупность оценок содержания суммарных белков, их качественного и количественного соотношения, соотношения белок-жир с учетом особенностей структуры и массовой доли коллагеновых нитей, структурно-механических свойств и показателей биологической ценности позволили сформировать две группы отходов по перспективам предпочтительного использования на пищевые цели (табл.1).

Отходы, объединенные в состав I группы, имеют общие признаки: значительное массовое содержание неколлагеновых белков, тонкие слаборазвитые коллагеновые волокна, достаточно высокое содержание жира. Это обусловливает целесообразность комплексного использования всех белковых фракций на пищевые цели, в том числе для получения натуральных пищевых добавок в составе мясных продуктов.

Отходы II группы характерны высокой долей коллагеновых фракций с мощной фибриллярной структурой (рис.2), относительно низким содержанием неколлагеновых белков и жира, представляющих балластные фракции. Эти виды сырья представляют интерес для выделения коллагена и создания на этой основе коллагеновых субстанций различной функциональности, в том числе для производства пищевых покрытий, пленок, формовочных материалов.

Рис. 2. Морфологические особенности строения коллагенопых полокон в гистоструетурс отходов II группы (х87,5): а) - пола, б) - лапа шкуросырья КРС; в) - стснка тонкой кишки КРС; г) - золеный гольевой спилок шкур КРС (контрольный объект)

Выделение и очистка коллагеновых субстанций. Этапы связаны с удалением сопутствующих фракций без явных потерь и нарушений структуры целевого вещества - коллагена. Интерес в этой связи представляют различные биотехнологические методы, в частости, ферментативный гидролиз неколлагеновых белков и жиров. В результате биохимических исследований установлено, что требованиям к ферментным системам для направленной биоконверсии химического состава и трансформации свойств коллагенсодержащего сырья, отнесенного ко II группе, удовлетворяют отечественные ферментные препараты протосубтилин Г20х, мегатерии, липоризин ГЗх.

Таблица 1

Группы коллагенсодержащих ресурсов по прикладному значению

Массовая доля компонентов,

% к массе сырья

Белок Соот

Наименование Влага Жир общий водо- соле- щело- Зола ноше

сырья (Ж) (Б) раст- раст- черас- ние

вор. вор. твор. Ж: Б

Группа I

Шквара говяжья 83,2 8,5 7,3 2,5 0,3 4,5 1,0 1,20

Свиная шкурка 50,6 17,9 29,6 1,0 2,9 25,7 1,2 0,60

Субпродукты КРС:

рубец 80,0 4.2 14,8 0,9 7,1 6,8 0,5 028

легкое 80,0 4,2 11,3 5,0 1,8 4,5 1,1 037

селезенка 79,8 3,9 10,1 1,2 0,39

Группа 2

Смесь отходов

шкуросырья КРС 77,0 1,4 20,0 1,9 6,9 11,2 1,3 0,07

Отходы кишечного

сырья КРС:

толстые кишки 75,2 4,5 19,2 2,2 3,7 13,3 1,0 0,23

тонкие кишки 80,8 2,3 16,3 4,9 4,4 7,0 1,2 0,14

мочевой 80,4 1,5 17,0 3,8 2,5 10,7 1,2 0,08

пузырь 54,5 6,0 37,0 2,5 2,4 32,9 1,7 0,16

Сухожилия КРС 59,0 6,9 33,0 5,6 7,4 20,0 1,1 0.20

Смесь жилок и 74,6 1,1 23,4 0,1 0,2 23,1 0,9 0,04

сухожилий

Гольевой спилок

шкур КРС

Идентичные физико-химические характеристики: температурный оптимум действия 37-40 °С, рН-оптамум 6,8-7,2 для протосубтилина Г20х, 7,07,2 для мегатерина; 7,0 для липориэина ГЗх создают предпосылки для совместного их использования в составе мультаэнзимных композиций протосубтилин - липоризин, мегатерии - липоризин.

Установленные в ходе однофакторных экспериментов закономерности ферментативного распада сопутствующих липидных и белковых фракций показывают (рис.3, 4), что специфика целенаправленной биоконверсии белково-липидных комплексов под действием ферментов отвечает поставленной цели, обеспечивая минимальный уровень потерь коллагенов 0,03-0,3 % к щелочерастворимой фракции в зависимости от вида сырья при обработке мегатерином при дозировке 0,8 ед. ПА/г сырья, измельчении сырья до размера частиц 2-3 мм, гидромодуле 1:2, температуре (37±1) °С, естественном рН среды (6,9±0,2), при продолжительности обработай в течение 3 ч.

о о'л

да

X р.

§¿7.2 о

о ¿/га с

0,2 0,6 1,0

Дозировка мегатерина, ед. ПА/г сырья

1,2 2,2 3,3 4,3

Дозировка липориэина, ед. ЛА/г сырья

5,3

Рис. 3. Накопление водорастворимых продуктов гидролиза под действием мегатерина в зависимости от дозировки

фермента: —а--оксипролин;

-—о- - водорастворимые

белки и пептиды; I, б - жилка говяжья: 2, 4 - черева говяжья; 3, 5 - мездра шкур КРС

Рис. 4. Эффект обезжиривания сырья под действием липориэина ГЗх: I - мездра шкур лгъ,* <- смесь жилок и сухожилий КРС

100 и*

60

40 20

7,4638 (К)

3,69 (Й)

1,80 (Ю

3,44 (К)

1,68 (К)

100 1 уч 7' 80

и, о

60

40 20

7,38

1ю

0 б 10 20

3,61 (К) 3,27

4.23

1к>

1к1

2,525 (Й) 2,36

(А)

г!га

30 а

40

50 60 ¿в,0

О 5 10 20

30 б

40

50^60 29°

Рис. б. Дифрактограммы исходного сырья и коллагеновых масс на его основе: а) коллагеновая масса на основе гольевого спилка шкур КРС, полученная по традиционной технологии (контроль);

б) черева КРС: -- обработанная протосубтилином Г20х,

продолжительность обработки 3 ч; —— - обработанная мегатерином, продолжительность обработки 3 ч; -'--необработанная; -"--обработанная протосубтилином Г20х,

продолжительность обработки 48 ч

Идентификация аминокислотного состава образцов опытных 1 контрольной коллагеновых масс показала, что он характерен относителык высокой долей глицина, пролина и оксипролина (20,6 - 30,9 % к общей сумы аминокислот), имеющих решающее значение в формировании структурь коллагена и обеспечении ее стабильности. Отсутствие триптофана, низки доли метионина и тирозина свидетельствуют о высокой степени очистю коллагеновых субстанций в составе полуфабрикатов.

Эффект применения энзиматической деструкции для выделения \ очистки коллагенов животных тканей от сопутствующи: высокомолекулярных веществ в сравнении с химическим методом обработка подтверждают методы рентгенофазного анализа (рис.5), откуда видно, чтс при проведении ферментативного гидролиза препаратам! общепротеолитического действия полностью сохраняются фракцш кристаллического коллагена с практически полным удалением сопутствующи: белков. Аналогичные результаты получены и для других видов вторичноп коллагенсодержащего сырья.

С целью изыскания рациональных режимов технологического процесс: получения коллагеновых масс из вторичного коллагенсодержащего сыры

применяли методы математического планирования по

ПФЭ 23. В качеств«

факторов планирования использовали: дозировку ферментов (XI, ед.ИД/1 сырья; Х2, ед.ЛА/г сырья); продолжительность обработки (Хз, ч). Факторь совместимы и некоррелированы между собой. Остальные параметрь поддерживали на фиксированном уровне. Выходными параметрами служили У1 - средняя концентрация водорастворимых белков и пептидов в жидкой

фракции гидролизата, мг/см3; Y2 - накопление свободных жирных кислот в

жидкой фракции гидролизата, см3 NaOII (0,1 моль/дм3) на 100 см3 гидролизата.

В результате обработки экспериментальных данных с применением статистических критериев Кохрена, Стъюдента, Фишера получены уравнения регрессии, которые без учета незначимых коэффициентов имеют следующий вид при уровне значимости коэффициентов 0,05. Для мездры КРС:

Yl = 2,544 + 0,325 Xl + 0,633 Х2 + 0,075 Хз + 0,25 XlX2 -

-0,192X1X3 -0,100X2X3 + 0,233X1X2X3 Y2= 1,806-0,115X1 +0,140X2 + 0,293X3 - 0,127 Х1Х2 +

+ 0,047 XÍX3 + 0,010X2 ХЗ + 0,375 Х|Х2 Хз Для отходов кишечного сырья КРС:

Yl =0,661 +0,126X1 +0,109X2-0,083X3 + 0,019X1X2--0,056X2X3-0,036X1X2X3 Y2 = 2,140 + 0,265 Xl + 0,020 Х2 + 0,013 Хз + 0,177 XlX2 +

+ 0,17542X1X3 + 0,120X2X3 +0,091 X1X2X3 Применение стандартной программы максимизации функции нескольких переменных по методу штрафных функций позволило учесть межфакторные взаимодействия и определить рациональные технологические режимы предварительной обработки сырья с получением коллагеновых масс (полуфабрикатов): дозировка мегатерина 0,10-0,15 %, дозировка липоризина 1,0-3,0 % к массе исходного сырья; продолжительность обработки 2,5 - 3,0 ч при жидкостном коэффициенте 1:2, при температуре 37-40 "С.

Функциональные___свойства коллагеновых масс. Оценка общего

химического и фракционного состава белков, липидов (табл. 2) показывает, что опытные коллагеновые массы практически идентичны контрольной, приготовленной в промышленных условиях (завод "Белкозин", г.Луга Ленинградской обл.), отличаясь лишь незначительно более высокой массовой долей жира для некоторых видов сырья.

Идентичность реологических ( динамическая вязкость при температуре

18 °С, градиенте скорости на срез 0,5 с"' на уровне 34+40, 35+37 кПа-с для опытной и контрольной коллагеновых масс), а также термогравеметрических характеристик (рис. 6) позволяет: - теоретически обосновать возможность замены новыми полуфабрикатами полностью (на основе мездры шкур КРС, отходов жиловки говядины) или частично (5 % на основе отходов кишечного сырья КРС) коллагеновой массы на основе гольевого спилка шкур КРС; - рекомендовать как приемлемые известные в промышленности режимы сушки колбасных оболочек, поскольку физико-химические процессы удаления

свободной влаги из коллагеновых масс протекают в одинаковом диапазоне температур от 20 до 30 °С, в котором связанная влага продолжает удерживаться молекулярной структурой коллагенов с полным сохранением прочностных свойств фибриллярного белка и пленочных материалов на его основе. Такой тип колбасных оболочек применим для всех видов колбас, включая вареные, подвергаемые кратковременной высокотемпературной технологической обработке.

Аналогичный характер изменения массы образцов при термической обработке в указанном диапазоне температур даст положительную оценку таких функциональных качеств пленок и колбасных оболочек на основе новых коллагеновых полуфабрикатов, как пластичность, адгезия к фаршу, теплофизические свойства.

Уровень накопления тирозина при гидролизе белков в составе мясных продуктов на основе мышечной ткани, с одной стороны, и коллагеновых масс, с другой, пищеварительными ферментами в условиях, приближенных к физиологическим, характерен двумя группами значений: 67-74 и 8-23 мкг/см3 соответственно. Это позволяет классифицировать коллагеновые массы как функциональные аналоги пищевых волокон в рационах и обусловливает необходимость исследования их безвредности по ряду показателей в оценке перспектив использования на пищевые цели , в виде белковых покрытий в составе пищевых продуктов, о

240

| 200 &

& 160 О)

§ 120 а)

^ 80

и 40

о

0

« О

1 2Ю

^ 490

Рис. 6. Дериватограммы контрольной и опытных коллагеновых масс:

ЛТб - дифференциальная кривая изменения массы; ША -дифференциальная кривая изменения температуры; Т(? - кривая изменения массы; Т - температурная нривая нагревания. Коллагеновые массы на основе: а) "гольевого спилка шкур КРС (контроль); б)---- - отходов кишечного сырья КРС; —•— - отходов .

«иловки говядины; -1- - мездры шкур КРС

Таблица 2

Химический состав коллэгеновых масс из различных источников

Наименование

Массовая дота компонентов, % к массе сырья

источника Белок Жир Зола Влага

общий водорастворимый соле-растворимый щелоче-растворимый

По предлагаемой технологии: смесь жилок и сухожилий 10.90 0.00 0.00 10.90 0.4 1.10 87.8

отходы че-ревы свиной 1.76 0.00 0.06 11.70 0.8 1.04 86.40

смесь отходов шкуро-сырья КРС 10.25 0.00 0.38 9.87 0.8 0.80 88.17

По традици-эннЬй техно-югии: гольевой спилок КРС /контроль/ 12.40 0.00 1.55 10.85 0.4 0.30 87.00

В соответствии с требованиями сертификации коллагеновые массы исследованы на безвредность по уровню солей тяжелых металлов, нитрат- и иприт- ионов, хлорорганических пестицидов; установлено их полное соответствие европейским стандартам.

Технологическая схема получения коллагеновых полуфабрикатов и гехнико-экономическая оценка результатов исследований. Совокупность эезультатов гисто-морфологических, биохимических исследований, эентгенофазового анализа, оценок реологических свойств коллагенопых масс 13 разных источников позволила предложить принципиальную технологическую схему получения коллагсновых полуфабрикатов на "основе невостребованных п пищевых целях коллагенсодержащих ресурсов мясной тромышленностн, формирующихся в значительных объемах на мясоперерабатывающих предприятиях. Схема предварительной обработки соллагенсодержащего сырья основана на модификации его свойств •«нтлексиымп отечественный!! ферментными препаратами микробного тронсхогсдсння и реализуется на этлгта;;: сбор, сортировка, накопление, тромыпка сырья, иэмельчшпе па волчке с диаметром отверегп и 1 решетки 2-Змм, обработка специальными препаратами ферментов, разделение твердой и

жидкой фракций гидролизата и удаление промывкой водорастворимых продуктов гидролиза и ферментов, гомогенизация массы до размера частиц не более 1мм, охлаждение до температуры 10 - 12 °С, упаковка, маркировка, хранение коллагеновых полуфабрикатов.

Готовые коллагеновые полуфабрикаты имеют вид однородной, чистой, упругой массы белого цвета с желтым или серым оттенком. Полученные на их основе модельные пленки соответствуют по органолептическим и физико-химическим характеристикам (табл. 3) пленкам из коллагеновой массы, получаемой в промышленных условиях из гольевого спилка шкур крупного рогатого скота на базе завода "Белкозин" (г.Луга Ленинградской обл.).

Таблица 3

Сравнительная характеристика модельных пленок на основе традиционного и

новых видов сырья

Физико-химические показатели Виды сырья

Гольевой спилок шкур КРС(контроль) Мездра КРС Сухожилия КРС

Температура сваривания коллагена, °С 58,0+2,5 57,0+3,0 56,0+3,5

Масса 1 м^, г 76,5+5,0 80,0+8,5 84,0±9,0

Массовая доля влаги, % 15,0+5,0 18,5±2,0 16,5±4,5

рН водной вытяжки 5,0±0,4 6,8±0,6 6,9±0,5

Технико-экономическую оценку результатов исследований иллюстрируют данные табл. 4.

Таблица 4

Сравнительная характеристика базового и предлагаемого технических

решений

Показатели Объект

базовый предлагаемый

Сырье Дефицитность сырья Соотношение цен на сырье Гольевой спилок шкур КРС в кожевенной промышленности + 1 Вторичные коллаген содержащи е отходы мясной промышленности 5:8

Продолжение табл. 4

Показатели Объект

базовый предлагаемый

Ферментные препараты Протосубтилин ПОх или ГЗх Мегатерии Г20х Липоризии ГЗх

Химические реактивы Са(ОН)2, НС1 -

Збщая 2,6+3,2

фодолжительность, ч до 720

'асход воды на 1000 кг 80 12-15

юлуфабриката, м^

1 отер и коллагена, % 4,0+4,5 0,1+1,0

1оказатели качества

соллагеновых масс: 10+14 12+14

кассовая доля сухих

|еществ, %

>алластные вещества, %

1 т.ч.: водорастворимые белки 0,0 0,0

солерасгворимые белки 0,5+0,7 0,3+0,7

жиры 0,3+0,4 0,1+0,6

углеводы 0,6+0,8 0,4+0,5

По результатам исследований разработаны проекты ТУ и шологической инструкции по производству коллагеновых полуфабрикатов вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности для готовления съедобных белковых оболочек для колбасных изделий.

ВЫВОДЫ

1. На основе комплексных исследований гистоструктуры, химического става и структурно-механических свойств обоснована групповая инадлежность коллагенсодержащих ресурсов мясной промышленности для лучения пищевых добавок и коллагеновых масс.

2. Теоретически обоснована возможность использования мало- и востребованных на пищевые цели коллагенсодержащих ресурсов (краевые астки и мездра шкур КРС, отходы первичной обработки кишечного сырья, »ловки мяса) в получении коллагеновых субстанций.

3. Коллагеновые субстанции целесообразно выделять на основе вместного применения липолитическнх и протеолитических ферментов коллагеназного действия. По результатам теоретических исследований

сформулированы практические рекомендации и обоснованы рациональные режимы получения коллагеновых масс: время гидролиза - 2,5-3,0 ч при температуре 37-40 °С, гидромодуле 1:2+3, дозировке ферментных препаратов: мегатерина 0,10-0,15 % к массе сырья; липоризина 1,0-3,0 % к массе сырья.

4. Разработан и предложен новый' способ производства коллагеновых масс с применением биотехнологических методов при сокращении: затрат на сырье и материалы в 5+8 раз; общей продолжительности процесса в 6-8 раз. Способ экологичен в связи с отсутствием загрязнения технологических сточных вод химическими реагентами, уменьшения их общего объема в 5-7 раз; открывает перспективу внедрения замкнутых технологических циклов на основе рационального использования сырья и производственных стоков в получении полезных продуктов специального и кормового назначения.

5. ' Совокупность физико-химических, биохимических, функциональных, токсикологических оценок позволяет:

- классифицировать кодлагеновые массы на основе вторичного сырья мясной промышленности как специальные продукты;

- рекомендовать их к использованию в качестве новых полуфабрикатов в технологии съедобных белковых оболочек и покрытий для колбасных изделий.

6. Разработанная технология экономически эффективна. Расчетный годовой экономический эффект при использовании коллагенсодержащих отходов по мясокомбинатам Воронежской области при частичной (10 %) замене гольевого спилка составит 25 млн руб., при полной замене 202 млн

руб., что позволит дополнительно получить 1 млн. погонных м белковой колбасной оболочки диаметром 65 мм или адекватную площадь пленки.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Antipova L.V., Aslanov S.I., Glotova I.A., Dudkin Yu.N. Extraction and Photometry Determination of Meat Products Proteins// International Organic Substances Solvent, Extraction Conference. - Voronezh, Russia, September, 2225, 1992, - Conference papers. - Voronezh, 1992. - Vol 11. - P. 85-86.

2. Антипова Л.В., Глотова И.А. К вопросу о перспективах использования отходов кишечного сырья мясной промышленности // Тез. докл. и сообщений XXXII науч. внутривуз. конф., 25-27 мая 1993 г./ Воронеж, технол. ин-т, 1993. - T.I. - С. 45.

3. Глотова И.А., Антипова Л.В., Осипова Е.Е. Рациональное использование и организация безотходной технологии коллагенсодержащего сырья / Проблемы ресурсосберегающих и природоохранных технологий и оборудования для переработки и хранения сельскохозяйственного сырья: Тез. докл. Российской науч.-практ. конф. с международным участием. - Краснодар, 1993. - С. 28.

4. Антипова Л.В., Глотова И.А., Кочергина H.H. Микробные ферментные препараты для обработки вторичного сырья мясной Промышленности // Конференция Биосинтез ферментов микроорганизмами: Тез. докл., Мбсква, 26-27 октября 1993 г. - Москва, 1993. - С. 33.

5. Глотова И.А., Антапова Л.В., Сухоручко Г.В., Калпахчева С.Н. Изыскание рациональных способов переработки некоторых коллагенсодержащих отходов - мясоперерабатывающего производства // Современные проблемы качества мясного сырья и его переработки: Тез. докл. межгосударств, науч. семинара, Кемерово, 25-27 ноября 1993 г. - Кемерово, 1993.-С. 49.

6. Антипова Л.В., Глотова И.А., Жданова O.A. Направленная модификация отходов шкуросырья с целью организации технолога» съедобных оболочек И Там же. - С. 55. "

7. Антипопа Л.В., Глотова И.А. Оценка гисто-морфологических и физико-химических ' свойств коллагенсодержащего сырья мясной промышленности // Материалы XXXIII отчетной научной конференции за 1993 год, Воронежский технологический институт. Воронеж, 1994. - С. 114.

8. Салахов Р.Я., Глотова И.А. Исследование физико-химических свойств некоторых отходов мясной промышленности // Там же. - С. 156.

9. Антипова Л.В., Глотова И.А., Перепслкин BIO. Нетрадиционные виды сырья в технологии съедобных колбасных оболочек и покрытий // Известия вузов. Пищевая технология. - 1994.-N 1-2. С. 14-18.

10. Антипопа Л.В., Глотова И.А., Кочергина Н.И., Чурсин В.И., Макарова Н.Г. Разработка и использование специальных микробных препаратов для обработки кожевенного сырья // Кожевенно-обувная пром-сть: - 1994.-N 5-8.-¡С. 25-27.

11. Antipova L.V., Glotova I.A., Korenman Ya.I., Bastic M. Rational .• Use of Collagen Containing Waste Materials of Industrial Animals Slaughter and Processing// 40 th International Congress of Meat Science and Technology, The Hague, August 28 - September 2, 1994.-P. 210.

12. Антипова Л.В., Глотова И.А., Полянских C.B. Технологии экологически чистых пищевых добавок, оболочек и покрытий на основе вторичного коллагенсодержащего сырья мясной и птицеперерабатывающей промышленности // Межд. науч. конф. Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности, Россия, Краснодар, 19-21 сентября 1994.

- Краснодар, 1994. - С. 229-230.

13. Антонова Л.В., Глотова И.А. Применение ферментов в технологии съедобных колбасных оболочек // Известия вузов. Пищевая технология. 1995.-N 3-4. С. 18-2 К

14. Антипова Л.В., Глотова И.А., Полянских C.B. Коллагенсодержащее сырье - источник создания экологически безопасных мясных продуктов высокой биологической ценности // Межд. конф. Науч.-техн. прогресс и

перерабатывающих отраслях АПК: Тез. докл., 16-18 мая 1995 г./ Москва, Россия, МГАПП. - 1995. - С. 174.

15. Antipova L.V., Glotova I.A., Polmnskikh S.V.,. Technologies of Natural Protein Additions and Edible Coverings for Original Meat Products// 35 th IUPAC Congress, 14-19 August 1995, Istanbul. - Istanbul, 1995 - P. 128.

16. Antipova L.V., Glotova I.A., Polianskikh S.V., Sidelnikov V.M. New Approaches to Developing of Processing Technologies of Secondary Collagen -Bearing Sourse Materials of Meat and Poultry Industry.// 41 st Annual International Congress of Meat Science and Technology, San Antonio, Texas, U.S.A., August 20-25, 1995, Proceeding Volume II, P. 525-526.

17. Антипова Jl.B., Глотова И.А., Денисова E.II. Глубокая переработка вторичных коллагенсодержащих мясных ресурсов на .основе биотехнологических воздействий // Современные достижения биотехнологии: Материалы Первой конф. Северо-Кавказского региона, Ставрополь, сентябрь 1995 г. - Ставрополь, 1995. - С. 61-62.

18. Глотова И.А., Жданова О.А., Каппахчева С.Н., Сухоручко Г.В. Мультиэнзимныс композиции для обработки коллагенсодержащих отходов мясной промышленности// Биотехнологические аспекты переработки животного сырья: Межвуз. сб. науч. тр./ВГТА. - Воронеж, 1995. - С. 10-13.

19. Антипова Л.В., Глотова И.А., Рациональная утилизация природных биополимеров непищевых отходов мясной промышленности// Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. III межресп. науч.-техн. конф., Волгоград, 5-6 декабря 1995 г. - Волгоград: Перемена, 1995. - С. 140141.

20. Антипова Л.В., Глотова И.А., Полянских С.В. Продукты лечебно-профилактического и специального назначения на основе вторичного сырья мясной промышленности // Материалы межд.науч.-техн. конф. Пища. Экология. Человек, 4-6 декабря 1995 г. - М., 1995. - С.95.

21. Antipova L.V., Glotova I.A., Polianskikh S.V., Korenman Ya.I., Spiric A., Bastic M. Evaluation of Meat Raw Material Harmlessness by the Method of Gas Chromatography// Third International Symposium and Satellite Workshops TOCOEN 96, April 28-May 3, 1996. - Luhacovice, Czech Republic, 1996. - P. 167170. 5

22. Заявка № 95-119620/13(034433), МКИ A 23 J 1/10; A 22 С 13/00. Способ подготовки коллагенсодержащего сырья для производства колбасной оболочки / Антипова Л.В., Глотова И.А. (Россия). - Приоритет от 21.11.95 г.

Подписано в печать 27.05.96 г. Формат бум.' 60x90 1/16 Бум. для мн. 8П. Усл. п.л. .1,0. Тираж 100 . Заказ 192.'

394017, Воронеж, пр. Революции, 19 ВГТА УОП