автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии ферментативного гидролизата из мяса мидий, предназначенного для создания обогащенных пищевых продуктов

На правах рукописи

АРНАУТОВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗАТА ИЗ МЯСА МИДИЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОБОГАЩЕННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и

холодильных производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2013

2 1 НОЯ 2013

005539578

Работа выполнена во ФГБОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств» (ФГБОУ ВПО «МГУПП»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Абрамова Любовь Сергеевна советник директора ФГУП «ВНИРО»

Официальные Копыленко Лилия Рафаэльевна

оппоненты: доктор технических наук,

главный научный сотрудник лаборатории ВНИРО-ТЕСТ ФГУП «ВНИРО»

Дыдыкин Андрей Сергеевич

кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией технологии детских, лечебно- профилактических и специализированных продуктов ГНУ «Всероссийский научно- исследовательский институт мясной промышленности» им. В.М.Горбатова Россельхозакадемии

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

Защита состоится «17» декабря 2013 г. в 14:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП «ВНИРО») по адресу: 107140,г. Москва, ул. В. Красносельская, 17.

Факс: (499) 264-91-87, e-mail: fishing@vniro.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП «ВНИРО»)

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Ученый секретарь ---

диссертационного совета /" Татарников Вячеслав Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Актуальность обусловлена решением задач, поставленных в «Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года». В настоящее время в питании населения наблюдается недостаточность пищевого белка и целого ряда микро- и макронутриентов. Дефицит белка, полноценного по аминокислотному составу, сопровождается неспособностью соответствующих защитных систем организма адекватно отвечать на неблагоприятные воздействия окружающей среды, что резко повышает риск развития ряда заболеваний [Суханов Б.П., Тутельян В.А., Онищенко Г.Г., 2009; Позняковский В.М., Суханов Б.П., 2009; Тутельян В.А. и др., 2010]. Известно также, что для питания населения в отдельных регионах характерна недостаточность некоторых эссенциальных микроэлементов (ЭМ), в частности селена, железа, цинка, хрома. Согласно общим положениям теории адекватного питания, сформулированной академиком Уголевым A.M., имеются определенные основания отдавать предпочтение органически связанным формам ЭМ, поскольку именно они в наибольшей степени соответствуют особенностям ферментативных систем организма, сложившимся в ходе эволюции.

Водные биологические ресурсы, особенно моллюски, имеют большое значение в решении задач снабжения населения продуктами с высокой пищевой ценностью, заданными свойствами, биологически активными добавками к пище, предназначенными для восполнения микроэлементной недостаточности и профилактики заболеваний. Одним из направлений их переработки в легкодоступные для усвоения организмом человека белки и аминокислоты является получение гидролизатов на их основе.

Исследованиями в области разработки технологии гидролизатов рыбных и нерыбных объектов занимались такие ученые, как Кизеветтер И.В., Лагунов JI.JL, Рехина Н.И., Ордуханян Н.И., Новикова М.В., Чимиров Ю.И., Беседина Т.В., Черногорцев А.П., Konrad G, Jaswal A.S. и ряд других. Общепризнана эффективность применения кислотных гидролизатов из мяса мидий в лечебном и

профилактическом питании [Лагунов Л.Л. и др., 1997; Рехина Н.И. и др., 1997, Новикова М.В. и др., 2004; Новикова М.В., 2004]. Однако, недостаточно удовлетворительные органолептические показатели, а также значительное снижение биологической ценности из-за полного или частичного разрушения некоторых незаменимых аминокислот (в первую очередь триптофана) в процессе кислотного гидролиза препятствуют расширению ассортимента специализированных пищевых продуктов на основе кислотных мидийных гидролизатов. Вследствие очень высокого содержания солей в кислотных гидролизатах мидий отсутствует возможность эффективного обогащения их эссенциальными микроэлементами <1-ряда в органической форме. В соответствии с предположением об определяющей роли короткоцепочечных пептидов в проявлении радиорезистентной активности мидийных гидролизатов в работе была поставлена задача получения ферментативного гидролизата мяса мидий с высоким содержанием низкомолекулярных пептидных фракций, обеспечивающих высокую биологическую ценность, радиорезистентные свойства, хорошую растворимость и повышенную эффективность связывания эссенциальных микроэлементов. Это обстоятельство определяет актуальность разработки биотехнологического подхода, основанного на использовании ферментативного гидролиза для получения ферментолизатов мяса мидий с задаваемыми физико-химическими показателями и высокой биологической ценностью.

Цель работы - научное обоснование технологии ферментативных гидролизатов из мяса мидий с задаваемой пищевой и биологической ценностью, предназначенных для создания пищевых продуктов, в том числе обогащенных эссенциальными микро- и макроэлементами.

Основные задачи исследования:

1. Обосновать использование ферментолизата мяса мидий в качестве сырья для получения обогащенных пищевых продуктов и разработать нутриентно-технологические рекомендации к созданию ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком с задаваемыми показателями.

2. Разработать и оптимизировать в лабораторных условиях технологию

ферментолизата мяса мидий, получить его комплекс с цинком, экспериментально определить их химический состав и важнейшие физико-химические показатели: молекулярно-массовое распределение пептидных фракций и содержание цинка в составе комплекса.

3. В полупромышленных условиях апробировать разработанную технологию, получить опытные партии ферментолизата мяса мидий, его комплекса с цинком и охарактеризовать их по химическому составу, физико-химическим показателям и показателям безопасности.

4. В опытах in vitro с помощью аминокислотного анализа и in vivo в опытах на лабораторных животных (крысах линии Вистар) с использованием ростового и балансового методов исследования охарактеризовать пищевую и биологическую ценность ферментолизата мяса мидий.

5. В опытах на лабораторных животных (мышах-гибридах Fi) охарактеризовать радиорезистентные свойства ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком.

6. Разработать рецептурные композиции мидийных соусов, включающих в качестве пищевого ингредиента ферментолизат мяса мидий, и исследовать их химический состав, показатели качества и безопасности.

7. Разработать техническую документацию на ферментолизат мяса мидий, его комплекс с цинком, мидийный соус и мидийный соус, обогащенный цинком. Оценить экономическую эффективность от внедрения разработанной технологии.

Научная новизна. Установлено, что радиозащитная и гемостимулирующая активность гидролизатов мяса мидий возрастают с увеличением содержания в их составе низкомолекулярных пептидных фракций. Показано, что ферментативный гидролизат мяса мидий с суммарным содержанием более 45% короткоцепочечных и среднецепочечных пептидов обладает такими же радиорезистентными свойствами (радиозащитной и гемостимулирующей активностью), что и кислотный гидролизат «МИГИ-К ЛП».

Установлена зависимость степени гидролиза мяса мидий от содержания ферментного препарата «Протозим» и мяса мидий в смеси, продолжительности

процесса ферментолиза, что позволило определить рациональные параметры ферментативного гидролиза мяса мидий для получения гидролизата с задаваемыми физико-химическими показателями.

В опытах in vivo установлено, что потребление растущими крысами ферментолизата мяса мидий обеспечивало достоверно более высокую эффективность утилизации аминокислот по сравнению с потреблением гомогенизированного мяса мидий. Средние значения коэффициентов эффективности белка для ферментолизата мяса мидий и гомогенизированного мяса мидий составили соответственно 2,8 и 1,7 г прироста массы тела на грамм потребленного белка.

Научные положения, выносимые на защиту:

- обоснование использования мяса мидий в качестве сырья для получения ферментативного гидролизата и его комплекса с эссенциальными микроэлементами с задаваемыми свойствами;

- оптимизация технологии ферментолизата мяса мидий, его комплекса с цинком для получения продуктов с задаваемыми физико-химическими показателями: молекулярно-массовым распределением пептидных фракций и содержанием цинка в составе комплекса;

- оценка радиорезистентных свойств ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком, обосновывающая их биологическую эффективность при создании обогащенных пищевых продуктов;

- моделирование рецептурных композиций мидийного соуса, включающего в качестве пищевого ингредиента ферментолизат мяса мидий, и мидийного соуса, обогащенного органической формой цинка, и исследование их химического состава, показателей качества и безопасности.

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенные исследования явились основой для создания ферментолизата мяса мидий с задаваемыми свойствами, как самостоятельного продукта, так и компонента для пищевых продуктов, в том числе обогащенных эссенциальными микро- и макроэлементами.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2468593 от 10.12.12 «Способ получения белкового ферментолизата из мяса мидий».

Изготовлена опытная партия ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий, обогащенного цинком на экспериментальном производстве ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия», г. Углич. Результаты подтверждены актом о выпуске партии.

Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9283 — 113 — 00472124-2013 «Ферментолизат мяса мидий» и ТИ, ТУ 9283 - 116 - 004721242013 «Комплекс ферментолизата мяса мидий с цинком» и ТИ, ТУ 9283-14400472124-2013 -«Гидролизат мяса мидий пищевой МИГИ-К» и ТИ, ТУ 9283-14600472124-2013 «Соус мидийный» и ТИ, ТУ 9283-147-00472124-2013 «Соус мидийный, обогащенный цинком» и ТИ.

На рассмотрении в Федеральном институте промышленной собственности (ФИПС) находятся две заявки на изобретение, касающиеся композиций пищевого продукта «Мидийный соус» № 2013122593/13(033294) и № 2013122593/13(033296) от 17.05.2013.

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается проработкой литературных источников по теме диссертации, постановкой целого ряда экспериментов, применением современных инструментальных методов анализа, математической обработкой результатов экспериментов, публикацией основных положений диссертации.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на IV научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (г. Светлогорск, 2011), XIII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее», II научно-практической конференции молодых ученых ФГУП «ВНИРО» (г. Москва, 2011),

XXI Международной конференции и дискуссионном научном клубе «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии (Гурзуф, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК, получен 1 патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 147 страницах основного текста, содержит 59 таблиц, 24 рисунка, 2 приложения на 43 листах, список литературы включает 176 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна, практическая значимость работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обзор литературы» проведен аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы, дана общая характеристика мидий, основные направления использования мидий и гидролизатов мидий в профилактическом и лечебном питании, а также новые пищевые источники органических форм эссенциальных микроэлементов на основе ферментолизата мяса мидий. На основании проведенного анализа литературных данных сформулирована цель и определены основные задачи настоящего исследования.

Во второй главе «Объекты, методология и методы исследований». В результате анализа трудов, касающихся методологических и методических аспектов разработки технологии ферментативного гидролизата из мяса мидий, предназначенного для создания пищевых продуктов, в том числе обогащенных эссенциальными микро- и макроэлементами, была разработана программно-целевая модель исследований (рисунок 1).

Объектами исследований являлись варено-мороженое мясо мидий ¡\4itylus СИИе№1$, ферментные препараты «Флавоэнзим», «Протозим», «Панкреатин», образцы ферментолизатов мяса мидий (ФММ), комплекса ферментолизата мяса

мидий с цинком, кислотные гидролизаты из мяса мидий, а также мидийный соус и мидийный соус, обогащенный цинком.

□

Анализ научно-технической и патентной литепатупы

Формирование цели и задач исследований

Разработка нугриентно-технологических рекомендаций к созданию ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком

X

Разработка и оптимизация процесса ферментативного гидролиза мяса мидий

Выпуск опытной партии ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса

мидий с цинком в полупромышленных условиях

X

Разработка нутриентно-технологических рекомендаций к созданию мидийного соуса и мидийиого соуса, обогащенного цинком, на основе ферментолизата мяса мидий и комплекса с цинком

I

Обоснование рецептурных композиций мидийного соуса и мидийного соуса, обогащенного цинком

г

Г "Ч Исследование биологической активности С \ Исследование показателей качества и безопасности С -ч Исследование пищевой и биологической ценности V J

1 1

Разработка и утверждение технической документации

Рисунок 1 - Программно-целевая модель исследований В работе использовали стандартные и модифицированные в процессе исследования химические, физико-химические, органолептичес'кие, микробиологические и биологические методы.

Массовую долю сухих и минеральных веществ (золы), аминного азота, поваренной соли определяли в соответствии с ГОСТ 7636. Значение рН определяли на рН-метре Мультитест ИПЛ-101-1 фирмы НПП «СЕМИКО», а вязкость соусов - на вискозиметре фирмы Brookfield DV-II Pro Viscometer.

Определение массовой доли белка проводили на автоматическом анализаторе «Kjeltec» модель 2300 (фирма Tecator, Швеция) по методу Кьельдаля,

9

липидов - с помощью автоматического экстрактора Сокслет фирмы VELPSER 148/6 с использованием диэтилового эфира.

Определение аминокислотного состава белка сырья, ферментолизатов и мидийных соусов проводили совместно с сотрудниками МГУ им. М.В.Ломоносова на анализаторе ААА-835 фирмы «Hitachi» с последующей компьютерной обработкой данных по программе Мультихром для Windows; триптофана - по методу Фюрта совместно с сотрудником ФГБУ «НИИ питания» РАМН Ю.С. Сидоровой. Содержание микро- и макроэлементов определяли в AHO «Центр биотической медицины» на квадрупольном масс-спекрометре Elan 9000 (Perkin, США), согласно МУК 4.1.1482.

Молекулярно-массовое распределение пептидных фракций в составе тестируемых образцов оценивали совместно со старшим научным сотрудником ФГБУ «НИИ питания» РАМН С.Н. Зориным, методом эксклюзионной хроматографии среднего давления на колонке Superóse 12 (1,6x50 см), («Pharmacia», Швеция), используя в качестве элюента 0,2М раствор NaCL+азид натрия, с детектированием фракций при длине волны 280 нм на проточном УФ-детекторе UV-1. Хроматограммы интегрировали весовым методом в диапазоне молекулярных масс от свободного до полного объема хроматографической колонки.

Оценку радиозащитной и гемостимулирующей активности ферментолизата и комплекса с цинком проводили в ФГБУ «МРНЦ» (г. Обнинск) в опытах на мыщах-гибридах по утвержденным в 1975 г «Методическим рекомендациям по вопросам определения численности кроветворных колониеобразующих единиц (КОЭ) с помощью тестов экзогенных и эндогенных селезеночных колоний». Показатели биологической ценности мяса мидий и ферментолизата мяса мидий определяли в опытах in vivo совместно с сотрудниками лаборатории физиологии и биохимии пищеварения ФГБУ «НИИ питания РАМН». Биологическую ценность определяли по методу оценки коэффициента эффективности белка (КЭБ) и методу истинной усвояемости пищевых белков.

Комплекс с цинком получали путем инкубации водного раствора хлорида цинка с аминокислотами и пептидами ферментолизата мяса мидий в соотношении масса хлорида цинка к массе азота в составе ферментолизата, умноженного на коэффициент 6,25 («азот*б,25»)=1:10 при рН=7,0, и последующей нанофильтрацией.

Полученные результаты исследований обрабатывали с использованием методов математической статистики. Повторность опытов и анализов -трехкратная. Достоверность экспериментальных данных оценивали методами математической статистики с использованием компьютерных программ при доверительной вероятности > 95%.

В третьей главе «Разработка технологии ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком» приведены нутриентно-технологические рекомендации к созданию ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий, обогащенного органической формой цинка, обоснование выбора сырья, ферментного препарата, а также рациональных режимов ферментативного гидролиза мяса мидий, отработка технологии ферментативного гидролиза мяса мидий и комплекса с цинком в полупромышленных условиях и характеристика биологической ценности ферментолизата мяса мидий в опытах in vivo.

Анализ научных публикаций позволил предположить, что радиорезистентными свойствами могут обладать пептиды, образующиеся при гидролизе мяса мидий [Абрамова Л.С. и др., 2011]. Для проверки этого предположения, то есть для сравнительной оценки радиорезистентных свойств пептидов различной молекулярной массы (мол. масса) нами проведен модельный эксперимент: коммерческий препарат «МИГИ-К ЛП» с помощью мембранной фильтрации разделен на высокомолекулярную пептидную фракцию (мол. масса больше 3,6кДа) и суммарную фракцию короткоцепочечных и среднецепочечных пептидов (мол. масса меньше 3,6кДа), далее называемой низкомолекулярной. Как видно из таблицы 1, низкомолекулярная фракция состояла на 95% из пептидов с молекулярной массой менее 3,6кДа, и обладала высокой радиозащитной и

гемостимулирующей активностью, в то время как в исходном образце «МИГИ-К ЛП» суммарное содержание пептидов с массой менее 3,6кДа было практически в два раза меньше, что привело к снижению активности.

Таблица 1 — Молекулярно-массовое распределение пептидных фракций «МИГИ-К ЛП» и оценка их радиорезистентных свойств_

Наименование показателя Образец 1 (низкомолекулярная фракция «МИГИ-К ЛП») Образец 2 (высокомолекулярная фракция «МИГИ-К ЛП») Образец 3 «МИГИ-К ЛП»

Диапазон молекулярных масс, кДа Содержание пептидных фракций, %, в образце

>50,1 0 1,8 1,6

19,1-8,9 0 20,0 8,2

8,9-3,6 3,9 47,5 38,6

3,6—1,7 33,9 23,7 17,9

Менее 1,7 62,2 7,0 33,7

Радиозащитная и гсмостимулирующая активность

Средняя масса селезенки (М+0, мг 43,9+2,1 40,7±2,0 43,8+2,4

Среднее количество эндоколоний, (М;И) 7,3±0,5* 4,9+0,3 5,3+0,4

Примечание: * р < 0,05 значимое различие с образцами 2 и 3.

Таким образом, высокие значения радиозащитной и гемостимулирующей активности для фракции низкомолекулярных пептидов определили основной показатель нутриентно-технологических рекомендаций при создании ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком: содержание пептидных фракций с молекулярной массой менее 3,6кДа в ферментолизате должно составлять не менее 45%.

Обоснование выбора сырья. Для получения ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком использовали варено-мороженое мясо мидий МНу!ш СкИет'ш, выращенных в условиях марикультуры.

Изучение пищевой и биологической ценности мяса мидий \4itylns СМШтз показало, что анализируемое сырье содержало 15% белка, полный набор незаменимых и заменимых аминокислот, 2% липидов с высоким уровнем эссенциальных жирных кислот, 3% углеводов и практически не отличалось по исследуемым показателям от мяса мидий М. galloprovincialís и МуШш ес1иШ, выращенных в естественных условиях. Это позволило сделать заключение о

целесообразности использования мяса мидий МИуЫь СЫ1ет1з, в качестве сырья, для получения ферментолизата мяса мидий, его комплекса с цинком и обогащенных пищевых продуктов на их основе.

Обоснование выбора ферментного препарата. Для получения ферментолизата мяса мидий с высоким содержанием низкомолекулярных фракций использовали ферментные препараты: «Флавоэнзим» (Ко\>о:утех, Дания), «Панкреатин» (РапсгеаПп, Германия), «Протозим» (ЕНЗИМ, Украина).

Ферментолиз проводили по одностадийной и двухстадийной схеме, основные параметры процесса ферментолиза представлены в таблице 2.

Таблица 2- Основные параметры процесса ферментолиза

Наименование фермента Оптимум рН Протеолитическая активность, ЕД/г Продолжительность, ч Концентрация фермента, % (от массы сух. в-в)

Одностадийный ферментолиз

«Протозим» 6,5 490 22 5

«Флавоэнзим» 7,0 500 22 5

Двухстаднйный ферментолиз

1 стадия «Флавоэнзим» 2 стадия «Панкреатин» 7,0 500 22 5

7,6 158 4 2

1 стадия «Панкреатин» 2 стадия «Флавоэнзим» 7,6 158 4 2

7,0 500 22 5

Примечание - ферментолиз проводили при температуре 50°С и концентрации мяса мидий в смеси 5% по сухим веществам.

Полученные ферментолизаты мяса мидий характеризовали по выходу ферментолизата мяса мидий относительно массы исходного сырья, по содержанию общего азота в их составе (таблица 3), а также по молекулярно-массовому распределению пептидных фракций (таблица 4).

Таблица 3 - Выход ферментолизатов мяса мидий и содержание в них азота

Наименование фермента Выход, % Содержание N061«, %

«Панкреатин» и «Флавоэнзим» 79,3±0,5 10,42±0,15

«Флавоэнзим» и «Панкреатин» 82,3±0,6 10,23±0,12

«Протозим» 75,3±0,5 11,65±0,15

«Флавоэнзим» 70,6±0,4 11,18±0,10

Таблица 4 - Молекулярно-массовое распределение пептидных фракций

ферментолизата мяса мидий

Диапазон молекулярных масс, кДа Содержание пептидных фракций, %, в фермеитолизате мяса мидий, полученном при использовании фермента

«Флавоэнзим» и «Панкреатин» «Панкреатин» и «Флавоэнзим» «Протозим» «Флавоэнзим»

>149 5,9 7,5 0,9 1,4

149-46,5 6,8 9,8 2,0 2,8

46,5-21,2 12,3 13,1 7,2 8,6

21,2-11,3 16,4 10,8 18,9 19,2

11,3-5,9 24,1 20,5 20,9 22,1

3,6-1,7 16,1 17,7 22,4 21,1

<1,7 18,4 20,6 27,7 24,7

Согласно полученным данным можно сделать вывод, что целесообразно применять одностадийный способ получения ферментолизата мяса мидий при использовании ферментного препарата «Протозим». Этот способ позволяет получить ферментолизат мяса мидий, состоящий на 50% из пептидов с молекулярной массой менее 3,6кДа, с высоким содержанием общего азота (11,65%) и выходом готовой продукции 75,3%.

Обоснование рациональных параметров ферментативного гидролиза мяса мидий. Для определения рациональных параметров ферментативного гидролиза мяса мидий анализировали влияние продолжительности процесса, концентрации ферментного препарата и концентрации мяса мидий в смеси на выход аминного азота и накопление сухих веществ в реакционной смеси. На основании полученных закономерностей проведены расчеты с применением математического планирования эксперимента по униформ-рототабельному плану второго порядка для двух факторов (рисунок 2 и 3).

а) №=А*(-0,0597+0,0008*т'+0,0496*С'-7,5335Е-7*т,:Ч-3,7941Е-7*т'*С'-0,0017*С'2), %;

б) Ш=В*(-0,1249+0,0148*т'+0,6185*С'-1,4829Е-5*т'г+0,0001*т'*С'-0,0247*С'2), %;

в) №=А*(-0,0171+0,0005*т'+0,049*с'-6,725Е-7*т'1+3,4211Е-5*т'*с'-0,0033*с':!), %;

г) Ш=В*(0,905+0,0123*т'+0,3213*с'-1,2046Е-5*т'2 + 0,0002*т'*с'-0,0131*с'2), %,

где, N1 и N2 - аминный азот, %; т - продолжительность, с;

Ю и Ю - выход сухих веществ, %. т'= т'ист //,(7=1), с;

А и В - эмпирический коэффициент; с' - концентрация фермента, %

А=1, %; В=1, % с'= с ист/с, (с = 1), %.

г', С' и с' — относительные величины; С' - концентрация мяса мидий в смеси, %;

С'=С'ист/С, (С= 1), %.

Рисунок 2 - Зависимость накопления аминного азота, №(а) и сухих веществ, Ил (б) от продолжительности процесса ферментолиза и от концентрации мяса мидий в смеси

Рисунок 3 - Зависимость накопления аминного азота, N2 (в) и сухих веществ, 1*2 (г) от продолжительности процесса ферментолиза и от концентрации фермента

В результате статистической обработки экспериментальных данных были установлены рациональные режимы процесса ферментативного гидролиза мяса мидий: продолжительность процесса - 10-12 ч, концентрация ферментного препарата «Протозим» - 5-7% (от массы сухих веществ мяса мидий) и концентрации мяса мидий в смеси - 5-7% (от массы сухих веществ).

Технология получения комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком. В лабораторных условиях был получен комплекс ферментолизата мяса мидий с цинком путем инкубации раствора ферментолизата с 25%-водным раствором хлорида цинка в соотношении «азот*б,25»:2пСЬ=10:1, с последующей нанофильтрацией и высушиванием. В результате процесса связывания цинка с пептидными фракциями ферментолизата мяса мидий изменялось содержание и происходило перераспределение ряда микро- и макроэлементов в составе образующегося комплекса. Однако эффективность связывания цинка с «пептидной» матрицей ферментолизата мяса мидий подтвердилась высоким содержанием его в комплексе - 2042 мг/100г.

Таким образом, использование ферментолизата мяса мидий в качестве матрицы для создания новых пищевых источников эссенциальных микроэлементов, таких как цинк, позволяет получать продукт с высоким содержанием органической формы эссенциальных микроэлементов.

Отработка технологии получения ферментативного гидролизата мяса мидий и его комплекса с цинком в полупромышленных условиях. Апробацию технологии получения ферментативного гидролизата мяса мидий и его комплекса с цинком проводили на опытной установке в цехе ГНУ «ВНИИМС» по схеме, указанной на рисунке 4.

Процесс ферментолиза проводили в ферментере при температуре 50°С, концентрации измельченного мяса мидий - 17% (5% по сухим веществам) и концентрации фермента «Протозим» - 1,15% от массы измельченного мяса мидий (5% от массы сухих веществ) при постоянном перемешивании. Процесс ферментолиза контролировали по накоплению сухих веществ в водорастворимой части ферментолизата. Анализ молекулярно-массового распределения пептидных фракций полученных образцов указывает на то, что использование фермента «Протозим» приводит к большему удельному содержанию пептидов с молекулярной массой менее 3,5 кДа в полученном ферментолизате (48,4%), и нецелесообразности проведения ферментолиза более 12 ч (таблица 5).

Таблица 5 - Молекулярно-массовое распределение пептидных фракций ферментолизата мяса мидий__

Диапазон молекулярных масс, кДа Содержание пептидных фракций, %, в ферментолизате мяса мидий, полученном при использовании фермента

«Протозим», 12 ч «Флавоэнзим», 12 ч «Флавоэнзим», 21ч

>70,1 2,6 6,0 7,1

70,1-10,4 10,5 5,6 4,0

10,4-3,5 38,5 49,7 50,1

<3,5 48,4 38,7 38,8

Апробацию технологии получения комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком проводили при тех же параметрах технологического процесса. После процесса фильтрации вводили дополнительную операцию комплексообразования. Полученный фильтрат смешивали с 25% водным раствором гпСЬ в соотношении «азот*6,25»:соль =10:1, регулировали значения

рН до 7,0-7,1 путем добавления ЗМ №ОН, инкубировали в течение часа при температуре 20±2°С и постоянном перемешивании. Далее реакционную смесь

нагревали до температуры 50°С и направляли на фильтрацию, выпаривание и сушку.

Рисунок 4 - Технологическая схема получения ферментолизата мяса мидий и его комплекса с

цинком

Таким образом, проведенное масштабирование лабораторного процесса

гидролиза мяса мидий в полупромышленных условиях позволило подтвердить

оптимальную продолжительность процесса гидролиза - 12 ч, получить ферментолизат, характеризуемый достаточно высоким содержанием пептидов с молекулярной массой менее 3,6 кДа (более 45%), а также ввести в процесс дополнительную стадию - комплексообразование.

Характеристика биологической ценности ферментолизата мяса мидий.

Данные аминокислотного состава белков мяса мидий, ферментолизата и кислотного гидролизата мяса мидий, а также оценка их аминокислотного скора относительно шкалы «идеального белка» представлены в таблице 6. Таблица 6 - Аминокислотный скор белка мяса мидий и пептидных фракций

гидролизатов мяса мидий

Наименование аминокислот Аминокислотная шкала «идеального» белка (ФАО/ВОЗ), 2008 Содержание аминокислот (г/100 г) и аминокислотный скор (%)

Мясо мидий Ферментолизат мяса мидий «МИГИ-К ЛП»

А А С А С А С

Изолейцин 3,0 4,2 140 3,9 128 2,9 95

Лейцин 5,9 7,3 124 7,0 118 5,0 85

Лизин 4,5 7,6 169 7,4 164 5,5 123

Метионин+ Цистеин 2,2 1,2 52 1,1 51 1,1 50

Фенилаланин+ Тирозин 6,3 6,9 110 5,3 85 4,5 72

Треонин 2,3 4,8 207 4,8 211 3,3 142

Триптофан 0,6 1,1 190 1,0 174 следы -

Валин 3,9 6 111 4,0 102 3,2 83

Гистидин 1,5 2,0 134 2,3 155 1,3 85

Примечание: 1. А - содержание аминокислоты, г/100г белка или белкового гидролизата; 2. С -аминокислотный скор, % относительно справочной шкалы ФАО/ВОЗ.

Как видно из результатов, ферментолиз является достаточно «мягким и

щадящим» воздействием, не приводящим в отличие от высокотемпературного кислотного гидролиза к существенной деградации незаменимых аминокислот. Снижение содержания незаменимых аминокислот в ферментолизате, по сравнению с их содержанием в мясе мидий, является относительно существенным только для суммы ароматических аминокислот (фенилаланин+тирозин). В то же время аминокислотный скор кислотного гидролизата мяса мидий «МИГИ-К ЛП» лимитирован по всем незаменимым аминокислотам за исключением лизина и треонина. Полное разрушение триптофана в процессе кислотного гидролиза не позволило использовать гидролизат «МИГИ-К ЛП» в качестве единственного источника пептидов и аминокислот в опытах in vivo при оценке его эффектив-

ности и истинной усвояемости.

Результаты биологического эксперимента свидетельствовали о том, что за весь период кормления (24 суток) растущие крысы значительно в большем количестве (1,4 раза) потребляли белок мяса мидий по сравнению с потреблением пептидных фракций ферментолизата мяса мидий. Тем не менее, по окончании эксперимента средние значения массы животных, потреблявших мясо мидий и ферментолизат мяса мидий, составили соответственно 200,9±6,7г и 220,0±4,бг различия между группами достоверны: Р<0,05. Значение истинной усвояемости белка мяса мидий, хотя и достоверно, но лишь незначительно превышало истинную усвояемость пептидных фракций ферментолизата и составило 101,4±0,7 и 98,0±0,9 соответственно. Рассчитанный для всей продолжительности кормления коэффициент эффективности белка (КЭБ) для ФММ более чем в 1,6 раза превысил значения для мяса мидий. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о высокой биологической ценности ферментолизата мяса мидий.

Характеристика радиорезистентных свойств ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком. Результаты исследований in vivo радиорезистентных свойств ферментолизата мяса мидий, его комплекса с цинком и образцов кислотных гидролизатов, приведенные в таблице 7, свидетельствуют, что ферментолизат мяса мидий и его комплекс с цинком обладают высокой радиозащитной и гемостимулирующей активностью.

Таблица 7 - Радиозащитная и гемостимулирующая активность ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком_

Группа Средняя масса селезенки (М±т), мг Среднее количество эндоколоний (М±т)

Ферментолизат мяса мидий 46,9±3,5 5,6±0,4

Комплекс ФММ с цинком 51,7±4,3 7,4±0,5

Препарат МИГИ-К ЛП (27.11.11) 45,8±3,8 4,9±0,4

Препарат МИГИ-К ЛП (08.06.12) 46,5±3,4 5,3±0,4

Контроль, 6 Гр 36,1±2,4 2,1 ±0,4

Примечание - жирным указано значимое (р < 0,05) различие с контрольной группой. Это позволяет рекомендовать ферментолизат мяса мидий и его комплекс с цинком в качестве ингредиента при создании специализированных продуктов для лиц, находящихся под действием неблагоприятных факторов внешней среды.

19

В четвертой главе «Рекомендации по применению ферментолизата мяса мидий и его комплекса при создании обогащенных пищевых продуктов» приведены рекомендации по применению ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком при создании обогащенных пищевых продуктов, и в качестве одного из направлений применения - разработка рецептурных композиций мидийных соусов на основе кислотного и ферментативного гидролизатов мяса мидий, исследование их физико-химических показателей, пищевой и биологической ценности, показателей качества и безопасности.

Разработаны рецептурные композиции мидийных соусов, приближенные по органолептическим показателям к соевому соусу, взятому в качестве эталона (таблица 8), и определены оптимальные значения содержания сахара, лимонной кислоты, а также выбран пищевой стабилизатор. Мидийный соус изготавливали по технологической схеме, предусматривающей следующие стадии: разбавление кислотного гидролизата мяса мидий до заданной солености; нагревание (Т=60°С); смешивание компонентов; нагревание (Т=65°С) и перемешивание (1=25-30 мин); упаковка; маркировка и хранение.

Таблица 8 - Рецептурные композиции мидийного соуса

Наименование компонента Содержание компонента,%, в рецептуре

№1 №2 №3 №4 №5

Кислотный гидролизат мяса мидий 59,00 38,00 32,15 49,16 44,20

Ферментолизат мяса мидий 3,80 5,90 5,90 4,60 4,60

Сахарный песок 5,00 4,30 4,30 4,60 4,60

Ксантановая камедь 0,05 0,02 0,10 0,01 0,07

Лимонная кислота 0,11 0,14 0,15 0,13 0,13

Вода 32,04 51,64 57,40 41,50 46,40

По органолептической оценке самые высокие балловые оценки получила рецептура мидийного соуса № 5. Соус имел коричнево-черный цвет, густую однородную консистенцию и приятный пикантный вкус с ароматом морепродуктов. Для расширения ассортимента был получен мидийный соус, обогащенный цинком, на основе калийной формы кислотного гидролизата и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком.

По физико-химическим показателям (таблица 9) мидийные соусы практически не отличались между собой и соевым соусом, за исключением показателя вязкости, который был меньше у соевого соуса.

Таблица 9 - Физико-химические показатели мидийного соуса и мидийного соуса, обогащенного цинком_

Наименование показателя Содержание в образце

мидийный соус (№) мидийный соус, обогащенный цинком соевый соус

Массовая доля сухих веществ, % 24,2 24,0 23,8

Массовая доля соли, % 9,56 9,65 9,1

Вязкость, сП 15,4 14,4 8,0

РН 5,0 5,0 5,0

Мидийные соусы по химическому составу не различались между собой, а по аминокислотному составу содержали полный набор заменимых и незаменимых аминокислот. Содержание незаменимых аминокислот в составе пептидных фракций соусов превышает их содержание в кислотном гидролизате мяса мидий и приближено к содержанию их в «идеальном» белке», за исключением серосодержащих аминокислот.

Изучен микро- и макроэлементный состав соусов и показано, что мидийный соус, обогащенный цинком, содержал повышенное количество калия - 3478 мг, цинка - 6,8 мг, йода - 0,11 мг в 100 г продукта.

Таким образом, на основе ферментолизата мяса мидий, комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком и кислотных гидролизатов мяса мидий был получен новый пищевой продукт - мидийный соус и мидийный соус, обогащенный цинком, с заданными органолептическими показателями. Показано, что мидийный соус, содержащий комплекс с цинком, может являться источником цинка в органически связанной форме в составе обогащенных пищевых продуктов.

Расчет экономической эффективности от внедрения технологии получения ферментолизата мяса мидий и мидийного соуса показал, что при производстве ферментолизата мяса мидий в количестве 1250 кг и мидийного соуса 12500 л в год рентабельность производства составит 16,1%, прибыль - 1189,58 тыс. руб./год при сроке окупаемости 3,4 года.

выводы

1. Научно обоснована и разработана технология получения ферментативного гидролизата мяса мидий с задаваемой пищевой и биологической ценностью, предназначенного для создания пищевых продуктов, в том числе обогащенных эссенциальными микро- и макроэлементами.

2. Установлено, что радиорезистентные свойства гидролизатов мяса мидий зависит от суммарного содержания коротко- и среднецепочечных пептидов с молекулярной массой менее 3,6кДа. Разработаны нутриентно-технологические рекомендации к созданию ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком, включающие основной показатель - содержание в ферментолизате не менее 45% коротко- и среднецепочечных пептидов с молекулярной массой меньше 3,6кДа, а также показатели безопасности сырья и готовой продукции, общего химического состава, органолептические показатели готовой продукции, технологические параметры.

3. С помощью метода математического планирования эксперимента установлены рациональные параметры технологического процесса, обеспечивающие заданное молекулярно-массовое распределение пептидных фракций в составе ферментативного гидролизата: продолжительность ферментолиза 10-12 ч, концентрация ферментного препарата «Протозим» 5-7% от массы сухих веществ мяса мидий и концентрация мяса мидий в смеси - 5-7% по сухому веществу. Получен ферментолизат мяса мидий состоящий на 50% из коротко- и среднецепочечных пептидов с молекулярной массой менее 3,6кДа.

4. Разработанная технология апробирована в опытно-промыщленных условиях, подтверждена оптимальная продолжительность процесса 12 ч, установлено соответствие опытных партий ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком разработанным требованиям по общему химическому составу, физико-химическим показателям и показателям безопасности.

5. В опытах in vitro доказана высокая биологическая ценность ферментолизата мяса мидий. Установлено, что в отличие от аминокислотного скора кислотного гидролизата мяса мидий, в котором отсутствует триптофан, скор триптофана в

ферментолизате мяса мидий составляет 174% от аминокислотного скора «идеального белка». Истинная усвояемость ферментолизата мяса мидий, определенная в опытах in vivo балансовым методом, составила 98,0±0,9%,что свидетельствует о его высокой биологической ценности. Величина коэффициента эффективности белка для ферментолизата была достоверно (более чем в 1,6 раза) выше значения для мяса мидий.

6. Тестированием радиозащитной и гемостимулирующей активности ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком установлено, что образцы обладают высокими радиорезистентными свойствами. Максимальной активностью 7,4+0,5 КОЭ/селезенку, достоверно превышающей соответствующий показатель для «МИГИ-К ЛП» (5,1+0,4 КОЭ/селезенку), характеризуется комплекс ферментолизата мяса мидий с цинком.

7. С учётом требований к органолептическим показателям и физиологическим потребностям организма человека в микро- и макронутриентах проведено моделирование и разработаны рецептуры пищевых продуктов: мидийного соуса и мидийного соуса, обогащенного цинком. Мидийный соус, обогащенный цинком содержал в органически связанной форме в 100 г: цинка - 6,8 мг, калия - 3478 мг; йода — 0,11 мг. Энергетическая ценность соусов составила 212 кДж/ 50 ккал.

8. Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9283 — 113 — 00472124-2013 «Ферментолизат мяса мидий» и ТИ, ТУ 9283 - 116 - 004721242013 «Комплекс ферментолизата мяса мидий с цинком» и ТИ, ТУ 9283-14400472124-2013 - «Гидролизат мяса мидий пищевой МИГИ-К» и ТИ, ТУ 9283 -146 - 00472124-2013 «Соус мидийный» и ТИ, ТУ 9283 - 147 - 00472124-2013 «Соус мидийный, обогащенный цинком» и ТИ. Технология изготовления ферментолизата мяса мидий защищена патентом РФ № 2468593 от 10.12.12 «Способ получения белкового ферментолизата из мяса мидий».

9. Расчет экономической эффективности от внедрения технологии получения ферментолизата мяса мидий и мидийного соуса показал, что при рентабельности производства 16,1% прибыль составит 1189,58 тыс. руб./год при производстве

ферментолизата мяса мидий 1250 кг и мидийного соуса 12500 л в год, срок

окупаемости составит 3,4 года.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В

СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: Публикации в научных журналах из перечня ведущих изданий ВАК

1. Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Мазо В.К., Арнаутов М.В., Абрамова JI.C. Новый источник органических форм цинка // Вопросы питания. - 2011. - Т.80. - №6. -С.72-75.

2. Арнаутов М.В., Абрамова JI.C., Абрамов Д.В., Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Мазо В.К. Отработка технологии ферментативного гидролиза мяса мидий в полупромышленных масштабах // Рыбное хозяйство. - 2013. — №1. - С.112-116.

3. Сидорова Ю.С., Арнаутов М.В., Байгарин Е.К., Зорин С.Н., Мазо В.К., Абрамова Л.С. Сравнительная оценка влияния гомогената и ферментолизата мяса мидий на рост и усвоение белка крысами Вистар//Вопросы питания. - 2013. -Т.80,-№2.-С. 17-22.

4. Патент РФ № 2468593 от 10.12.12 «Способ получения белкового ферментолизата из мяса мидий» / Арнаутов М.В., Абрамова Л.С., Зорин С.Н., Сидорова Ю.В. Заявл. 29.09.2011 г., опубл. 10.12.2012 г. Бюл. № 34.

Работы, опубликованные в других изданиях

5. Сидорова Ю.С., Арнаутов М.В. Получение и физико-химическая характеристика нового пищевого источника органической формы цинка // Материалы XIII Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье». V Всероссийская научно-практическая конференция детских диетологов, 2011. - С. 81.

6. Арнаутов М.В., Сидорова Ю.С., Зорин С.Н. Получение ферментолизатов мяса мидий и оценка молекулярно-массового распределения их пептидных фракций // Материалы IV научно-практической конференции «Пищевая и Морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем». Светлогорск, - 2011. - С. 8-9.

7. Арнаутов М.В. Одностадийный и двухстадийный ферментативный гидролиз мяса мидий // Материалы II научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса». - 2011. -С. 178-183.

8. Арнаутов М.В., Абрамова Л.С., Сидорова Ю.С., Зорин С.Н. Способы получения гидролизатов из мяса мидий и их биологическая активность // Материалы научной конференции молодых ученых, посвященных 90-летию со дня постройки первого научно-исследовательского судна ПИНРО «Персей». -2012.-С. 26-31.

9. Сидорова Ю.С., Арнаутов М.В., Байгарин Е.К., Мазо В.К. Оценка in vivo усвояемости ферментолизата мяса мидий // Материалы XIV Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход». - 2012. -Т. 2. - С. 78-79.

Подписано в печать 13.11.2013 Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1239

ФГУП «ВНИРО» 107140, Москва, В. Красносельская, 17

На правах рукописи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ ФГУП «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РЫБНОГО ХОЗЯЙСТВА И ОКЕАНОГРАФИИ»

(ФГУП «ВНИРО»)

04201450473

АРНАУТОВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗАТА ИЗ МЯСА МИДИЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОБОГАЩЕННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

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

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор

Абрамова Л. С.

Москва, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9

1.1 Общая характеристика мидий 9

1.2 Основные направления использования мидий 14

1.2.1 Пищевые продукты массового потребления из мидий 16

1.2.2 Мясо мидий в лечебном и профилактическом питании 17

1.3 Гидролизаты мяса мидий в профилактическом и лечебном 18 питании

1.3.1 Основные представления о гидролизе белка 19

1.3.2 Гидролизаты мидий 21

1.4 Новые пищевые источники органических форм эссенциальных 25 микроэлементов на основе ферментолизатов мидий

1.4.1 Краткая характеристика биологической роли цинка и хрома 26

1.4.2 Комплексы ферментолизатов пищевых белков с 28 эссенциальными микроэлементами

1.5 Заключение по обзору литературы 33

1.6 Цель и задачи исследования 34 ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 36 2.1 Объекты исследований 36 2.2. Методы и методология исследований 37

2.2.1 Физико-химические методы 38

2.2.2 Биологические методы 43

2.2.3 Методы определения показателей безопасности 47

2.2.4 Органолептические методы 48

2.2.5 Метод получения комплекса ферментативного гидролизата с 48 эссенциальным микроэлементом (цинк)

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТОЛИЗАТА 51 МЯСА МИДИЙ И КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТОЛИЗАТА МЯСА МИДИЙ С ЦИНКОМ

3.1 Разработка нутриентно-технологических рекомендации к 54 созданию ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком

3.2 Обоснование выбора сырья, перспективного для изготовления 58 ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком

3.3 Обоснование выбора ферментного препарата 65

3.4 Обоснование рациональных режимов ферментативного 71 гидролиза мяса мидий

3.5 Технология получения комплекса ферментолизата мяса мидий 77 с цинком в лабораторных условиях

3.6 Отработка технологии ферментативного гидролизата мяса 81 мидий в полупромышленных условиях

3.7 Описание технологического процесса производства 88 ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком

3.8 Характеристика биологической ценности ферментолизата мяса 91 мидий

3.8.1 Аминокислотный скор мяса мидий, ферментолизата и 91 кислотного гидролизата

3.8.2 Сравнительная оценка эффективности и истинной усвояемости 93 белка мяса мидий и пептидно-аминокислотной фракции ферментолизата мяса мидий

3.9 Характеристика радиорезистентных свойств ферментолизата 97 мяса мидий и его комплекса с цинком

ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 99

ФЕРМЕНТОЛИЗАТА МЯСА МИДИЙ И ЕГО КОМПЛЕКСА С

ЦИНКОМ ПРИ СОЗДАНИИ ОБОГАЩЕННЫХ ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ

4.1 Разработка рекомендаций к созданию мидийного соуса и 100 мидийного соуса, обогащенного цинком на основе ферментолизата мяса мидий и комплекса ферментолизата мяса мидий с цинком

4.2 Обоснование рецептурных композиций мидийных соусов на 103 основе ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком

4.3 Исследование физико-химических показателей, пищевой и 111 биологической ценности, показателей качества и безопасности мидийного соуса и мидийного соуса, обогащенного цинком

4.4 Описание технологического процесса производства мидийного 118 соуса и мидийного соуса, обогащенного цинком

4.5 Расчёт экономической эффективности от внедрения технологии 120 ферментолизата мяса мидий и мидийного соуса на его основе

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

126

129

ПРИЛОЖЕНИЯ

148

Перечень обозначений и сокращений, приведенных в работе

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

КМАФАнМ - количество мезофильных аэробных и факультативно-

анаэробных микроорганизмов

КОЕ - колониеобразующая единица

БГКП, E.coli - бактерии группы кишечных палочек

S. aureus - стафилококк золотистый

ЭМ - эссенциальные микроэлементы

ФММ - ферментолизат мяса мидий

ГММ - гомогенизированное мясо мидий

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Актуальность обусловлена решением задач, поставленных в «Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года». В настоящее время в питании населения наблюдается недостаточность пищевого белка и целого ряда микро- и макронутриентов. Дефицит белка, полноценного по аминокислотному составу, в рационах питания сопровождается неспособностью соответствующих защитных систем организма адекватно отвечать на неблагоприятные воздействия окружающей среды, что резко повышает риск развития ряда заболеваний [Суханов Б.П., Тутельян В.А., Онищенко Г.Г., 2009; Позняковский В.М., Суханов Б.П., 2009; Тутельян В.А. и др., 2010]. Известно также, что для питания населения в отдельных регионах характерна недостаточность или даже дефицит некоторых эссенциальных микроэлементов (ЭМ), в частности селена, железа, цинка, хрома. Согласно общим положениям теории адекватного питания, сформулированной академиком Уголевым A.M., имеются определенные основания отдавать предпочтение органически связанным формам ЭМ, поскольку именно они в наибольшей степени соответствуют особенностям ферментативных систем организма, сложившимся в ходе эволюции.

Водные биологические ресурсы, особенно моллюски, имеют большое значение в решении задач снабжения населения продуктами с высокой пищевой ценностью, заданными свойствами, биологически активными добавками к пище, предназначенными для восполнения микроэлементной недостаточности и профилактики заболеваний. Одним из направлений их переработки в легкодоступные для усвоения организмом человека белки и аминокислоты является получение гидролизатов на их основе.

Исследованиями в области разработки технологии гидролизатов рыбных и нерыбных объектов занимались такие ученые, как Кизеветтер И.В., Лагунов Л.Л., Рехина Н.И., Ордуханян Н.И., Новикова М.В., Чимиров Ю.И., Беседина Т.В., Черногорцев А.П., Konrad G, Jaswal A.S. и ряд других.

Общепризнана эффективность применения кислотных гидролизатов из мяса мидий в лечебном и профилактическом питании [Лагунов Л.Л. и др., 1997; Рехина Н.И. и др., 1995; Новикова М.В. и др., 2004; Новикова М.В., 2004]. Однако, недостаточно удовлетворительные органолептические показатели, а также значительное снижение биологической ценности из-за полного или частичного разрушения некоторых незаменимых аминокислот (в первую очередь триптофана) в процессе кислотного гидролиза препятствуют расширению ассортимента специализированных пищевых продуктов на основе кислотных мидийных гидролизатов. Вследствие очень высокого содержания солей в кислотных гидролизатах мидий отсутствует возможность эффективного обогащения их эссенциальными микроэлементами ё-ряда в органической форме. В соответствии с предположением об определяющей роли короткоцепочечных пептидов в проявлении радиорезистентной активности мидийных гидролизатов в работе была поставлена задача получения ферментативного гидролизата мяса мидий с высоким содержанием низкомолекулярных пептидных фракций, обеспечивающих высокую биологическую ценность, радиорезистентные свойства, хорошую растворимость и повышенную эффективность связывания эссенциальных микроэлементов. Это обстоятельство определяет актуальность разработки биотехнологического подхода, основанного на использовании ферментативного гидролиза для получения ферментолизатов мяса мидий с задаваемыми физико-химическими показателями и высокой биологической ценностью.

Научная новизна.

Установлено, что радиозащитная и гемостимулирующая активность гидролизатов мяса мидий возрастают с увеличением содержания в их составе низкомолекулярных пептидных фракций. Показано, что ферментативный гидролизат мяса мидий с суммарным содержанием более 45% короткоцепочечных и среднецепочечных пептидов обладал такими же

радиорезистентными свойствами (радиозащитной и гемостимулирующей активностью), что и кислотный гидролизат «МИГИ-К ЛП».

Установлена зависимость степени гидролиза мяса мидий от содержания ферментного препарата «Протозим» и мяса мидий в смеси, продолжительности процесса ферментолиза, что позволило определить рациональные параметры ферментативного гидролиза мяса мидий для получения гидролизата с задаваемыми физико-химическими показателями.

В опытах in vivo установлено, что потребление растущими крысами ферментолизата мяса мидий обеспечивало достоверно более высокую эффективность утилизации аминокислот по сравнению с потреблением гомогенизированного мяса мидий. Средние значения коэффициентов эффективности белка для ферментолизата мяса мидий и гомогенизированного мяса мидий составили соответственно 2,8 и 1,7 прироста массы тела в г/г потребленного белка.

Научные положения, выносимые на защиту:

- обоснование использования мяса мидий в качестве сырья для получения ферментативного гидролизата и его комплекса с эссенциальными микроэлементами с задаваемыми свойствами;

- оптимизация технологии ферментолизата мяса мидий, его комплекса с цинком для получения продуктов с задаваемыми физико-химическими показателями: молекулярно-массовым распределением пептидных фракций и содержанием цинка в составе комплекса;

- оценка радиорезистентных свойств ферментолизата мяса мидий и его комплекса с цинком, обосновывающая их биологическую эффективность при создании обогащенных пищевых продуктов;

моделирование рецептурных композиций мидийного соуса, включающего в качестве пищевого ингредиента ферментолизат мяса мидий, и мидийного соуса, обогащенного органической формой цинка, и исследование их химического состава, показателей качества и безопасности.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Общая характеристика мидий

Одним из основных направлений, обозначенных в «Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» является производство обогащенных пищевых продуктов, продуктов функционального назначения, специализированных диетических (лечебных и профилактических) продуктов и биологически активных добавок к пище [Распоряжение правительства РФ «Об утверждение основ..., 2010].

Перспективными источниками пищевого сырья с высокой биологической ценностью являются водные биологические ресурсы, и в частности мидии, которые широко используются для производства продуктов массового спроса, лечебного и профилактического назначения.

Распространение

Согласно статистическим данным на долю двустворчатых моллюсков в общем мировом улове беспозвоночных приходится более 70%. Общая добыча мидий, включая продукцию аквакультуры, составляет 99601т [Мировые уловы рыбы..., 2012; Мировое производство аквакультуры..., 2012, Статистические сведенья по ...,2011].

Мидии - обычные обитатели прибрежной зоны, где часто отмечаются их массовые поселения. Срастаясь биссусами друг с другом, они образуют так называемые щетки, их большие скопления обнаруживаются на литорали и подводных мелководьях, в более открытых частях моря их называют мидиевыми банками.

Мидии представлены такими хорошо известными видами, как обыкновенная, или съедобная мидия {МуШш ейиИз), средиземноморская мидия (М galloprovincialis), мидия Грея {Crenomytilusgrasyanus), калифорнийская мидия (МуШш саНГогшапш), а также ряд менее известных субтропических и тропических видов [Буяновский А.И., 1994; Новикова М.В., 2005].

Один из наиболее промысловых видов - мидия обыкновенная (МуШт ес1иШ) - обитает у Атлантического побережья Европы, у берегов Исландии, Южной Гренландии, по Атлантическому и Тихоокеанскому побережью Канады и США, в Баренцевом, Белом и Балтийском морях, в юго-западной части Карского моря и в морях Дальнего Востока на глубинах до 30 м [Буяновский А.И., 1994; Справочник по химическому составу.., 1999; Новикова М.В., 2005; Баранов В.В. и др., 2006].Длина раковины мидии обыкновенной не более 8 см, масса целой мидии 9-28 г. С увеличением размеров раковины доля створок в общей массе моллюска уменьшается за счет увеличения массы полостной жидкости, масса тела при этом практически не изменяется и составляет в среднем 42%, в том числе масса мускула-замыкателя и мантии - 23%.

Массовый состав мидии обыкновенной зависит от сезона вылова -масса тела и полостной жидкости осенью больше, а масса створок меньше, чем весной. Наблюдается и зависимость химического состава мидии обыкновенной от сезона вылова: от весны к осени отмечается накопление белка и углеводов в теле моллюска [Справочник по химическому составу.., 1999;Новикова М.В., 2005].

Другой промысловый вид мидий - мидия средиземноморская (черноморская) - МуШш §а11оргоуикпаН8-очень изменчива по форме своей раковины и образует несколько подвидов. В Черном море мидии этого вида поселяются на различных грунтах и глубинах до 80 м. Моллюски, обитающие около уреза воды и соответственно наиболее подверженные воздействию прибоя, имеют крепкую массивную раковину, а живущие на глубинном иле - легкие и тонкие створки, что позволяет им держаться на поверхности ила [Буяновский А.И., 1994; Справочник по химическому составу.., 1999; Новикова М.В., 2005].

Размножение мидий в Черном море происходит с мая по декабрь и достигает максимального значения в июле. Основные запасы мидий в Черном море (свыше 90%) сосредоточены в его северо-западной части.

ю

Максимальная длина черноморских мидий 11 см, средняя масса 30. Промысловых размеров (5 см и более) мидии достигают за 3-4 года. Масса мяса составляет от 26 до 38% массы створок [Справочник по химическому составу.., 1999].

Мидия Грея (черная ракушка) - Crenomytilusgrayanus - тихоокеанский приазиатский вид, обитающий в Японском море - у полуострова Корея, у Приморья, к северу до бухты Нельма, у Южного Сахалина [Буяновский А.И., 1994; Справочник по химическому составу.., 1999; Атлас двустворчатых.., 2000]. Обитает на различных грунтах, прикрепляясь к субстрату биссусными нитями на глубинах от 1 до 60 м. Длина раковины 20-25см, а промысловый размер 10 см. Глубоководная мидия отличаются массивной раковиной - 7275% массы моллюска, у менее крупной мелководной мидии раковина более тонкая, и масса ее составляет 55-60% массы моллюска, поэтому масса сырых мясных частей у мелководной мидии достигает 40-45% массы ракушки. Половозрелость у моллюсков наступает в 6 лет при длине 6 - 7см, на искусственных субстратах - в 3 года. Нерест происходит в июне - августе [Буяновский А.И., 1994; Атлас двустворчатых.., 2000].

В последние годы в мире довольно широко практикуется разведение мидий в марикультуре. В России искусственное разведение мидий освоено на Черном, Белом и дальневосточных морях. По некоторым данным, мидии искусственного разведения по ряду показателей превосходят мидии естественных популяций, в частности они меньше загрязнены песком. Кроме того, относительная масса мидий марикультуры выше, чем у мидий естественной популяции [Новикова М.В., 2005; Бредихина О.В. и др., 2012].

Химический состав мидий Mytilus edulis и М. galloprovincialis одного возраста и сезона добычи мало различается. В среднем в мясе мидий содержится 80-84% влаги, 8-13% сырого протеина, 0,8-2,5% липидов, 0,92,1% золы и 3-5,6% углеводов [Новикова М.В., 2005; Бредихина О.В. и др., 2012]. В зависимости от сезона добычи в мидиях в наибольшей степени

вариабельно содержание липидов и углеводов. Значительные изменения

и

химического состава мидий связаны с их биологическим состоянием. Максимальное количество влаги и минимальное количество липидов отмечено у отнерестившейся мидии [Дроздова Л.И. и др., 1991; Новикова М.В, 2005].

Мидии марикультуры несколько отличаются от мидий естественной популяций по химическому составу: так например, в мясе черноморских мидий, выращенных в коллекторах, содержание влаги на 1,0 - 1,5% меньше, а белка на 0,6 - 1,5% больше, чем в мидиях естественной популяции [Справочник по химическому составу.., 1999; Фомич Д.П., 2007].

Повышенное содержание белка в мясе мидий искусственной и естественной популяции отмечается в апреле - мае, сентябре - октябре, то есть в периоды массового созревания гонад. Летом отмечается снижение содержания гликогена, выполняющего роль основного источника энергии для этого моллюска [Справочник по химическому составу.., 1999; Баранов В.В. и др., 2006; Овчиникова С.И., 2008; Иванович Г.В., 2011].

Химический состав, пищевая и биологическая ценность

Съедобной частью мидии является тело (мясо), заключенное между створками, причем в зависимости от вида мидий, места обитания и сезона добычи, выход съедобной части (мяса) может составлять 20-25% от массы моллюска. Для пищевых целей может быть использована и межстворчатая жидкость, масса которой составляет около 20% от общей массы